Stress Analysis in Platform-Switching Implants: A 3-Dimensional Finite Element Study

The aim of this study was to evaluate the influence of the platform-switching technique on stress distribution in implant, abutment, and pen-implant tissues, through a 3-dimensional finite element study. Three 3-dimensional mandibular models were fabricated using the Solid Works 2006 and InVesalius software. Each model was composed of a bone block with one implant 10 mm long and of different diameters (3.75 and 5.00 mm). The UCLA abutments also ranged in diameter from 5.00 mm to 4.1 mm. After obtaining the geometries, the models were transferred to the software FEMAP 10.0 for pre- and postprocessing of finite elements to generate the mesh, loading, and boundary conditions. A total load of 200 N was applied in axial (0 degrees), oblique (45 degrees), and lateral (90) directions. The models were solved by the software NeiNastran 9.0 and transferred to the software FEMAP 10.0 to obtain the results that were visualized through von Mises and maximum principal stress maps. Model A (implants with 3.75 mm/abutment with 4.1 mm) exhibited the highest area of stress concentration with all loadings (axial, oblique, and lateral) for the implant and the abutment. All models presented the stress areas at the abutment level and at the implant/abutment interface. Models B (implant with 5.0 mm/abutment with 5.0 mm) and C (implant with 5.0 mm/abutment with 4.1 mm) presented minor areas of stress concentration and similar distribution pattern. For the cortical bone, low stress concentration was observed in the pen-implant region for models B and C in comparison to model A. The trabecular bone exhibited low stress that was well distributed in models B and C. Model A presented the highest stress concentration. Model B exhibited better stress distribution. There was no significant difference between the large-diameter implants (models B and C).

Dynamics of the deconfinement transition of quarks and gluons in a finite volume

We employ finite elements methods for the approximation of solutions of the Ginzburg-Landau equations describing the deconfinement transition in quantum chromodynamics. These methods seem appropriate for situations where the deconfining transition occurs over a finite volume as in relativistic heavy ion collisions. where in addition expansion of the system and flow of matter are important. Simulation results employing finite elements are presented for a Ginzburg-Landau equation based on a model free energy describing the deconfining transition in pure gauge SU(2) theory. Results for finite and infinite system are compared. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of stress distribution with finite element method in a root with prefabricated threaded split shaft post - Part I

A finite element analysis was carried out to study the role of prefabricated threaded split shaft post (Flexi-Post) on dentinal stress in pulpless tooth. Three dimensional plane strain model of mesio-distal section of a human maxillary central incisor without restoration was analysed with the MSC/NASTRAN (MacNeal/ Schwendler) general purpose finite analysis program was executed on a microcomputer. The model as discretized into 48.954 axisymmetric finite elements defined by 10.355 nodes. Each element was assigned unique elastic properties to represent the materials modeled. Homogeneity, isotropy and linear elasticity were assume for all material. A simulation of static load of 100N was applied to the incisal edge of the post; vertical. Maximal principal stresses and von Mises equivalent stress were calculated. Using the element analysis model employed in this study, the following can be concluded concerning threaded split shaft post (Flexi-Post): Maximum principal stresses in dentin were located at cervical place and at the post apex. The apical threads of the post not redirecting stresses away from the root.

The application of interpolating MLS approximations to the analysis of MHD flows

The element-free Galerkin method (EFGM) is a very attractive technique for solutions of partial differential equations, since it makes use of nodal point configurations which do not require a mesh. Therefore, it differs from FEM-like approaches by avoiding the need of meshing, a very demanding task for complicated geometry problems. However, the imposition of boundary conditions is not straightforward, since the EFGM is based on moving-least-squares (MLS) approximations which are not necessarily interpolants. This feature requires, for instance, the introduction of modified functionals with additional unknown parameters such as Lagrange multipliers, a serious drawback which leads to poor conditionings of the matrix equations. In this paper, an interpolatory formulation for MLS approximants is presented: it allows the direct introduction of boundary conditions, reducing the processing time and improving the condition numbers. The formulation is applied to the study of two-dimensional magnetohydrodynamic flow problems, and the computed results confirm the accuracy and correctness of the proposed formulation. (C) 2002 Elsevier B.V. All rights reserved.

