Avalia����o da distribui����o das for��as produzidas com arco lingual remov��vel pelo m��todo de elementos finitos

P��s-gradua����o em Ci��ncias Odontol��gicas - FOAR

An��lise da influ��ncia de variantes do m��todo de solu����o de escoamentos utilizando os m��todos de elementos finitos com compressibilidade artificial e pseudo-caracter��sticas

Coordena����o de Aperfei��oamento de Pessoal de N��vel Superior (CAPES)

An��lisis del proceso de fisuraci��n en estructuras de hormig��n por el M��todo de los Elementos Finitos mediante un modelo pl��stico

El M��todo de los Elementos Finitos ha demostrado ser una poderosa herramienta para el an��lisis de problemas complejos en Ingenier��a Estructural, tales como la resoluci��n de estructuras cuyos materiales son susceptibles de plastificaci��n, por ejemplo. En cualquier caso, tal ��xito s��lo es posible cuando el modelo elegido de comportamiento corresponde a la realidad experimental; siendo ��ste uno de los problemas a��n no resueltos para el hormig��n por no existir modelos suficientemente generales que predigan su comportamiento dentro de las teor��as de la Mec��nica del Continuo. En este trabajo se presenta un modelo para el estudio de la fisuraci��n en el hormig��n dentro de un contexto matem��tico an��logo al utilizado en la Teor��a de la Plasticidad; de manera que los esquemas utilizados en el M.E.F. para la implementaci��n de ��sta siguen siendo v��lidos. El resultado es un m��todo para el an��lisis de estructuras de hormig��n que recoge el complejo fen��meno de la fisuraci��n con relativa sencillez. Tambi��n son presentados algunos ejemplos resueltos con un programa de ordenador que implementa dicho modelo dentro de las t��cnicas del M.E.F.

Modelizaci��n de la dispersi��n de contaminantes en la bah��a de Santander, mediante el m��todo de los elementos finitos

Existen diferentes m��todos para el estudio de la calidad del agua en los estuarios, r��os, lagos, en zonas afectadas por los vertidos de sustancias contaminantes; que van desde los m��todos experimentales tradicionales, hasta los m��s recientes modelos matem��ticos. El modelo desarrollado permite resolver la ecuaci��n de dispersi��n 2���D mediante t��cnicas en elementos finitos y por lo tanto obtener la evoluci��n espacio-temporal de la concentraci��n de constituyente. Se ha observado su exactitud en diferentes situaciones pr��cticas, y en particular se ha aplicado a la Bah��a de Santander, analiz��ndose el efecto de diferentes tipos de vertidos. El modelo es susceptible de utilizarse conjuntamente con otro modelo hidrodin��mico capaz de simular la evoluci��n del campo de velocidades.

Elementos finitos en suelos deformables

En el estudio de determinados elementos estructurales de clmentacl6n -vigas y losas flotantes, pilotes, etc. - se han desarrollado modelos simplificados para simular el omportamiento del terreno, asomil��ndolo a un medio continuo y el��stico. Esta idealizaci��n, claramente alejada de la realidad, ha sido y a��n sigue siendo utilizada en numerosos casos en los que el grado de fiabilidad requerido no hace recomendable el recurrir a t��cnicas de an��lisis m��s sofisticadas y econ��micamente m��s costosas, como podrfa ser, por ejemplo, la discretizaci��n del conjunto "elemento estructural-terreno de cimentaci��n" mediante elementos finitos.

An��lisis mediante elementos finitos del comportamiento de losas de hormig��n armado sometidas a explosiones

