Os conceitos teóricos e práticos sobre as características da distribuição de tensões residuais vêm sendo estudados a partir do inicio da década de 1930. Desde então, o desenvolvimento de novos equipamentos e a necessidade de valores quantitativos mais representativos, tornaram necessários o estudo e o aprimoramento teórico prático dos métodos disponíveis de caracterização das tensões residuais, visando, principalmente, o maior entendimento dos efeitos que essas tensões exercem no desempenho dos componentes mecânicos em geral. Sendo parte adicional do projeto SFB 570, neste trabalho foi realizada uma análise comparativa entre os métodos do Furo Cego e Micromagnético de análise das tensões residuais, a fim de verificar a aplicabilidade de cada método na caracterização dos campos de tensões residuais presentes em anéis para rolamentos do aço ABNT 52100. Foram analisadas cinco amostras, provenientes de diferentes etapas do processo de manufatura de anéis para rolamentos do aço ABNT 52100, contendo diferentes distribuições de tensões residuais. Alguns conceitos a respeito das características das tensões residuais e da aplicação de cada método foram revistos, assim como da natureza da distribuição de tensões residuais em anéis para rolamentos. Fatores como a distribuição de tensões residuais com a profundidade, características do componente, tempo de resposta e tipo de intervenção da técnica, foram revistos e considerados como limitantes para a aplicação de cada método. Alguns resultados obtidos foram comparados com resultados provenientes da análise de tensões residuais através do Método de Difração de raios X, a fim de verificar a representatividade de cada método. Os resultados encontrados estão dentro da escala compreensível para cada amostra, considerando–se as origens da variação das tensões residuais durante um processo de manufatura de anéis para rolamentos, e apontam para o uso complementar das técnicas utilizadas, onde cada método apresenta vantagens e limitações, atuando em escalas singulares de distribuição das tensões residuais. / The experimental and theoretical concepts about the residual stress distribution have been studyng since 1930. The development of new equipment and the necessity of better representative quantitative values, made the study and the improvement of these concepts necessary at this time. In this work, which is an additional part of SFB 570 project, a comparative analysis between the Blind Hole Drilling and the Micromagnetic Methods was carried through, in order to verify the applicability of each method in the characterization of residual stress fields in an ABNT 52100 ball bearing steel rings. Five samples, from different manufacturing steps for the ABNT 52100 ball bearing steel rings, having different residual stress distributions, varing with depth and angular position in the sample, have been analyzed. Some concepts regarding the characteristics of residual stresses and the application of each method have been reviewed, as well as the nature of the residual stress distribution in a ball bearing steel ring. The residual stress depth distribution, the physical properties and geometry of the material, the time consumed and type of intervention are some factors used to compare and find the best range for the application of each method. Some results obtained in this work, have been compared with results proceeding from the analysis of residual stresses by the X– ray Diffraction Method, to verify the reliablility of the Blind Hole Drilling and the Micromagnetic Methods. The results full fill the expectation in the residual stress range for each sample and are an indicative for the necessity of the complementary use of these techniques, where each one, besides presenting advantages and disadvantages, works in a specific range of depth and local surface resolution.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Paulo Manuel Salgado Tavares de Castro

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um projeto para análise experimental em semeadoras agrícolas a fim de levantar dados sobre as deformações e solicitações mecânicas na sua estrutura, bem como nos diversos componentes da máquina. Visa-se o desenvolvimento de uma ferramenta / metodologia que permita localizar as regiões de maior deformação mecânica, quantificar estas deformações e registrá-las de forma dinâmica com a máquina realizando seu trabalho em campo para posterior análise dos dados. Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizada a averiguação do estado da arte na análise experimental de tensões. Posteriormente foi feito um estudo para verificar quais dos métodos experimentais poderiam ser utilizados e qual destes métodos poderia apresentar melhores resultados para este caso. As características básicas de cada método receberam classificação e estes dados foram colocados em um programa comercial de QFD. Este estudo considerou que o baixo custo de implementação e a facilidade de operação devem apresentar maior importância. O estudo mostrou que nenhum dos métodos isoladamente atende a todos os requisitos exigidos. A fim de que atender as necessidades decidiu-se pela aplicação de dois métodos: Camada Frágil e Extensometria. O primeiro método utilizado inicialmente para localizar os pontos de maior deformação do equipamento, enquanto o segundo método fornece dados quantitativos para a posterior análise dos dados. Assim, os dois métodos escolhidos são apresentados com maior detalhamento. Este trabalho ainda apresenta uma descrição de problemas encontrados na aplicação de cada método, bem como as soluções adotadas; descreve detalhes de equipamentos e materiais comerciais utilizados e discute detalhes do processo experimental empregado. Posteriormente são discutidos os erros experimentais Os resultados obtidos demonstram que o método escolhido atendeu as necessidades e que foi capaz de proporcionar arquivos contendo dados sobre as deformações mecânicas dos componentes quando submetidos aos carregamentos dinâmicos encontrados no trabalho em campo.

