Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T03:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190910.pdf: 1155553 bytes, checksum: cb19e3a57cc95bf557f558e890c5ca9f (MD5) / Este trabalho analisa teórica e experimentalmente a condutância/resistência térmica de contato em baixas pressões de contato. Vários pesquisadores da área apresentam estudos comparativos entre os modelos existentes e dados experimentais nos quais os modelos subestimam os experimentos em baixas pressões de contado. Esses pesquisadores têm proposto explicações qualitativas para este inesperado fenômeno como sendo devido a dilatações térmicas diferenciais das amostras testadas, no entanto nenhum modelo capaz de prever quantitativamente o fenômeno foi proposto. Neste trabalho, são apresentadas fortes evidências de que o inesperado fenômeno da condutância/resistência de contato a baixas pressões é devido ao truncamento das rugosidades que compõem as superfícies. Os modelos até então disponíveis assumem que as alturas das rugosidades das superfícies reais apresentam distribuição Gaussiana. Este trabalho propõe um novo modelo geométrico para a rugosidade da superfície, no qual a distribuição de alturas das rugosidades é na verdade Gaussiana Truncada. Segundo este modelo, as superfícies reais não apresentam rugosidades mais altas que um determinado valor, chamado de nível de truncamento da distribuição de alturas das rugosidades. Como decorrência de as rugosidades mais altas serem mais curtas que o previsto pela teoria atual, os modelos teóricos disponíveis subestimam a condutância térmica de contato a baixas pressões de contato. O novo modelo teórico de condutância térmica de contato desenvolvido neste trabalho é então comparado com dados experimentais coletados por outro pesquisador da área, bem como com novos dados experimentais coletados durante este estudo. A comparação entre o novo modelo, chamado Gaussiano Truncado e os dados experimentais é muito boa, com o novo modelo prevendo a condutância de contato muito bem em toda faixa de teste da pressão de contato. O modelo Gaussiano Truncado de condutância térmica de contato necessita de um parâmetro a mais de rugosidade que os outros modelos até então existentes, que é o nível de truncamento da distribuição de alturas. Infelizmente, os atuais padrões e equipamentos disponíveis para medição de rugosidade superficial não são capazes de medir este novo parâmetro com a precisão necessária. A maneira mais rápida e precisa de se obter informação a respeito deste novo aspecto da geometria superficial é por meio de experimentos de condutância térmica de contato em baixas pressões de contato. Neste trabalho, amostras de Aço Inox AISI 304 e Níquel 200 com superfícies planas e jateadas por esferas de vidro e com três níveis de rugosidade para cada metal foram testadas. Os níveis de truncamento para superfícies com essas características são medidos e apresentados. Os resultados mostram que o nível de truncamento em geral diminuiu com o aumento da rugosidade das amostras, e que o Ni 200 apresenta níveis de truncamento maiores que o Aço Inox AISI 304.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T19:59:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 248385.pdf: 2905661 bytes, checksum: 0e7110836803b7e5036e08573a6b920b (MD5) / Este trabalho analisa teoricamente e experimentalmente (utilizando-se de dados experimentais obtidos da literatura), a distribuição de pressão de contato em juntas metálicas aparafusadas, além de estudar a condutância térmica de contato de tais juntas. É sabido que quando duas placas são colocadas em contato, este contato não é perfeito e quando estas são aparafusadas o parafuso causa uma distribuição de pressão de contato entre as placas, e esta, em situações reais, não é uniforme. Três configurações diferentes foram utilizadas para as juntas aparafusadas: a primeira é composta de dois discos de alumínio, a segunda possui dois discos de aço inoxidável e a última é composta de um disco de alumínio e o outro de aço inoxidável. Os discos são aparafusados através de um furo no centro. Dois parafusos com raios de cabeça diferentes são testados. Os testes de condutância de contato foram todos feitos em ambiente de vácuo. Para cada junta aparafusada foram aplicadas cinco cargas axiais diferentes. Cada junta aparafusa testada apresentou um comportamento diferente entre si, tanto em relação às distribuições de pressão de contato quanto à condutância térmica de contato. Foram feitas