Análise e simulação do processo de dobragem de um tubo elíptico utilizando um aço avançado de elevada resistência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Modelação, simulação e implementação de agitação acústica para aplicações em microfluídica

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia Biomédica)

Utilização de computação de elevado desempenho para a simulação de problemas de hidrodinâmica costeira

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Simulação do Comportamento ao Corte de Elementos de Betão Armado em Situação de Incêndio

As roturas por corte devidas ao fogo são raras, mas possíveis de acontecerem. Para a verificação da resistência ao corte em elementos de betão armado o EC2-1-2 propõe no seu Anexo D métodos de cálculo simplificados a serem utilizados. Estes métodos baseiam-se nos métodos de análise ao corte apresentados no referido anexo, utilizados considerando o efeito de temperatura nos materiais que constituem o elemento. Os efeitos de temperatura para análise ao corte podem ser determinadas utilizando o Método da Isotérmica dos 500ºC ou o Método das Zonas. Quando é utilizado o Método da Isotérmica dos 500ºC é reduzida a resistência das armaduras enquanto a resistência do betão não é alterado. No Método das Zonas é reduzida tanto a resistência do aço como a resistência do betão. A geometria da secção é reduzida nos dois métodos. A aplicação dos métodos de cálculo avançado apresenta resultados rigorosos do comportamento de estruturas em situação de incêndio. Contudo grande parte destes métodos não contempla a verificação de segurança ao corte dos elementos de betão armado. Neste trabalho é elaborado duas aplicações computacionais que permitem fazer a análise do comportamento ao corte dos elementos de betão armado sujeitos ao fogo. A primeira aplicação, designada de Comportamento ao corte de elementos de betão armado em situação de incêndio - Esforço Transverso, permite analisar o comportamento de secções ao esforço transverso, a partir do Método da Isotérmica dos 500ºC e do Método das Zonas. A segunda designada de Comportamento ao corte de elementos de betão armado em situação de incêndio - Torção, permite fazer a análise quer para a torsão isolada como para a torsão combinada com o esforço transverso. Esta análise só é feita pelo Método da Isotérmica dos 500ºC, onde é proposto duas alternativas de análise, a Alternativa_1 e a Alternativa_2; sendo que a Alternativa_1 é mais conservativa que a Alternativa_2 As análises feitas pelas aplicações permitiram constatar que a escolha do método tem pouca influência nos resultados finais, não obstante o Método das Zonas ser mais rigoroso

Estudo comparativo de dosimetria computacional entre modelos homogêneos e um modelo voxel em mamografia: uma discussão de aplicações em testes de constância e cálculo de dose glandular em pacientes

OBJETIVO: Comparar dados de dosimetria e fluência de fótons entre diferentes modelos de mama, discutindo as aplicações em testes de constância e estudos dosimétricos aplicados à mamografia. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram simulados diferentes modelos homogêneos e um modelo antropomórfico de mama tipo voxel, sendo contabilizadas: a dose total absorvida no modelo, a dose absorvida pelo tecido glandular/material equivalente, e a dose absorvida e a fluência de fótons em diferentes profundidades dos modelos. Uma câmara de ionização simulada coletou o kerma de entrada na pele. As combinações alvo-filtro estudadas foram Mo-30Mo e Mo-25Rh, para diferentes potenciais aceleradores de 26 kVp até 34 kVp. RESULTADOS: A dose glandular normalizada, comparada ao modelo voxel, resultou em diferenças entre -15% até -21% para RMI, -10% para PhantomMama e 10% para os modelos Barts e Keithley. A variação dos valores da camada semirredutora entre modelos foi geralmente inferior a 10% para todos os volumes sensíveis. CONCLUSÃO: Para avaliar a dose glandular normalizada e a dose glandular, em mamas médias, recomenda-se o modelo de Dance. Os modelos homogêneos devem ser utilizados para realizar testes de constância em dosimetria, mas eles não são indicados para estimar a dosimetria em pacientes reais

Sistema computacional para dosimetria de nêutrons e fótons baseado em métodos estocásticos aplicado a radioterapia e radiologia