Embedded crack elements with non-uniform discontinuity modes

The consequences of the use of embedded crack finite elements with uniform discontinuity modes (opening and sliding) to simulate crack propagation in concrete are investigated. It is shown the circumstances in which the consideration of uniform discontinuity modes is not suitable to accurately model the kinematics induced by the crack and must be avoided. It is also proposed a technique to embed cracks with non-uniform discontinuity modes into standard displacement-based finite elements to overcome the shortcomings of the uniform discontinuity modes approach.

Digital filtering of oscillations intrinsic to transmission line modeling based on lumped parameters

A correction procedure based on digital signal processing theory is proposed to smooth the numeric oscillations in electromagnetic transient simulation results from transmission line modeling based on an equivalent representation by lumped parameters. The proposed improvement to this well-known line representation is carried out with an Finite Impulse Response (FIR) digital filter used to exclude the high-frequency components associated with the spurious numeric oscillations. To prove the efficacy of this correction method, a well-established frequency-dependent line representation using state equations is modeled with an FIR filter included in the model. The results obtained from the state-space model with and without the FIR filtering are compared with the results simulated by a line model based on distributed parameters and inverse transforms. Finally, the line model integrated with the FIR filtering is also tested and validated based on simulations that include nonlinear and time-variable elements. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Free tools and strategies for the generation of 3D finite element meshes: Modeling of the cardiac structures

The Finite Element Method is a well-known technique, being extensively applied in different areas. Studies using the Finite Element Method (FEM) are targeted to improve cardiac ablation procedures. For such simulations, the finite element meshes should consider the size and histological features of the target structures. However, it is possible to verify that some methods or tools used to generate meshes of human body structures are still limited, due to nondetailed models, nontrivial preprocessing, or mainly limitation in the use condition. In this paper, alternatives are demonstrated to solid modeling and automatic generation of highly refined tetrahedral meshes, with quality compatible with other studies focused on mesh generation. The innovations presented here are strategies to integrate Open Source Software (OSS). The chosen techniques and strategies are presented and discussed, considering cardiac structures as a first application context. © 2013 E. Pavarino et al.

A finite element approach for predicting the ultimate rotation capacity of RC beams

This paper presents a numerical approach to model the complex failure mechanisms that define the ultimate rotational capacity of reinforced concrete beams. The behavior in tension and compression is described by a constitutive damage model derived from a combination of two specific damage models [1]. The nonlinear behavior of the compressed region is treated by the compressive damage model based on the Drucker-Prager criterion written in terms of the effective stresses. The tensile damage model employs a failure criterion based on the strain energy associated with the positive part the effective stress tensor. This model is used to describe the behavior of very thin bands of strain localization, which are embedded in finite elements to represent multiple cracks that occur in the tensioned region [2]. The softening law establishes dissipation energy compatible with the fracture energy of the concrete. The reinforcing steel bars are modeled by truss elements with elastic-perfect plastic behavior. It is shown that the resulting approach is able to predict the different stages of the collapse mechanism of beams with distinct sizes and reinforcement ratios. The tensile damage model and the finite element embedded crack approach are able to describe the stiffness reduction due to concrete cracking in the tensile zone. The truss elements are able to reproduce the effects of steel yielding and, finally, the compressive damage model is able to describe the non-linear behavior of the compressive zone until the complete collapse of the beam due to crushing of concrete. The proposed approach is able to predict well the plastic rotation capacity of tested beams [3], including size-scale effects.

Análise dinâmica de placas delgadas utilizando elementos finitos triangulares e retangulares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Diagnose de trincas em sistemas rotativos, utilizando modelos de falhas através da metodologia dos observadores de estados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um algoritmo para a construção de superfícies potenciais de falha em sólidos tridimensionais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência de estruturas geológicas bidimensionais no campo geoeletromagnético na presença do eletrojato equatorial

