Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T01:24:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caldin_Renato_M.pdf: 3510420 bytes, checksum: 7632c444a9b61c552c640c1faec863a9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Em virtude do número crescente de veículos automotores e uma legislação ambiental cada vez mais rigorosa, as indústrias automobilísticas e os centros de pesquisas avançados buscam desenvolver novos materiais e processos de fabricação que visam à produção de peças com maior resistência mecânica, melhor conformabilidade do material e a redução das espessuras dos materiais empregados na fabricação, sem comprometer a rigidez e estabilidade estrutural das carroçarias. Esse conceito tem por objetivo minimizar os custos de produção, aumentar a segurança e reduzir o peso total do conjunto montado, diminuindo os índices de emissões de poluentes lançados no meio ambiente, em decorrência da melhor relação peso x potência do veículo e proporcionando melhores condições de conforto e dirigibilidade aos usuários. Baseado nessas características, o objetivo deste estudo foi viabilizar a utilização simultânea de dois processos de fabricação não convencionais: Hidroconformação de "Tailored Welded Blank:' (TWB). Para tanto, comparou-se a conformabilidade do TWB submetido à estampagem convencional e a hidroconformação, empregando-se o Diagrama Limite de Conformação, obtido a partir do ensaio Nakazima modificado, para determinar o limite de conformação da matéria­prima, e a Frente Máxima de Deformação (FMD) para determinar a deformação máxima ocorrida nos produtos. Para isso, foi desenvolvido um ferramental híbrido que possibilita a fabricação de peças pelos métodos da estampagem convencional e da hidroconformação, a partir de chapas de aço ST -06 e ST -07 com espessuras 1,5 e 0,9mm respectivamente, soldadas a laser para compor o TWB. Com a análise comparativa entre a CLC da matéria-prima e a FMD dos produtos estampados convencionalmente e hidroconformados, foi possível identificar que a hidroconformação de chapas supera a estampagem convencional em relação a conformabilidade dos "Tailored Welded Blanks", pois permitiu obter produtos com domos mais elevados e regulares, com uma menor redução de espessura e sem o aparecimento de falhas / Abstract: The increasing number of vehic1es and a more rigorous environmental legislation, are forcing automobile industries and research centers to develop new materials and manufacturing processes to the production of parts with higher mechanical properties, better formability and sheet thickness reduction, without comprirnising the rigidity and structural stability of the auto bodies. The main objective is to minimize the production costs, to increase the safety and to reduce vehic1e weight, reducing pollutants emissions, resulting in a best relation weight x power and providing better conditions of comfort and driveability. Based in these characteristics, the objective of this work was to study the simultaneous use of two not conventional manufacturing processes: hydroforming of Tailored Welded Blank (TWB). Therefore it was compared the formability of TWB in conventional stamping and hydroforrning, from the Forming Limit Diagram (FLD), plotted from the modified Nakazima test, to determine the forming limit of the raw material, and the Maximum Front of Deformation (MFD) to determine the maximum deformation in the products. A hybrid tool was designed and assembled to manufacture parts by conventional stamping and hydroforming steel plates ST -06 and ST-07 com thickness 1,5 and 0,9mm respectively, welded by laser to form the TWBs. With the comparative analysis between FLD of the raw material and MFD of the products conventionally stamped and hydroformed, it was possible to identify that hydroforming overcomes the conventional stamping in respect to the formability of Tailored Welded Blanks, and therefore it was possible to form products with higher and regular domes, with lower reduction of thickness, and without any failures / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares. / This thesis aims at the application of friction stir processing (FSP) in Ti-6Al-4V titanium alloy. Derived from friction stir welding (FSW), it is a recent process developed in the 90s for aluminum joining. Its application to other types of materials such as steel and high performance alloys, in particular titanium, has interested industry. The methodology applied in this thesis to evaluate FSP, consisted in the execution of tensile test at mixed conditions to Ti-6Al-4V sheets 4. The machine used for processing the sheet was a conventional CNC milling machine, assembled with special fixture devices. In addition to tensile tests, measurements have been performed to the regions affected by the process such as evaluation of microhardness, microstructure and residual stress condition. The microstructures at the processed region are characterized by a transformed structure. The peak temperatures, in the processed region, exceeded the -transus temperature during the processing and transformation of the phase + occurred during the cooling phase. This transformation resulted in the formation of boundary and intergranular phase (Widmanstätten) at the grains. Small regions of equiaxed grain structure (globular ) were observed in the processed zone. The approach to the quantitative results was made in statistical form aiming to identify the parameters interaction with the observed results. It was identified in this thesis that the tool spinning rotation showed the highest influence on the results of residual stress, hardness and yield strength. An important contribution to the modeling of anisotropic materials yield stress is proposed based on an orthotropic yield criterion. Additional equations based on the mixed tests for tensile and shear are proposed to modify the orthotropic model. The purpose of this model is to indicate the conditions under which the material has reached its yield regime, and may be a basis for practical simulations in similar conditions.

