Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Problems involving heat conduction can be observed in many ways and in various forms, we can be mentioned: heating a slab in a welding process or heat conduction from a process of drilling or cutting. Thus, it is intended, using mathematical analysis tools and engineering concepts and physical establish this thermal behavior, by calculating 1D, 2D and 3D transient analytical solutions varying boundary conditions and apply it to a welding process. Obtaining analytical solutions to this problem require more elaborate procedures to those used for fixed problems because of the additional terms that arise in the governing equation. And so, we intend to contribute to the literature in this regard. The proposed method for solving partial differential equations will be the Green\'s functions method. It is also objective of this work to develop the verification of the solutions obtained analytically, making comparisons to the solutions obtained numerically and application in inverse problems. In this case, it is proposed to application and development of the TFBGF technique for heat source estimate. The use of analytical solution showed up after calculated and checks, a robust tool, easy to implement, and low computational cost when applied to direct or inverse problems of heat conduction by moving sources. / Problemas envolvendo condução de calor podem ser observados em diversos aspectos e nas mais variadas formas, pode-se citar: O aquecimento de uma chapa em um processo de soldagem ou a condução de calor proveniente de um processo de furação ou corte. Assim, pretende-se, usando ferramentas de análise matemática e conceitos de engenharia e física estabelecer este comportamento térmico, através do cálculo de soluções analíticas 1D, 2D e 3D variando-se condições de contorno e aplicá-la a um processo de soldagem. A obtenção de soluções analíticas para este tipo de problema requerem procedimentos mais elaborados aos que são utilizados para problemas fixos, devido aos termos adicionais que surgem na equação governante. E desse modo, pretende-se contribuir com a literatura neste aspecto. O método proposto para resolver as equações diferenciais parciais será o método de funções de Green. É também objetivo deste trabalho desenvolver a verificação das soluções obtidas analiticamente, fazer comparações à soluções obtidas numericamente e aplicação à problemas inversos. Nesse caso, propõe-se a aplicação e o desenvolvimento da técnica TFBGF (transfer function based Green\'s functions) para estimativa de aporte térmico. O uso de solução analítica monstrou-se, após calculada e verifica, uma ferramenta robusta, de fácil implementação, e de baixo custo computacional quando aplicada a problemas diretos ou inversos em condução de calor por fontes móveis. / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work presents the developing of analytical solutions based on Green's function to be applied in inverse problems techniques. Special attention is given to the problems that deals to unknown heat ux input such as the heat generation due to the friction in orthogonal machining processes or to the thermal properties measurement using optimization techniques. The great advantage of using Green's function is the ability of obtaining solutions of complex heat conduction problem that involves transient heat source or non homogenous boundary conditions as heat ux input or prescribed temperature varying with time and space. In this work, analytical solutions of one, two and three-dimensional transient heat conduction problems are presented. A practical application of using analytical solution in optimization problem is also presented. Any inverse or optimization technique has a basic and common characteristic: both of them need to solve the direct solution several times. This characteristic is the cause of the large time consumed. In heat conduction problem, the time consumed is, usually, due to the use of numerical solutions of multidimensional models with rened mesh. In this case, if analytical solutions are available the computational time can be reduced drastically. This study presents the development and application of a 3D-transient analytical solution based on Green's function to obtain thermal properties of solids materials. / Este trabalho dedica-se à obtenção e aplicação de soluções analíticas baseadas em funções de Green (FG) em técnicas de problemas inversos. Especialmente, o estudo é voltado a problemas decorrentes de fonte de calor desconhecidas como a geração de calor devido ao atrito presentes em processos de usinagem ortogonal e, principalmente, à medição de propriedade térmicas usando técnicas de otimização e estimativas de parâmetros. A grande força do uso das FG está na possibilidade de obtenção de soluções de problemas de condução de calor dos tipos mais variados e complexos, como por exemplo, problemas tridimensionais transientes, com termos de geração de calor transientes e não uniformes e que possam ainda estar sujeitos as condições de contorno não homogêneas variando com o tempo e o espaço. Apresentam-se neste trabalho a solução analítica de vários problemas de condução de calor unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais transientes. Além do desenvolvimento destas soluções, apresentam-se também resultados em forma de grácos permitindo um melhor entendimento físico das soluções e a sua vericação. Dois problemas de otimização são abordados através da aplicação de soluções