Se presenta en este trabajo una investigaci��n sobre el comportamiento de losas de hormig��n armado sometidas a explosiones y la simulaci��n num��rica de dicho fen��meno mediante el m��todo de los elementos finitos. El trabajo aborda el estudio de la respuesta de dichos elementos estructurales por comparaci��n entre los resultados obtenidos en ensayos reales a escala 1:1 y los c��lculos realizados mediante modelos de ordenador. Este procedimiento permite verificar la idoneidad, o no, de estos ��ltimos. Se expone en primer lugar el comportamiento mec��nico de los modelos de material que son susceptibles de emplearse en la simulaci��n de estructuras mediante el software empleado en la presente investigaci��n, as�� como las diferentes formas de aplicar cargas explosivas en estructuras modeladas mediante el m��todo de los Elementos Finitos, razon��ndose en ambos casos la elecci��n llevada a cabo. Posteriormente, se describen los ensayos experimentales disponibles, que tuvieron lugar en las instalaciones del Laboratorio de Bal��stica de Efectos, perteneciente al Instituto Tecnol��gico de la Mara��osa (ITM), de Madrid, para estudiar el comportamiento de losas de hormig��n armado a escala 1:1 sometidas a explosiones reales. Se ha propuesto un m��todo de interpretaci��n del nivel de da��o en las losas mediante el martillo de Schmidt, que posteriormente permitir�� comparar resultados con los modelos de ordenador realizados. Asimismo, se propone un m��todo anal��tico para la determinaci��n del tama��o ��ptimo de la malla en las simulaciones realizadas, basado en la distribuci��n de la energ��a interna del sistema. Es conocido que el comportamiento de los modelos pueden verse fuertemente influenciados por el mallado empleado. Seg��n el mallado sea ���grosero��� o ���fino��� el fallo puede no alcanzarse o hacerlo de forma prematura, o excesiva, respectivamente. Es m��s, algunos modelos de material contemplan una ���regularizaci��n��� del tama��o de la malla, pero en la presente investigaci��n se evidencia que dicho procedimiento tiene un rango de validez limitado, incluso se determina un entorno ��ptimo de valores. Finalmente, se han elaborado los modelos num��ricos con el software comercial LS-DYNA, contemplando todos los aspectos rese��ados en los p��rrafos anteriores, procediendo a realizar una comparaci��n de los resultados obtenidos en las simulaciones con los procedidos en los ensayos reales a escala 1:1, observando que existe una muy buena correlaci��n entre ambas situaciones que evidencian que el procedimiento propuesto en la investigaci��n es de todo punto adecuado para la simulaci��n de losas de hormig��n armado sometidas a explosiones. ABSTRACT This doctoral thesis presents an investigation on the behavior of reinforced concrete slabs subjected to explosions along with the numerical simulation of this phenomenon by the finite elements method. The work involves the study of the response of these structural elements by comparing the results of field tests at full scale and the calculations performed by the computer model. This procedure allows to verify the appropriateness or not of the latter. Firstly, the mechanical behavior of the material models that are likely to be used in the modelling of structures is explained. In addition, different ways of choosing explosive charges when conducting finite element methods are analyzed and discussed. Secondly, several experimental tests, which took place at the Laboratorio de Bal��stica de Efectos at the Instituto Tecnol��gico de la Mara��osa (ITM), in Madrid, are described in order to study the behavior of these reinforced concrete slabs. A method for the description of the slab damage level by the Schmidt hammer is proposed, which will make possible to compare the modelling results extracted from the computation experiments. Furthermore, an analytical method for determining the optimal mesh size to be used in the simulations is proposed. It is well known that the behavior of the models can be strongly influenced by the mesh size used. According to this, when modifiying the meshing density the damaged cannot be reached or do it prematurely, or excessive, respectively. Moreover, some material models include a regularization of the mesh size, but the present investigation evidenced that this procedure has a limited range of validity, even an optimal environment values are determined. The method proposed is based on the distribution of the internal energy of the system. Finally, several expecific numerical models have been performed by using LS-DYNA commercial software, considering all the aspects listed in the preceding paragraphs. Comparisons of the results extracted from the simulations and full scale experiments were carried out, noting that there exists a very good correlation between both of them. This fact demonstrates that the proposed research procedure is highly suitable for the modelling of reinforced concrete slabs subjected to blast loading.

Ajuste del modelo de Drucker Prager extendido para la simulaci��n de la respuesta mec��nica de un vertisol mediante el m��todo de elementos finitos