A Terra atua como um grande magneto esférico, cujo campo assemelha-se àquele gerado por um dipolo magnético. Este campo apresenta mudanças de intensidade que variam com a localização e a hora local. A parte principal do campo geomagnético se origina no interior da Terra através de processos eletromagnéticos. Extensivos estudos mostraram ainda que existem contribuições de origem externa ao planeta, principalmente de origem solar. Dentre estas fontes há anomalias do campo magnético que surgem a partir de um aumento diurno da corrente elétrica em uma estreita faixa da ionosfera, de direção leste-oeste, centrada no equador magnético e denominada Eletrojato Equatorial (EEJ). Ocasionalmente estas correntes podem apresentar reversões de fluxo, sendo denominadas Contra-Eletrojato (CEJ). Vários autores têm estudado os efeitos do EEJ e CEJ sobre as observações geoeletromagnéticas. Eles estão interessados no efeito combinado do EEJ e estruturas geológicas condutivas 1-D e 2-D. Nestes trabalhos a estrutura 2-D sempre se apresentava paralela ao eletrojato, o que é uma hipótese bastante restritiva ao se modelar ambientes geológicos mais realistas, em que corpos bidimensionais podem ter qualquer strike em relação ao EEJ. Neste trabalho apresentamos a solução deste problema sem esta restrição. Assim, mostramos os campos geoeletromagnéticos devidos a estruturas bidimensionais que possuam strike oblíquo em relação ao EEJ, através de perfis dos campos elétrico e magnéticos calculados na superfície e formando direção arbitrária à heterogeneidade condutiva 2-D. Com esta resposta avaliamos ainda qual a influência que estruturas bidimensionais exercem sobre a resposta magnetotelúrica, sob influência do Eletrojato Equatorial. Durante o desenvolvimento deste trabalho, utilizamos o método de elementos finitos, tendo por fonte eletromagnética o EEJ e o CEJ, que por sua vez foram representados por uma combinação de distribuições gaussianas de densidade de corrente. Estas fontes foram decompostas nas direções paralela e perpendicular à estrutura 2-D, resultando nos modos de propagação TE₁ e TE₂ e TM acoplados, respectivamente. Resolvemos o modo acoplado aplicando uma Transformada de Fourier nas equações de Maxwell e uma Transformada Inversa de Fourier na solução encontrada. De acordo com os experimentos numéricos realizados em um modelo interpretativo da Anomalia Condutiva da Bacia do Parnaíba, formado por uma enorme estrutura de 3000 ohm-m dentro de um corpo externo condutivo (1 ohm-m), concluímos que a presença do CEJ causa uma inversão na anomalia, se compararmos com o resultado do EEJ. Concluímos também que para as frequências mais altas as componentes do campo elétrico apresentam menor influência da parte interna do corpo 2-D do que da parte externa. Já para frequências mais baixas este comportamento se observa com as componentes do campo magnético. Com relação à frequência, vimos os efeitos do “skin-depth”, principalmente nas respostas magnéticas. Além disso, quando a estrutura 2-D está paralela ao eletrojato, o campo elétrico é insensível à estrutura interna do modelo para todos os valores de frequência utilizados. Com respeito ao ângulo θ_h entre a heterogeneidade e a fonte, vimos que o modo TM se manifesta naturalmente quando θ_h é diferente de 0°. Neste caso, o modo TE é composto por uma parte devido à componente da fonte paralela à heterogeneidade e a outra devido à componente da fonte perpendicular, que é acoplada ao modo TM. Assim, os campos calculados têm relação direta com o valor de θ_h. Analisando a influência do ângulo entre a direção do perfil dos campos e o strike da heterogeneidade verificamos que, à medida que θ_h se aproxima de 90°, os campos primários tornam-se variáveis para valores de θ_p diferentes de 90°. Estas variações causam uma assimetria na anomalia e dão uma idéia da inclinação da direção do perfil em relação aos corpos. Finalmente, concluímos que uma das influências que a distância entre o centro do EEJ e o centro da estrutura 2-D, causa sobre as componentes dos campos está relacionado às correntes reversas do EEJ e CEJ, pois a 500 km do centro da fonte estas correntes têm máxima intensidade. No entanto, com o aumento da distância, as anomalias diminuem de intensidade. Nas sondagens MT, nós também usamos o EEJ e o CEJ como fonte primária e comparamos nossos resultados com a resposta da onda plana. Deste modo observamos que as componentes do campo geoeletromagnético, usadas para calcular a impedância, têm influência do fator de acoplamento entre os modos TE₂ e TM. Além disso, esta influência se torna maior em meios resistivos e nas frequências mais baixas. No entanto, o fator de acoplamento não afeta os dados magnetotelúricos em frequências maiores de 10^-2 Hz. Para frequências da ordem de 10^-4 Hz os dados MT apresentam duas fontes de perturbação: a primeira e mais evidente é devido à presença fonte 2-D (EEJ e CEJ), que viola a hipótese da onda plana no método MT; e a segunda é causada pelo acoplamento entre os modos TE₂ e TM, pois quando a estrutura bidimensional está obliqua à fonte 2-D temos correntes elétricas adicionais ao longo da heterogeneidade. Concluimos assim, que o strike de uma grande estrutura condutiva bidimensional relativamente à direção do EEJ ou CEJ tem de fato influência sobre o campo geomagnético. Por outro lado, para estudos magnetotelúricos rasos (frequências maiores de 10^-3 Hz) o efeito do ângulo entre a estrutura geológica 2-D e a direção do EEJ não é tão importante. Contudo, em estudos de litosfera frequências menores de 10^-3 Hz) o acoplamento entre os modos TE₂ e TM não pode ser ignorado.