OBJETIVO: Este artigo mostra um procedimento de conversão de imagens de tomografia computadorizada ou de ressonância magnética em modelo de voxels tridimensional para fim de dosimetria. Este modelo é uma representação personalizada do paciente que pode ser usado na simulação, via código MCNP (Monte Carlo N-Particle), de transporte de partículas nucleares, reproduzindo o processo estocástico de interação de partículas nucleares com os tecidos humanos. MATERIAIS E MÉTODOS: O sistema computacional desenvolvido, denominado SISCODES, é uma ferramenta para planejamento computacional tridimensional de tratamentos radioterápicos ou procedimentos radiológicos. Partindo de imagens tomográficas do paciente, o plano de tratamento é modelado e simulado. São então mostradas as doses absorvidas, por meio de curvas de isodoses superpostas ao modelo. O SISCODES acopla o modelo tridimensional ao código MCNP5, que simula o protocolo de exposição à radiação ionizante. RESULTADOS: O SISCODES vem sendo utilizado no grupo de pesquisa NRI/CNPq na criação de modelos de voxels antropomórficos e antropométricos que são acoplados ao código MCNP para modelar braquiterapias e teleterapias aplicadas a tumores em pulmões, pelve, coluna, cabeça, pescoço, e outros. Os módulos atualmente desenvolvidos no SISCODES são apresentados junto com casos exemplos de planejamento radioterápico. CONCLUSÃO: O SISCODES provê de maneira rápida a criação de modelos de voxels personalizados de qualquer paciente que podem ser usados em simulações por códigos estocásticos tipo MCNP. A combinação da simulação via MCNP com um modelo personalizado do paciente traz grandes melhorias na dosimetria de tratamentos radioterápicos.

Simulação e análise dosimétrica de protonterapia e íons de carbono no tratamento do melanoma uveal

OBJETIVO: Este artigo apresenta a avaliação dosimétrica da radioterapia por íons de carbono em comparação à protonterapia. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações computacionais foram elaboradas no código Geant4 (GEometry ANd Tracking). Um modelo de olho discretizado em voxels implementado no sistema Siscodes (sistema computacional para dosimetria em radioterapia) foi empregado, em que perfis de dose em profundidade e curvas de isodose foram gerados e superpostos. Nas simulações com feixe de íons de carbono, distintos valores de energia do feixe foram adotados, enquanto nas simulações com feixe de prótons os dispositivos da linha de irradiação foram incluídos e diferentes espessuras do material absorvedor foram aplicadas. RESULTADOS: As saídas das simulações foram processadas e integradas ao Siscodes para gerar as distribuições espaciais de dose no modelo ocular, considerando alterações do posicionamento de entrada do feixe. Os percentuais de dose foram normalizados em função da dose máxima para um feixe em posição de entrada específica, energia da partícula incidente e número de íons de carbono e de prótons incidentes. CONCLUSÃO: Os benefícios descritos e os resultados apresentados contribuem para o desenvolvimento das aplicações clínicas e das pesquisas em radioterapia ocular por íons de carbono e prótons.

Modelo dinâmico de simulação e otimização da força normal de reação do solo para um mecanismo de corte basal

O modelo físico foi baseado no método de Newton-Euler, sendo o mesmo desenvolvido utilizando o programa computacional científico Mathematica®. Realizaram-se várias simulações, nas quais se procurou obter a força normal de reação do solo variando velocidades de avanço (0,69; 1,12; 1,48; 1,82 e 2,12 m s-1); perfis de solo (senoidal, rampa ascendente e descendente) e altura do camalhão (0,025 e 0,05 m). Após as simulações iniciais, o mecanismo foi otimizado utilizando o programa computacional científico Matlab®, tendo como critério (função-objetivo) a minimização da força normal de reação do perfil (F N) e como variáveis de projeto os comprimentos das barras (L1y, L2, l3 e L4), altura da operação (L7), o comprimento inicial da mola (Lmo) e a constante elástica da mola (k t). A falta de robustez do mecanismo em relação à variável altura de operação foi contornada por meio do uso de mola com baixa rigidez e grande comprimento. Os resultados demonstraram que o mecanismo otimizado obteve desempenho de flutuação muito bom, em relação ao mecanismo inicial.

