Modelo numérico mecanobiológico para a obtenção da matriz de rigidez estrutural e da densidade mineral na remodelagem óssea

Neste trabalho é proposto um modelo mecanobiológico de remodelagem óssea para a estimativa de variações, provocadas por perturbações mecânicas ou biológicas, na matriz de rigidez estrutural da escala macroscópica e na densidade mineral em uma região do osso. Na cooperação entre as áreas da saúde e da engenharia, como nos estudos estruturais de biomecânica no sistema esquelético, as propriedades mecânicas dos materiais devem ser conhecidas, entretanto os ossos possuem uma constituição material altamente complexa, dinâmica e variante entre indivíduos. Sua dinâmica decorre dos ciclos de absorção e deposição de matriz óssea na remodelagem óssea, a qual ocorre para manter a integridade estrutural do esqueleto e adaptá-lo aos estímulos do ambiente, sejam eles biológicos, químicos ou mecânicos. Como a remodelagem óssea pode provocar alterações no material do osso, espera-se que suas propriedades mecânicas também sejam alteradas. Na literatura científica há modelos matemáticos que preveem a variação da matriz de rigidez estrutural a partir do estímulo mecânico, porém somente os modelos mais recentes incluíram explicitamente processos biológicos e químicos da remodelagem óssea. A densidade mineral óssea é um importante parâmetro utilizado no diagnóstico de doenças ósseas na área médica. Desse modo, para a obtenção da variação da rigidez estrutural e da densidade mineral óssea, propõe-se um modelo numérico mecanobiológico composto por cinco submodelos: da dinâmica da população de células ósseas, da resposta das células ao estímulo mecânico, da porosidade óssea, da densidade mineral óssea e, baseado na Lei de Voigt para materiais compósitos, da rigidez estrutural. Os valores das constantes das equações dos submodelos foram obtidos de literatura. Para a solução das equações do modelo, propõe-se uma implementação numérica e computacional escrita em linguagem C. O método de Runge-Kutta-Dorman-Prince, cuja vantagem consiste no uso de um passo de solução variável, é utilizado no modelo para controlar o erro numérico do resultado do sistema de equações diferenciais. Foi realizada uma avaliação comparativa entre os resultados obtidos com o modelo proposto e os da literatura dos modelos de remodelagem óssea recentes. Conclui-se que o modelo e a implementação propostos são capazes de obter variações da matriz de rigidez estrutural macroscópica e da densidade mineral óssea decorrentes da perturbação nos parâmetros mecânicos ou biológicos do processo de remodelagem óssea.

Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração

O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos, quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura. A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados. Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial. Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos, assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos.

Revisão bibliográfica

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Medicina Dentária

Sensores ópticos para monitorização dinâmica de estruturas

O presente trabalho centra-se no desenvolvimento e aplicação de sensores de aceleração ópticos, baseados em redes de Bragg gravadas em fibras ópticas, para monitorização da integridade estrutural de estruturas de engenharia civil. Foram implementados dois acelerómetros uniaxiais e um acelerómetro biaxial. Recorreu-se a uma ferramenta de simulação baseada no método dos elementos finitos que permitiu optimizar, sem custos de produção, as características dos sensores, nomeadamente a sua frequência de ressonância. A caracterização dos sensores foi realizada em ambiente laboratorial e a sua resposta comparada com os resultados de simulação, de modo a validar os modelos numéricos. A aplicabilidade e demonstração de conceito foram realizadas na monitorização de estruturas com testes de campo. Foi monitorizado um teste destrutivo de uma parede de adobe, construída à escala real no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, onde foram utilizados sensores estáticos e dinâmicos baseados em redes de Bragg gravadas em fibra óptica. Foram realizadas medidas dinâmicas na ponte pedonal do Campus Universitário da Universidade de Aveiro, onde se compararam os resultados obtidos com os sensores ópticos com resultados de sensores electrónicos comerciais. O acelerómetro biaxial foi testado na monitorização de estruturas esbeltas, nomeadamente na monitorização de duas torres de telecomunicações móveis, onde se demonstrou a possibilidade da utilização de sensores ópticos na caracterização dinâmica deste tipo de estruturas. Outro tipo de estruturas de engenharia civil onde foi demonstrada a aplicabilidade dos sensores ópticos desenvolvidos na monitorização estrutural foram os reservatórios de água elevados. Foi realizada a monitorização dinâmica de um exemplo deste tipo de estruturas, localizado no Campus Universitário da Universidade de Aveiro. A monitorização foi realizada recorrendo ao sensor biaxial desenvolvido e a um sismógrafo, ficando o sensor óptico instalado na estrutura de modo a permitir futuras leituras e assim a monitorização periódica da estrutura. Foi ainda desenvolvido um sensor de humidade relativa do ar, com um material sol-gel, que permitiu registar o nível de humidade relativa no interior de blocos de betão, durante um ano. Este sensor pode ser incluído numa rede de sensores multiplexados, na caracterização e monitorização da integridade estrutural de certas estruturas de engenharia civil.