The aim of this research work is to study the inter-relationship, under controlled industrial conditions, among skin pass reductions, surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters, stampability and painted surface finish quality for automotive steel sheet stampings. Different surface textures obtained from cold rolling finishing have been evaluated in terms of paint appearance (rating and spectral curve) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained from the cold finished sheets. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed. / O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre grau de redução do passe de acabamento, topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D, estampabilidade e aparência de pintura de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de aparência de pintura (rating e curvas espectrais) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados presentes aqui estão de acordo com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros ainda são necessários.

Aumento da produtividade, melhorias na qualidade dos produtos, redução de custos e de impactos ambientais são essenciais para a capacidade competitiva das empresas. A execução da fachada faz parte do caminho crítico da obra, por ser um subsistema que associa as funções de fechamento, acabamento, iluminação e ventilação e ainda por incorporar sistemas prediais; apresenta, por isso também, um alto custo direto em relação aos outros subsistemas do edifício. A tecnologia construtiva de fachadas em chapas delgadas com estrutura em Light Steel Framing (LSF) é uma alternativa viável para aumentar a produtividade e reduzir os prazos de obra, com qualidade e desempenho, e pode trazer benefícios em relação a atividades intensas em mão de obra como é o caso da alvenaria de vedação e de seus revestimentos. O presente trabalho tem por objetivo sistematizar e analisar o conhecimento relativo a essa tecnologia construtiva de fachada. O método adotado compreende revisão bibliográfica. Como contribuição, o trabalho reúne um conjunto organizado de informações sobre os principais sistemas disponíveis no mercado contemplando: a caracterização do sistema de fachada, de suas camadas e dos perfis leves de aço e a sistematização das principais avaliações técnicas de sistemas existentes em outros países, reunindo normas técnicas de produtos e de execução. Acredita-se que a reunião e organização das informações, antes dispersas em diversas referências, têm potencial para subsidiar o meio técnico para tomada de decisão quanto ao uso adequado da nova tecnologia. / Increase productivity, improve product quality and reducing costs and environmental impact are essential for a competitive business. One of the critical paths of construction projects is the execution of the façade, a subsystem that associates multiple functions as sealing, finishing, lighting and ventilation feature and may incorporate other building systems. As another characteristic of these properties, a façade possess an important direct cost in relation to other subsystems. The building technology of light steel external wall system is a viable alternative, as it holds a potential to increase productivity, reduce construction deadline and bring benefits in regards to the labor heavy nature of masonry and mortar cladding. This research aims to organize the knowledge on the building technology of light steel external wall facade. The research method comprises a technical literature review. As a result, this study combines an organized ensemble of information about characterization of the light steel external wall system, its layers and steel profile. The work also performs an analysis of technical evaluations of existing systems in other countries, gathering technical standards of products and assembling techniques. The information here presented may serve as reference to the technical community by compiling and organizing information available in various and dispersed references.