Simulação do deslocamento de potássio em colunas verticais de solo não-saturado

O estudo do transporte de água e potássio em solo não-saturado é importante, tanto do ponto de vista do ambiente quanto do econômico. Assim sendo, o uso da modelagem computacional é importante, pois permite de maneira precisa e rápida o monitoramento do deslocamento de solutos, importante na prevenção de impactos ao ambiente. No presente trabalho, teve-se o objetivo de avaliar a simulação do deslocamento do íon potássio em colunas de solo não-saturado, utilizando o modelo MIDI, bem como apresentar a determinação dos parâmetros de transporte do íon potássio em um Latossolo Vermelho-Amarelo, fase arenosa. Concluiu-se que o modelo foi capaz de simular de maneira satisfatória o perfil de umidade e o deslocamento do íon potássio.

Programa computacional para o dimensionamento de colhedoras considerando a pontualidade na colheita de soja

A colheita de soja (Glycine max (L.) Merril) é uma operação crítica que pode sofrer atrasos resultando em perdas na quantidade e na qualidade do material colhido. Embora o valor das perdas seja desconhecido no País, os produtores empregam colhedoras com reserva de capacidade para concluir a operação no menor prazo possível. O excesso de capacidade aumenta os custos fixos e a falta dela aumenta os custos das perdas por atraso e, em ambos os casos, reduzem a renda líquida da operação, ao que se denomina custo de pontualidade. O problema do dimensionamento consiste em ajustar o custo do capital extra investido na capacidade da máquina para garantir a pontualidade e o custo das perdas por atraso, buscando maximizar a renda líquida. Devido à importância da cultura e da pontualidade, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do atraso no dimensionamento da frota e no custo da operação de colheita. Para tanto, desenvolveu-se um modelo computacional em linguagem Borland® Delphi 5.0, em que a entrada de dados inclui os atributos da região agroclimática, da colhedora e das cultivares de soja. O resultado é a renda líquida como indicador da pontualidade na operação para a colhedora selecionada. O programa foi utilizado para simular cenários numa propriedade na região de Ponta Grossa - PR, e os valores obtidos revelaram que a frota de colhedoras da propriedade opera com capacidade ociosa, produzindo renda líquida abaixo do potencial.

Avaliação do modelo HYDRUS-1D na simulação do transporte de água e potássio em colunas preenchidas com solos tropicais

A preocupação com o destino de produtos químicos e água, aplicados ao solo, tem motivado vários pesquisadores a desenvolverem e aplicarem modelos teóricos, a fim de descrever os processos físicos envolvidos no transporte desses produtos no perfil do solo. Nesse sentido, esta pesquisa teve como objetivo aplicar o modelo HYDRUS-1D, bem como avaliar sua performance, em simulações do deslocamento do potássio e água (umidade do solo), em colunas segmentadas, preenchidas com dois tipos de solos tropicais, em condições não saturadas (Latossolo Vermelho- - Amarelo e Nitossolo Vermelho). Os parâmetros de transporte do potássio foram obtidos por meio de curvas de distribuição de efluentes (Breakthrough Curves (BTC)). O desempenho do modelo foi avaliado com base nos seguintes parâmetros estatísticos: erro máximo, erro absoluto médio, raiz quadrada do erro médio normalizado, coeficiente de massa residual, coeficiente de determinação, eficiência e índice de concordância de Willmott. Diante dos resultados obtidos, pôde-se concluir que o modelo HYDRUS-1D foi eficiente nas simulações de deslocamento do potássio e da água, em relação aos dois materiais de solo estudados.

