Espectroscopía de emisión de rayos x. Aplicación a la caracterización de materiales.

La idea principal del proyecto abarca el estudio de parámetros y fenómenos físicos. Los avances logrados se aplicarán al desarrollo de software y metodologías para cuantificación de materiales mediante microanálisis con sonda de electrones y microscopía electrónica de barrido. El microanálisis no es una técnica absoluta, sino que requiere de estándares de referencia, para obviar el uso de ciertos parámetros geométricos y atómicos difíciles de conocer con una precisión adecuada. Para contar con un método sin estándares debe abordarse la determinación de parámetros atómicos e instrumentales, que es uno de los aspectos que se desea encarar en este proyecto. Por otro lado, también se pretende incluir los parámetros estudiados en un software de cuantificación desarrollado por integrantes del proyecto. Otro de los propósitos del plan de trabajo es estudiar la potencialidad de la resolución espacial de una microsonda de electrones con el fin de desarrollar una metodología para caracterizar interfases, bordes de granos e inclusiones, con resolución submicrométrica, ya que los métodos tradicionales de cuantificación se restringen al caso de muestras planas y homogéneas dentro del volumen de interacción, pero la caracterización de inhomogeneidades a nivel micrométrico no ha sido desarrollada todavía, salvo algunas excepciones.

Fluxo de fluído através de um meio poroso fractal desordenado. Análise das tensões de cisalhamento e efeito de escala na estimativa das forças viscosas

In this work we have investigated some aspects of the two-dimensional flow of a viscous Newtonian fluid through a disordered porous medium modeled by a random fractal system similar to the Sierpinski carpet. This fractal is formed by obstacles of various sizes, whose distribution function follows a power law. They are randomly disposed in a rectangular channel. The velocity field and other details of fluid dynamics are obtained by solving numerically of the Navier-Stokes and continuity equations at the pore level, where occurs actually the flow of fluids in porous media. The results of numerical simulations allowed us to analyze the distribution of shear stresses developed in the solid-fluid interfaces, and find algebraic relations between the viscous forces or of friction with the geometric parameters of the model, including its fractal dimension. Based on the numerical results, we proposed scaling relations involving the relevant parameters of the phenomenon, allowing quantifying the fractions of these forces with respect to size classes of obstacles. Finally, it was also possible to make inferences about the fluctuations in the form of the distribution of viscous stresses developed on the surface of obstacles.

Algoritmo modificado de PSO matricial aplicado a identificação de sistemas com análise de convergência

Recentemente diversas técnicas de computação evolucionárias têm sido utilizadas em áreas como estimação de parâmetros de processos dinâmicos lineares e não lineares ou até sujeitos a incertezas. Isso motiva a utilização de algoritmos como o otimizador por nuvem de partículas (PSO) nas referidas áreas do conhecimento. Porém, pouco se sabe sobre a convergência desse algoritmo e, principalmente, as análises e estudos realizados têm se concentrado em resultados experimentais. Por isso, é objetivo deste trabalho propor uma nova estrutura para o PSO que permita analisar melhor a convergência do algoritmo de forma analítica. Para isso, o PSO é reestruturado para assumir uma forma matricial e reformulado como um sistema linear por partes. As partes serão analisadas de forma separada e será proposta a inserção de um fator de esquecimento que garante que a parte mais significativa deste sistema possua autovalores dentro do círculo de raio unitário. Também será realizada a análise da convergência do algoritmo como um todo, utilizando um critério de convergência quase certa, aplicável a sistemas chaveados. Na sequência, serão realizados testes experimentais de maneira a verificar o comportamento dos autovalores após a inserção do fator de esquecimento. Posteriormente, os algoritmos de identificação de parâmetros tradicionais serão combinados com o PSO matricial, de maneira a tornar os resultados da identificação tão bons ou melhores que a identificação apenas com o PSO ou, apenas com os algoritmos tradicionais. Os resultados mostram a convergência das partículas em uma região delimitada e que as funções obtidas após a combinação do algoritmo PSO matricial com os algoritmos convencionais, apresentam maior generalização para o sistema apresentado. As conclusões a que se chega é que a hibridização, apesar de limitar a busca por uma partícula mais apta do PSO, permite um desempenho mínimo para o algoritmo e ainda possibilita melhorar o resultado obtido com os algoritmos tradicionais, permitindo a representação do sistema aproximado em quantidades maiores de frequências.