Devido à crescente demanda por perfis formados a frio destinados à fabricação de estruturas de aço no Brasil, aliada a desatualização da norma brasileira NB-143:1967, fez-se necessário a publicação de uma nova norma brasileira de \'Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis Formados a Frio\' a NBR14762:2001. Essa apresenta, para o dimensionamento das ligações, expressões adaptadas da norma norte-americana AISI:1996. As adaptações foram inseridas com o intuito de simplificar o cálculo e foram determinadas apenas por ajustes teóricos, faltando, portanto uma investigação mais criteriosa. Deste modo tornou-se prioritário o estudo das ligações em chapas e perfis com pequena espessura, para avaliação destas expressões propostas. Neste âmbito analisou-se neste trabalho o comportamento estrutural de ligações parafusadas em chapas e perfis formados a frio de pequena espessura, mediante análise teórica e experimental de corpos-de-prova, os quais foram definidos de maneira a se obter os diversos modos de falha, em especial a ruptura da seção líquida. Com os resultados experimentais pôde-se sugerir modificações nas expressões do coeficiente redutor da área líquida Ct, aplicado na avaliação da resistência ao estado limite de ruptura da seção líquida efetiva. Com os resultados desta pesquisa, espera-se colaborar com futuras edições da norma brasileira, fornecendo subsídios em suas futuras revisões. / The growing demand for cold-formed steel members of steel structures in Brazil, allied to the obsolescence of the brazilian NB-143:1967 standard, led to the need for a new brazilian code for the \'Design of Cold-formed Steel Structural Members\', the NBR14762:2001 standard. This new standard contains expressions adapted from the american AISI:1996 code for the design of connections. The adaptations were included with the purpose of simplifying the calculation and were determined merely for theoretical adjustments; hence, they lack a more careful investigation. It has thus become a matter of priority to study the connections in thin sheets and cold-formed members to evaluate the proposed expressions. The work reported on here therefore analyzed the structural behavior of bolted connections in thin sheets and cold-formed members based on theoretical and experimental analyses of test specimens, which were defined in order to obtain the various failure modes, particularly on sheet tearing in the net section. Based on the experimental results, suggestions are made for modifications in the expressions of the reduction coefficient of the net area Ct, applied in evaluations of the tensile strength of the effective net section. It is expected that the results of this research will contribute to future editions of the new brazilian code, supplying inputs for use in future revisions.

Devido à crescente demanda por perfis formados a frio destinados à fabricação de estruturas de aço no Brasil, aliada a desatualização da norma brasileira NB-143:1967, fez-se necessário a publicação de uma nova norma brasileira de \'Dimensionamento de Estruturas de Aço Constituídas por Perfis Formados a Frio\' a NBR14762:2001. Essa apresenta, para o dimensionamento das ligações, expressões adaptadas da norma norte-americana AISI:1996. As adaptações foram inseridas com o intuito de simplificar o cálculo e foram determinadas apenas por ajustes teóricos, faltando, portanto uma investigação mais criteriosa. Deste modo tornou-se prioritário o estudo das ligações em chapas e perfis com pequena espessura, para avaliação destas expressões propostas. Neste âmbito analisou-se neste trabalho o comportamento estrutural de ligações parafusadas em chapas e perfis formados a frio de pequena espessura, mediante análise teórica e experimental de corpos-de-prova, os quais foram definidos de maneira a se obter os diversos modos de falha, em especial a ruptura da seção líquida. Com os resultados experimentais pôde-se sugerir modificações nas expressões do coeficiente redutor da área líquida Ct, aplicado na avaliação da resistência ao estado limite de ruptura da seção líquida efetiva. Com os resultados desta pesquisa, espera-se colaborar com futuras edições da norma brasileira, fornecendo subsídios em suas futuras revisões. / The growing demand for cold-formed steel members of steel structures in Brazil, allied to the obsolescence of the brazilian NB-143:1967 standard, led to the need for a new brazilian code for the \'Design of Cold-formed Steel Structural Members\', the NBR14762:2001 standard. This new standard contains expressions adapted from the american AISI:1996 code for the design of connections. The adaptations were included with the purpose of simplifying the calculation and were determined merely for theoretical adjustments; hence, they lack a more careful investigation. It has thus become a matter of priority to study the connections in thin sheets and cold-formed members to evaluate the proposed expressions. The work reported on here therefore analyzed the structural behavior of bolted connections in thin sheets and cold-formed members based on theoretical and experimental analyses of test specimens, which were defined in order to obtain the various failure modes, particularly on sheet tearing in the net section. Based on the experimental results, suggestions are made for modifications in the expressions of the reduction coefficient of the net area Ct, applied in evaluations of the tensile strength of the effective net section. It is expected that the results of this research will contribute to future editions of the new brazilian code, supplying inputs for use in future revisions.