Análise da resistência à fadiga de tubos de aço API 5CT N80 Tipo Q soldados via processo de indução magnética de alta frequência (HFIW)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Benchmarking de identificação de ano: criação de um site para benchmarking de técnicas de identificação de dano

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Área de Manutenção e Produção

A importância das interacções medicamento-alimento no controlo da terapêutica com Varfarina

Os anticoagulantes orais, nomeadamente a varfarina, inibem a acção da vitamina K, essencial para a síntese hepática de vários factores de coagulação (II, VII, IX e X), assim como das proteínas anticoagulantes C e S. O tratamento oral com varfarina necessita de procedimentos estandardizados para o controlo e seguimento. Esta necessidade de monitorização é justificada por várias razões, entre as quais: grande variabilidade individual no que diz respeito à resposta terapêutica; medicamento com margem terapêutica estreita; elevada frequência de interacções com medicamentos e com alimentos. Os alimentos são indispensáveis à sobrevivência humana, permitindo a integridade estrutural e funcional do organismo. Quando essa integridade é alterada torna-se necessário o recurso a terapia medicamentosa, com o intuito de repor essa mesma integridade. As interacções alimento-medicamento, nutriente-medicamento e medicamento-álcool são muitas vezes desprezadas, contudo deveriam ser consideradas aquando da avaliação da eficácia dos fármacos. Embora as consequências destas interacções sejam raramente graves e fatais, não são raras as vezes em que surgem reacções adversas e respostas farmacológicas diferentes das teoricamente esperadas. Com este trabalho pretendeu-se rever as possíveis interacções existentes entre os alimentos e a varfarina, avaliando o possível impacto clínico dos alimentos na eficácia terapêutica da varfarina. Para cumprir os objectivos supra citados, este trabalho foi dividido em duas partes. A primeira parte resulta de uma revisão bibliográfica, na qual são abordadas as interacções entre a varfarina e diferentes tipos de alimentos, classificados de acordo com a sua composição (alimentos com alto, moderado e baixo teor de vitamina K; com alto teor de vitamina E; hiperproteicos; hipoproteicos; alcalinizantes; acidificantes). Foram ainda abordadas as interacções entre a varfarina e alimentos específicos como o leite de soja, óleo de peixe, manga, alho, sumo de mirtilo, sumo de uva, papaia, hipericão e sumo de toranja e as bebidas alcoólicas. A segunda parte do presente trabalho compreende um estudo que pretendeu analisar a influência da alimentação no controlo do INR, em doentes a fazer terapêutica oral com varfarina, através de um questionário efectuado a 22 indivíduos. O tratamento estatístico dos dados recolhidos efectuou-se com recurso a estatística descritiva, e as hipóteses foram testadas com recurso a estatística correlacional, nomeadamente a Correlação de Spearman. Com o presente trabalho concluiu-se que consumos mais altos de alimentos ricos em vitamina K davam origem a mais valores de INR subterapêuticos. Um consumo baixo a moderado de alimentos alcalinizantes e acidificantes foi aquele que permitiu manter um maior número de valores de INR dentro do intervalo terapêutico. Concluiu-se também que ao aumentarmos o consumo de álcool contribuímos para mais valores de INR subterapêuticos.