Análisis de distribución de tensiones asociada a la utilización de implantes ortopédicos de materiales superelásticos en el tratamiento de deficiencias óseas.

Durante el desarrollo de un niño pueden ocurrir diversas anomalías y distorsiones en el crecimiento de los huesos que resultan en distintos problemas. Independientemente de las razones por las que ocurren, si son detectadas y tratadas con tiempo sus secuelas pueden ser minimizadas o eliminadas. Este trabajo continúa el proyecto integrador de ingeniería mecánica del ingeniero Matías Korten. En ese trabajo se realizaron ensayos termomecánicos a alambres de NiTi para caracterizar las fuerzas desarrolladas y la influencia de diferentes parámetros geométricos y físicos en las mismas. El Dr. J. Groiso propone la fabricación de un dispositivo pseudoelástico y biocompatible de NiTi para corregir deformaciones angulares en huesos. En este trabajo, se buscó caracterizar nuevamente el material NiTi, validar los resultados obtenidos en ese trabajo y diseñar un dispositivo que permita la caracterización del material de forma más confiable. Se desarrolló un modelo computacional de un hueso en 3D que permite obtener el campo de tensiones sobre la placa de crecimiento al aplicar una fuerza superficial sobre los tornillos. Se analizaron los resultados con distintas formas de aplicación de la fuerza, la zona afectada por la prótesis al cambiar la posición de los tornillos y se hizo un análisis de sensibilidad en el rango (según bibliografía) del módulo de elasticidad de la placa de crecimiento. Se concluye que la aplicación de un dispositivo de NiTi puede generar las tensiones necesarias para impulsar el crecimiento del hueso en la dirección correcta.

Análisis de distribución de tensiones asociada a la utilización de implantes ortopédicos de materiales superelásticos en el tratamiento de deficiencias óseas.

Durante el desarrollo de un niño pueden ocurrir diversas anomalías y distorsiones en el crecimiento de los huesos que resultan en distintos problemas. Independientemente de las razones por las que ocurren, si son detectadas y tratadas con tiempo sus secuelas pueden ser minimizadas o eliminadas. Este trabajo continúa el proyecto integrador de ingeniería mecánica del ingeniero Matías Korten. En ese trabajo se realizaron ensayos termomecánicos a alambres de NiTi para caracterizar las fuerzas desarrolladas y la influencia de diferentes parámetros geométricos y físicos en las mismas. El Dr. J. Groiso propone la fabricación de un dispositivo pseudoelástico y biocompatible de NiTi para corregir deformaciones angulares en huesos. En este trabajo, se buscó caracterizar nuevamente el material NiTi, validar los resultados obtenidos en ese trabajo y diseñar un dispositivo que permita la caracterización del material de forma más confiable. Se desarrolló un modelo computacional de un hueso en 3D que permite obtener el campo de tensiones sobre la placa de crecimiento al aplicar una fuerza superficial sobre los tornillos. Se analizaron los resultados con distintas formas de aplicación de la fuerza, la zona afectada por la prótesis al cambiar la posición de los tornillos y se hizo un análisis de sensibilidad en el rango (según bibliografía) del módulo de elasticidad de la placa de crecimiento. Se concluye que la aplicación de un dispositivo de NiTi puede generar las tensiones necesarias para impulsar el crecimiento del hueso en la dirección correcta.

Calibración de métodos simplificados existentes para el análisis de muros esbeltos de concreto reforzado