Neste trabalho é realizada a avaliação do desempenho solar e luminoso de chapas metálicas com diferentes padrões de perfurações empregados para proteção solar na envoltória das edificações. Foram ensaiadas experimentalmente as transmitâncias solar e luminosa em diversos ângulos de incidência de chapas metálicas, chapas expandidas e telhas metálicas, com ou sem pintura, planas ou com conformação espacial. Avaliou-se a relação entre a transmitância e % de perfuração da amostra para incidência da radiação em variadas alturas e azimutes solares, comparou-se o comportamento solar e luminoso de cada amostra e entre amostras com características semelhantes. As normas ASTM E972 Standard Test Method for Solar Photometric Transmittance of Sheet Materials Using Sunlight e ASTM E1084 Standard Test Method for Solar Transmittance (Terrestrial) of Sheet Materials Using Sunlight foram adotadas para medições de campo das amostras. Os resultados mostram que, para todas as amostras, as transmitâncias solar (TS) e luminosa (TL) na perpendicular se assemelham a % de perfuração da amostra; para ângulos diferentes da normal há uma redução conforme a altura solar diminui e que quanto maior for o furo em relação à espessura, menor será a redução. TS/TL decresce conforme a altura solar diminui, exceto para as telhas. Em relação à variação de azimute, para chapas perfuradas sem acabamento ou pintadas, os valores de TS e TL se mantêm praticamente iguais, enquanto que para chapas expandidas e telhas os valores variam. Para as amostras pintadas, TS e TL das amostras com cores claras são maiores do que das amostras com cores médias que por sua vez são maiores do que as amostras com cores escuras. A partir destes resultados e da elaboração da ficha de aplicação dos resultados para variados ângulos, no âmbito do projeto de arquitetura, contribui-se para o emprego apropriado deste tipo de material, além de complementar informações técnicas pouco disponíveis no mercado. Além disso, os dados medidos em campo podem servir de validação para modelagem computacional para uma variação maior de ângulos, e na avaliação de ambientes projetados ou construídos, os dados coletados, em especial os ângulos diferentes da incidência normal, podem ser usados em simulação energética ao longo do ano. / This research focuses on the evaluation of solar and optical performance of metal sheets with different patterns of perforations used as shading devices in the building\'s envelope. Solar and light transmittance were experimentally tested at normal and off-normal incident angles of samples of perforated metal sheet, expanded metal sheets and perforated tile, with or without painting, flat or volumetric shape. The relationship between % perforation of sample and transmittance for off normal angle incidence (height and azimuth) was evaluated. Solar and optical results were correlated for each sample. Samples with similar characteristics such as perforation, painting, hole dimension were compared. ASTM E 972 Standard Test Method for Solar Photometric Transmittance of Sheet Materials Using Sunlight and ASTM E 1084 Standard Test Method for Solar Transmittance (Terrestrial) of Sheet Materials Using Sunlight were adopted for field measurements of the samples. The results show that for all samples, the solar transmittance (TS) and light (TL) perpendicular to the sample is similar to % perforation; for off normal angles there is a reduction as the solar altitude decreases and that the higher the hole relative to thickness, the smaller the reduction. TS / TL decreases as solar height decreases, except for the tiles. Regarding the change in azimuth for perforated sheets with or without painting, the values of TL and TS remains practically the same, whereas for expanded metal and tiles values vary. For the painted samples, TS and TL bright color of the samples are higher than the intermediate color samples which are in turn higher than the samples of dark colors. From the results achieved and with the development of the application table to diferente incident angles, within the architecture field, these results provide information for the appropriate use of such material, plus some additional technical information available in the market. Furthermore, the data measured in the field can serve as validation for computational modeling to a wider range of angles, and also it could be used in buildings\' energy simulations.