Os conceitos teóricos e práticos sobre as características da distribuição de tensões residuais vêm sendo estudados a partir do inicio da década de 1930. Desde então, o desenvolvimento de novos equipamentos e a necessidade de valores quantitativos mais representativos, tornaram necessários o estudo e o aprimoramento teórico prático dos métodos disponíveis de caracterização das tensões residuais, visando, principalmente, o maior entendimento dos efeitos que essas tensões exercem no desempenho dos componentes mecânicos em geral. Sendo parte adicional do projeto SFB 570, neste trabalho foi realizada uma análise comparativa entre os métodos do Furo Cego e Micromagnético de análise das tensões residuais, a fim de verificar a aplicabilidade de cada método na caracterização dos campos de tensões residuais presentes em anéis para rolamentos do aço ABNT 52100. Foram analisadas cinco amostras, provenientes de diferentes etapas do processo de manufatura de anéis para rolamentos do aço ABNT 52100, contendo diferentes distribuições de tensões residuais. Alguns conceitos a respeito das características das tensões residuais e da aplicação de cada método foram revistos, assim como da natureza da distribuição de tensões residuais em anéis para rolamentos. Fatores como a distribuição de tensões residuais com a profundidade, características do componente, tempo de resposta e tipo de intervenção da técnica, foram revistos e considerados como limitantes para a aplicação de cada método. Alguns resultados obtidos foram comparados com resultados provenientes da análise de tensões residuais através do Método de Difração de raios X, a fim de verificar a representatividade de cada método. Os resultados encontrados estão dentro da escala compreensível para cada amostra, considerando–se as origens da variação das tensões residuais durante um processo de manufatura de anéis para rolamentos, e apontam para o uso complementar das técnicas utilizadas, onde cada método apresenta vantagens e limitações, atuando em escalas singulares de distribuição das tensões residuais. / The experimental and theoretical concepts about the residual stress distribution have been studyng since 1930. The development of new equipment and the necessity of better representative quantitative values, made the study and the improvement of these concepts necessary at this time. In this work, which is an additional part of SFB 570 project, a comparative analysis between the Blind Hole Drilling and the Micromagnetic Methods was carried through, in order to verify the applicability of each method in the characterization of residual stress fields in an ABNT 52100 ball bearing steel rings. Five samples, from different manufacturing steps for the ABNT 52100 ball bearing steel rings, having different residual stress distributions, varing with depth and angular position in the sample, have been analyzed. Some concepts regarding the characteristics of residual stresses and the application of each method have been reviewed, as well as the nature of the residual stress distribution in a ball bearing steel ring. The residual stress depth distribution, the physical properties and geometry of the material, the time consumed and type of intervention are some factors used to compare and find the best range for the application of each method. Some results obtained in this work, have been compared with results proceeding from the analysis of residual stresses by the X– ray Diffraction Method, to verify the reliablility of the Blind Hole Drilling and the Micromagnetic Methods. The results full fill the expectation in the residual stress range for each sample and are an indicative for the necessity of the complementary use of these techniques, where each one, besides presenting advantages and disadvantages, works in a specific range of depth and local surface resolution.