Topological optimization of structures produced through 3D printing of fiber reinforced cementitious materials

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia CivilTopology optimization can play an important role in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) sector. This technology along with digital manufacturing can be a game changer in the future of civil construction, allowing to build, in a short time period, lighter constructions with very geometry complexity but keeping the same of even better structural functioning. These optimized structures when coupled with a material with high capacity efforts redistribution, e.g. fibre reinforced cementitious material (FRC), can partially or totally substitute the conventional reinforcement, consequently less raw material is use, contributing for a better sustainable development. Following this idea, this dissertation will focus on study topology optimization processes along with the use of FRC materials. Initially a comparison between some topology optimization software’s will be carried out, in order to proper evaluate to most suitable for the realization of the present work. In a second stage, considering only the linear behavior of the material, different topology optimization analyses will be done. These analyses will be based on the geometry and the intended structural application (support and load conditions), in addition to the optimization goal (design variable and constraint). This part aims to assess the influence of height / length ratio (H/L ratio) of the beam, in the optimization outcome. After that, a study of the influence of reinforcement amount in the optimization will be done. Afterwards, some finite element analysis (FEA) for one of the optimized structures will be performed and assessed using distinct approaches for obtaining the tensile stress – strain relationship, namely by adopting the ultimate limit state (USL) and service limit state (SLS) tensile diagrams according to the recommendations presented in FIB Model Code 2010. These simulations will serve to evaluate the nonlinear behavior of the FRC structure. For this study six FRC with different strength classes were considered. Finally, an optimized structural element obtained through the FEA was sliced for 3D printing and the influence of the nozzle dimensions, i.e. printing resolution was checked.A otimização da topologia pode desempenhar um papel importante no setor de Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC). Esta tecnologia aliada à manufatura digital pode completamente revolucionar o futuro da construção civil, permitindo construir, num curto espaço de tempo, construções mais leves, mas mantendo o mesmo ou ainda melhor funcionamento estrutural. Estas estruturas otimizadas quando conjugadas a um material com alta capacidade de redistribuição de esforços, por ex. materiais cimentícios reforçado com fibras (FRC), pode substituir parcial ou totalmente o reforço convencional, onde consequentemente menos matéria-prima será utilizada, contribuindo-se assim, para um melhor desenvolvimento sustentável. Seguindo essa ideia, esta dissertação terá como foco estudar processos de otimização de topológica juntamente com o uso de materiais FRC. Inicialmente será realizada uma comparação entre alguns softwares de otimização de topológica, a fim de avaliar adequadamente o mais adequado para a realização do presente trabalho. Em uma segunda etapa, considerando apenas o comportamento linear do material, serão realizados diferentes processos de otimização topológica. Essas otimizações serão baseadas na geometria e na aplicação estrutural pretendida e no objetivo da otimização. Esta parte visa avaliar a influencia da relação altura/comprimento da viga (relação H/L), no resultado da otimização. Posteriormente, algumas análises de elementos finitos (FEM) para uma das estruturas otimizadas serão realizadas e avaliadas usando duas abordagens distintas para a obtenção da relação tensão de tração – deformação, uma para estado limite último (ELU) e estado limite de serviço (ELS), seguindo as recomendações presentes no FIB Model Code 2010. Estas simulações servirão para avaliar o comportamento não linear da estrutura de FRC. Para este estudo foram considerados seis FRC com diferentes classes de força. Finalmente, para um elemento estrutural otimizado anteriormente, foi realizada uma simulação de impressão 3D, de modo a estudar a influencia do tamanho do bico de impressão, ou seja, a resolução de impressão foi verificada

Quando você voltar

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Comunicação e Expressão. Jornalismo.Este Trabalho de Conclusão de Curso, em formato de grande reportagem em vídeo, mostra as principais causas e desfechos de desaparecimentos registrados em Santa Catarina, em especial na Grande Florianópolis, nas últimas décadas. Dados do Ministério da Justiça apontam que cerca de 200 mil pessoas desaparecem por ano no Brasil, muitas delas sem deixar vestígios. Em Santa Catarina, cerca de três mil casos são contabilizados anualmente (42,7% envolvendo crianças e adolescentes). A partir desses dados, esta grande reportagem em vídeo visa destacar o tema por meio de dados informativos e histórias de pessoas que tiveram ou têm algum membro da família desaparecido. Em ‘Quando você voltar’ trazemos à tona um problema social amplo que envolve milhares de cidadãos todos os anos. Dentre os nossos objetivos estão: - Entender quais as mudanças geradas na rotina dessas famílias; - Contar histórias que já foram solucionadas e outras que ainda permanecem sem conclusão. Além disso, são apresentados alguns aspectos da busca realizada pela polícia e como funcionam os mecanismos criados para sistematizar os dados de desaparecimentos ocorridos no Brasil