Análise da resolução do modelo de Hughes em sondagens magnetotelúricas

Na maioria dos métodos de exploração geofísica, a interpretação é feita assumindo-se um modelo da Terra uniformemente estratificado. Todos os métodos de inversão, inclusive o de dados eletromagnéticos, exigem técnica de modelamento teórico de modo a auxiliar a interpretação. Na literatura os dados são geralmente interpretados em termos de uma estrutura condutiva unidimensional; comumente a Terra é assumida ser horizontalmente uniforme de modo que a condutividade é função somente da profundidade. Neste trabalho uma técnica semi-analítica de modelagem desenvolvida por Hughes (1973) foi usada para modelar a resposta magnética de duas camadas na qual a interface separando as camadas pode ser representada por uma expansão em série de Fourier. A técnica envolve um método de perturbação para encontrar o efeito de um contorno senoidal com pequenas ondulações. Como a perturbação é de primeira ordem a solução obtida é linear, podemos então usar o princípio da superposição e combinar soluções para várias senoides de forma a obter a solução para qualquer dupla camada expandida em série de Fourier. Da comparação com a técnica de elementos finitos, as seguintes conclusões podem ser tiradas: • Para um modelo de dupla camada da Terra, as camadas separadas por uma interface cuja profundidade varia senoidalmente em uma direção, as respostas eletromagnética são muito mais fortes quando a espessura da primeira camada é da ordem do skin depth da onda eletromagnética no meio, e será tanto maior quanto maior for o contraste de condutividade entre as camadas; • Por outro lado, a resistividade aparente para este modelo não é afetada pela mudança na frequência espacial (v) do contorno; • Em caso do uso da solução geral para qualquer dupla camada na Terra cuja interface possa ser desenvolvida em série de Fourier, esta técnica produziu bons resultados quando comparado com a técnica de elementos finitos. A linerização restringe a aplicação da técnica para pequenas estruturas, apesar disso, uma grande quantidade de estruturas pode ser modelada de modo simples e com tempo computacional bastante rápido; • Quando a dimensão da primeira camada possui a mesma ordem de grandeza da estrutura, esta técnica não é recomendada, porque para algumas posições de sondagem, as curvas de resistividade aparente obtidas mostram um pequeno deslocamento quando comparadas com as curvas obtidas por elementos finitos.

Análise da falha do suporte de mancal de um eixo cardan utilizado num veículo pesado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Projeto de conjunto redutor de velocidade utilizando engrenagem sem-fim

This work is initially based in give a solution to a problem consisting of lifting a load in a warehouse focusing specifically on the solution´s project and comparison of the results obtained following the sequence of the book and comparing these results with the finite elements simulation based on the 3D components modeling. Starting from that was realized the project of the worm gear reducer to solve the problem and makes the work easier. The project consisted basically of the study, project itself and simulation by software of a worm gear reducer and projects steps, starting with the initial problem conditions (to lifting a load up to an specific height at a given time) following all the reducer project sequence, starting by the preliminary draft and electric motor selection using iterative process, material selection, worm gear dimensioning, axles, keyways, bearings and coupling. After that was performed the three dimensional modeling of the components using SolidWorks software and simulating these components using Ansys software. The results show the importance of the CAD in terms of improving project development speed and reducing costs with prototypes