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um projeto para análise experimental em semeadoras agrícolas a fim de levantar dados sobre as deformações e solicitações mecânicas na sua estrutura, bem como nos diversos componentes da máquina. Visa-se o desenvolvimento de uma ferramenta / metodologia que permita localizar as regiões de maior deformação mecânica, quantificar estas deformações e registrá-las de forma dinâmica com a máquina realizando seu trabalho em campo para posterior análise dos dados. Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizada a averiguação do estado da arte na análise experimental de tensões. Posteriormente foi feito um estudo para verificar quais dos métodos experimentais poderiam ser utilizados e qual destes métodos poderia apresentar melhores resultados para este caso. As características básicas de cada método receberam classificação e estes dados foram colocados em um programa comercial de QFD. Este estudo considerou que o baixo custo de implementação e a facilidade de operação devem apresentar maior importância. O estudo mostrou que nenhum dos métodos isoladamente atende a todos os requisitos exigidos. A fim de que atender as necessidades decidiu-se pela aplicação de dois métodos: Camada Frágil e Extensometria. O primeiro método utilizado inicialmente para localizar os pontos de maior deformação do equipamento, enquanto o segundo método fornece dados quantitativos para a posterior análise dos dados. Assim, os dois métodos escolhidos são apresentados com maior detalhamento. Este trabalho ainda apresenta uma descrição de problemas encontrados na aplicação de cada método, bem como as soluções adotadas; descreve detalhes de equipamentos e materiais comerciais utilizados e discute detalhes do processo experimental empregado. Posteriormente são discutidos os erros experimentais Os resultados obtidos demonstram que o método escolhido atendeu as necessidades e que foi capaz de proporcionar arquivos contendo dados sobre as deformações mecânicas dos componentes quando submetidos aos carregamentos dinâmicos encontrados no trabalho em campo.

Os conceitos teóricos e práticos sobre as características da distribuição de tensões residuais vêm sendo estudados a partir do inicio da década de 1930. Desde então, o desenvolvimento de novos equipamentos e a necessidade de valores quantitativos mais representativos, tornaram necessários o estudo e o aprimoramento teórico prático dos métodos disponíveis de caracterização das tensões residuais, visando, principalmente, o maior entendimento dos efeitos que essas tensões exercem no desempenho dos componentes mecânicos em geral. Sendo parte adicional do projeto SFB 570, neste trabalho foi realizada uma análise comparativa entre os métodos do Furo Cego e Micromagnético de análise das tensões residuais, a fim de verificar a aplicabilidade de cada método na caracterização dos campos de tensões residuais presentes em anéis para rolamentos do aço ABNT 52100. Foram analisadas cinco amostras, provenientes de diferentes etapas do processo de manufatura de anéis para rolamentos do aço ABNT 52100, contendo diferentes distribuições de tensões residuais. Alguns conceitos a respeito das características das tensões residuais e da aplicação de cada método foram revistos, assim como da natureza da distribuição de tensões residuais em anéis para rolamentos. Fatores como a distribuição de tensões residuais com a profundidade, características do componente, tempo de resposta e tipo de intervenção da técnica, foram revistos e considerados como limitantes para a aplicação de cada método. Alguns resultados obtidos foram comparados com resultados provenientes da análise de tensões residuais através do Método de Difração de raios X, a fim de verificar a representatividade de cada método. Os resultados encontrados estão dentro da escala compreensível para cada amostra, considerando–se as origens da variação das tensões residuais durante um processo de manufatura de anéis para rolamentos, e apontam para o uso complementar das técnicas utilizadas, onde cada método apresenta vantagens