Neste trabalho simulou-se numericamente o transiente térmico na cabine de uma aeronave de passageiros utilizando o método dos parâmetros concentrados. Foram analisadas as condições de carga térmica de aquecimento e resfriamento para a aeronave em solo. Os coeficientes globais de troca de calor foram avaliados por meio da abordagem de resistências térmicas equivalentes e as áreas de troca de calor foram determinadas utilizando dados típicos dos elementos constituintes da cabine de uma aeronave para vôos de curta duração. No domínio computacional foram considerados alguns elementos como: piso, compartimento de bagagem, poltronas, fuselagem, e escoamento no interior da cabine. A evolução temporal da temperatura em cada um desses componentes foi representada por uma equação diferencial ordinária resultando em um conjunto de equações que foram resolvidas simultaneamente por meio de um método iterativo. Os resultados permitiram prever o tempo necessário para iniciar o acionamento do sistema de ar condicionado da aeronave a fim de melhorar as condições de conforto térmico dos passageiros antes do embarque e satisfazer o atendimento de requisitos do cliente/operador. O modelo proposto dos coeficientes globais em conjunto com a modelagem térmica da cabine de passageiros retratou o comportamento da temperatura de forma bastante satisfatória. Comparando-se com dados reais de aeronaves comerciais, verifica-se que o modelo proposto ée bastante consistente e mostrou-se uma ferramenta útil para projeto.

O objetivo deste trabalho é propor um modelo numérico baseado no método de elementos finitos para determinação da influência da taxa de interferência, lei de encruamento e coeficiente de encruamento do material na qualificação do campo de tensões residuais compressivas gerados no processo de expansão a frio de furos. A validação do modelo numérico é feita a partir de uma solução analítica selecionada através de um estudo abrangente das técnicas atuais de abordagem analítica existentes.

Neste trabalho são estudados jatos impingentes, bidimensionais confinados incidindo sobre uma placa aquecida que pode estar ou não coberta por uma camada porosa. O problema foi considerado bidimensional e as simulações foram feitas para o escoamento tanto no regime laminar, quanto no regime turbulento. O meio poroso foi considerado rígido, homogêneo e isotrópico. Utilizou-se o conceito da dupla decomposição para a obtenção das equações macroscópicas que modelam o meio poroso. Estas equações foram discretizadas usando-se o método dos volumes finitos e o acoplamento pressão-velocidade foi resolvido usando o conhecido método SIMPLE. Foram investigadas, principalmente, a distribuição do Nusselt local na placa de incidência e a quantidade de calor retirada da placa, com ou sem a presença do meio poroso. Viu-se que, tanto para o regime laminar quanto para o turbulento, o uso do meio poroso possibilitou amenizar os elevados gradientes de temperatura, distribuir o fluxo de calor ao longo da placa e aumentar a transferência de calor.

Em sistemas de resfriamento de componentes eletrônicos um dos meios mais utilizados é o dissipador de calor aletado resfriado a ar, devido ao baixo custo, alta confiabilidade e eficiência. A diminuição na capacidade de dissipar calor devido à redução na área de troca de calor é uma das restrições no processo evolutivo de componentes eletrônicos compactos. Por esta razão, pesquisas vêm sendo realizadas com a finalidade de melhorar a efetividade dos dissipadores aumentando a transferência de calor. O objetivo do presente trabalho é analisar a transferência de calor conjugada (condução e convecção) em dissipadores aletados com jato de ar impingente turbulento e, desta forma, verificar a influência da altura das aletas, do número de Reynolds e da potência de bombeamento no desempenho térmico dos dissipadores. Para tanto, duas configurações geométricas, baseadas em trabalhos experimentais, são usadas: aletas em forma de placas (seção transversal retangular) e pinos (seção transversal quadrada). As equações do modelo matemático (continuidade, quantidade de movimento, energia e modelo de turbulência k-e) são resolvidas numericamente empregando o método de volumes finitos e uma aproximação segregada para acoplamento pressão-velocidade. Um estudo de refinamento de malha não-uniforme (tetraédrica e poliédrica) é empregado para garantir independência da malha nos resultados. Para validação do procedimento numérico foram utilizados dados experimentais. Os resultados mostram que os valores numéricos da resistência térmica do dissipador diminuem com o aumento da altura das aletas, do número de Reynolds e da potência de bombeamento. Isto ocasiona a redução da temperatura média da superfície de aquecimento do dissipador. Entretanto, o aumento excessivo da altura das aletas, da potência de bombeamento e do número de Reynolds não proporciona grandes melhorias no desempenho térmico.

