O presente trabalho aborda um estudo sobre o fenômeno de biestabilidade em escoamentos transversais turbulentos sobre dois cilindros lisos paralelos, com razão de espaçamento, p/d, de 1,26, utilizando abordagem numérica e experimental. Nas comparações consideram-se o domínio computacional e a seção de testes experimental equivalentes. As análises comparam escoamentos turbulentos com números de Reynolds subcríticos, variando entre Re = 17000 e Re = 26000, além disto, uma análise laminar comparativa com Re = 167 é executada. Nas avaliações experimentais utilizam-se velocidades médias e flutuações de velocidade, adquiridas com a técnica de anemometria de fio quente, exploram-se também dados de flutuações de pressão obtidos com microfones condensadores posicionados na parede do canal aerodinâmico. Para comparação experimental e numérica executam-se leituras de pressões estáticas ao longo do canal aerodinâmico. Os sinais temporais das aquisições são analisados estatisticamente com médias e momentos, transformada de Fourier e transformada de ondaletas para caracterização e identificação do fenômeno biestável. Na avaliação numérica é executada a solução das equações de Navier-Stokes, utilizando a simulação LES (Large Eddy Simulation) com modelo Smagorinsky-Lilly dinâmico para sub-malha e a simulação URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) com o modelo de turbulência k ω – SAS (Scale Adaptive Simulation). Os resultados das duas abordagens são comparados utilizando as médias de valores, comportamento temporal e valores do número de Strouhal. O estudo de qualidade de malha, com o método GCI (Grid Convergence Index), é aplicado nas malhas utilizadas em URANS. Para a validação da simulação LES, aplica-se análise de quantidade de energia cinética resolvida comparando com resultados experimentais e uma metodologia para verificação da solução descrita na literatura, com a qual um comparativo entre duas simulações LES com diferentes malhas é executado. Nos resultados numérico e experimental observam-se a presença da biestabilidade e nota-se o comportamento não simultâneo da mesma ao longo dos cilindros. Este comportamento é observado nas análises numérica e experimental. A formação assimétrica das esteiras também é estudada e atribuída à interação entre os vórtices das esteiras, já que, inicialmente, os desprendimentos dos mesmos são simétricos. Na investigação do escoamento entre os cilindros a presença da perturbação da velocidade média é observada, mas a mesma não apresenta relação direta com a troca biestável. A alteração do patamar da velocidade média, neste caso, é resultado da influência da troca de modos que acontece nas esteiras. A biestabilidade também é observada na flutuação de pressão, de forma similar ao comportamento obtido com flutuações de velocidade nos estudos da literatura. No comparativo entre os dois métodos numéricos observa-se boa concordância nos resultados obtidos utilizando URANS com modelo k ω – SAS em relação aos observados com LES, sendo possível prever os principais comportamentos, mesmo com a aplicação da lei de parede na região entre cilindros na simulação URANS. / This paper reports a study on the bistable phenomenon in turbulent crossflow over two parallel smooth cylinders with spacing rate, p/d, 1.26 using numerical and experimental approaches. In the comparisons, the computational domain and experimental tests section are considered equivalents. Turbulent flows with subcritical Reynolds numbers ranging between Re = 17000 and Re = 26000 are compared and, in addition, a comparative laminar analysis with Re = 167. In the experimental evaluations the mean velocity and fluctuations velocities are used and acquired with the hot-wire anemometry technique, exploiting also pressure fluctuations data, obtained with condenser microphones positioned in the wall of the aerodynamic channel. For experimental and numerical comparisons, the static pressure over the aerodynamic channel using pressure taps is executed. The temporal signals from the acquisitions are analyzed statistically with mean and moments, Fourier transform and wavelet transform for characterization and identification of the bistable phenomenon. In the numerical evaluation performed, the Navier-Stokes equations are solved using LES simulation (Large Eddy Simulation) with Smagorinsky-Lilly dynamic model for sub-grid and URANS simulation (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) with the turbulence model k ω – SAS (Scale Adaptive Simulation). The results of the two numerical approaches are compared using the mean values, temporal behavior and values of the Strouhal number. The mesh quality study is executed using the GCI (Grid Convergence Index) for the mesh used in URANS. To validate the LES simulation, the amount of solved kinetic energy is compared with experimental amounts. For verification of the LES solution a method described on literature is used, in which a comparison between two LES simulations with different meshes is performed. In the numerical and experimental results, the presence of bistability were observed and in addition the non-simultaneous behavior of the phenomenon over the cylinder was identified in both analyzes. The wakes asymmetric formation was also studied and attributed to the interaction between the vortices of the wakes, since initially the detachments are symmetrical. In the investigation of the flow between the cylinders, the presence of the average velocity disturbance is observed, but it does not have direct relation with the bistable switch. The change in the average velocity level, in this case, is the result of the switching modes influence from the change in the wakes. The bistability is observed also in pressure fluctuation, similar to the behavior obtained with velocity fluctuations in the literature. Comparing the two numerical methods were observed good agreement in the results obtained using URANS with model k ω - SAS in relation to those observed with LES, being possible to predict the main behaviors, even with the application of wall law in the region between cylinders for the URANS simulation.