Aplicação de redes neuronais no planeamento de emergência em barragens de aterro

O controlo de segurança para preservação da integridade estrutural da barragens é, durante a fase de exploração normal, uma actividade que tem essencialmente como elemento fulcral as inspecções à estrutura e os dados resultantes das observações periódicas da obra, apoiando-se em modelos de comportamento da mesma. Neste sentido, a análise de situações de emergência requer, em regra, a atenção de um especialista em segurança de barragens, o qual poderá, perante os resultados da observação disponíveis e da aplicação de modelos do comportamento da estrutura, identificar o nível de alerta adequado à situação que se está a viver na barragem. Esta abordagem tradicional de controlo de segurança é um processo eficaz mas que apresenta a desvantagem de poder decorrer um período de tempo significativo entre a identificação de um processo anómalo e a definição do respectivo nível de gravidade. O uso de novas tecnologias de apoio à decisão e o planeamento de emergência podem contribuir para minorar os efeitos desta desvantagem. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo de aferição do comportamento de uma barragem através da aplicação de redes neuronais do tipo Perceptrão Multicamadas aos resultados da observação de uma barragem de aterro, por forma a identificar anomalias de comportamento e a quantificar o correspondente nível de alerta. A tese divide-se essencialmente em duas partes. A primeira parte aborda os aspectos que se relacionam com as barragens de aterro, nomeadamente definindo as soluções estruturais mais correntes e identificando os principais tipos de deteriorações que podem surgir nestas estruturas. São, igualmente, abordadas as questões que se relacionam com o controlo de segurança e o planeamento de emergência em barragens de aterro. A segunda parte do trabalho versa sobre o modelo de rede neuronal desenvolvido em linguagem de programação java – o modelo ALBATROZ. Este modelo permite definir o nível de alerta em função do nível de água na albufeira, da pressão registada em quatro piezómetros localizados no corpo e na fundação da barragem e do caudal percolado através da barragem e respectiva fundação. Nesta parte, o trabalho recorre, aos resultados da observação da barragem de Valtorno/Mourão e usa os resultados de um modelo de elementos finitos (desenvolvido no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, no âmbito do plano de observação da obra) por forma a simular o comportamento da barragem e fornecer dados para o treino da rede neuronal desenvolvida.O presente trabalho concluiu que o desenvolvimento de redes neuronais que relacionem o valor registado em algumas das grandezas monitorizadas pelo sistema de observação com o nível de alerta associado a uma situação anómala na barragem pode contribuir para a identificação rápida de situações de emergência e permitir agir atempadamente na sua resolução. Esta característica transforma a redes neuronais numa peça importante no planeamento de emergência em barragens e constitui, igualmente, um instrumento de apoio ao controlo de segurança das mesmas.

Caracterização das propriedades aerodinâmicas de torres metálicas para determinação da resposta devida ao vento

A utilização de torres metálicas treliçadas vem, nos últimos anos, se intensificando em todo o Brasil. Este aumento é resultado do salto tecnológico pelo qual o país passou no início da década de 90, onde a necessidade de ampliação dos sistemas de telecomunicações, principalmente, da telefonia celular, se tornou imprescindível para o seu crescimento tecnológico. Em função disso, vários são os projetos de torres metálicas treliçadas que tem sido contratados pelas diversas empresas de telefonia celular, espalhadas por todo país. No Brasil, onde, pelas benesses da natureza, não há registros de terremotos significativos, e devido ao baixo peso deste tipo de estrutura, a força do vento é o carregamento determinante para a elaboração do projeto estrutural de torres metálicas treliçadas. Sendo assim, se faz necessário perguntar: será que estes projetos estão atendendo às recomendações da norma de vento (NBR 6123/88)? Quais são os riscos aos quais as populações estão sujeitas com a edificação de torres cada vez mais próximas de suas casas? Neste trabalho, tomando como exemplo o projeto de uma torre metálica treliçada que colapsou no ano de 2000 na cidade de Porto Alegre-RS, foram feitas investigações numéricas no sentido de avaliar a integridade estrutural daquela torre ante os carregamentos devidos aos ventos locais, onde se concluiu que a carga de vento implícita no dimensionamento foi bem abaixo daquela calculada pelos padrões da norma brasileira Uma investigação experimental em dois modelos seccionais, um em latão e outro em madeira, construídos a partir de dois trechos da torre estudada, foi realizada a fim de analisar parâmetros aerodinâmicos como coeficientes de arrasto, ângulo de incidência do vento sobre a torre, índice de área exposta e fator de proteção. Os modelos foram construídos na oficina Paulo Francisco Bueno - LAC/UFRGS e ensaiados no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann do Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – LAC/UFRGS. Neste trabalho são apresentados os resultados destes experimentos, bem como uma comparação destes resultados com informações até então disponíveis na literatura técnica, além de uma contribuição técnica ao capítulo 9 da NBR 6123/88.