El diseño y construcción de edificios en muros esbeltos de concreto reforzado presentan en la actualidad una alta demanda, debido a su eficiente sistema constructivo y grandes ventajas en cuanto al desempeño sismo resistente de la edificación. Sin embargo, en países tales como Colombia y Ecuador, se han promovido prácticas constructivas que tienden a reducir considerablemente estos espesores, llegando incluso a niveles excesivos en los cuáles hay poco o ninguna evidencia experimental o numérica sobre el comportamiento real de este tipo de muros ante movimientos sísmicos moderados y severos. Con base en esto nace la necesidad de entender e interpretar de manera adecuada el comportamiento estructural de los muros esbeltos de concreto reforzado. Es necesario aclarar que el diseño convencional de dichos elementos no contempla un rango plástico, es decir, el diseñador no detalla sus cálculos teniendo en cuenta el comportamiento inelástico del elemento. Debido a esto no se tiene certeza del comportamiento del muro una vez sobrepasado los esfuerzos de fluencia, lo cual se hace necesario ya que dicho elemento cuenta con un rango de ductilidad que influye directamente en el desempeño estructural del mismo. Basado en lo anterior es importante conocer el comportamiento tanto elástico como inelástico de los muros esbeltos de concreto reforzado, así mismo de cada uno de los parámetros geométricos, características de los materiales y solicitaciones en el elemento. Es importante destacar que con los métodos simplificados de análisis estructural que consideren el rango no lineal es posible tener conocimiento del comportamiento de cada una de las variables mencionadas anteriormente, logrando así una concepción del diseño de estos elementos más adecuada y acorde a todos los parámetros que lo componen. La presente tesis se realiza motivada en plantear una metodología simplificada para el análisis de muros esbeltos de concreto reforzado, que a su vez sea útil para entender de manera adecuada el comportamiento no lineal de estos elementos bajo la ocurrencia de diferentes solicitaciones.

Acousto-optic modulation of optical reflection properties in fiber Bragg gratings and the application in fiber lasers

This thesis aims to investigate the interaction of acoustic waves and fiber Bragg gratings (FBGs) in standard and suspended-core fibers (SCFs), to evaluate the influence of the fiber, grating and modulator design on the increase of the modulation efficiency, bandwidth and frequency. Initially, the frequency response and the resonant acoustic modes of a low frequency acousto-optic modulator (f < 1.2 MHz) are numerically investigated by using the finite element method. Later, the interaction of longitudinal acoustic waves and FBGs in SCFs is also numerically investigated. The fiber geometric parameters are varied and the strain and grating properties are simulated by means of the finite element method and the transfer matrix method. The study indicates that the air holes composing the SCF cause a significant reduction of the amount of silica in the fiber cross section increasing acousto-optic interaction in the core. Experimental modulation of the reflectivity of FBGs inscribed in two distinct SCFs indicates evidences of this increased interaction. Besides, a method to acoustically induce a dynamic phase-shift in a chirped FBG employing an optimized design of modulator is shown. Afterwards, a combination of this modulator and a FBG inscribed in a three air holes SCF is applied to mode-lock an ytterbium doped fiber laser. To improve the modulator design for future applications, two other distinct devices are investigated to increase the acousto-optic interaction, bandwidth and frequency (f > 10 MHz). A high reflectivity modulation has been achieved for a modulator based on a tapered fiber. Moreover, an increased modulated bandwidth (320 pm) has been obtained for a modulator based on interaction of a radial long period grating (RLPG) and a FBG inscribed in a standard fiber. In summary, the results show a considerable reduction of the grating/fiber length and the modulator size, indicating possibilities for compact and faster acousto-optic fiber devices. Additionally, the increased interaction efficiency, modulated bandwidth and frequency can be useful to shorten the pulse width of future all-fiber mode-locked fiber lasers, as well, to other photonic devices which require the control of the light in optical fibers by electrically tunable acoustic waves.

Influência na qualidade final de metais retificados através da variação da velocidade de mergulho

A retificação, processo final de usinagem de uma peça, utiliza fluidos de corte com a finalidade de lubrificação, refrigeração e remoção de cavacos. No entanto, esses fluidos são extremamente agressivos com o meio. Com o avanço tecnológico a tendência mundial é produzir peças cada vez mais sofisticadas, com elevado grau de tolerância geométrica, dimensional, com bom acabamento superficial, com baixo custo e, principalmente, sem causar danos ao meio. Para tanto, ao processo de retificação está intrínseca a reciclagem do fluido de corte, que se destaca pelo seu custo. Através da variação da velocidade de avanço no processo de retificação cilíndrica externa do aço ABNT D6, racionalizando a aplicação de dois fluidos de corte e usando um rebolo superabrasivo de CBN (nitreto de boro cúbico) com ligante vitrificado, avaliaram-se os parâmetros de saída da força tangencial de corte, emissão acústica, rugosidade, circularidade, desgaste da ferramenta, tensão residual e a integridade superficial através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos corpos-de-prova. Com a análise do desempenho do fluido, do rebolo e da velocidade de mergulho, encontraram-se as melhores condições de usinagem propiciando a diminuição do volume de fluido de corte e a diminuição do tempo de usinagem, sem prejudicar os parâmetros geométricos e dimensionais, o acabamento superficial e a integridade superficial dos componentes.