Estudo de técnicas de formatação de feixe para transmissão OFDM

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia ElétricaEsta dissertação apresenta um estudo do comportamento de diversos algoritmos adaptativos capazes de realizar a formatação de feixe em uma transmissão OFDM. A técnica de transmissão/recepção OFDM envolve sinais tanto no domínio do tempo quanto no domínio da freqüência, o que possibilita o emprego de dois métodos de estimação do vetor de coeficientes responsável pela formatação de feixe. O primeiro método realiza a estimação no domínio temporal, necessitando de apenas uma FFT e uma IFFT no processo de recepção. O segundo método realiza a estimação no domínio da freqüência e exige uma FFT para cada antena do arranjo. Cada um dos métodos apresenta seus prós e contras em diferentes situações de canal. Portanto, para cada método, situação e algoritmo utilizado, é interessante obter o comportamento do algoritmo, permitindo assim fazer uma comparação entre eles. Outro importante resultado obtido das simulações é a comparação entre um sistema de único usuário, utilizando uma antena, e um sistema multiusuário empregando múltiplas antenas. São apresentadas ainda duas novas proposições para a melhoria de formatadores de feixe no domínio temporal. A primeira proposta melhora o comportamento desse tipo de formatação em situações em que o canal é seletivo em freqüência, fazendo uso da informação do equalizador de canal que geralmente existe em uma recepção OFDM. A segunda proposição reduz o ruído gerado pelas subportadoras de dados em um sistema que emprega somente algumas subportadoras piloto na estimação do formatador de feixe, e que utilize os algoritmos RLS ou DMI

As práticas em sustentabilidade e a contabilidade: uma revisão de literatura com enfoque na ISO 14001

TCC (Graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Socioeconômico. Curso de Ciências ContábeisO presente estudo buscou identificar os artigos constantes na base de dados do Portal da Comissão de Aperfeiçoamento de Pessoal do Nível Superior (CAPES) com o objetivo de analisar os principais resultados encontrados relacionando gestão da sustentabilidade, ISO 14001 e a contabilidade. Ao todo foram encontrados 25 artigos científicos que citassem os termos de gestão da sustentabilidade, ISO 14001 e a contabilidade. Após leitura integral dos artigos, optou-se por selecionar 10 artigos que buscaram estudos em empresas a fim de correlacionar contabilidade como ferramenta de evidenciação ambiental, e também com Sistema de Gestão Ambiental normatizado pela ISO 14001. Foram avaliados os documentos disponíveis on-line dos anos de 2002 a 2014. A região Sudeste é a de maior investigação de estudos seguida pela região Sul do Brasil. As regiões Nordeste e Norte não tiveram artigos. As empresas utilizadas nos estudos variam muito de setor, desde o hoteleiro, industrial e agropecuario, dentre outros. Entretanto, os estudos não enfocam informações similares e apresentam objetivos e achados diferenciados e em linhas diferentes. Os resultados dos estudos analisados se associam principalmente as práticas de gestão para a sustentabilidade e práticas em sustentabilidade, seja política ou de processos. Além disso, poucos estudos enfocam a contabilidade e suas potencialidades para o entendimento e tomada de decisão em sustentabilidade

Modelos multi-físicos de transdutores piezoelétricos para aparelhos auditivos com vistas à aplicação de técnicas de otimização

