Análise numérica e experimental da solidificação das ligas Al 3,5% Cu e AA36

A formação interna da estrutura de uma peça fundida deve determinar as características mecânicas dessa peça, quando em serviço. Dessa forma, torna-se fundamental conhecer e parametrizar os elementos que influem na formação da estrutura do componente sólido, para o desenvolvimento adequado de sistemas de solidificação que permitam conduzir a melhoria da qualidade de uma peça no processo de solidificação. Modelos numéricos podem ser empregados para a determinação da formação estrutural, entretanto estes devem ser aferidos adequadamente para garantir sua aplicabilidade. No trabalho em questão, desenvolveu-se uma metodologia que permitiu a aferição de um modelo numérico para a previsão das condições de resfriamento de ligas de alumínio. Elaborou-se um conjunto de coquilhas e moldes que permitiram o acoplamento e verificação da estrutura formada na solidificação em diferentes situações de resfriamento, observando principalmente a direção de extração de calor e a taxa de resfriamento associada. O modelo numérico aplicado respondeu coerentemente aos resultados obtidos permitindo a previsão da estrutura solidificada pela observação dos resultados de evolução das isotermas solidus e liquidus no interior dos sistemas.

Sistemas extensos com dimensão instável invariante

Neste trabalho nós investigamos as relações existentes entre a Variação de Dimensão Instável(Unstable Dimension Variability - UDV) e a dimensão do espaço de fases de uma rede de mapas acoplados com acoplamento difuso. damos suporte teórico e evidências numéricas para a afirmação de que a partir de certo valor fixo da dimensão não há presença de UDV.

O modelo de Gurson para dano dúctil : estratégia computacional e aplicações

Este trabalho trata do emprego do modelo de dano dúctil de Gurson e de alguns aspectos relativos a sua implementação computacional. Emprega-se como ponto de partida o programa Metafor, código de elementos finitos voltado para a simulação de problemas de conformação mecânica, contemplando portanto grandes deformações plásticas. Estudam-se alguns casos simples procurando identificar a influência de cada parâmetro do modelo de Gurson na resposta. É discutida a aplicação dos modelos de nucleação de vazios usualmente empregados em conjunto com a superfície de escoamento de Gurson em situações onde há reversão de solicitação. São propostas alterações nos modelos usuais de nucleação de forma a minorar resultados incoerentes verificados. Apresenta-se um algoritmo alternativo ao método de Newton-Raphson para a solução do sistema de equações associado à forma fraca das equações de equilíbrio, em situações onde a rigidez fica muito pequena. Tal algoritmo é implementado e testado. Um algoritmo de integração de tensões é apresentado e implementado, mostrando-se sua vantagem do ponto de vista de robustez, ou seja, obtenção da resposta correta a despeito do tamanho de incremento empregado. Também é discutido um procedimento para desconsiderar elementos que apresentem ruptura local Estudam-se problemas envolvendo geração de calor por deformação plástica em conjunto com a formulação do modelo de Gurson, mostrando que a consideração de acoplamento termo-mecânico com dano traz vantagens em algumas simulações. É discutida a implementação do modelo de Gurson sobre a versão tridimensional do Metafor, que contempla a formulação lagrangiana-euleriana arbitrária (LEA). Ao final, é feita uma simulação inicial do comportamento de espumas metálicas.