Estudo do comportamento biomecânico de aneurismas cerebrais

Os aneurismas cerebrais são dilatações patológicas das artérias cerebrais e são conhecidos como um dos eventos cerebrovasculares mais comuns e graves. A maioria dos aneurismas cerebrais não provocam sintomas até que se tornem grandes, começando a vazar sangue ou a romperem-se. O principal objetivo deste trabalho é a caracterização do comportamento biomecânico de aneurismas, tendo em consideração diferentes parâmetros geométricos e fisiológicos, de forma a analisar o comportamento da parede de um vaso sanguíneo aquando a formação de um aneurisma. O estudo numérico foi efetuado considerando diferentes modelos constitutivos híper-elásticos, que é o caso dos vasos sanguíneos, com intuito de verificar qual o que melhor se adequa a este tipo de estudos e de analisar e calcular os deslocamentos e as deformações ocorridas no aneurisma cerebral. Os diferentes modelos constitutivos foram aproximados por uma curva de tensão/deformação que contém valores experimentais de um ensaio de tração até à rutura de uma mucosa vaginal. Foram utilizados dois módulos do software Ansys®, sendo estes o Fluent e o Static Structural. O primeiro utilizou-se determinar a pressão exercida pelo fluido na parede interior do canal, sendo este resultado exportado para o Static Structural, permitindo assim fazer o estudo estrutural do canal com aneurisma. Concluiu-se que a nível qualitativo, qualquer modelo constitutivo estudado pode ser utilizado, pois todos mostram o mesmo tipo de distribuição de deslocamentos e deformações. No entanto, os modelos mais fiáveis a nível quantitativo é o modelo de Mooney-Rivlin 5 Parameter e o Polynomial 2nd Order, pois apresentam os mesmos resultados.

Uso de agentes inteligentes no controle simultâneo da largura e do reforço dos cordões de solda no processo GMAW-S

Tese (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.

Simulação de fluxo de fluidos em meios porosos desordenados uma análise de efeito de escala na estimativa da permeabilidade e do coeficiente de arrasto

The present study provides a methodology that gives a predictive character the computer simulations based on detailed models of the geometry of a porous medium. We using the software FLUENT to investigate the flow of a viscous Newtonian fluid through a random fractal medium which simplifies a two-dimensional disordered porous medium representing a petroleum reservoir. This fractal model is formed by obstacles of various sizes, whose size distribution function follows a power law where exponent is defined as the fractal dimension of fractionation Dff of the model characterizing the process of fragmentation these obstacles. They are randomly disposed in a rectangular channel. The modeling process incorporates modern concepts, scaling laws, to analyze the influence of heterogeneity found in the fields of the porosity and of the permeability in such a way as to characterize the medium in terms of their fractal properties. This procedure allows numerically analyze the measurements of permeability k and the drag coefficient Cd proposed relationships, like power law, for these properties on various modeling schemes. The purpose of this research is to study the variability provided by these heterogeneities where the velocity field and other details of viscous fluid dynamics are obtained by solving numerically the continuity and Navier-Stokes equations at pore level and observe how the fractal dimension of fractionation of the model can affect their hydrodynamic properties. This study were considered two classes of models, models with constant porosity, MPC, and models with varying porosity, MPV. The results have allowed us to find numerical relationship between the permeability, drag coefficient and the fractal dimension of fractionation of the medium. Based on these numerical results we have proposed scaling relations and algebraic expressions involving the relevant parameters of the phenomenon. In this study analytical equations were determined for Dff depending on the geometrical parameters of the models. We also found a relation between the permeability and the drag coefficient which is inversely proportional to one another. As for the difference in behavior it is most striking in the classes of models MPV. That is, the fact that the porosity vary in these models is an additional factor that plays a significant role in flow analysis. Finally, the results proved satisfactory and consistent, which demonstrates the effectiveness of the referred methodology for all applications analyzed in this study.

O design e o produto: parâmetros projetuais para o planejamento de jogos geométricos pré-escolares

Educational games are responsible for part of the information assimilated by the child, because these games respect the individual learning time, enabling experimentation and, consequently, being an accessory to retain the acquired knowledge spontaneously. However, the analogy between stimulus and reception/result is not always the expected. On the one hand, there are the pedagogues, bearing the knowledge necessary to the children’s development. On the other hand, are the children, who cannot completely assimilate the concept, commonly because of lack of planning on the product. After all, the children become not interested in the game, without developing the expected cognitive abilities planned for the product. Whereas the importance of the games on children’s development, this work aimed to analyze and select educational games presented on the preschool, based on the language exploration from the Design’s knowledge and skills. Specifically, the research intends to investigate games targeted to stimulate geometric concepts, and so, to describe parameters that must be observed during the product planning.