Neste trabalho é realizada a avaliação do desempenho solar e luminoso de chapas metálicas com diferentes padrões de perfurações empregados para proteção solar na envoltória das edificações. Foram ensaiadas experimentalmente as transmitâncias solar e luminosa em diversos ângulos de incidência de chapas metálicas, chapas expandidas e telhas metálicas, com ou sem pintura, planas ou com conformação espacial. Avaliou-se a relação entre a transmitância e % de perfuração da amostra para incidência da radiação em variadas alturas e azimutes solares, comparou-se o comportamento solar e luminoso de cada amostra e entre amostras com características semelhantes. As normas ASTM E972 Standard Test Method for Solar Photometric Transmittance of Sheet Materials Using Sunlight e ASTM E1084 Standard Test Method for Solar Transmittance (Terrestrial) of Sheet Materials Using Sunlight foram adotadas para medições de campo das amostras. Os resultados mostram que, para todas as amostras, as transmitâncias solar (TS) e luminosa (TL) na perpendicular se assemelham a % de perfuração da amostra; para ângulos diferentes da normal há uma redução conforme a altura solar diminui e que quanto maior for o furo em relação à espessura, menor será a redução. TS/TL decresce conforme a altura solar diminui, exceto para as telhas. Em relação à variação de azimute, para chapas perfuradas sem acabamento ou pintadas, os valores de TS e TL se mantêm praticamente iguais, enquanto que para chapas expandidas e telhas os valores variam. Para as amostras pintadas, TS e TL das amostras com cores claras são maiores do que das amostras com cores médias que por sua vez são maiores do que as amostras com cores escuras. A partir destes resultados e da elaboração da ficha de aplicação dos resultados para variados ângulos, no âmbito do projeto de arquitetura, contribui-se para o emprego apropriado deste tipo de material, além de complementar informações técnicas pouco disponíveis no mercado. Além disso, os dados medidos em campo podem servir de validação para modelagem computacional para uma variação maior de ângulos, e na avaliação de ambientes projetados ou construídos, os dados coletados, em especial os ângulos diferentes da incidência normal, podem ser usados em simulação energética ao longo do ano. / This research focuses on the evaluation of solar and optical performance of metal sheets with different patterns of perforations used as shading devices in the building\'s envelope. Solar and light transmittance were experimentally tested at normal and off-normal incident angles of samples of perforated metal sheet, expanded metal sheets and perforated tile, with or without painting, flat or volumetric shape. The relationship between % perforation of sample and transmittance for off normal angle incidence (height and azimuth) was evaluated. Solar and optical results were correlated for each sample. Samples with similar characteristics such as perforation, painting, hole dimension were compared. ASTM E 972 Standard Test Method for Solar Photometric Transmittance of Sheet Materials Using Sunlight and ASTM E 1084 Standard Test Method for Solar Transmittance (Terrestrial) of Sheet Materials Using Sunlight were adopted for field measurements of the samples. The results show that for all samples, the solar transmittance (TS) and light (TL) perpendicular to the sample is similar to % perforation; for off normal angles there is a reduction as the solar altitude decreases and that the higher the hole relative to thickness, the smaller the reduction. TS / TL decreases as solar height decreases, except for the tiles. Regarding the change in azimuth for perforated sheets with or without painting, the values of TL and TS remains practically the same, whereas for expanded metal and tiles values vary. For the painted samples, TS and TL bright color of the samples are higher than the intermediate color samples which are in turn higher than the samples of dark colors. From the results achieved and with the development of the application table to diferente incident angles, within the architecture field, these results provide information for the appropriate use of such material, plus some additional technical information available in the market. Furthermore, the data measured in the field can serve as validation for computational modeling to a wider range of angles, and also it could be used in buildings\' energy simulations.