analíticas. Um dos problemas trata da estimativa de propriedades térmicas enquanto o outro se refere ao desenvolvimento do método de observadores dinâmicos usando funções de Green. O uso das FG na estimativa de parâmetros reduziu drasticamente o tempo computacional gasto enquanto no método dos observadores introduziu maior conança e estabilidade à técnica. / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T22:01:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eid_MarcoAntonio_M.pdf: 19245694 bytes, checksum: b272ecb88a2fa2a6affcf2a60d7e8d47 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Apesar da importância tecnológica da solidificação de ligas metálicas sob fluxo de calor radial, relativamente poucos estudos estão sendo feitos nessa área. Neste trabalho, a solidificação da liga Al 4,5%Cu em molde de aço radial cilíndrico é analisada e comparada com a solidificação direcional em molde resfriado.Inicialmente a variação de temperatura em diferentes posições no metal e no molde foi medida durante a solidificação usando um sistema de aquisição de dados. Essas variações de temperatura foram introduzidas em um método numérico para determinar a variação do coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde pelo método inverso. Os resultados para a solidificação unidirecional e radial foram comparados mostrando que o coeficiente de transferência de calor para o fluxo de calor radial é menor. A variação dos espaçamentos dendritos secundários foram medidos através de um microscópio óptico. Comparações entre os resultados mostraram maiores espaçamentos para fluxo de calor radial. Comparações entre variações e temperaturas calculadas numéricas e experimentalmente comprovaram que o método numérico descreve satisfatoriamente o processo de solidificação radial / Abstract: In spite of technological importance of solidification of metallic alloys under radial heat flow, relatively few studies have been carried out in this area. In this work the solidification of Al 4.5 wt% Cu cylinders against a steel massive mold is analyzed and compared with unidirectional solidification against a cooled mold. Initially temperature variations at different positions in the casting and in the mold were measured during solidification using a data acquisition system. These temperature variations were introduced in a numerical method in order to determine the variation of heat transfer coefficient at metal/mold interface by inverse method. The results for unidirectional and radial solidification were compared showing that the heat transfer coefficient is smaller for radial heat flux. The primary and secondary dendrite arm spacing variations were measured through optical microscopy. Experimental results for temperature variations were applied to estimate thermal parameters of the solidification process. Comparisons carried out between experimental and numerical data showed that the numerical method describes well the solidification processes under radial heat flux / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Um painel sanduíche consiste essencialmente em duas faces, podendo inclusive possuir reforços metálicos e um núcleo formado normalmente por um polímero celular. As faces deste tipo de painel podem estar unidas por um adesivo estrutural, ou por espuma rígida de poliuretano (PU) injetado diretamente sobre os substratos, quando a união ocorrerá naturalmente. A propriedade de maior relevância que o painel sanduíche deve ter para o transporte de cargas congeladas (0ºC a -30ºC) ou refrigeradas (7ºC a 1ºC) é a condutividade térmica (k). Dentro deste contexto o objetivo deste trabalho foi propor e caracterizar painéis sanduíches que possam ser utilizados em câmaras frigoríficas. Este trabalho apresenta as seguintes alternativas para compósito sanduíche: amostra 1 (PRFV/PU/PRFV); amostra 2 (AG/PU/AG); amostra 3 (Frisado/PU/PRFV); e amostra 4 (Al/PU/Al), onde PRFV é poliéster reforçado com fibra de vidro, PU é espuma rígida de poliuretano, AG é aço galvanizado, Frisado é alumínio frisado, e Al é alumínio. Estes painéis foram caracterizados quanto às propriedades físico-mecânicas, térmicas, morfológicas e custo. Foi possível concluir que o sistema (AG/PU/AG) mostrou o melhor custo versus desempenho dentre os compósitos propostos. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-29T19:30:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Paola Sartori.pdf: 3882091 bytes, checksum: c7530ac27f11dffba880ed97ee828f31 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-29T19:30:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Paola Sartori.pdf: 3882091 bytes, checksum: c7530ac27f11dffba880ed97ee828f31 (MD5) / A sandwich panel consists essentially of two face sheets and may even have metal reinforcements and a core formed, usually by a cellular polymer. The faces of this type of panel may be joined by a structural adhesive or in cases where the core is a rigid polyurethane foam injected directly on the substrates the union will occur naturally. The most relevant property of the sandwich panels for the transport of frozen (0ºC a -30ºC) or chilled (7ºC a 1ºC) cargo is thermal conductivity (k). Within this context the objective of this work is to obtain and characterize sandwich panels which can be used in refrigerated chambers. This work presents four alternatives for composite sandwich, sample 1 (PRFV/PU/PRFV), sample 2 (AG/PU/AG), sample 3 (Al Crimpy/PU/PRFV) and sample 4 (Al /PU/Al), were PRFV is a glass fibre reinforced plastics, PU is a rigid polyurethane, AG is galvanized steel, Al Crimpy is crimpy aluminum and Al is aluminum. These composites were characterized by physicalmechanical, thermal, morphologic and cost. It could be concluded that the AG/PU/AG showed the best cost versus performance.