Desenvolvimento de célula Pockels na topologia reflexiva aplicada a TP óptico de alta tensão.

O trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de um interferômetro sensor de alta tensão, baseado em célula Pockels (modulador eletro-óptico) na topologia reflexiva (\"double pass\") e que é parte integrante de um Transformador de Potencial Óptico (TPO), que utiliza sistema interferométrico de luz branca (WLI-White Light Interferometry), que está sendo desenvolvido pelo grupo do Laboratório de Sensores Ópticos (LSO) do PEA-EPUSP, e é capaz de medir diretamente tensões presentes em sistema elétrico de potência (SEP) classe 69kVRMS. Para desenvolver o tema proposto foi feita uma revisão da literatura baseada em livros, artigos e teses para identificar topologias em moduladores eletro-ópticos transmissiva (\"single pass\") e reflexiva (\"double pass\") para definir o tipo de modulador mais adequado para a aplicação em questão. A partir dos estudos e implementações realizadas, verificou-se um enorme potencial para o desenvolvimento e aplicação da topologia \"double pass\" no sensor interferométrico da célula de alta tensão do TPO. A topologia mostrou-se vantajosa em relação aos protótipos dos TPOs desenvolvidos anteriormente, a partir de características tais como: a facilidade de recurso de alinhamento do feixe de luz, construção e reprodução relacionados ao cristal eletro-óptico, diminuição do número de componentes ópticos volumétricos e aumento da rigidez dielétrica da célula sensora. Simulações computacionais foram realizadas mediante a aplicação do método dos elementos finitos (MEF) que contribuíram para o auxílio do projeto da célula sensora, particularmente, para estimativa do valor da voltagem de meia onda, V?, parâmetro importante para o projeto do TPO. Um protótipo do TPO com célula sensora de alta tensão reflexiva foi implementado e testado no laboratório de alta tensão do IEEUSP a partir de ensaios com tensões nominais de 69kVrms a 60Hz e máxima de 140kVrms a 60 Hz. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e domínio das técnicas de construção de interferômetros sensores de alta tensão na topologia reflexiva aplicadas a TPOs.

Avaliação do erro estático da ferramenta de uma máquina fresadora com arquitetura paralela.

Os mecanismos amplamente utilizados em aplicações industriais são de tipo serial, porém há algum tempo vem sendo desenvolvidos estudos sobre as vantagens que os mecanismos de arquitetura paralela oferecem em contraposição com os seriais. Rigidez, precisão, altas frequências naturais e velocidade são algumas características que os mecanismos paralelos atribuem a máquinas já consolidadas na indústria, destinadas principalmente nas operações de manipulação (pick and place). Nesse sentido, é relevante o estudo sobre a funcionalidade em outros tipos de operação como a usinagem e, particularmente o fresamento. Para isto, devem-se ainda explorar e desenvolver as capacidades dos mecanismos paralelos em relação à rigidez e à precisão nas operações mencionadas. Foi desenvolvido previamente o projeto e montagem do protótipo de uma máquina fresadora de arquitetura paralela. Também aracterizado pela redundância na atuação para o posicionamento da ferramenta. Com este intuito, pretende-se no trabalho atual, avaliar o erro estático de posicionamento da ferramenta por métodos experimentais, quantificar os deslocamentos, realizar um mapeamento experimental em diversas configurações dos membros. Por outro lado, pretende-se adaptar um modelo numérico simplificado que possa prever as deformações elásticas em diversas configurações, que contemple o efeito de juntas lineares flexíveis e que de alguma forma ajude a identificar as principais fontes de erro. Para tal, foram elaboradas rotinas de programação que através da cinemática inversa e o uso do método dos elementos finitos tentem prever o que de fato acontece nos experimentos. Foi proposta também uma implementação alternativa para o controle do mecanismo através de um software CNC e a conversão de coordenadas cartesianas em coordenadas dos atuadores, isto ajudaria na geração do código G. Finalmente, foram elaboradas algumas trajetórias que tentam avaliar a exatidão e repetitividade do mecanismo além de descrever outras trajetórias livres.