El objeto de este trabajo pasaba por obtener un motor con un alto par de arranque pero con intensidades limitadas, con variaciones de la intensidad en función de la carga prácticamente inapreciables aunque con pérdidas en vacío contenidas, con un rendimiento aceptable en régimen permanente y con una buena respuesta en periodos transitorios.Para alcanzar estos objetivos, en primer lugar, se construyó un rotor formado por un conjunto de chapas magnéticas dispuestas radialmente con las testas aplicadas directamente sobre el eje. Estas chapas cubrirían completamente la superficie cilíndrica exterior del eje, y para eliminar los espacios libres que resultarían de aumentar la distancia radial, dado que el espesor de las chapas era constante, se inclinaron las chapas arrollándose unas sobre las otras, resultando el rotor como si estuviera formado por un conjunto de chapas en espiral. Con esta configuración se pretendió que los campos magnéticos creados en el estátor quedaran más confinados en la periferia del rotor, induciéndose unas f.e.m. periféricas y corrientes a lo largo de las propias chapas, activas únicamente en su periferia. Estas corrientes periféricas disponen de más sección para circular, si las comparamos con las corrientes de un motor con rotor de jaula normal, creando unos pares antagonistas que permiten el giro del rotor. En concreto cuatro tipos de estatores (1000 rpm, 1500 rpm tipo A, 1500 rpm y 3000 rpm) con características mecánicas y constructivas iguales han sido rebobinados y probados con los siguientes rotores construidos para tal fin: jaula de ardilla, macizo, macizo con aros y rotor hueco. Estos resultados han sido comparados con once variantes de rotores de chapas en espiral que combinan materiales y formas constructivas de sus elementos, demostrándose que es posible disminuir de forma considerable las corrientes de arranque sin perjudicar el valor del par, con la consiguiente reducción del mantenimiento de los motores de inducción y el aumento de su vida útil. Aparte de las pruebas experimentales realizadas (eléctrica, térmica y mecánica), se modelizarón los modelos para comprobar su comportamiento a diversos regímenes (Matlab-Simulink), comprobándose asimismo, su respuesta magnética delante cambios en el número de chapas, forma, curvatura o material de las forman, mediante el programa de elementos finitos FEMM.Estas características hacen que estos motores sean presumiblemente adecuados para accionamientos en los que se requiera disponer de un elevado número de arranques y paradas por hora (regímenes fuertemente transitorios), siendo su principal inconveniente el elevado coste del utillaje empleado en la configuración de las chapas del rotor, por lo que su construcción debería pasar por grandes series de fabricación. Actualmente existen innumerables accionamientos de las características mencionadas siendo por tanto muy amplio su mercado. / The object of this work was obtaining a motor with a high starting torque but with limited currents, with current variations depending on the charge practically unappreciated, although with void loses held, with an acceptable efficiency in static speed and with good response in transient periods.To reach these objectives, first of all, a rotor composed by magnetic sheets distributed in radial disposition around the shaft was built. These sheets cover the entire cylindrical exterior shaft's surface. Since the sheets' density is constant, in order to eliminate free space that would result of increasing the radial distance, the sheets have been enrolled above the others, as if the rotor would be formed by a group of spiral sheets.With this configuration, it was pretended that magnetic fields generated in the stator remain in the rotor's periphery, inducing peripherical emfs and currents all sheets long, active only in the periphery. These peripherical currents dispose more section to circulate, if we compare them with a usual squirrel cage motor, generating some antagonistic torques that permit the rotor's rotation.Concretely, four stators (1000 rpm, 1500 rpm type A, 1500 rpm and 3000 rpm)having the same constructive parameters, have been tested with the following rotors: squirrel cage, solid rotor, solid rotor with diamagnetic rings and drag cup. All these results have been compared to those obtained with eleven variants of spiral sheet rotor. It has been proved that it is possible to considerably reduce the starting currents, and therefore reducing the maintenance and extending the life of motors, without any negative consequence on the starting torque.