Sincronização idêntica em redes de osciladores caóticos

A presente dissertação versa sobre a sincronização idêntica em redes de osciladores caóticos. Uma perspectiva razoavelmente histórica sobre a literatura da área é apresentada . O conceito de caos é introduzido junto com outras idéias da dinâmica não-linear: sistemas dinâmicos, exemplos de sistemas, atratores, expoentes de Liapunov, etc. A integração numérica de equações diferenciais é largamente utilizada, principalmente, para o cálculo de expoentes e o desenho do diagrama de fases. A sincronização idêntica é definida, inicialmente, em redes que não passam de um par de osciladores. A variedade de sincronização (conjunto de pontos no espaço de fases no qual a solução do sistema é encontrada se há sincronização) é determinada. Diferentes variantes de acoplamentos lineares são enfocadas: acoplamento interno, externo, do tipo mestre-escravo e birecional, entre outras. Para detectar sincronização, usa-se o conceito de expoente de Liapunov transversal, uma extensão do conceito clássico de expoente de Liapunov que caracteriza a sincronização como a existência de um atrator na variedade de sincronização. A exposição é completada com exemplos e atinge relativo detalhe sobre o assunto, sem deixar de ser sintética com relação à ampla literatura existente. Um caso de sincronização em antifase que usa a mesma análise é incluído. A sincronização idêntica também é estudada em redes de osciladores idênticos com mais de dois osciladores. As possibilidades de sincronização completa e parcial são explanadas. As técnicas usadas para um par de osciladores são expandidas para cobrir este novo tipo de redes. A existência de variedades de sincronização invariantes é considerada como fator determinante para a sincronização. A sincronização parcial gera estruturas espaciais, analisadas sob a denominação de padrões. Algumas relações importantes entre as sincronizações são explicitadas, principalmente as degenerescências e a relação entre a sincronização parcial e a sincronização completa do respectivo estado sincronizado para alguns tipos de acoplamento. Ainda são objetos de interesse as redes formadas por grupos de osciladores idênticos que são diferentes dos osciladores dos outros grupos. A sincronização parcial na qual todos os grupos de osciladores têm seus elementos sincronizados é chamada de sincronização primária. A sincronização secundária é qualquer outro tipo de sincronização parcial. Ambas são exemplificadas e analisadas por meio dos expoentes transversais e novamente por meio da existência de invariantes de sincronização. Obtém-se, então, uma caracterização suficientemente ampla, completada por casos específicos.

Transição de fases em redes de mapas acoplados

Neste trabalho mostramos que certa família de Rede de Mapas Acoplados de dimensão finita apresenta diferentes estados assintomáticos quando alguns parâmetros (incluindo o acoplamento) são variados, e então conseguimos mostrar a existência de uma transição de fases associando ao sistema uma dinâmica simbólica com símbolos +1, 0 e -1 nós descrevemos uma transição do tipo Ising caracterizada por estados assintóticos com apenas símbolos +1 ou apenas símbolo -1

Número de desempenho robusto não-linear : uma nova medida do grau de não-linearidade

nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN são novos índices, propostos nesta dissertação, que quantificam o grau de não-linearidade total, estática e dinâmica, respectivamente, de sistemas dinâmicos não- lineares. Estes novos índices permitem responder se é necessária a utilização de controladores não-lineares ou se simples controladores lineares apresentarão desempenho satisfatório. Além disso, se um controlador não- linear se fizer necessário, quais características este deve apresentar. Nesta dissertação é realizado um estudo acerca das metodologias para determinação do grau de não- linearidade de plant as industriais. Entre as encontradas, a que apresenta as melhores potencialidades é estudada em detalhes, tendo seus atributos e deficiências explorados. As deficiências foram sanadas e um novo conjunto de índices é proposto (nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN), o qual, além de apresentar resultados conclusivos em termos quantitativos, também traz novas informações valiosas para a escolha do controlador adequado, como a parcela estática e dinâmica da não- linearidade. A metodologia proposta é aplicada e testada em um conjunto bastante amplo e complementar de possíveis sistemas dinâmicos não-lineares (tais como: pH, reatores químicos e coluna de destilação de alta pureza) onde o comportamento nãolinear já foi explorado na literatura O desenvolvimento e o estudo do comportamento dinâmico de uma planta laboratorial de cinco tanques acoplados são apresentados. Este sistema possui dinâmica e ganhos variáveis, descontinuidades, inversão no sinal do ganho multivariável e diferentes graus de acoplamento, ilustrando de forma simples vários possíveis comportamentos dinâmicos encontrados em plantas industriais. Devido a esta grande versatilidade a planta foi construída e testada, confirmando os comportamentos previstos nos estudos teóricos.