Avaliação da vida em fadiga de ganchos

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em fadiga de um gancho reduzido do tipo empregado como conector/desconector para plataformas flutuantes de extração de petróleo. Ganchos são componentes mecânicos muito utilizados em aplicações industriais e dimensionados segundo os critérios da mecânica estática. A sua utilização em estruturas offshore é recente e requer a avaliação de seu desempenho em fadiga. A influência de tensões residuais compressivas na seção mais solicitada do gancho foi avaliada nos ensaios. Estas tensões foram geradas por um teste de carga que implica em um esforço de tração que ultrapassa o limite elástico do material. A região da superfície do gancho que sofreu deformação plástica fica comprimida pelo restante do material do gancho carregado no regime elástico que tenta retornar. O mesmo efeito é observado na autofretagem de tubos ou shot peening de componentes aeronáuticos. Foram utilizados ganchos DIN 0.12, que apresentam dimensões reduzidas, para a caracterização mecânica através de ensaios de fadiga e a determinação da curva de Wöhler. Esses ensaios envolveram a comparação entre os ganchos que sofreram a carga de pré-teste (com tensões residuais) e os que não sofreram. Também foi avaliada a influência de defeitos de fundição na vida em fadiga dos ganchos. Os ganchos foram caracterizados metalurgicamente através de análise microestrutural e tamanho de grão ASTM utilizando-se Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura. Foram efetuadas medições de tensões residuais através do Método do Furo em ganchos instrumentados com extensômetros resistivos elétricos. As tensões residuais compressivas induzidas pelo teste de carga tiveram grande influência nos testes de fadiga, aumentando a performance dos ganchos e assegurando sua integridade estrutural.

Compósitos poliméricos a base de fibras de licuri: efeitos da hibridização e do envelhecimento ambiental acelerado

The gradual replacement of conventional materials by the ones called composite materials is becoming a concern about the response of these composites against adverse environmental conditions, such as ultraviolet radiation, high temperature and moist. Also the search for new composite using natural fibers or a blend of it with synthetic fibers as reinforcement has been studied. In this sense, this research begins with a thorough study of microstructural characterization of licuri fiber, as a proposal of alternative reinforcement to polymeric composites. Thus, a study about the development of two composite laminates was done. The first one, involving only the fiber of licuri and the second comprising a hybrid composite based of fiber glass E and the fiber of licuri, in order to know the performance of the fiber when of fiber across the hybridization process. The laminates were made in the form of plates using the tereftálica ortho-polyester resin as matrix. The composite laminate made only by licuri fiber had two reinforcing fabric layers of unidirectional licuri and the hybrid composite had two reinforcing layers of unidirectional licuri fabric and three layers of fiber short glass-E mat. Finally, both laminates was exposed to aging acceleration in order to study the influence of environmental degradation involving the mechanical properties and fracture characteristics thereof. Regarding the mechanical properties of composites, these were determined through uniaxial tensile tests, uniaxial compression and three bending points for both laminates in original state, and uniaxial tensile tests and three bending points after accelerated aging. As regards the study of structural degradation due to aging of the laminates, it was carried out based on microscopic analysis and microstructure, as well as measuring weight loss. The characteristics of the fracture was performed by macroscopic and microscopic (optical and SEM) analysis. In general, the laminated composites based on fiber licuri showed some advantages in their responses to environmental aging. These advantages are observed in the behavior related to stiffness as well as the microstructural degradation and photo-oxidation processes. However, the structural integrity of this laminate was more affected in case the action of uniaxial tensile loads, where it was noted a lower rate of withholding his last resistance property

