[pt] A análise teórica de cabos de aço é bastante complexa. Durante anos, muitos tipos de cabos de aço têm sido testados experimentalmente para as mais diversas aplicações. No início dos anos 70, foi desenvolvido por Costello, um modelo teórico para prever as tensões de contacto entre os arames de uma perna de um cabo de aço. A partir deste modelo teórico, que possibilitou o estabelecimento das equações de equilíbrio de cada elemento do cabo, diversos trabalhos foram desenvolvidos na tentativa de solucionar as equações de cabos. Este sistema de equações é não linear e deve ser resolvido numericamente para os casos genéricos. Em 1994, uma aproximação linear para estas equações foi desenvolvida por Velinsky. Estas equações lineares de equilíbrio de cabos foram posteriormente generalizadas para geometrias e construções complexas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um programa para análise de cabos de aço de geometria complexa. O trabalho inicialmente apresenta o estudo das deformações de um arame helicoidal. Diversos destes arames formam as pernas, que enrolados posteriormente produzirão os cabos de aço. As deformações do cabo de aço são estudadas a partir da deformação individual de cada uma das pernas que o constituem. O programa desenvolvido neste trabalho considera o comportamento de cabos de aço composto por qualquer número de pernas (estas com qualquer número de arames). Estes cabos de aço podem ainda ter ou não núcleo interno. Os algoritmos utilizados pelo programa baseiam-se nas equações desenvolvido por Phillips e Costello em 1993. Os resultados obtidos por este programa são comparados com diversos resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. O programa se mostrou capaz de simular o comportamento em cabos de construção complexa. Carregamentos compostos pela combinação de tração, com torção e flexão e ainda o efeito da passagem do cabo por roldanas e tambores de enrolamento em guindastes foram testados. As tensões e deformações obtidas nas mais diversas geometria de cabos com ou sem núcleo interno mostraram excelente concordância em todas as comparações feitas. / [en] The theorical analysis of wine rope is rather complex. Over the years, may types of wine rope have been tested experimentally for various applications. In the early 1970, Costello developed a theorical model to predict the contact stress in the individual wires of a strand. This model led to a series of papers on the solution of their equations of equilibrium. These equations are highly nonlinear and must be solved numerically on the computer. Approximate linear equations have been derived by Velinsky et al (1994), and generealized for any kind of wire rope by others. This work shows the development and results of a computer program that has been developed to analyze complex cables. The analysis of a rope begins with a study of the deformation of a helical wire in a strand. By the deformation of all wires in a given strand, one determines the response of that strand. Again by the deformation of all strands in the rope, one determines the response of a rope. The program developed treats in a realistic manner the deformation and stress of ropes having or not internal-wire-ropes cores. The algorithms is built around the original nonlinear equation of Philips and Costello (1993). Numerical results is presented and compared with the experiments reports in the literature. The program is capable of simulating bahavior in various situations and complex constructions for rope loaded in tension with twisting and bending over a sheave or drum. The stress and strain of diferents wire ropes habving an internal-wire-rope core (IWRC) are obtained eficiently in all experiments. The results show that the presented implementation produce minimum variation between the theory or the expected results. Results may be extended to include other consideration of rope behavior as contact stress and friction effect.

[pt] Sistemas de aquisição e visualização de dados multicanais vêm se impondo como a tendência nas aplicações que demandam a medição e análise de resultados de testes. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema extensométrico automatizado, o qual através de testes reais no ambiente da engenharia mecânica pôde ser analisado em termos de performance, vantagens e desvantagens quando aplicado em três diferentes técnicas extensometricas (i) a tradicional, baseada na ponte de Wheatstone, (ii) a medição direta de resistência (ligação em 4 fios), e (iii) a medição de tensões residuais pelo método do furo cego. O sistema desenvolvido gerencia qualquer tarefa extensometrica, o qual através de telas com interface amigável, possibilita medições com relativa simplicidade e bastante eficiência. / [en] Multi-channel data acquisition and visualization systems have been the main option in applications that demand measuring and analyzing test results. In the present work, an extensometry-orientated automated system has been developed, and this system was tested througth real tests on the mechanical engineering environment and analyzed in terms of performance, advantages and disadvantages when applied in three different extensometric techniques (i) the traditional, with Wheatstone Bridge, (ii) Resistance Direct Measuring (4 wires connection), and (iii) Residual Stresses Measuring by the Blind Hotel Method. The developed system manages any extensometric task, and by using friendly interface screens, measuring can be accomplished with some simplicity and very musch efficiency.