Estudo comparativo da influência da forma de hastes femorais cimentadas afiladas e polidas nos padrões de transmissão de carga e estabilidade in vitro

A necessidade de uma maior longevidade da artroplastia total do quadril em pessoas mais jovens e ativas tem impulsionado a evolução do projeto de hastes cimentadas polidas e sem colar, através de alterações da forma desde a original de Charnley, passando pela dupla cunha e mais recentemente, a tripla cunha. Essa pesquisa foi direcionada à análise comparativa da estabilidade de hastes cujos ângulos de cunha foram a variável de projeto. Modelos físicos simplificados de diferentes conicidades foram elaborados e submetidos a testes e simulações numéricas para verificar, respectivamente, a migração distal e o ambiente mecânico da interface entre a haste e o cimento. Em modelos anatômicos constituídos das formas de hastes comerciais, implantadas em fêmures compósitos, foram acompanhadas as movimentações axial e rotacional e foi determinado o padrão de transmissão de carga através do nível de deformações no interior do manto de cimento e na superfície do osso. A hipótese é que uma prótese que apresente maiores deslocamentos e maiores níveis de deformações impostas ao manto de cimento em testes estáticos e cíclicos devem ser as de maior probabilidade de revisão precoce. Por outro lado, a relação entre o nível de deformação da superfície cortical antes e depois da implantação das hastes indica o potencial para o remodelamento ósseo As hastes foram extraídas e reimplantadas nos modelos anatômicos após os testes de fadiga para verificar alterações nos padrões de deformação. Também foi avaliada a contribuição da polimerização do cimento na estabilidade através do acompanhamento das deformações e de simulações numéricas. O processo de polimerização do cimento contribui para o acoplamento, pois promove um grande nível de deformações residuais devido à retração. Por outro lado pode provocar trincas iniciais e espaços na interface entre o cimento e o osso, além de facilitar a propagação de trincas por fadiga. Nas simulações numéricas dos modelos físicos observamos que a condição inicial de adesão na interface é representativa entre a haste e o manto. Os modelos físicos indicaram maior migração com menor conicidade. Para os modelos anatômicos houve diferença significativa apenas quanto à rotação permanente entre os grupos, estando isto associado à rigidez proximal e ao raio de transição do calcar. As hastes tripla cunha conferem uma menor redução do nível de carregamento no grande trocânter, o que pode prevenir a reabsorção óssea adaptativa. As hastes dupla cunha provocam menor redução do nível de carregamento na região do calcar. Entretanto, outros fatores devem ser considerados, tais como o raio de transição do calcar e a rigidez proximal das hastes. Nos modelos anatômicos, mesmo após a extração e reimplantação das hastes, manteve-se o padrão de deformações tanto no manto quanto na superfície dos fêmures compósitos.

Corpos amputados e suas próteses : a intervenção técnica (re)inventando formas de ser e de habitar o corpo na contemporaneidade

Baseada na perspectiva teórica do campo dos Estudos Culturais e sócio-históricos sobre o corpo, esta dissertação analisou os significados culturais que os indivíduos atribuíam aos seus corpos e suas vidas cotidianas após terem sido submetidos a amputação e se tornarem usuários de prótese. O material empírico foi coletado através da observação participante, do diário de campo e da entrevista semi-estruturada, realizada numa clínica ortopédica privada, situada em Porto Alegre, especializada na reabilitação e protetização de indivíduos que foram submetidos a amputação. O grupo participante do estudo foi: o fisioterapeuta e o protesista, e por nove pacientes da clínica, homens e mulheres, todos amputados de um membro inferior, com idades variando entre 18 e 82 anos, sendo que apresentavam em comum o fato de terem se tornado amputados após um acidente ou em decorrência da diabete. A pesquisa de campo foi desenvolvida no período de Fevereiro de 2003 a Setembro de 2003, através da participação de sessões de fisioterapia, das reuniões mensais dos grupos de apoio aos amputados, onde foi acompanhado o processo de adaptação à prótese. O estudo consistiu em problematizar os efeitos provocados na vida cotidiana destes indivíduos pelas transformações ocorridas em seus corpos secundários à amputação, bem como aqueles produzidos pelo "acoplamento" com a prótese, buscando tornar visível o processo vivenciado por eles, ou seja, o estranhamento e a naturalização do seu "novo" corpo fabricado pelas tecnologias. A dissertação representa, portanto, as reflexões construídas a partir da investigação desenvolvida especificamente neste grupo, onde o corpo amputado e protetizado foi vislumbrado como algo produzido e ressignificado na cultura, sendo assim moldável, provisório e reinventado continuamente.