comparações entre alguns modelos existentes e os dados experimentais de distribuição de pressão de contato, sendo que estes não obtiveram uma boa concordância entre si. Foi proposta uma correlação para tal distribuição tendo como base a distribuição de Weibull, uma vez que esta tem ampla utilização em áreas que vão de ciências biológicas à engenharia mecânica. Utilizando modelos de condutância térmica de contato da literatura, foi calculada a condutância para as várias juntas aparafusadas com base na distribuição de pressão de Weibull. Os valores teóricos geralmente não concordam bem com os dados experimentais de condutância térmica de contato. Acredita-se que isso seja devido ao fato de que os modelos foram desenvolvidos para pressão uniforme de contato. No caso de juntas aparafusadas, isso não ocorre. Além disso, acredita-se que desvios de planicidade das superfícies também contribuam para a não-uniformidade da pressão de contato. This work analysis theoretically and experimentally (using experimental data obtained from the literature), the contact pressure distribution in bolted metal joints, besides studying the thermal contact conductance of such joints. It is known that when two plates are put in contact, this contact is not perfect and when these are bolted the screw causes the contact pressure distribution between the plates, and this, in real situations, is not uniform. Three different configurations were used for the bolted joints: the first one is composed of two aluminum discs, the second has two stainless steel discs and the last is composed of one aluminum disc and the other of stainless steel. The discs are bolted through a hole in the middle. Two screws with different bolt head radius are tested. The contact conductance tests were all done in a void space. For each bolted joint were applied five different axial loads. Each bolted joint tested presented a different behaviour among them, as in relation to contact pressure distribution as to contact thermal conductance. There was comparison between some existent models and experimental data of contact pressure distribution, being that these did not obtain a good concordance among themselves. It was proposed a correlation for such distribution based on the Weibull distribution, since it has a broad use in areas that goes from biological science to mechanical engineering. Using contact thermal conductance models from the literature, it was calculated the conductance for several bolted joints based on the Weibull pressure distribution. The theoretical values generally do not agree with the experimental data of contact thermal conductance. It is believed that it is due to the fact that the models were developed for contact uniform pressure. In the case of bolted joints this does not happen. Moreover, it is believed that the surface flatness deviations also contribute for the non-uniformity contact pressure.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:03:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12005_Leone Bernardo Florindo.pdf: 2770855 bytes, checksum: f0dfb85054b66610faed0780c7bf56e1 (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / Materiais compósitos possuem inúmeras aplicações nas mais variadas áreas da engenharia. Neste âmbito, o conhecimento aprofundado destes materiais se faz necessário. O material composto adquire propriedades de todos materiais que o constituem, no entanto entre suas camadaspodeexistirfalhasdeadesão,comprometendosuaqualidade.Destaforma,propõese estimar a condutância térmica na interface de contato de um compósito laminado, a qual pode ser diretamente associada às falhas de adesão. Para tanto, foi proposto aplicar o Unscented Kalman Filter junto ao método das linhas para resolver um problema inverso de transferência de calor. Estabeleceu-se um problema físico caracterizado por ser em regime transienteebidimensional,assimsendoacondutânciatérmicanainterfaceentreasplacasé em função do tempo e do espaço em uma direção. As medidas das temperaturas utilizadas como dados de entrada para as equações que modelam o problema foram obtidas através de simulações. Nos testes realizados foram usados materiais e dimensões do compósito variados. Foi feita uma análise de sensibilidade em relação aos ruídos nas temperaturas medidas e uma verificação da influência do tempo no problema físico relacionando ao esforçocomputacional.Osresultadosmostraramqueosmétodosempregadosforameficazes para a identificação de falhas em compósitos laminados.