[pt] Tubos de aço de grande diâmetro, baixa espessura e alta resistência mecânica, possuem tendência à formação de rugas no lado compressivo do curvamento (intrados) ao serem curvados a frio. A presente dissertação descreve os principais códigos de projeto nacionais e internacionais, quanto à presença de rugas provenientes desse tipo de curvamento em dutos, e propõe um ângulo para o qual há a formação do enrugamento. Os códigos internacionais mostram-se conservadores quanto à presença de rugas nos tubos curvados, uma vez que o enrugamento é uma mudança geométrica que, a princípio, gera concentração de tensões e susceptibilidade à ocorrência de falhas por fadiga. Esta dissertação faz uso do método de elementos finitos para modelar a formação do enrugamento e determinar fatores de concentração de tensões, nestas regiões, para carregamentos de pressão interna. Os fatores encontrados são comparados com resultados encontrados na literatura e utilizados no cálculo contra a fadiga por meio de diferentes métodos: Markl, inclinações universais de Manson e ASME seção VIII divisão 2. Neste estudo foram utilizados tubos de aço estrutural API X70 com razão diâmetro espessura (D/t) variando de 20 a 100, modelados por meio do software Abaqus(r). Foram obtidas curvas com ângulo de 4°/diâmetro e enrugamentos severos, com razão entre a altura da ruga e o diâmetro do tubo (d/D) da ordem de 6,5% e fator de concentração de tensão chegando a 1,89. Os modelos de tubo enrugado não apresentaram falha na resistência mecânica à pressão interna aplicada, quando esta é suficiente para obtenção de tensão circunferencial nominal equivalente a 100% do limite de escoamento do material. Os resultados de vida em fadiga para os diferentes métodos aplicados variam de acordo com o método utilizado, mas todos apresentam redução na vida do tubo com presença de enrugamento severo. O estudo propõe que se utilize para o cálculo da vida em fadiga um procedimento conservador que associa o fator de concentração de tensão determinado por Rosenfeld com o método de cálculo contra a fadiga recomendado pelo código ASME VIII. O estudo sugere ainda, que sejam realizadas novas análises de forma a considerar o efeito Bauschinger e a instabilidade à flexão do modelo não avaliados no presente trabalho. / [en] Large diameter, thin walled, high mechanical resistance steel pipe has a tendency to wrinkle on the compressive side (the intrados) of the bend when it is cold bent. This dissertation describes the principal national and international design codes that apply to wrinkling resulting from pipe cold bending, and it proposes an angle at which such wrinkling occurs. The international codes prove to be conservative regarding wrinkling in bent pipe, since a wrinkle is a geometric change, which at first causes a stress concentration and susceptibility to fatigue failure. The dissertation uses the finite element method to model the formation of wrinkling and to determine stress concentration factors in these areas for internal pressure loading. The resulting factors are compared with the results found in the literature and are utilized in calculating fatigue life by means of the following methods: Mark1, Mansons universal inclinations and ASME Section VIII Division 2. In this study API X70 structural pipe with a diameter thickness (D/t) ratio varying from 20 to 100 was utilized, and modeled using Abaqus(r) software. Bends with an angle of 4°/diameter and severe wrinkling resulted, with a ratio between the peak of the wrinkle and the diameter of the pipe (d/D) of about 6.5% and a stress concentration factor nearing 1.89. The wrinkled pipe models did not reveal any lack of mechanical resistance to the applied internal pressure when it is sufficient for obtaining a nominal circumferential stress equivalent to 100% of the yielding limit of the material. The fatigue life results for the different methods varied according to the method that was utilized, but all displayed a reduction in pipe life if there was severe wrinkling. The study proposes a conservative procedure to be utilized for calculating fatigue life. This procedure associates the stress concentration factor determined by Rosenfeld with the method for calculating fatigue recommended by the ASME VIII code. Furthermore, the study suggests that new analyses may be performed in order to consider the Bauschinger effect and the model bend instability, which the study did not evaluated.

[pt] Consiste este trabalho na elaboração de um elemento finito de simples aplicação para placas e cascas. Por apresentar um campo de rotações independentes do de deslocamentos, pode se utilizar polinômios de interpolação bastante simples, tendo-se adotado os de segundo e terceiro grau. Uma penalização implícita no funcional energia total permite que, no limite para cascas finas, as hipóteses de Kirchoff – Love sejam automaticamente satisfeitas. / [en] The object of this work is the presentation of a simple triangular finite element for plates and shells. Since the rotation fields are assumed independent of the displacement fields, simple shape functions of second and third degree were used. An implicit penalty method allows one to solve thin shell problemas since the Kirchoff- Love hypothesis are automatically satisfied.