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.Os aparelhos auditivos atuais possuem transdutores miniaturizados trazendo grandes desafios para se atingir configurações desejáveis de desempenho, eficiência e custo. Neste sentido, a análise numérica torna-se uma importante ferramenta de projeto para estes transdutores, pois possibilita a avaliação de diferentes configurações de sistemas com menor tempo e custo em comparação com a análise experimental. Além disso, a utilização de modelos numéricos possibilita também a aplicação de algoritmos de otimização de forma a orientar o processo de busca de uma configuração que atenda aos requisitos de projeto. No entanto, neste caso, o modelo numérico do transdutor piezoelétrico é um modelo multi-físico, sendo representados os fenômenos físicos de piezoeletricidade, elasticidade estrutural e propagação acústica. Consequentemente, a modelagem destes transdutores pode ter um alto custo computacional para aplicar técnicas de otimização. Este custo pode ser ainda maior devido a esta análise necessitar da aplicação de modelos acústicos viscotérmicos. Estes modelos são importantes para a análise acústica de pequenas cavidades, mas o custo computacional desses modelos é alto quando a geometria e as condições de contorno são complexas. O principal objetivo deste trabalho é construir modelos numéricos multi-físicos de transdutores piezoelétricos para aparelhos auditivos, a fim de que sejam aplicadas técnicas de otimização. Para atingir este objetivo foram, primeiramente, apresentados, construídos e validados modelos numéricos multi-físicos de transdutores piezoelétricos. Em seguida, foram realizados estudos para redução do custo computacional do modelo multi-físico para a sua aplicação em otimizações paramétricas. Finalmente, com os modelos validados e reduzidos, foram aplicados os métodos de otimização por algoritmos genéticos e Nelder-Mead em otimizações paramétricas simples e otimizações com geometrias mais complexas. Para redução do custo computacional foram aplicados e analisados: modelos acústicos viscotérmicos simplificados; a concentração e interpolação de parâmetros viscotérmicos do modelo; e uma proposta de solução semi-analítica para obter os parâmetros viscotérmicos em geometrias arbitrárias com auxílio de uma equação eikonal modificada.Abstract : Today s hearing aids have miniaturized transducers, what brings great challenges to achieve desirable configurations of performance, efficiency and cost. In this sense, the numerical analysis becomes an important design tool for these transducers, since it allows the evaluation of different system configurations with less time and cost compared to the experimental analysis. Furthermore, the numerical models also enables the application of optimization algorithms to guide the process of finding a configuration that meets the design requirements. However, in this case, the numerical model of the piezoelectric transducer is a multiphysical model which represents the physical phenomena of piezoelectricity, structural elasticity and acoustic propagation. Consequently, the modeling of these transducers can have a high computational cost to apply optimization techniques. This cost may be even higher because of the requirement for viscothermal acoustic models. These models are important in the acoustic analysis of small cavities, but the computational cost of these models is very high when geometry and boundary conditions are complex. In this work, we aim to build multi-physical numerical models of piezoelectric transducers for hearing aids, so that optimization techniques can be applied. To achieve this goal numerical multi-physical models of piezoelectric transducers were first presented, constructed and validated. Then, studies were conducted to reduce the computational cost of the multi-physical model allowing its application in parametric optimizations. Finally, with the validated and reduced models, the genetic algorithms and Nelder-Mead optimization methods were applied to simple parametric optimizations and optimizations with more complex geometries. To reduce the computational cost were applied and analyzed: simplified viscothermal acoustic models; lumping and interpolation of viscothermal model parameters; and the semi-analytical solution of viscothermal parameters in arbitrary geometries with the aid of a modified eikonal equation

Projeto e implementação de robô móvel omnidirecional aplicado a enxame de robôs

The evolution of technology combined with robotics results in the use of robots for numerous tasks in several areas, and it can now reach areas of entertainment, medical, military activity, research, guidance and domicile, as opposed to its beginnings, when it focused on industry. This work aims to design, produce and test a mobile robot structure with three Omnidirectional wheels, in order to become a model and incentive in the research and development of cooperative or swarming robotics. In this direction, it sought to combine design methodologies with computer-aided manufacturing and finalizing the programming of a rapid prototyping microcontroller (Arduino) robot to test its operation. As a result, this work presents a multidisciplinary project since its conception, execution to the delivery of an omnidirectional mobile robot model (with the intention of encouraging research and development of this type of locomotion) and a reduced cost (an important requirement of the project since it aims its replication).UFU - Universidade Federal de UberlândiaTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)A evolução da tecnologia aliada à robótica tem como consequência o uso de robôs para inúmeras tarefas em diversas áreas, podendo hoje alcançar inclusive áreas de entretenimento, médica, atividade militar, pesquisa, orientação e domiciliar, ao contrário dos seus primórdios, quando tinha foco na indústria. Esse trabalho tem como objetivo projetar, produzir e testar uma estrutura de robô móvel com três rodas omnidirecionais, com o intuito de servir de modelo e incentivo em pesquisas e desenvolvimento da robótica cooperativa ou de enxame. Para tanto, buscou se aliar metodologias de projeto com fabricação assistida por computador, desde a concepção do desenho, passando pela integração com o processo de fabricação e maquinário e finalizando na programação de um microcontrolador de prototipagem rápida (Arduino) para testar o seu funcionamento. Obteve-se como resultado um projeto multidisciplinar desde sua concepção, execução até a entrega de um modelo de robô móvel omnidirecional (com o intuito de incentivar a pesquisa e desenvolvimento desse tipo de locomoção) e de custo reduzido (requisito importante do projeto já que visa sua replicação)