O forjamento a quente em matriz aberta é o processo mais utilizado para fabricação de grandes peças. Este tipo de forjamento envolve vários parâmetros tais como forma geométrica de lingotes e matrizes, largura de matrizes, técnica de forjamento, sequência operacional, redução de forjamento, capacidade máxima do equipamento, entre outros. O principal desafio deste processo é produzir peças com boa qualidade, visto que os grandes lingotes, matéria-prima do processo, apresentam vários defeitos e heterogeneidades inerentes ao processo de solidificação, e os produtos finais possuem rigorosos requisitos de qualidade. Com a evolução dos computadores e a aplicação dos métodos numéricos em processos de conformação mecânica, pesquisadores de vários países realizaram, com sucesso, análises do processo de forjamento utilizando o método de elementos finitos. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar parâmetros de processo como geometria de matrizes, sequência operacional e técnica de forjamento, utilizando o método de elementos finitos implementado em um código comercial fechado. Para isto, são realizadas investigações em quatro experimentos aplicando-se a simulação numérica como ferramenta de análise. Os resultados evidenciaram que a simulação numérica é eficiente em avaliar os parâmetros investigados, pois se mostra em concordância com a literatura, coerente quando comparada com casos práticos de uma planta siderúrgica e capaz de fornecer informações importantes para a escolha dos melhores parâmetros do processo.

Este trabalho aplica métodos teóricos e numéricos no estudo de dinâmicas de captura e escape no problema restrito circular plano dos três corpos (PRCP3C). Investiga-se sob que condições seria possível provar que o PRCP3C deixa invariante um conjunto de Cantor no qual sua dinâmica é topologicamente conjugada ao shift de infinitos símbolos. Esse resultado seria suficiente para mostrar a existência de órbitas de captura e escape globais no PRCP3C. No contexto de missões espaciais, faz-se um estudo numérico da topologia de conjuntos conhecidos como fronteiras de estabilidade fraca para melhorar a performance das transferências de baixa energia em termos de consumo de combustível. Os resultados do estudo são usados como ponto de partida para obtenção de trajetórias de baixa energia Terra-Lua usando o modelo do problema bicircular.

O propósito desta tese é compreender os aspectos relacionados à simulação numérica aplicada ao estudo do comportamento do escoamento interno em um injetor centrífugo cônico, desenvolvendo-se para a validação da mesma, um modelo matemático elaborado a partir de referências encontradas na literatura, obtendo com ajuda de hipóteses simplificadoras, uma solução em forma fechada dos principais parâmetros nominais de desempenho do injetor, tais como coeficiente de descarga e ângulo de cone de pulverização. Na simulação numérica foi empregado o código comercial de CFD Fluent 6.3.26, onde as equações governantes são discretizadas mediante volumes de controle finitos em estado permanente. A correção de pressões é empregada utilizando o algoritmo SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations), a localização da interface entre os fluidos (líquido-gas) é resolvida mediante o modelo VOF (Volume of fluid), os fenômenos físicos que estão presentes na situação que se deseja estudar, são modelados com uma formulação viscosa que permite a simulação do escoamento em forma laminar e turbulenta, onde os termos de transporte turbulentos são realizados com o modelo k-epsilon standard. Devido à geometria complexa do injetor, o domínio computacional foi modelado com malhas não estruturadas em três dimensões, isto permitirá uma informação mais detalhada do escoamento, e dos parâmetros de desempenho do injetor, sendo a validação da ferramenta de análise computacional de muita importância para aperfeiçoar e reduzir os custos de projeto de injetores antes da fase de testes a quente, garantindo a melhora de estabilidade de queima na câmara de combustão.