[pt] O presente trabalho tem como principais objetivos estudar a formulação do método dos elementos de contorno e implementar um programa computacional para análise de tensões de problemas bi-dimensionais (estado plano de deformação e axissimetria) considerando também a possibilidade de acoplamento dos métodos dos elementos de contorno (MEC) e dos elementos finitos (MEF). Dentro deste estudo são abordados as soluções fundamentais para materiais linearmente elásticos, a formulação das integrais no contorno, as técnicas para tratamento de singularidade, a utilização de nós duplos para estudos de canto, etc. Os resultados numéricos obtidos em alguns problemas bi-dimensionais pelos métodos dos elementos de contorno e dos elementos finitos, considerando isoladamente ou acoplados, são comparados mutuamente e com soluções analíticas da teoria da elasticidade linear. Vantagens e desvantagens destes métodos, bem como dificuldades de implementação numérica, são discutidas ao longo deste trabalho. / [en] The main objectives of this work are the study of the boundary element formulation as well as the implementation of computer program for stress analyses of bidimensional problems under axisymmetric or plane strain conditions. The computer program also combines the boundary element method (BEM) with the finite element method (FEM) thus permitting its application to wide range of geotechnical problems. In this study research several mathematical aspects of the boundary element method are reviewed, such as the fundamental solutions for elastic materials, contour integration, singularities, corner problems, etc. The numeric results obtained in some 2D problems the BEM and FEM, in a coupled or isolated form, are compared with analytical solutions provided by classical theory of elasticity. Advantages and shortcomings of both methods, as well as the difficulties in the computer implementation, are also discussed in this work.

[pt] Este estudo é uma investigação experimental das vibrações flexurais de uma viga em balanço causadas por impactos axiais.Uma série de medidas foi feita usando-se uma viga de aço inoxidável submetida a impactos de diferentes magnitudes,aplicados através de um arranjo massa-pêndulo. A amplitude dos impulsos foi variada mudando-se o peso e o ângulo de lançamento da massa do pêndulo. Para a gama e a característica dos impactos utilizados nesta investigação,concluímos que a amplitude dos impulsos aplicados é o parâmetro relevante da resposta transversal da viga. As máximas tensões de flexão e os máximos deslocamentos laterais relacionam-se linearmente com a amplitude dos impulsos axiais aplicados.Não foi observada nenhuma instabilidade dinâmica,no sentido de deslocamentos laterais excessivos, na gama de impulsos utilizados nessa pesquisa. / [en] This study is an experimental investigation of the dynamic response of a cantilever beam due to axial impact. A series of response measurements were made for a cantilevered stainless steel beam subjected to impulses of different magnitudes.The impulses were produced by a pendulum-impact mass arrangement and their magnitudes were varied by changing the weight and release angle of the pendulum mass. For the range and character of impulses utilized in this investigation,it is concluded that magnitude of the applied impulse is the relevant parameter for the transverse response of the beam.Moreover,both maximum bending stresses in the beam and its maximum lateral displacements were found to be linearly related to the magnitude of the applied axial impulses. No dynamic instabilities,in the sense of excessive lateral displacements of the beam, was observed for the range of impulse magnitudes selected here.

[pt] Esse trabalho teve como objetivo principal avaliar a resistência à falha da infraestrutura de uma prótese parcial fixa em zircônia de três elementos e aparafusada sobre implantes, através de análise de tensões por elementos finitos e determinação da resistência à fadiga da estrutura. Como objetivo secundário, foram avaliadas as distribuições das tensões nos demais componentes da prótese. Na análise de tensões, dois modelos distintos foram gerados, sendo o primeiro com prótese, implantes e parafusos similares àqueles adotados na clínica odontológica. Um segundo modelo, usado como controle, adotou uma geometria simplificada. As cargas mastigatórias foram aquelas usuais da literatura especializada e a análise por elementos finitos foi realizada através do programa Ansys Workbench 14.5. Os resultados das distribuições de tensões mostraram semelhanças entre os dois modelos, com pequenas variações relacionadas às geometrias empregadas. As tensões calculadas ficaram abaixo dos limites de resistência mecânica da zircônia e das ligas de titânio. No cálculo da vida em fadiga da prótese de zircônia um modelo analítico foi adotado prevendo uma vida infinita para o componente. / [en] The main goal of this work was to evaluate the failure resistance of a zirconia fixed partial denture of three elements screwed on implants by means of a finite element stress analysis and the determination of the fatigue strength of the structure. As a secondary objective, the stress distributions in the other components of the prosthesis were evaluated. In order to promote the stress analysis, two different models were generated, the first making use of prosthesis, implants and screws similar to those adopted in the dental clinic. A second model, used as control, adopted a simplified geometry. The masticatory loads were those presented usually in the literature and finite element analysis was performed making use of Ansys Workbench 14.5 program. The stress distribution results showed similarity in both models, with small variations related to the adopted geometries. The calculated stresses were smaller than the ultimate strength of the zirconia and titanium alloys. Concerning the fatigue life of the zirconia prosthesis an analytical model was adopted and estimated an infinite life for the component.