e limitações, atuando em escalas singulares de distribuição das tensões residuais. / The experimental and theoretical concepts about the residual stress distribution have been studyng since 1930. The development of new equipment and the necessity of better representative quantitative values, made the study and the improvement of these concepts necessary at this time. In this work, which is an additional part of SFB 570 project, a comparative analysis between the Blind Hole Drilling and the Micromagnetic Methods was carried through, in order to verify the applicability of each method in the characterization of residual stress fields in an ABNT 52100 ball bearing steel rings. Five samples, from different manufacturing steps for the ABNT 52100 ball bearing steel rings, having different residual stress distributions, varing with depth and angular position in the sample, have been analyzed. Some concepts regarding the characteristics of residual stresses and the application of each method have been reviewed, as well as the nature of the residual stress distribution in a ball bearing steel ring. The residual stress depth distribution, the physical properties and geometry of the material, the time consumed and type of intervention are some factors used to compare and find the best range for the application of each method. Some results obtained in this work, have been compared with results proceeding from the analysis of residual stresses by the X– ray Diffraction Method, to verify the reliablility of the Blind Hole Drilling and the Micromagnetic Methods. The results full fill the expectation in the residual stress range for each sample and are an indicative for the necessity of the complementary use of these techniques, where each one, besides presenting advantages and disadvantages, works in a specific range of depth and local surface resolution.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um projeto para análise experimental em semeadoras agrícolas a fim de levantar dados sobre as deformações e solicitações mecânicas na sua estrutura, bem como nos diversos componentes da máquina. Visa-se o desenvolvimento de uma ferramenta / metodologia que permita localizar as regiões de maior deformação mecânica, quantificar estas deformações e registrá-las de forma dinâmica com a máquina realizando seu trabalho em campo para posterior análise dos dados. Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizada a averiguação do estado da arte na análise experimental de tensões. Posteriormente foi feito um estudo para verificar quais dos métodos experimentais poderiam ser utilizados e qual destes métodos poderia apresentar melhores resultados para este caso. As características básicas de cada método receberam classificação e estes dados foram colocados em um programa comercial de QFD. Este estudo considerou que o baixo custo de implementação e a facilidade de operação devem apresentar maior importância. O estudo mostrou que nenhum dos métodos isoladamente atende a todos os requisitos exigidos. A fim de que atender as necessidades decidiu-se pela aplicação de dois métodos: Camada Frágil e Extensometria. O primeiro método utilizado inicialmente para localizar os pontos de maior deformação do equipamento, enquanto o segundo método fornece dados quantitativos para a posterior análise dos dados. Assim, os dois métodos escolhidos são apresentados com maior detalhamento. Este trabalho ainda apresenta uma descrição de problemas encontrados na aplicação de cada método, bem como as soluções adotadas; descreve detalhes de equipamentos e materiais comerciais utilizados e discute detalhes do processo experimental empregado. Posteriormente são discutidos os erros experimentais Os resultados obtidos demonstram que o método escolhido atendeu as necessidades e que foi capaz de proporcionar arquivos contendo dados sobre as deformações mecânicas dos componentes quando submetidos aos carregamentos dinâmicos encontrados no trabalho em campo.