Estudo do processo de formação do cavaco durante o torneamento e sua relação com a microestrutura utilizando o método dos elementos finitos.

O objetivo desse trabalho foi avaliar o processo de formação do cavaco durante o torneamento utilizando simulação numérica pelo método dos elementos finitos. Para realizar o estudo foram definidos dois tipos de aços inoxidáveis austeníticos, um com matriz metálica sem a presença significativa de inclusões, do tipo ABNT 304, e outro com a presença de inclusões não metálicas, do tipo ABNT 303. O estudo foi focado nos mecanismos de formação e ruptura do cavaco, na determinação das forças de usinagem, no campo de tensões, deformações, e temperaturas durante o processo, que foram relacionados com aspectos e características da microestrutura do material. Os resultados obtidos foram comparados com as forças de usinagem experimentais, com a espessura e morfologia do cavaco. O desenvolvimento do trabalho, de acordo com a metodologia adotada, foi realizado em diferentes etapas. Inicialmente foi elaborado e aplicado um modelo de simulação da usinagem considerando o material homogêneo. Em outra etapa, foi realizada a modelagem de uma microestrutura submetida a um estado de tensão e deformação semelhante ao encontrado na simulação da usinagem realizada com material homogêneo. Os resultados mostraram que as partículas das inclusões maiores, alongadas, e em maior quantidade aumentam a tensão e a deformação na microestrutura. As elevadas temperaturas obtidas na usinagem dos aços inoxidáveis austeníticos aumentam a ductilidade dos sulfetos, esses se deformam em compressão junto com a matriz, e têm um efeito limitado como agente de redução dos esforços de usinagem. Por outro lado, os sulfetos facilitam a etapa de ruptura do cavaco em tensões trativas, e tendem a se romper facilitando o processo de quebra.

Comportamento tribo-mecânico e desgaste adesivo de materiais em nanoescala: análises por dinâmica molecular e mecânica do contínuo.

As formulações baseadas na mecânica do contínuo, embora precisas até certo ponto, por vezes não podem ser utilizadas, ou não são conceitualmente corretas para o entendimento de fenômenos em escalas reduzidas. Estas limitações podem aparecer no estudo dos fenômenos tribológicos em escala nanométrica, que passam a necessitar de novos métodos experimentais, teóricos e computacionais que permitam explorar estes fenômenos com a resolução necessária. Simulações atomísticas são capazes de descrever fenômenos em pequena escala, porém, o número necessário de átomos modelados e, portanto, o custo computacional - geralmente torna-se bastante elevado. Por outro lado, os métodos de simulação associados à mecânica do contínuo são mais interessantes em relação ao custo computacional, mas não são precisos na escala atômica. A combinação entre essas duas abordagens pode, então, permitir uma compreensão mais realista dos fenômenos da tribologia. Neste trabalho, discutem-se os conceitos básicos e modelos de atrito em escala atômica e apresentam-se estudos, por meio de simulação numérica, para a análise e compreensão dos mecanismos de atrito e desgaste no contato entre materiais. O problema é abordado em diferentes escalas, e propõe-se uma abordagem conjunta entre a Mecânica do Contínuo e a Dinâmica Molecular. Para tanto, foram executadas simulações numéricas, com complexidade crescente, do contato entre superfícies, partindo-se de um primeiro modelo que simula o efeito de defeitos cristalinos no fenômeno de escorregamento puro, considerando a Dinâmica Molecular. Posteriormente, inseriu-se, nos modelos da mecânica do contínuo, considerações sobre o fenômeno de adesão. A validação dos resultados é feita pela comparação entre as duas abordagens e com a literatura.

Partial collapse of a ventilated stone façade: Diagnosis and analysis of the anchorage system

The mechanical behaviour of transventilated façades performed by natural stone is necessarily based on the correct execution of both anchoring elements on the stone cladding as in the ones corresponding to the enclosure support, either with brick masonry walls or reinforced concrete walls. In the case studied in the present work, the origin of the damages suffered on the façade of a building located in Alcoy has been analyzed, where the detachment of part of the outer enclosure occurred. This enclosure is a transventilated façade formed by Bateig Blue stone tiles. To this end, “in situ” tests of the anchoring systems employed have been performed, as well as laboratory tests of mechanical characterization of the material and of different types of anchor, comparing these results with those obtained in both the simplified analytical models of continuum mechanics as developed by the Finite Element Method (FEM).