Avaliação por pig de perfilagem de danos superfciais nos materiais das paredes de dutos de petróleo

The modern technology of materials and structural integrity of pipelines requests the use of inspection tools named inspection pigs to detect, localize and measure the length, width and depth dimensions of the thickness losses of walls of buried and underwater pipelines in service. These tools run them internally, performing and recording measurements, with performance that varies according to the pig s technology. It has been developed recently an instrumented pig technology, called feller pig. This work aims to indicate factors that influence the feller pig technology performance in the detection and in the accuracy of measurement of the length, width and depth dimensions of the thickness losses on the internal surface of an oil pipeline wall under normal conditions of oil pipe inspection with pig. In this work, is made a collection of factors and an analyses of the technology based on the available literature, as well as an experiment to observe the technology and the factors operating. In the experiment, a feeler pig is used in a pipeline built in carbon steel and in operation that flows petroleum, in witch are observed areas with internal thickness losses occurred naturally. Some of these areas and their dimensions taken by automated ultra-sound scanner are compared with the ones indicated by the feller pig. Based on the data collection, on the analysis and on the experiment, the influence of factors object of this research is discussed. It is concluded that, among these, there are factors related to pipe fabrication tolerances, to wear of pig components, to internal adhesive wear of pipeline, to other pipeline damages and to technology characteristics. Finally, actions are suggested to know better, improve and define the applicability of this technology

Análise topológica experimental por perfilometria cíclica indutiva de superficies de paredes estruturais

To enhance the maintenance practices, Oil and Gas Pipelines are inspected from the inside by automated systems called PIG (Pipeline Inspection Gauge). The inspection and mapping of defects, as dents and holes, in the internal wall of these pipelines are increasingly put into service toward an overall Structural Integrity Policy. The residual life of these structures must be determined such that minimize its probability of failure. For this reason, the investigation on the detection limits of some basic topological features constituted by peaks or valleys disposed along a smooth surface is of great value for determining the sensitivity of the measurements of defects from some combinations of circumferential, axial and radial extent. In this investigation, it was analyzed an inductive profilometric sensor to scan three races, radius r1, r2, r3, in a circular surface of low carbon steel, equipped with eight consecutive defects simulated by bulges and holes by orbit, equally spaced at p/4 rad. A test rig and a methodology for testing in laboratory were developed to evaluate the sensor response and identify their dead zones and jumps due to fluctuations as a function of topological features and scanning velocity, four speeds different. The results are presented, analyzed and suggestions are made toward a new conception of sensor topologies, more sensible to detect these type of damage morphologies

Impacto da ingestão de cálcio sobre a mineralização óssea em adolescentes

A puberdade destaca-se como período fundamental para a aquisição de massa óssea. Durante essa fase da vida, a mineralização encontra-se aumentada com taxas de formação óssea superior às de reabsorção. Nesse sentido, o objetivo desta revisão foi investigar a inter-relação da ingestão dietética de cálcio com a mineralização óssea, durante a puberdade. Entre os fatores influenciadores nutricionais, merecem destaque o fosfato e o magnésio, que, juntamente com o cálcio, mantêm a integridade estrutural do esqueleto. A revisão de literatura indicou que os excessos de proteína e de refrigerantes, na alimentação dos jovens, acarretam comprometimento na mineralização óssea, embora os dados sejam ainda contraditórios. Conclui-se que, durante o período da puberdade, é indicado manter o aporte de cálcio em níveis adequados, na perspectiva de maximizar o pico da massa óssea.

Estudo do efeito do extrato hidroglicólico de Bidens pilosa na expressão de genes relacionados à intergridade da pele

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)