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo Kirchhof Unfer.pdf: 99775 bytes, checksum: 27709fdea77151b3e21cfdaf92146d6e (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The new contributions of present thesis are an alternative experimental waviness method and a new theoretical model for evaluation of limit strains of sheet metal forming in the automotive industry, employing the analysis of roughness and waviness parameters evolution with the equivalent plastic strain and a new ductile rupture criterion as function of stress triaxiality. For validation of proposed experimental waviness method and rupture criterion, specimens of IF steel sheet of thickness 0.72mm, 0.82mm and 0.85mm were tested under tensile test and Nakazima sheet forming test with Marciniak flat punch. The specimens were deformed in incremental steps in different strain path such as: balanced biaxial stretching, plane strain, uniaxial tension and pure shear. Present proposed method consider that roughness and waviness parameters are important surface quality index and useful as indicator of onset of visible local necking and should be monitored in sheet metal forming. Thus, a Waviness Limit Curve, WLC, is proposed to be plotted in Map of Principal Limit Strains (MDLC) of sheet metal as an alternative to the forming limit strain curve, FLC. Various parameters of roughness and waviness such as arithmetic average roughness (Ra), maximum peak-valley roughness (Rt), arithmetic average waviness (Wa), total heigth peak-valley waviness (Wt), maximum peak height waviness (Pp) and maximum valley depth waviness (Pv) were measured during the uniaxial and biaxial testing. Tensile test of IF steel specimens at 0º, 45º and 90º to the rolling direction, RD, and Nakazima type of IF steel specimens at 0º RD only, in which a mesh of 2.5mm circles were printed, were employed. During the uniaxial and biaxial testing, the following plastic deformations were calculated in each straining step from the printed circles in the sheet surface: major true strain (1) and minor true strain (2). Parameters of roughness and waviness versus equivalent plastic strain curves were plotted to obtain a phenomenological equation of 4th and 3rd degree polynomials, using the Hill 1979 yield stress criterion. Furthermore, the growth rate of parameters Wa and Wt with equivalent plastic strain were calculated. From the growth rate, it was possible to conclude that the sheet 12 thickness imperfections, measured by Wa and Wt, evolve during material deformation, being possible to predict with accuracy the influence of equivalent plastic strain in the onset of local necking. From the experimental analysis, it was concluded that the maximum peak-valley waviness parameter (Wt) was the best option to chacaracterized the beginning of local necking in IF steel sheet forming. Thus, from the analysis of waviness growth rate parameters, Wa and Wt, during plastic strains, it was possible to propose a criterion of local necking inception. This allowed to obtain and plot an experimental Waviness Limit Curve (WLC) in the map MDLC: the beginning of local necking was established when the normalized parameter Wt* (=Wt/Wto) attained a critical value Wt*= 2.5, but with distinct values of equivalent strains. A second mathematical model was proposed for local necking criterion to obtain the FLC of IF steel sheets, employing stress triaxiality analysis and the Hill 1979 yield stress criterion. 2nd degree polynomials were obtained from plotted and adjusted phenomenological curves in graphs of equivalent strain at rupture versus stress triaxiality, considering the different plastic strain path in the formability testing. The IF steel specimens showed ductile rupture, according to scanning electronic microscope examinations, which showed that rupture occurred due to formation, growth and coalescence of large quantity of pores in many specimens of balanced biaxial (BB) and plane strain (DP). Also, mixed rupture of ductile type due to shear mechanisms in certain regions of tensile test (TS) and Nakazima uniaxial tension (UTN) specimens were shown. / As propostas de ineditismo da presente tese foram mostrar um método experimental alternativo de rugosidades e um modelo teórico de ruptura novo para se avaliar as deformações limites de conformação de chapas metálicas da indústria