Valorização dos gases da carbonização da madeira via rota de combustão

A produção de carvão vegetal a partir de florestas plantadas mudou de forma determinante a logística desta atividade dotando-a de escala e fixando a estrutura de produção composta por fornos e periféricos. A lógica de se ter os fornos construídos ao lado das frentes de exploração florestal, e se deslocando junto com ela à medida em que a colheita é realizada foi abandonada. A partir de então, tem-se buscado uma forma de aproveitar a disponibilidade energética contida nos gases da carbonização, que segue sem uso, tendo quando muito um aproveitamento incipiente e marginal. Esta dissertação apresenta uma proposta de lay out para a Unidade de Produção de Carvão (UPC) de fornos retangulares tradicionais em alvenaria projetados e posicionados de forma a possibilitar seu acoplamento a um sistema de coleta e queima dos gases da carbonização. Após exaustiva pesquisa bibliográfica e visitas técnicas para conhecimento de diferentes tecnologias de carbonização, elaborou-se o projeto, com objetivo de eliminar as limitações identificadas nas tecnologias tradicionais em uso atualmente pelas empresas com produção em escala industrial, reduzindo as perdas e dificuldades operacionais para aproveitamento dos gases. É caracterizado pela saída dos gases somente por uma chaminé instalada no fundo do forno, possui entradas de ar do processo em minicâmaras, que atuam evitando excesso de ar, queima excessiva de madeira e consequente geração excessiva de CO2 e metano – dois gases causadores de efeito estufa. Preconiza-se a queima dos gases da carbonização para uso posterior em geração de energia elétrica e/ou secagem da madeira antes da carbonização. Os resultados dos indicadores técnicos (ciclos dos fornos e produtividade, etc.) e de produção obtidos até o momento na planta em operação vêm confirmando a operacionalidade do conjunto de fornos na nova disposição concebida. Não houve perda de produtividade dos fornos causada pela nova disposição, e as modificações no projeto do forno não impactaram negativamente em seu desempenho operacional. A capacidade produtiva da Unidade vem se confirmando até o momento. Tivemos frustradas nossas expectativas de já apresentar nesta dissertação os resultados operacionais dos fornos juntamente com os do sistema de queima dos gases dado que houve considerável atraso na construção do mesmo impedindo-nos de tê-los antes da data limite de entrega da dissertação. Apresentamos os conceitos que nos levaram à tomada de decisão para o novo lay out e propomos a continuidade dos estudos comprobatórios da viabilidade econômica operacional do sistema, tão logo ele entre em operação.

Compressibilidade da matéria nuclear em estrelas de nêutrons

Neste trabalho, são discutidos modelos da hadrodinâmica quântica com aproximação de campo médio aplicados a estrelas de nêutrons. O modelo de Walecka define o ponto de partida para desenvolver o modelo de acoplamento derivativo ajustável. A presente dissertação visa a um estudo detalhado sobre a influência dos parâmetros do modelo ajustável no sistema, analisando seus limites, inclusive quando os parâmetros são iguais a zero ou infinito (modelo exponencial). Esta análise tem o propósito de estabelecer um conjunto de parâmetros que defina um modelo que esteja de acordo com as propriedades fenomenológicas tais como módulo de compressão da matéria nuclear, massa efetiva na saturação da matéria nuclear e também algumas propriedades estáticas globais das estrelas de nêutrons como, por exemplo, massa e raio. Estabelecido o modelo a ser considerado, a autora dessa dissertação introduz, como inovação, a compressibilidade hadrônica como função da densidade. Tradicionalmente, determinam-se propriedades da matéria apenas para a densidade de saturação.

Sincronização em neurônios de Hindmarsh-Rose

A sincronização, como comportamento cooperativo universal e mecanismo fundamental na natureza, tem sido extensivamente estudada em conexão com inúmeros fenômenos em física, química e biologia [1, 2]. Em particular, a sincronização da atividade neural tem sido observada em diferentes espécies e sob condições fisiológicas distintas [3, 4]. Neste trabalho, estudamos sincronização em neurônios de Hindmarsh-Rose (HR), um modelo de potencial de membrana que representa com fidelidade o comportamento de disparos encontrado em neurônios reais [9, 10]. Iniciamos considerando o caso de um neurônio HR isolado e suas propriedades dinâmicas de geração de pulsos. Em seguida, analisamos o acoplamento entre neurônios em um sistema de dois neurônios, e em redes unidimensionais (HR-1D) e bidimensionais (HR-2D). Nessas arquiteturas, a sincronização dos elementos da rede da origem a um comportamento ordenado, coerente, que está associado não somente à produção de informação biológica [5, 6], mas também às potenciais aplicações em comunicação [7] e identificação de sistemas [8].