O elemento finito híbrido-Trefftz (HTS) tem sido aplicado com sucesso na análise linear e não-linear em problemas de mecânica estrutural. O HTS é baseado na aproximação de 2 campos independentes: tensões no domínio do elemento e os deslocamentos no seu contorno. As aproximações para o campo de tensões, além de satisfazer à condição de equilíbrio local, devem ser obtidas a partir da própria solução da equação diferencial de Navier, ou seja, as funções devem satisfazer à restrição de Trefftz. Neste trabalho, foi aplicado um elemento tridimensional à análise estrutural dos problemas de concentração de tensões. A primeira fase deste trabalho considerou apenas problemas elásticos. Os fatores de concentração de tensões (Kt) e os fatores de intensidade de tensão (K) foram calculados e comparados com os resultados obtidos em literatura e softwares comerciais. A natureza p-hierárquica do elemento foi totalmente explorada, por isso a discretização de malha (refinamento h) e o aumento do grau das funções de aproximação para tensão e deslocamento (refinamento p) foram aplicados nos exemplos. Na segunda fase, o estudo foi expandido para análises elastoplásticas e adotado um novo conjunto de aproximação: parâmetros plásticos. Os parâmetros plásticos foram aproximados por funções de Dirac. O sistema de equações não-lineares foi resolvido pelo método de Newton. A matriz Hessiana resultante foi simétrica e esparsa e estas características foram amplamente exploradas.

Estruturas coladas têm sido amplamente estudadas nos últimos anos. A indústria aeroespacial tem especial interesse em juntas coladas porque são mais leves que as conexões mecânicas de alumínio (parafusadas ou rebitadas). Além disso, é esperado aumento na vida em fadiga. Para melhores desempenhos, as juntas coladas devem ser submetidas à pré-tratamentos superficiais e a cura do adesivo deve acontecer sob condições controladas de umidade do ar e temperatura. Estes procedimentos são, em geral, de custos inviáveis para pequenas aeronaves e UAV's (Unmanned Aerial Vehicles - Veículo Aéreo Não Tripulado), onde preparações simples são requeridas. Neste estudo, juntas de alumínio coladas com diferentes pré-tratamentos superficiais (lixamento, jateamento e anodização crômica) e diferentes condições de cura (24, 80 e 120C) são submetidas a ensaios de cisalhamento trativo e comparadas. O objetivo é realizar uma investigação numérica e experimental para placas de alumínio coladas com adesivo, abordando tratamento superficial, tipo de adesivo, modelo de elementos finitos (MEF), distribuição de tensões da junta, carga de ruptura do adesivo e ensaios de cisalhamento trativo. Além disso, a análise por elementos finitos das juntas são apresentadas para prever a distribuição de tensões da junta e compará-las com os resultados experimentais. Medidas de ângulo de contato, rugosidade e varreduras no microscópio eletrônico (MEV), bem como os diferentes tratamentos superficiais são apresentados para caracterizar a superfície do aderente de alumínio 2024-T3 colado com adesivo em pasta ou filme adesivo. Corpos-de-prova curados em temperatura ambiente e em estufa apresentaram diferentes resultados, devido ao tipo de pré-tratamento superficial e o tipo de adesivo. Por meio de uma análise não linear foi possível prever a carga de ruptura do adesivo.

O sangue é um fluido complexo cujas propriedades são significativamente afetadas pelo arranjo, orientação e deformabilidade dos glóbulos vermelhos. O estudo do escoamento sangüíneo é extremamente importante, visto que o desenvolvimento de muitas patologias cardiovasculares estão relacionadas com a variação de suas características frente à circulação sanguínea. Nesse sentido a hemodinâmica têm sido freqüentemente utilizada para obter melhor compreensão dos aspectos funcionais, diagnóstico e terapêuticos. Devido à complexidade da reologia do escoamento sanguíneo, não existe um modelo universal para representar a propriedade viscosa do sangue, entretanto encontramos diferentes classificações que descrevem o comportamento não-Newtoniano do sangue com base em diversas variáveis e graus de precisão. No presente estudo, o método de volumes finitos é utilizado para analisar o escoamento sanguíneo em uma bifurcação da carótida humana. Foi adotado um modelo tridimensional de fluido incompressível em regime permanente e transiente. A equação da quantidade de movimento foi resolvida empregando três funções de viscosidade não-newtonianas: Power-Law, Carreau e Casson, bem como o modelo newtoniano. Foram obtidos resultados para a distribuição da tensão de cisalhamento na parede e perfis de velocidade na direção axial e radial, utilizando o modelo newtoniano e os modelos de viscosidade não-Newtoniana. Posteriormente, o estudo analisou o escoamento sanguíneo sob regime pulsátil utilizando o modelo de Casson. A solução numérica foi obtida utilizando uma condição de velocidade dependente do tempo na entrada da artéria carótida com objetivo de incluir o efeito pulsátil ao escoamento. Os resultados demonstraram que é fundamental a utilização do modelo não-Newtoniano para analisar o escoamento sangüíneo em artérias com variações geométricas por apresentar regiões com baixos valores de velocidade e tensão de cisalhamento.