La mecanizaci��n de las labores del suelo es la causa, por su consumo energ��tico e impacto directo sobre el medio ambiente, que m��s afecta a la degradaci��n y p��rdida de productividad de los suelos. Entre los factores de disminuci��n de la productividad se deben considerar la compactaci��n, la erosi��n, el encostramiento y la p��rdida de estructura. Todo esto obliga a cuidar el manejo agr��cola de los suelos tratando de mejorar las condiciones del suelo y elevar sus rendimientos sin comprometer aspectos econ��micos, ecol��gicos y ambientales. En el presente trabajo se adecuan los par��metros constitutivos del modelo de Drucker Prager Extendido (DPE) que definen la fricci��n y la dilatancia del suelo en la fase de deformaci��n pl��stica, para minimizar los errores en las predicciones durante la simulaci��n de la respuesta mec��nica de un Vertisol mediante el M��todo de Elementos Finitos. Para lo cual inicialmente se analizaron las bases te��ricas que soportan este modelo, se determinaron las propiedades y par��metros f��sico-mec��nicos del suelo requeridos como datos de entrada por el modelo, se determin�� la exactitud de este modelo en las predicciones de la respuesta mec��nica del suelo, se estimaron mediante el m��todo de aproximaci��n de funciones de Levenberg-Marquardt los par��metros constitutivos que definen la trayectoria de la curva esfuerzo-deformaci��n pl��stica. Finalmente se comprob�� la exactitud de las predicciones a partir de las adecuaciones realizadas al modelo. Los resultados permitieron determinar las propiedades y par��metros del suelo, requeridos como datos de entrada por el modelo, mostrando que su magnitud est�� en funci��n su estado de humedad y densidad, adem��s se obtuvieron los modelos emp��ricos de estas relaciones exhibiendo un R2>94%. Se definieron las variables que provocan las inexactitudes del modelo constitutivo (��ngulo de fricci��n y dilatancia), mostrando que las mismas est��n relacionadas con la etapa de falla y deformaci��n pl��stica. Finalmente se estimaron los valores ��ptimos de estos ��ngulos, disminuyendo los errores en las predicciones del modelo DPE por debajo del 4,35% haci��ndelo adecuado para la simulaci��n de la respuesta mec��nica del suelo investigado. ABSTRACT The mechanization using farming techniques is one of the main factors that affects the most the soil, causing its degradation and loss of productivity, because of its energy consumption and direct impact on the environment. Compaction, erosion, crusting and loss of structure should be considered among the factors that decrease productivity. All this forces the necessity to take care of the agricultural-land management trying to improve soil conditions and increase yields without compromising economic, ecological and environmental aspects. The present study was aimed to adjust the parameters of the Drucker-Prager Extended Model (DPE), defining friction and dilation of soil in plastic deformation phase, in order to minimize the error of prediction when simulating the mechanical response of a Vertisol through the fine element method. First of all the theoretic fundamentals that withstand the model were analyzed. The properties and physical-mechanical parameters of the soil needed as input data to initialize the model, were established. And the precision of the predictions for the mechanical response of the soil was assessed. Then the constitutive parameters which define the path of the plastic stress-strain curve were estimated through Levenberg-Marquardt method of function approximations. Lastly the accuracy of the predictions from the adequacies made to the model was tested. The results permitted to determine those properties and parameters of the soil, needed in order to initialize the model. It showed that their magnitude is in function of density and humidity. Moreover, the empirical models from these relations were obtained: R2>94%. The variables producing inaccuracies in the constitutive model (angle of repose and dilation) were defined, and there was showed that they are linked with the plastic deformation and rupture point. Finally the optimal values of these angles were established, obtaining thereafter error values for the DPE model under 4, 35%, and making it suitable for the simulation of the mechanical response of the soil under study.

Evaluaci��n de acciones explosivas sobre estructuras de hormig��n armado mediante elementos finitos.

El fen��meno de explosi��n sobre estructuras de hormig��n tiene efectos en muchos casos catastr��ficos a pesar de su reducida frecuencia. Las edificaciones civiles no suelen estar dise��adas para resistir este tipo de solicitaci��n din��mica, por lo que conviene disponer de una metodolog��a que permita analizar los efectos de las explosiones sobre las mismas. Este trabajo estudia el comportamiento de las estructuras reticuladas de hormig��n armado frente a estas acciones, mediante m��todos num��ricos de elementos finitos lagrangianos con integraci��n expl��cita en el tiempo. Se analizan de forma realista partes de la estructura como columnas y forjados usando modelos con hormig��n y armaduras de forma segregada, pero las limitaciones computacionales los hacen inviables para estructuras completas. Se proponen modelos de elementos l��mina y viga debidamente calibrados para obtener una respuesta similar. Se obtienen conclusiones para el uso y calibraci��n de modelos y simulaciones realistas de edificios completos para estudios de seguridad.

Evaluaci��n del tama��o ��ptimo de mallado para la modelizaci��n mediante elementos finitos de losas de hormig��n frente a cargas explosivas