Resistência ao cisalhamento de solos não saturados : análise experimental e teórica

Um equipamento triaxial convencional originalmente utilizado para ensaios em amostras de solos saturados saturada foi modificado para que fosse possível a realização de ensaios triaxiais em solos não saturados. As principais modificações foram a instalação de uma pedra cerâmica de alto valor de entrada de ar (300 kPa) na nova base da câmara triaxial e uma nova linha de aplicação de pressão para aplicação de pressão de ar na amostra. A técnica de translação de eixos é utilizada para evitar cavitação no sistema de aplicação de pressão. O solo estudado nesta pesquisa consiste de um colúvio de arenito localizado nas encostas da Formação Serra Geral, entre os municípios de Timbé do Sul (SC) e São José dos Ausentes (RS). Ensaios triaxiais convencionais foram realizados nas condições drenado e não drenado em amostras indeformadas para tensões de confinamento iniciais variando de 50 até 500 kPa; ensaios triaxiais convencionais foram realizados na condição drenada em amostras remoldadas para as tensões de confinamento iniciais de 50, 100 e 200kPa. Ensaios triaxiais com sucção controlada foram realizados na condição drenado em amostras indeformadas para as tensões normais líquidas de 50, 100, 150 e 200 kPa em níveis de sucção variando de 25 até 150 kPa. A partir dos resultados dos ensaios triaxiais determinou-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento: c’ – intercepto coesivo efetivo; f´ - ângulo de atrito interno efetivo; fb – ângulo de atrito interno que quantifica a contribuição da sucção na resistência ao cisalhamento. O comportamento encontrado foi de uma envoltória de resistência ao cisalhamento não saturada bilinear com acréscimo na resistência ao cisalhamento para baixos níveis de sucção até aproximadamente 75 kPa, e após um decréscimo na resistência ao cisalhamento. A tensão normal líquida não influencia no valor de fb e a sucção não provoca alteração no valor de f´. O valor de fb apresenta valores superiores ao valor de f´, quando se utiliza o critério de ruptura clássico de resistência ao cisalhamento. Alguns critérios de determinação dos valores máximos de ruptura foram aplicados para um melhor entendimento do comportamento resistente deste material.

Market coupling in the power markets

A dissertação analisa o esforço dos sindicatos europeus para criar um mercado pan- europeu de electricidade integrada baseada em "mercados combinados", como o mecanismo de alocação de capacidade de transferência de energia entre diferentes sistemas. Assim, o foco principal do estudo é se a integração do mercado leva a uma convergência de preços nos mercados interligados, e como isso afeta o comportamento dos preços de energia elétrica. Os métodos de investigação são uma revisão bibliográfica estruturada qualitativa e uma análise quantitativa de dados de preços de energia elétrica. A análise quantitativa se baseia em estatísticas descritivas das diferenças de preços absolutos e em uma análise de cointegração de acordo com a abordagem de Engle e Granger (1987). As principais conclusões são que os mecanismos de leilões implícitos, tais como a integração de mercado são mais eficientes que os leilões explícitos. Especialmente, o método de acoplamento de preços leva a uma convergência de preços nos mercados envolvidos, a ganhos de bem-estar social e reduz a o poder dos produtores no mercado, como mostra o exemplo da integração mercado TLC. A iniciativa mercados combinados entre a Alemanha ea Dinamarca, por outro lado, é avaliada como de menor sucesso e ilustra a complexidade e as dificuldades de implementação de iniciativas de integração de mercado. A análise de cointegração mostra que as séries temporais já estavam cointegradas antes da data de integração, mas a significância estatística aumentou. A tese sugere que a integração do mercado leva a uma convergência dos preços dos mercados envolvidos e, portanto, funciona como método para criar um mercado de eletricidade único e integrado na Europa.