[pt] O presente estudo descreve uma correlação entre o desempenho obtido por brocas de perfuração e o estado de tensões atuante na formação rochosa localizada imediatamente abaixo do fundo do poço. Os dados de desempenho de brocas de seis poços perfurados na costa marítima brasileira foram coletados e analisados. Tendo em vista reduzir o empirismo associado com este tipo de análise, é implementado um estudo que considera o perfil geomecânico do poço. O perfil geomecânico de uma dada formação rochosa é composto de suas propriedades mecânicas (módulo de Young, relação de Poisson, resistência à compressão simples, ângulo de atrito interno etc.), das pressões dos fluidos das formações e das tensões totais in situ. A dissertação mostra a sistemática utilizada para avaliar as tensões no fundo do poço através de um programa de elementos finitos 3D. Através destas tensões é possível definir um índice de plastificação à frente da broca de perfuração e o rendimento da mesma é avaliado levando este índice em conta. Alguns dos poços analisados foram perfurados em águas profundas, sendo que os resultados obtidos até o momento mostraram um grande potencial para a melhor compreensão de altos e baixos rendimentos com respeito à taxa de penetração da broca, de uma maneira racional. Baseados nesta análise novos estudos para avaliação de brocas poderão ser implementados indicando que reduções significativas de custo de perfuração poderão ser obtidas. / [en] The present dissertation describes a correlation between the bit performance and the state of stress acting upon the rock formation located immediately beneath the bottom of the wellbore. Bit performance data from 6 wells drilled offshore Brazil were collected and anlyzed. In order to reduce the empiricism associated with this type of data analysis, a study is being put forward that considers the geomechanical log along the drilled wellbore. The geomechanical log of a given rock formation is composed of its mechanical properties (Young's modulus, Poisson's Ratio, unconfined compressive strength, internal friction angle, etc.) as well as formation fluid pressure and in situ total stresses. The dissertation shows the metodology to evaluate the stresses at the bottom of the wellbore through a 3D finite element program. Trough these stresses it is possible to define an index of plastification ahead of the drill bit, and bit performance is rated taking this index into account. Some of the wells analyzed were drilled in deep water locations, and the initial results obtained herein, showed a great potential for better understanding for the good and bad performances, regarding the rate of penetration of the drill bit evaluation will be put forward with the great potential for drilling cost savings. / [es] El presente estudio describe la correlación entre el desempeño obtenido por brocas de perforación y las tensiones actuantes en la formación rocosa localizada debajo del fondo del pozo. Se colectaron y analizaron datos sobre el desempeño de brocas de seis pozos perforados en la costa marítima brasileira. Teniendo como objetivo reducir el empirismo asociado a este tipo de análisis, se implementa un estudio que considera el perfil geomecánico del pozo. El perfil geomecánico de una formación rocosa está compuesto de suas propriedades mecánicas (módulo de Young, relación de Pueson, resistencia a la compresión simple, etc.), de las presiones de los fluidos de las formaciones y de las tensiones totales in situ. La disertación muestra la sistemática utilizada para evaluar las tensiones en el fondo del pozo a través de un programa de elementos finitos 3D. A través de estas tensiones es posible definir un índice de plastificación al frente de la broca de perfuración y se evalúa su rendimiento llevando este índice en consideración. Algunos pozos analizados fueron perforados en aguas profundas, los resultados obtenidos hasta el momento mostraron un gran potencial para la mejor comprensión de altos y bajos rendimentos con respecto a la tasa de penetración de la broca, de una manera racional. Sobre este análisis nuevos estudios para evaluación de brocas pueden ser implementados indicando que pueden obtenerse reducciones significativas del costo de perforación.