automobilística, empregando-se uma análise da evolução dos parâmetros de ondulação da rugosidade com a deformação plástica equivalente e um critério de ruptura dúctil em função da triaxialidade das tensões. Para validação do método experimental de rugosidades e do critério de ruptura propostos, utilizou-se corpos de prova de chapas de aço IF de 0,72mm, 0,82mm e 0,85mm de espessura, que foram submetidas aos ensaios de tração simples e ensaio de estampagem tipo Nakazima com punção plano de Marciniak. As amostras foram sujeitas a deformação incremental em diferentes trajetórias de deformação, tais como: estiramento biaxial balanceado, deformação plana, estiramento uniaxial e cisalhamento puro. O presente método proposto considera que parâmetros de rugosidade e ondulação são índices importantes de qualidade da superfície e servem como indicador preciso do início da estricção local visível e devem ser monitorados na conformação de chapas metálicas. Portanto, propõe-se traçar uma Curva Limite de Ondulação da Rugosidade, CLOR, no Mapa das Deformações Principais Limite de Conformação (MDLC) das chapas metálicas como alternativa da curva limite de conformação, CLC. Vários parâmetros do perfil de rugosidade e da ondulação da rugosidade tais como a rugosidade média aritmética (Ra), altura máxima pico-vale (Rt), ondulação média aritmética (Wa), a altura máxima da ondulação pico-vale (Wt), altura máxima de pico da ondulação (Pp) e profundidade máxima de vale (Pv) foram medidos durante os ensaios uniaxiais e biaxiais. Foram utilizados corpos de prova de aço IF em tração simples a 0º, 45º e 90º da direção de laminação, DL, e corpos de prova tipo ensaio Nakazima de aço IF somente a 0º DL nos quais foram impressos uma malha de círculos de 2,5 mm de diâmetro. Durante os ensaios uniaxiais e 10 biaxiais, as seguintes deformações plásticas foram calculadas em cada etapa a partir da malha de circulos impressos na superficie da chapa: a deformação verdadeira longitudinal maior (1) e a deformação verdadeira transversal menor (2). Curvas dos parâmetros de rugosidade e ondulações versus deformação plástica equivalente, empregando-se o critério de escoamento plástico de Hill (1979), foram traçados para se obter equações fenomenológicas do tipo polinomial de 4° e 3° graus. Além disso, foram calculadas as taxas de crescimento dos parâmetros Wa e Wt com a deformação plástica equivalente. A partir das curvas de taxas crescimento, foi possível concluir que as imperfeições na espessura da chapa, medidas por meio de Wa e Wt, evoluem durante a deformação do material, sendo possível prever com precisão a influência da deformação plástica equivalente no início do surgimento da estricção local. Concluiu-se então que o parâmetro da altura máxima total pico-vale das ondulações (Wt) é a melhor opção para caracterizar o início da estricção local em chapas de aço IF. Portanto, a partir da análise das taxas de crescimento dos parâmetros de ondulação, Wa e Wt, durante as deformações plásticas, foi possível propor um critério para o surgimento da estricção local. Isto permitiu obter e traçar a curva experimental de Limite de Ondulação da Rugosidade, (CLOR), no Mapa MDLC: o início da estricção local foi quando o parâmetro normalizado Wt* (=Wt/Wto) atingiu o valor crítico Wt*=2,5, mas com valores distintos da deformação equivalente. Um segundo modelo matemático foi proposto como critério de estricção local para obtenção da CLC de chapas de aço IF, empregando-se análise da triaxialidade de tensões e o critério de escoamento plástico de Hill (1979). Foram obtidos polinômios de 2º grau por meio de curvas fenomenológicas ajustadas e traçadas nos gráficos de triaxialidade de tensões versus deformação equivalente de ruptura, considerando-se as diferentes trajetórias da deformação plástica dos ensaios de conformabilidade. As amostras de chapa de aço IF mostraram ruptura dúctil conforme exame no microscópio eletrônico de varredura, o qual mostra que a fratura ocorreu devido a formação, crescimento e coalescência de uma grande quantidade de espaços vazios ou poros na maioria dos corpos de prova tipo Biaxial Balanceado (BB) e Deformação Plana (DP). Também, as amostras apresentaram fraturas mistas do tipo dúcteis e com mecanismos de cisalhamento em determinadas regiões das amostras fraturadas em Tração Simples (TS) e Tração Uniaxial de Nakazima (UTN).