Left-handed metamaterial coatings for subwavelength-resolution imaging

We report on a procedure to improve the resolution of far-field imaging by using a neighboring high-index medium that is coated with a left-handed metamaterial. The resulting plot can also exhibit an enhanced transmission by considering proper conditions to retract backscattering. Based on negative refraction, geometrical aberrations are considered in detail since they may cause a great impact in this sort of diffraction-unlimited imaging by reducing its resolution power. We employ a standard aberration analysis to refine the asymmetric configuration of metamaterial superlenses. We demonstrate that low-order centrosymmetric aberrations can be fully corrected for a given object plane. For subwavelength-resolution imaging, however, high-order aberrations become of relevance, which may be balanced with defocus. Not only the point spread function but also numerical simulations based on the finite-element method support our theoretical analysis, and subwavelength resolution is verified in the image plane.

Subwavelength Bessel beams in wire media

Recent progress is emerging on nondiffracting subwavelength fields propagating in complex plasmonic nanostructures. In this paper, we present a thorough discussion on diffraction-free localized solutions of Maxwell’s equations in a periodic structure composed of nanowires. This self-focusing mechanism differs from others previously reported, which lie on regimes with ultraflat spatial dispersion. By means of the Maxwell–Garnett model, we provide a general analytical expression of the electromagnetic fields that can propagate along the direction of the cylinder’s axis, keeping its transverse waveform unaltered. Numerical simulations based on the finite element method support our analytical approach. In particular, moderate filling fractions of the metallic composite lead to nonresonant-plasmonic spots of light propagating with a size that remains far below the limit of diffraction.

Análisis numérico del comportamiento vibratorio del conjunto móvil de un altavoz dinámico

En este trabajo se describe el proceso llevado a cabo para analizar numéricamente mediante el método de los elementos finitos (MEF) el comportamiento vibratorio del conjunto móvil de un altavoz dinámico de bobina con doble suspensión inferior y en ausencia de la superior. El estudio se centra en el rango de baja frecuencia. El calibrado del modelo se realiza en base a medidas experimentales de la frecuencia de resonancia y desplazamiento del diafragma. Se hace énfasis en la importancia de los factores de participación asociados a la fuerza de excitación y en los cambios que se producen en estos al introducir fuerzas no equilibradas. Así mismo, el análisis proporciona datos para decidir sobre la distancia entre suspensiones, su número óptimo de pliegues y la ubicación de las trencillas, siendo estos parámetros de gran interés en el diseño de este tipo de altavoces.

Cálculo del asiento elástico tridimensional de cimentaciones de rigidez variable en terrenos con una capa rígida inclinada

Las fórmulas basadas en la teoría de la elasticidad son ampliamente utilizadas para el cálculo de asientos de cimentaciones, ya que la totalidad de la normativa geotécnica recomienda su empleo. No obstante, estos métodos no cubren todas las situaciones geotécnicamente posibles ya que frecuentemente las condiciones geológicas son complejas. En este trabajo se analiza la influencia de la presencia de una capa rígida inclinada en los asientos elásticos de una cimentación superficial. Para ello se han resuelto 273 modelos tridimensionales no lineales de elementos finitos, variando los parámetros clave del problema: la inclinación y la profundidad de la capa rígida y la rigidez de la cimentación. Finalmente, se ha realizado un análisis estadístico de los resultados de los modelos y se ha propuesto una fórmula que puede ser utilizada en el cálculo de asientos por métodos elásticos, para tener en consideración la presencia de una capa rígida inclinada en profundidad.