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2014-01-08T17:20:57Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2009_09.pdf: 5210170 bytes, checksum: 0836aa909487f560b8548174b9614be0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-01-08T17:20:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2009_09.pdf: 5210170 bytes, checksum: 0836aa909487f560b8548174b9614be0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Os vasos de pressão das usinas nucleares Angra II e III, que são de grandes espessuras, têm como um dos seus componentes estruturais o aço 20 MnMoNi 55. A avaliação acustoelástica realizada através de ensaios ultrassônicos foi baseada na variação de velocidade da onda ultrassônica cisalhante de incidência normal em função da tensão aplicada no material, utilizando-se a técnica de birrefringência acústica, que é fundamentada na diferença fracional da velocidade da onda ultrassônica em relação à duas direções perpendiculares. Neste trabalho foram realizadas duas experiências. Na primeira, foi avaliado para esta técnica de análise de tensão um novo método de aquisição de sinais ultrassônicos que foi comparado com o método usual, pretendendo determinar suas potencialidades e limites para a aplicação em materiais com até 120 mm de espessura. Na segunda, foi realizado o estudo do comportamento acustoelástico do aço 20 MnMoNi 55. O novo método de aquisição de sinais ultrassônicos apresentou resultados satisfatórios e foi utilizado no estudo acustoelástico do aço 20 MnMoNi 55. A análise acustoelástica indicou que o material apresenta uma comportamento anisotrópico e heterogêneo. A constante acustoelástica do material, obtida experimentalmente através de ensaios de compressão realizados em corpos-de-prova do aço 20 MnMoNi 55, foi utilizada para a análise de tensão de forma quantitativa. Um corpo-de-prova do aço 20 MnMoNi 55 foi submetido à um ensaio de flexão para realizar a análise de tensão de forma qualitativa através da diferença entre as birrefringências obtidas durante o carregamento (B) e antes do carregamento (B0), em cada ponto estudado. Com os resultados obtidos foi possível identificar qualitativamente e quantitativamente as regiões compressivas e trativas. A realização destes ensaios permitiu verificar a eficiência da técnica ultrassônica de birrefringência acústica para analisar o estado de tensões. / The pressure vessels of the Angra II and Angra III nuclear power plants, which are of large thickness, have as one of their structural components the 20 MnMoNi 55 steel. The acoustoelastic evaluation carried out through non-destructive ultrasonic tests was based on the variation of the speed of ultrasonic shear waves of normal incidence as a function of the stress applied in the material using the acoustic birefringence technique, which considers the fractional difference of the speeds of two ultrasonic waves propagating in orthogonal directions. In this work two experiments were carried out. In the first one, a new method for acquisition of ultrasonic signals for joint application with this technique of stress analysis was evaluated by comparison with the conventional one. The aim was to determine its potential and limitations for application in materials up to 120 mm of thickness. In the second experiment, the acoustoelastic behavior of the 20 MnMoNi 55 steel was studied. The new method of acquiring ultrasonic signals led to satisfactory results and was used in the study of the acoustoelastic behavior of the 20 MnMoNi 55 steel. The acoustoelastic analysis indicated that the material has an anisotropic and heterogeneous behavior. The acoustoelastic constant of this material, obtained experimentally from the analysis of the graphs of the material behavior (birefringence x stress) under compression tests performed on specimens of the 20 MnMoNi 55 steel, was used for the quantitative stress analysis. A specimen of the 20 MnMoNi 55 steel was subjected to a bending test to carry out a qualitative stress analysis through the difference between the values of the birefringence obtained during loading (B) and before loading (B0) in every point studied. With the obtained results it was possible to identify qualitative and quantitatively the regions of the specimen under compressive and tensile stresses. The execution of these tests allowed to verify the efficiency of the ultrasonic technique of the acoustic birefringence for the analysis of stress states.

Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-09-06T14:26:13Z No. of bitstreams: 1 MARCELO DA SIQUEIRA QUEIROZ BITTENCOURT_D_2000.pdf: 4551219 bytes, checksum: 374ed38139b75087e6417c59c553d869 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T14:26:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCELO DA SIQUEIRA QUEIROZ BITTENCOURT_D_2000.pdf: 4551219 bytes, checksum: 374ed38139b75087e6417c59c553d869 (MD5) Previous issue date: 2000-03 / A medida de tensão por ultra-som se baseia no efeito acustoelástico, que é o fenômeno da variação da velocidade da onda ultra-sônica em função da tensão no material. Para isso, é necessário realizar medidas do tempo de percurso da onda ultra-sônica com elevada precisão e com resolução de nanossegundo. Este trabalho apresenta a montagem de um sistema ultra-sônico e o desenvolvimento e a aplicação de um novo método para a medida de tempo de percurso da onda ultra-sônica para medida de tensão em materiais. Este método utiliza o processamento do sinal pela correlação cruzada e do aumento da taxa de amostragem utilizando a técnica multitaxas. Foi verificada a utilização do método para avaliação de tensões, tanto aplicadas como residuais, em chapas de alumínio e aço, utilizando a técnica ultra-sônica da birrefringência. É apresentado, também, utilizando o sistema ultra-sônico montado, um processo para a determinação da direção de laminação de chapas. Foi mostrado que o método alcança a precisão e resolução necessárias a sua aplicação para avaliação das tensões tanto aplicadas como residuais, dos materiais examinados. O trabalho, além de mostrar alguns caminhos que geram imprecisão de medida ou que levam muito tempo para se chegar a uma solução, sem que com isso se ganhe em precisão, mostra também opções diferentes de processamento de sinal, fenômenos que podem ser utilizados para separar a influência da direção de laminação na tensão, e equipamentos que devem ou não ser utilizados, pois podem melhorar a resolução da medida. Mostra, também, que a técnica da birrefringência é apropriada para a verificação de tensão residual em chapas soldadas e pode ser usada na avaliação do alívio de tensões residuais por tratamentos térmicos. / Stress measurements by ultrasonic sound waves is based on the acoustoelastic effect that is the phenomenon of the variation of the velocity of the ultrasonic sound wave in a material as a function of the applied stress field. For that purpose it is necessary to measure the ultrasonic time of flight with high precision and with nanosecond resolution. This work describes the assembly of an ultrasonic system, and develops a new method to measure the ultrasonic time of flight in materials under stress. The method proposed uses the cross correlation signal processing of the ultrasonic wave and increases the sampling rate of the signal using the multi-rate technique. The birefringence ultrasonic technique, in conjunction with the measurement method developed, was successfully applied for the evaluation of applied and residual tensions in aluminum and steel plates. Using the assembled ultra-sonic system, it is also proposed a process for the determination of the rolling direction of plates by ultrasonic sound waves. For the materials examined, it was shown that the ultrasonic method reaches the precision and the necessary resolution for the evaluation of residual stresses and tension stresses due to externally applied forces. The work also discusses some of the factors that cause measurement imprecision, or that increase in the solution time without any gain in precision. It also shows different options for signal processing, discusses some of the phenomena that can be explored to separate the influence of the rolling direction in the evaluation of the material tension state, and introduces additional equipment that may be used to improve the resolution of the measure. The work concludes by showing that the acoustic birefringence technique is suitable for the verification of residual tension in welded plates and that it can also be used in the assessment of heat treatments for the stress relief in materials.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2384_1.pdf: 4356601 bytes, checksum: 00413d0c2641e1dee6d18aff93280046 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco / Este estudo foi motivado porque em 2001, três anos após a liberação para o tráfego, a BR 230/PB apresentou problemas estruturais. Pretende-se demonstrar que não é apenas a ação do tráfego que impõe uma vida útil limitada aos pavimentos, mas a ação conjunta deste com o clima, representado por seus elementos básicos, entre estes a umidade. Objetivamos neste trabalho avaliar o comportamento estrutural da BR 230/PB, quando as camadas localizadas abaixo do revestimento encontram-se com diferentes teores de umidade. Utilizou-se nesta pesquisa os resultados dos ensaios realizados em 2001. As tensões e deformações foram obtidas através do programa computacional, FEPAVE2, aplicando-se aos parâmetros obtidos os critérios de confiabilidade. Na análise dos resultados verificou-se que a deformação específica de tração que está submetida a camada de ligação foi superior a prevista para Nproj = 4,5 x 10 7, para período de 15 anos, correspondendo ao ano de 2003, como também para N = 3,1 x 10 7, previsto para 2009. Os resultados obtidos neste estudo nos leva a concluir que a diferença de rigidez entre a camada de ligação e a base foi a principal causa do trincamento prematuro da superfície do pavimento e tiveram início nas fibras inferiores da camada de ligação propagando-se para superfície