Modelagens acústicas incluindo efeitos viscotérmicos com vistas à aplicação em alto-falantes de aparelhos auditivos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011O desenvolvimento de equipamentos miniaturizados, como celulares e aparelhos auditivos, torna-se cada dia mais comuns. Porém, a análise acústica destes sistemas apresenta complexidades adicionais e que limitam o uso dos modelos acústicos clássicos existentes. Estas dificuldades são originadas pelas pequenas cavidades internas existentes nestes sistemas onde os fenômenos de atrito viscoso e condutividade térmica influem na resposta acústica. Estes fenômenos são chamados na literatura de efeitos viscotérmicos e são negligenciados nos modelos acústicos clássicos. O objetivo deste trabalho é construir, avaliar e validar modelos acústicos viscotérmicos. A inclusão de efeitos viscotérmicos na modelagem acústica eleva a complexidade para solução analítica do problema que é possível apenas em geometrias e condições específicas. A solução para geometrias e condições mais complexas só é possível de forma numérica e este tipo de abordagem inexistente nos códigos comerciais de análise numérica mais difundidos. Neste trabalho, foram implementados dois tipos de modelos acústicos viscotérmicos pelo método de Elementos Finitos: o modelo Low Reduced Frequency (LRF) e o modelo Navier-Stokes-Fourier linearizado (NSFL). A implementação foi feita através da formulação fraca (weak form) aplicada no código comercial Comsol 3.5a. O modelo NSFL foi implementado com duas formulações diferentes para comparação. Os modelos LRF e NSFL foram aplicados em duas geometrias diferentes onde os resultados foram comparados com dados experimentais. O modelo NSFL possui maior robustez para análise de geometrias arbitrárias, porém o custo computacional de sua solução é alto. Este problema deu origem a um estudo da discretização mínima necessária para a uma solução adequada dos modelos NSFL. A comparação dos resultados obtidos pelos modelos viscotérmicos com dados experimentais apresentou discrepâncias que foram analisadas com mais critério com a análise das condições de contorno do modelo. Finalmente, um modelo de radiação acústica foi implementado com utilização do método Perfectly Matched Layer (PML) e acoplado com os modelos viscotérmicos para as analises da impedância de radiação e do efeito do erro de posição dos sensores. Com o ajuste da posição dos sensores nos modelos viscotérmicos os resultados obtidos apresentaram uma concordância muito boa com os dados experimentais

Ética, ciência, tecnologia e sociedade : Projeto em educação científica e cidadania : discussões sobre questões sociais, éticas e ambientais em atividades mineradoras no Brasil

Este trabalho apresentará o projeto multidisciplinar "Ética, Ciência, Tecnologia e Sociedade" - ECTS. Trata-se de um projeto "Guarda-Chuva" no qual alunos com idades entre 16 e 17 anos elaboraram e desenvolveram subprojetos de pesquisa com o Objetivo de discutir Educação Científica e Cidadania e com Metodologia baseada no Método de Projetos. Os Aportes Teóricos foram ideias de Habermas sobre "Princípio ético" e "Agir Comunicativo"; e de Collins sobre Controvérsias Científicas e Tecnológicas. O Resultado do ECTS foi a construção desses subprojetos, dos quais apresentaremos o Mineração, Meio Ambiente e Sociedade que investigou questões socioambientais em uma atividade Mineradora no Brasil. Conclui-se que o ECTS possibilitou a formação de alunos-pesquisadores e o diálogo com saberes e conhecimentos que contribuíram para a educação científica crítica desses jovens