Fire resistance of wooden cellular slabs with rectangular perforations

This paper presents a numerical approach with finite element method in order to predict both the behaviour and the performance of the wooden slabs with rectangular perforations under fire exposure. These typical constructions have good sound absorption, thermal insulation and relevant architectonic features, they are used in many civil engineering applications. These slabs are normally installed at lower level in building constructions essentially due to an easy maintenance requisite. Depending on the installation requirement, the perforated wooden slabs could have an additional insulation material inside the cavities. The proposed numerical model could be applied to different design constructive slab solutions. For this purpose a 3D numerical simulation was conducted with particular attention to the wood thermal properties variation with temperature. The numerical results were compared with those obtained experimentally in laboratory, for two wooden slabs. The fire resistance (performance criteria related to the insulation (I) and integrity (E)) was evaluated, as well as the effect of rectangular perforations into the residual cross section of the slab. This study was conducted in accordance with European Standard EN 1365-2 and using a fire resistance furnace which complies the requirements of EN 1363-1 in the experimental test.

Effects of the fibers distribution in the human eardrum: A biomechanical study

The eardrum separates the external ear from the middle ear and it is responsible to convert the acoustical energy into mechanical energy. It is divided by pars tensa and pars flaccida. The aim of this work is to analyze the susceptibility of the four quadrants of the pars tensa under negative pressure, to different lamina propria fibers distribution. The development of associated ear pathology, in particular the formation of retraction pockets, is also evaluated. To analyze these effects, a computational biomechanical model of the tympano-ossicular chain was constructed using computerized tomography images and based on the finite element method. Three fibers distributions in the eardrum middle layer were compared: case 1 (eardrum with a circular band of fibers surrounding all quadrants equally), case 2 (eardrum with a circular band of fibers that decreases in thickness in posterior quadrants), case 3 (eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant). A static analysis was performed by applying approximately 3000Pa in the eardrum. The pars tensa of the eardrum was divided in four quadrants and the displacement of a central point of each quadrant analyzed. The largest displacements of the eardrum were obtained for the eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant.

Effects of the fibers distribution in the human eardrum: A biomechanical study

The eardrum separates the external ear from the middle ear and it is responsible to convert the acoustical energy into mechanical energy. It is divided by pars tensa and pars flaccida. The aim of this work is to analyze the susceptibility of the four quadrants of the pars tensa under negative pressure, to different lamina propria fibers distribution. The development of associated ear pathology, in particular the formation of retraction pockets, is also evaluated. To analyze these effects, a computational biomechanical model of the tympano-ossicular chain was constructed using computerized tomography images and based on the finite element method. Three fibers distributions in the eardrum middle layer were compared: case 1 (eardrum with a circular band of fibers surrounding all quadrants equally), case 2 (eardrum with a circular band of fibers that decreases in thickness in posterior quadrants), case 3 (eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant). A static analysis was performed by applying approximately 3000Pa in the eardrum. The pars tensa of the eardrum was divided in four quadrants and the displacement of a central point of each quadrant analyzed. The largest displacements of the eardrum were obtained for the eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant.

Numerical and experimental investigation of structural stiffness influence on ratcheting convection cell in granular soils under cyclic loading

Lateral cyclic loaded structures in granular soils can lead to an accumulation of irreversible strains by changing their mechanical response (densification) and forming a closed convective cell in the upper layer of the bedding. In the present thesis the convective cell dimension, formation and grain migration inside this closed volume have been studied and presented in relation to structural stiffness and different loads. This relation was experimentally investigated by applying a cyclic lateral force to a scaled flexible vertical element embedded in dry granular soil. The model was monitored with a camera in order to derive the displacement field by means of the PIV technique. Modelling large soil deformation turns out to be difficult, using mesh-based methods. Consequently, a mesh-free approach (DEM) was chosen in order to investigate the granular flow with the aim of extracting interesting micromechanical information. In both the numerical and experimental analyses the effect of different loading magnitudes and different dimensions of the vertical element were considered. The main results regarded the different development, shape and dimensions of the convection cell and the surface settlements. Moreover, the Discrete Element Method has proven to give satisfactory results in the modelling of large deformation phenomena such as the ratcheting convective cell.

Automated highway systems precursor systems analyses interim results workshop. Conference proceedings.

Turner-Fairbank Highway Research Center, Office of Safety Research and Development, McLean, Va.

Criteria for implementation of optimum integration algorithm into the WRECKER program. Volume 1, summary final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.