Los elementos estructurales empleados en construcci��n no han sido en general dise��ados para soportar acciones impulsivas, como la detonaci��n de artefactos explosivos. Desde el siglo pasado el mundo ha sufrido ataques terroristas en los que en muchos casos se han producido explosiones que causaron v��ctimas, heridos y la destrucci��n de las construcciones pr��ximas. Debido a este hecho, instituciones p��blicas y privadas comenzaron a mostrar inter��s por el comportamiento de los elementos estructurales que componen sus instalaciones. El hormig��n armado es uno de los principales materiales utilizados en las estructuras de obras debido a sus buenas caracter��sticas, cuyo an��lisis y modelizaci��n en deformaciones din��micas supone un campo de desaf��os al que se est�� prestando gran atenci��n en los ��ltimos a��os. LS-DYNA�� es un programa basado en elementos finitos capaz de simular problemas reales complejos en el que se han desarrollado distintos modelos de hormig��n. Tres de esos modelos (K&C, RHT y CSCM) son evaluados con losas de distintos tama��os de mallado de elementos finitos frente a la detonaci��n de 2 kg de TNT situados a 1 m de distancia. Dichos modelos son simulados y se obtienen los valores de las aceleraciones m��ximas en unos determinados puntos de las losas. Los valores son sometidos a la aplicaci��n del M��todo GCI (Grid Convergence Index) para una relaci��n de refinamiento de mallado no constante, cuyos resultados se comparan con aquellos registrados en los aceler��metros empleados durante la primera fase de ensayos del Proyecto SEGTRANS. Mediante el an��lisis de los resultados obtenidos se determina cual es el modelo de material y tama��o de mallado m��s adecuado que pueda emplearse en un futuro para poder modelar estructuras m��s complejas y con niveles de explosivo m��s elevados.

Modelo tridimensional em elementos finitos para a an��lise de cabo umbilical STU submetido ao carregamento de crushing.

Este trabalho desenvolve e apresenta um modelo tridimensional em elementos finitos de um cabo umbilical do tipo STU (Steel Tube Umbilical) utilizado na extra����o offshore de petr��leo. Tal modelo �� utilizado para estudar o carregamento de crushing, que �� imposto ao cabo umbilical pelas sapatas do tensionador durante o seu lan��amento, de modo a obter de forma detalhada a distribui����o de tens��es nos componentes do n��cleo, com foco nos tubos de a��o utilizados para o transporte de fluidos. A metodologia empregada no desenvolvimento do modelo �� descrita detalhadamente ao longo do trabalho, de forma que possa vir a ser utilizada no estudo de outras configura����es de cabos umbilicais. O modelo elaborado �� utilizado (i) como paradigma para a valida����o de um modelo bidimensional, que visa analisar o mesmo problema de forma mais simples e r��pida, e (ii) para o estudo do comportamento das tens��es nos tubos de a��o na regi��o de transi����o de entrada/sa��da da sapata. Na compara����o entre os modelos bi e tridimensional, o trabalho conclui pela validade do modelo bidimensional na avalia����o das tens��es nos tubos de a��o resultantes do carregamento de crushing, na regi��o central do cabo. O estudo realizado na regi��o de transi����o de entrada/sa��da da sapata permitiu verificar que ocorre um aumento dos n��veis de tens��o nos tubos de a��o nessas regi��es de transi����o, com redistribui����o do campo de tens��es ap��s plastifica����o.

An��lise da flu��ncia em vigas de concreto armado simplesmente apoiadas usando o m��todo dos elementos finitos

Reinforced concrete creep is a phenomenon of great importance. Despite being appointed as the main cause of several pathologies, its effects are yet considered in a simplified way by the structural designers. In addition to studying the phenomenon in reinforced concrete structures and its current account used in the structural analysis, this paper compares creep strains at simply supported reinforced concrete beams in analytical and in experimental forms with the finite element method (FEM) simulation results. The strains and deflections obtained through the analytical form were calculated with the Brazilian code NBR 6118 (2014) recommendations and the simplified method from CEB-FIP 90 and the experimental results were extracted from tests available in the literature. Finite element simulations are performed using ANSYS Workbench software, using its 3D SOLID 186 elements and the structure symmetry. Analyzes of convergence using 2D PLANE 183 elements are held as well. At the end, it is concluded that FEM analyses are quantitative and qualitative efficient for the estimation of this non-linearity and that the method utilized to obtain the creep coefficients values is sufficiently accurate.

Aplica����o do m��todo de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) para a previs��o da resist��ncia de juntas adesivas de sobreposi����o dupla