Análisis de parámetros dinámicos y estáticos en la prospección de áridos. Caso práctico: cantera de arcillas en Madrid (España)

En el presente trabajo se hace una valoración de los recursos existentes en una explotación de áridos estudiando parámetros dinámicos mediante técnicas geofísicas y parámetros estáticos mediante ensayos de caracterización de arcillas en laboratorio. Esta doble actuación obedece a la nueva normativa aplicada a las explotaciones mineras en las que se indica la necesidad de la realización de un informe geotécnico incluido dentro de la valoración arqueológica de la explotación. Para ilustrar este “modus operandi” se ha elegido un caso práctico real: una explotación sita en el municipio de Torres de la Alameda, Madrid (España). En cuanto al análisis de los parámetros dinámicos se ha realizado una campaña de prospección geofísica utilizando Corriente Continua mediante la técnica de los Sondeos Eléctricos Verticales (S.E.V.). La selección de los lugares de prospección ha obedecido a criterios estadísticos apoyados en las observaciones de la geología de superficie y las características morfológicas de la explotación. La aplicación de los S.E.V. ha permitido determinar la distribución en profundidad de los diferentes niveles geoeléctricos del área estudiada, además de la distribución de resistividades en cada uno de los niveles. Para el estudio de parámetros estáticos se realizó una investigación de las características geotécnicas del terreno mediante la realización de calicatas geomecánicas y ensayos de penetración dinámica además de ensayos de caracterización de muestras. Dicha información, conjuntamente con las descripciones sobre las muestras obtenidas, han permitido realizar una caracterización fiable y barata de los recursos presentes en la zona de estudio.

Caracterización de vehículos ferroviarios para analizar la sensibilidad de sus parámetros dinámicos

Este trabajo forma parte de un proyecto más amplio, cuya finalidad es realizar un estudio de sensibilidad que permita determinar qué grado de exactitud se requiere en la definición de los principales parámetros que influyen en la dinámica de los vehículos ferroviarios. Como paso previo a este análisis de sensibilidad, es preciso seleccionar un vehículo de referencia en el que basar dicho estudio. Dicho vehículo se empleará como punto de partida, para después variar el valor de los parámetros que lo caracterizan, a fin de determinar su influencia sobre la dinámica de marcha. Para alcanzar este objetivo se ha construido una base de datos de vehículos ferroviarios, que almacena las características de los parámetros que afectan al comportamiento dinámico de los vehículos. El valor de referencia correspondiente a cada parámetro puede asociarse al promedio de los valores almacenados en la base de datos, y sus rangos de variación pueden obtenerse a partir de las medidas de dispersión de estos datos. Se ha realizado un test de normalidad sobre los datos almacenados en la base de datos, encontrándose que la hipótesis de normalidad resulta, en general, inapropiada, lo que requiere el uso de estimadores más robustos de los habituales. Aunque el estudio de sensibilidad podría basarse en el vehículo ficticio definido por los valores promedio de cada parámetro, cabe la posibilidad de que este vehículo promedio presente un comportamiento dinámico distinto al que tendría un vehículo real. Para evitar este posible contratiempo, se han utilizado técnicas de escalado multidimensional para seleccionar los registros de la base de datos más próximos al vehículo promedio. Para determinar cuál de estos vehículos resulta más apropiado, se ha comparado su comportamiento dinámico empleando técnicas de simulación de sistemas multicuerpo. A partir de los resultados obtenidos en estas simulaciones, se ha valorado el comportamiento de cada modelo desde el punto de vista de la seguridad, de la agresión a la vía y del confort, siguiendo las indicaciones de la norma EN-14363. Finalmente, se ha seleccionado como vehículo de referencia aquél que, presentando un comportamiento adecuado, requiere el menor esfuerzo computacional para llevar a cabo las simulaciones.

Aprendizagem da geometria em ambientes computacionais dinâmicos: um estudo no 9º ano de escolaridade

Dissertação de mestrado em Ciências da Educação: área de Educação e Desenvolvimento