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work proposes a methodology to obtain the transient cutting tool temperature. The physical phenomenon is treated by a three-dimensional analysis. The inverse heat conduction technique is proposed to estimate the generated heat flux on the rake face of the tool. This technique is based on conjugate gradient method with adjoint equation. The machining process is instrumented with thermocouples at the bottom face of the tool, opposite to its main rake face. The signals are automatically received and processed using a data acquisition system and a PC-Pentium. The direct solution is numerically solved using finite volumes method with the heat flux estimated. The experimental data are processed using a computational algorithm developed specifically for inverse heat flux estimation in machining processes. Experimental temperatures are obtained during several cutting tests using cemented carbide and ceramic tools. The influence of the cutting parameters on the temperature distribution is verified. An error analysis of the results is also presented. / O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a obtenção da distribuição da temperatura na superfície de corte da ferramenta em um processo de usinagem por torneamento. Nesse sentido, o problema térmico de usinagem é caracterizado de maneira bem realista através de uma abordagem tridimensional. Para a obtenção dos campos térmicos na região de corte propõe-se o uso de técnicas de problemas inversos em condução de calor. Assim, a solução do problema térmico é obtida em duas etapas: solução inversa e solução direta. A solução inversa baseia-se no método do gradiente conjugado e da equação adjunta para a estimar o fluxo de calor gerado na região de corte que flui para a ferramenta. Nesse caso, são usados termopares soldados na face oposta da ferramenta que fornecem a informação necessária para que a solução inversa consiga estimar o fluxo de calor. Com a obtenção do fluxo de calor que flui para a ferramenta utiliza-se a solução direta do problema térmico para o cálculo da temperatura na região de corte. A implementação computacional da solução inversa e da solução direta é apresentada sob a forma de um programa de computador intitulado GRAD3D 1.0. Nesse programa, além da solução proposta para o problema térmico de usinagem é possível simular numericamente problemas térmicos correlatos. Testes experimentais unidimensionais e tridimensionais com condições controladas são apresentados para a validação do algoritmo computacional. Nos testes experimentais de usinagem, a aplicabilidade da técnica proposta é avaliada para o processo de usinagem por torneamento de uma barra de ferro fundido cinzento usando-se ferramentas de metal duro (WC) e de cerâmica (Si3N4). Apresenta-se ainda uma análise dos erros que podem estar presentes nos resultados obtidos. / Doutor em Engenharia Mecânica

Um painel sanduíche consiste essencialmente em duas faces, podendo inclusive possuir reforços metálicos e um núcleo formado normalmente por um polímero celular. As faces deste tipo de painel podem estar unidas por um adesivo estrutural, ou por espuma rígida de poliuretano (PU) injetado diretamente sobre os substratos, quando a união ocorrerá naturalmente. A propriedade de maior relevância que o painel sanduíche deve ter para o transporte de cargas congeladas (0ºC a -30ºC) ou refrigeradas (7ºC a 1ºC) é a condutividade térmica (k). Dentro deste contexto o objetivo deste trabalho foi propor e caracterizar painéis sanduíches que possam ser utilizados em câmaras frigoríficas. Este trabalho apresenta as seguintes alternativas para compósito sanduíche: amostra 1 (PRFV/PU/PRFV); amostra 2 (AG/PU/AG); amostra 3 (Frisado/PU/PRFV); e amostra 4 (Al/PU/Al), onde PRFV é poliéster reforçado com fibra de vidro, PU é espuma rígida de poliuretano, AG é aço galvanizado, Frisado é alumínio frisado, e Al é alumínio. Estes painéis foram caracterizados quanto às propriedades físico-mecânicas, térmicas, morfológicas e custo. Foi possível concluir que o sistema (AG/PU/AG) mostrou o melhor custo versus desempenho dentre os compósitos propostos. / A sandwich panel consists essentially of two face sheets and may even have metal reinforcements and a core formed, usually by a cellular polymer. The faces of this type of panel may be joined by a structural adhesive or in cases where the core is a rigid polyurethane foam injected directly on the substrates the union will occur naturally. The most relevant property of the sandwich panels for the transport of frozen (0ºC a -30ºC) or chilled (7ºC a 1ºC) cargo is thermal conductivity (k). Within this context the objective of this work is to obtain and characterize sandwich panels which can be used in refrigerated chambers. This work presents four alternatives for composite sandwich, sample 1 (PRFV/PU/PRFV), sample 2 (AG/PU/AG), sample 3 (Al Crimpy/PU/PRFV) and sample 4 (Al /PU/Al), were PRFV is a glass fibre reinforced plastics, PU is a rigid polyurethane, AG is galvanized steel, Al Crimpy is crimpy aluminum and Al is aluminum. These composites were characterized by physicalmechanical, thermal, morphologic and cost. It could be concluded that the AG/PU/AG showed the best cost versus performance.