As liga����es adesivas t��m sido utilizadas em diversas ��reas de aplica����o. A utiliza����o das juntas adesivas em aplica����es industriais tem vindo a aumentar nos ��ltimos anos, por causa das vantagens significativas que apresentam comparativamente com os m��todos tradicionais de liga����o tais como soldadura, liga����es aparafusadas e rebitadas. A redu����o de peso, redu����o de concentra����es de tens��es e facilidade de fabrico s��o algumas das principais vantagens das liga����es adesivas. Devido �� crescente utiliza����o das liga����es adesivas, torna-se necess��rio a exist��ncia de ferramentas que permitam prever a resist��ncia das juntas com elevada precis��o. Assim, para a an��lise de juntas adesivas, est�� a ser cada vez mais utilizado o m��todo de Elementos Finitos. Neste ��mbito o M��todo de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) perfila-se como um m��todo capaz de prever o comportamento da junta, embora este ainda n��o esteja convenientemente estudado no que diz respeito �� aplica����o a juntas adesivas. Neste trabalho �� apresentado um estudo experimental e num��rico pelo MEFX de juntas de sobreposi����o dupla, nas quais s��o aplicados adesivos que variam desde fr��geis e r��gidos, como o caso do Araldite�� AV138, at�� adesivos mais d��cteis, como o Araldite�� 2015 e o Sikaforce�� 7888. Foram considerados substratos de alum��nio (AW6082-T651) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposi����o, sendo sujeitos a esfor��os de tra����o de forma a avaliar o seu desempenho. Na an��lise num��rica foi realizada uma an��lise da distribui����o de tens��es na camada adesiva, a previs��o da resist��ncia das juntas pelo MEFX segundo crit��rios de inicia����o de dano baseados em tens��es e deforma����es, e ainda um estudo sobre o crit��rio energ��tico de propaga����o de dano. A an��lise por MEFX revelou que este m��todo �� bastante preciso quando usados os crit��rios de inicia����o de dano MAXS e QUADS, e par��metro com valor de 1 no crit��rio energ��tico de propaga����o de dano. Apesar de ser um m��todo pouco estudado na literatura comparativamente com outros, o MEFX apresentou resultados muito satisfat��rios.

M��todos num��ricos para ecuaciones diferenciales r��gidas. Aplicaci��n a la semidiscretizaci��n del m��todo de elementos finitos

295 p.

An��lise de guias de ondas pelos m��todos vetorial magn��tico e dos elementos-finitos

Neste trabalho, �� apresentada uma formula����o apropriada �� an��lise de guias de ondas eletromagn��ticos, cobrindo do espectro de microondas at�� o da ��ptica. Nas regi��es a partir do ultravioleta, os comprimentos de onda s��o equivalentes ��s dimens��es at��micas e a formula����o necessita de uma abordagem qu��ntica, que n��o �� considerada neste estudo. A formula����o �� fundamentada nos m��todos vetorial magn��tico e dos elementos finitos (MEF), em meios n��o homog��neos, anisotr��picos e n��o dissipativos, embora a dissipa����o possa ser facilmente introduzida na an��lise. Deu-se prefer��ncia �� formula����o com o campo magn��tico em vez do el��trico, pelo fato do campo magn��tico ignorar descontinuidades el��tricas. Ele �� cont��nuo em regi��es de permeabilidade homog��nea, propriedade dos meios diel��tricos em geral ( = 0), independente da permissividade dos respectivos meios, conquanto os campos el��tricos sejam descont��nuos entre regi��es de permissividades diferentes.

An��lise da dissipa����o das tens��es em dentes humanos restaurados com facetas laminadas de cer��mica, com tr��s tipos de preparos, atrav��s do m��todo dos elementos finitos

O objetivo deste trabalho �� analisar in vitro a dissipa����o de tens��es em incisivos centrais superiores humanos restaurados com facetas de cer��mica feldsp��tica, atrav��s da an��lise do m��todo dos elementos finitos, considerando cargas funcionais de mastiga����o e corte dos alimentos, em fun����o de tr��s tipos de preparos utilizados: sem prote����o incisal; com prote����o incisal em ��ngulo e com prote����o incisal em degrau palatino. Foram utilizadas modelagens bidimensionais de um incisivo central superior e suas estruturas de suporte, simulando tr��s situa����es: (Primeira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular (em forma de janela); (Segunda modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular e prote����o incisal em plano inclinado; (Terceira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular, e prote����o incisal com degrau palatino. Foi considerada uma carga (P=100N) com uma inclina����o de 45 concentrada, simulando a regi��o de contato do incisivo central inferior com o superior durante a mastiga����o e uma na regi��o de contato topo a topo dos incisivos superior e inferior, simulando o corte dos alimentos. Ap��s a an��lise dos dados obtidos pela distribui����o de tens��es, pode-se concluir que quanto �� dissipa����o das tens��es em todo o sistema proposto, com a aplica����o de carga em 45, n��o foram observadas mudan��as no estado tensional nos tr��s diferentes preparos. Quando foi aplicada carga vertical, simulando o contato de topo, houve varia����o no estado tensional no sistema do dente com preparo em janela. Nas facetas, com a aplica����o de carga em 45, nos preparos em janela e com prote����o incisal em plano inclinado o resultado foi semelhante nos valores tensionais enquanto, nas facetas em dentes preparados com prote����o incisal com degrau palatino, a distribui����o foi mais homog��nea tendo valores superiores, mostrando que o abra��amento do dente diminuiu a flex��o.