Simulação da dinâmica operacional de uma linha industrial de abate de suínos

Este trabalho teve como objetivo implementar um modelo computacional para simular a dinâmica operacional de uma linha industrial de abate de suínos. O sistema real modelado pertence à empresa Frigorífico Frimesa, sediada no município de Medianeira (PR). O modelo implementado é tipo dinâmico, discreto e estocástico. Este simula 34 operações unitárias e foi estruturado com o uso da linguagem de simulação EXTEND TM. Para validação do modelo foram coletados dados relativos a cinco dias de operação, em que foram abatidos 1.346, 1.630, 1.360, 1.585 e 1.550 suínos, respectivamente. Como parâmetros de comparação entre os dados obtidos a partir do sistema e gerados pelo modelo foram selecionadas as seguintes variáveis: (i) tempo de duração da operação; (ii) tempo de deslocamento da insensibilização até a depiladeira; (iii) tempo deslocamento da insensibilização até a câmara fria; (iv) número de carcaças re-inspecionadas; e (v) número final de carcaças. Na validação do modelo, foi constatado que, para a variável tempo de duração da operação por meio do teste Tukey a 1% de significância, não foram detectadas diferenças estatísticas entre os valores obtidos do sistema real e os gerados pelo modelo. Considerando-se esta e outras análises, foi concluído que o modelo aplica-se à finalidade para a qual foi implementado. Sendo assim, foram realizadas duas análises de sensibilidade. Na primeira, ao alterar o número de suínos a abater de 1 mil para 2 mil, foi determinado que os tempos de duração da operação variariam de 6,20 a 10,10 h, respectivamente. Para a segunda, ao abater 1.340 suínos e alterar a velocidade das nórias de 300 para 600 animais por hora, o tempo de duração da operação passou de 8,10 para 7,40 h, respectivamente.

Simulação da dinâmica operacional de um processo industrial de abate de aves

Este trabalho foi conduzido com o objetivo de implementar um modelo computacional empregando a linguagem de simulação EXTEND TM para: a) simular a dinâmica de atividades de um matadouro-frigorífico de aves; e b) conduzir experimentos de análise de sensibilidade. Para tanto, foi implementado um modelo dinâmico, estocástico e discreto. O sistema real modelado está localizado na região sudoeste do Paraná, onde são abatidas cerca de 500000 aves por dia, empregando três linhas de processamento operando em três turnos diários. Na validação do modelo foram coletados dados relativos a três turnos e comparadas as variáveis de saída obtidas a partir do sistema real e as geradas pelo modelo, as quais foram: i) tempo de processamento; ii) peso vivo total; iii) peso vivo aproveitado; iv) peso de subproduto; v) peso da produção total; vi) peso do frango inteiro; e vii) peso total dos cortes. O modelo implementado demonstrou ser aplicável, uma vez que os erros médios percentuais foram inferiores a 1,13%. O experimento de análise de sensibilidade conduzido, mediante as alterações das velocidades de processamento das linhas em 7000, 8000 e 9000 frangos h-1, apresentou os seguintes valores médios para a variável tempo de processamento: 8,69; 7,86 e 7,86 horas, respectivamente. Além disso, o experimento demonstrou que a velocidade de processamento de 9000 frangos h-1 não implica na direta redução do tempo de processamento, pois a cadência de chegada das cargas pode ter ocasionado períodos de ociosidade do matadouro-frigorífico.

Simulação numérica de escoamentos hipersônicos em não-equilíbrio termo-químico através do método dos elementos finitos

o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um código computacional destinado à simulaçáo numérica tridimensional e de escoamentos compressíveis hipersônicos em especial para analisar o processo de reentrada de veículos espaciais na atmosfera terrestre. Devido ás temperaturas elevadas encontradas neste tipo de escoamento, efeitos de altas temperaturas sáo incluídos, como excitação vibracional das moléculas e reações químícas. Utiliza-se o modelo de 2 temperaturas (translacional e vibracional);5 espécíes (N2, O2, NO, N, O) e 17 reações químicas de Park [1986 para o modelamento do fenômeno termo-químico. Introduz-se uma formulação baseada no método dos elementos finitos, através do esquema de Taylor-Calerkin, para a discretização do tempo e do espaço e para a solução do sistema de equações. Alguns exemplos e aplicações de problemas hipersônicos bi e tridimensionais, difusivos e não difusivos, são apresentados, incluindo comparações entre os resultados obtidos no presente trabalho e na literatura.