Devido à necessidade de obtenção de uma superfície resistente ao desgaste e a oxidação, os cilindros hidráulicos são tradicionalmente revestidos com cromo duro eletrodepositado. Todavia, este tipo de revestimento apresenta uma redução gradual do coeficiente de atrito, interferindo diretamente na lubrificação da haste, ocasionando danos aos elementos de vedação e promovendo consequentes vazamentos. Outro apelo contrário à utilização do processo de revestimento com cromo é a presença, em elevados níveis, de cromo hexavalente Cr+6, apresentando alto poder cancerígeno e de contaminação ambiental. Atualmente, o processo de aspersão térmica em alta velocidade (HVOF - High Velocity Oxi-Fuel) se caracteriza como uma técnica de revestimento alternativa ao cromo duro, utilizando materiais compósitos (metal-cerâmico), os quais propiciam baixas taxas de desgaste. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de revestimentos aplicados em hastes de cilindros hidráulicos revestidas com WC-CoCr pelo processo HVOF, em comparação ao revestimento de cromo duro eletrodepositado. As técnicas de caracterização empregadas foram divididas em duas etapas, sendo que a primeira foi: análise microestrutural, ensaios de dureza e desgaste, medições de rugosidade e perfilometria, em corpos de prova planos e, na segunda etapa, a análise dos revestimentos adquiridos através de uma bancada de testes de hastes de cilindros hidráulicos, onde a caracterização foi obtida através de, medições específicas dos principais parâmetros de rugosidades aplicadas a superfícies de vedação, como Rz, Rmáx e Rmr, desgaste visuais das hastes e vedações e medições de vazamento de óleo. Ao final, os resultados mostram que o revestimento aspergido, indica características competitivas em relação à eletrodeposição de cromo, podendo ser aplicado em hastes de cilindros hidráulicos com algumas vantagens, como por exemplo, maior resistência ao desgaste, menor coeficiente de atrito, menores taxas de vazamento e melhores condições finais de superfícies. / To obtain a surface that is resistant to wear and oxidation, hydraulic cylinders are typically coated with in hard chromium through the process of electroplating process. However, this type of coating displays a gradual reduction of the friction coefficient as the lubrication directly interferes with the shaft mechanism, which in turn causes damage to the sealing elements and promotes subsequent leakage. Another disadvantage in using the electroplated hard chromium process is the presence of high level hexavalent chromium Cr+6 which is not only carcinogenic, but also extremely contaminating to the environment. Currently, the alternative process of high-speed thermal spraying (HVOF - High Velocity Oxy-Fuel), as opposed to hard chrome coating, uses composite materials (metalceramic) possessing low wear rates. This study aims to evaluate and compare the performance of hydraulic cylinder rods coated with WC-CoCr in the HVOF process, and those coated with electroplated hard chromium. The characterization techniques employed were divided into two steps, the first of which was: microstructural analysis, testing the hardness, wear, roughness and profilometry and on specimens plans and, in the second step, analysis of the coating obtained through a bench test rods of hydraulic cylinders, where the characterization was through achieved , specific measurement of the main parameters of roughness applied to sealing surfaces, as Rz, Rmáx and Rmr, wear visual of the rods and seals and measurements of oil leakage. At the end, the results show that the sprayed coating, indicate competitive characteristics in relation to the electrodeposition of chromium, which can be applied in rods of hydraulic cylinders with some advantages, such as improved wear resistance, coefficient friction low, lower rates of leakage and condition final better surface.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Devido à necessidade de obtenção de uma superfície resistente ao desgaste e a oxidação, os cilindros hidráulicos são tradicionalmente revestidos com cromo duro eletrodepositado. Todavia, este tipo de revestimento apresenta uma redução gradual do coeficiente de atrito, interferindo diretamente na lubrificação da haste, ocasionando danos aos elementos de vedação e promovendo consequentes vazamentos. Outro apelo contrário à utilização do processo de revestimento com cromo é a presença, em elevados níveis, de cromo hexavalente Cr+6, apresentando alto poder cancerígeno e de contaminação ambiental. Atualmente, o processo de aspersão térmica em alta velocidade (HVOF - High Velocity Oxi-Fuel) se caracteriza como uma técnica de revestimento alternativa ao cromo duro, utilizando materiais compósitos (metal-cerâmico), os quais propiciam baixas taxas de desgaste. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de revestimentos aplicados em hastes de cilindros hidráulicos revestidas com WC-CoCr pelo processo HVOF, em comparação ao revestimento de cromo duro eletrodepositado. As técnicas de caracterização empregadas foram divididas em duas etapas, sendo que a primeira foi: análise microestrutural, ensaios de dureza e desgaste, medições de rugosidade e perfilometria, em corpos de prova planos e, na segunda etapa, a análise dos revestimentos adquiridos através de uma bancada de testes de hastes de cilindros hidráulicos, onde a caracterização foi obtida através de, medições específicas dos principais parâmetros de rugosidades aplicadas a superfícies de vedação, como Rz, Rmáx e Rmr, desgaste visuais das hastes e vedações e medições de vazamento de óleo. Ao final, os resultados mostram que o revestimento aspergido, indica características competitivas em relação à eletrodeposição de cromo, podendo ser aplicado em hastes de cilindros hidráulicos com algumas vantagens, como por exemplo, maior resistência ao desgaste, menor coeficiente de atrito, menores taxas de vazamento e melhores condições finais de superfícies. / To obtain a surface that is resistant to wear and oxidation, hydraulic cylinders are typically coated with in hard chromium through the process of electroplating process. However, this type of coating displays a gradual reduction of the friction coefficient as the lubrication directly interferes with the shaft mechanism, which in turn causes damage to the sealing elements and promotes subsequent leakage. Another disadvantage in using the electroplated hard chromium process is the presence of high level hexavalent chromium Cr+6 which is not only carcinogenic, but also extremely contaminating to the environment. Currently, the alternative process of high-speed thermal spraying (HVOF - High Velocity Oxy-Fuel), as opposed to hard chrome coating, uses composite materials (metalceramic) possessing low wear rates. This study aims to evaluate and compare the performance of hydraulic cylinder rods coated with WC-CoCr in the HVOF process, and those coated with electroplated hard chromium. The characterization techniques employed were divided into two steps, the first of which was: microstructural analysis, testing the hardness, wear, roughness and profilometry and on specimens plans and, in the second step, analysis of the coating obtained through a bench test rods of hydraulic cylinders, where the characterization was through achieved , specific measurement of the main parameters of roughness applied to sealing surfaces, as Rz, Rmáx and Rmr, wear visual of the rods and seals and measurements of oil leakage. At the end, the results show that the sprayed coating, indicate competitive characteristics in relation to the electrodeposition of chromium, which can be applied in rods of hydraulic cylinders with some advantages, such as improved wear resistance, coefficient friction low, lower rates of leakage and condition final better surface.

O presente trabalho aborda um estudo sobre o fenômeno de biestabilidade em escoamentos transversais turbulentos sobre dois cilindros lisos paralelos, com razão de espaçamento, p/d, de 1,26, utilizando abordagem numérica e experimental. Nas comparações consideram-se o domínio computacional e a seção de testes experimental equivalentes. As análises comparam escoamentos turbulentos com números de Reynolds subcríticos, variando entre Re = 17000 e Re = 26000, além disto, uma análise laminar comparativa com Re = 167 é executada. Nas avaliações experimentais utilizam-se velocidades médias e flutuações de velocidade, adquiridas com a técnica de anemometria de fio quente, exploram-se também dados de flutuações de pressão obtidos com microfones condensadores posicionados na parede do canal aerodinâmico. Para comparação experimental e numérica executam-se leituras de pressões estáticas ao longo do canal aerodinâmico. Os sinais temporais das aquisições são analisados estatisticamente com médias e momentos, transformada de Fourier e transformada de ondaletas para caracterização e identificação do fenômeno biestável. Na avaliação numérica é executada a solução das equações de Navier-Stokes, utilizando a simulação LES (Large Eddy Simulation) com modelo Smagorinsky-Lilly dinâmico para sub-malha e a simulação URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) com o modelo de turbulência k ω – SAS (Scale Adaptive Simulation). Os resultados das duas abordagens são comparados utilizando as médias de valores, comportamento temporal e valores do número de Strouhal. O estudo de qualidade de malha, com o método GCI (Grid Convergence Index), é aplicado nas malhas utilizadas em URANS. Para a validação da simulação LES, aplica-se análise de quantidade de energia cinética resolvida comparando com resultados experimentais e uma metodologia para verificação da solução descrita na literatura, com a qual um comparativo entre duas simulações LES com diferentes malhas é executado. Nos resultados numérico e experimental observam-se a presença da biestabilidade e nota-se o comportamento não simultâneo da mesma ao longo dos cilindros. Este comportamento é observado nas análises numérica e experimental. A formação assimétrica das esteiras também é estudada e atribuída à interação entre os vórtices das esteiras, já que, inicialmente, os desprendimentos dos mesmos são simétricos. Na investigação do escoamento entre os cilindros a presença da perturbação da velocidade média é observada, mas a mesma não apresenta relação direta com a troca biestável. A alteração do patamar da velocidade média, neste caso, é resultado da influência da troca de modos que acontece nas esteiras. A biestabilidade também é observada na flutuação de pressão, de forma similar ao comportamento obtido com flutuações de velocidade nos estudos da literatura. No comparativo entre os dois métodos numéricos observa-se boa concordância nos resultados obtidos utilizando URANS com modelo k ω – SAS em relação aos observados com LES, sendo possível prever os principais comportamentos, mesmo com a aplicação da lei de parede na região entre cilindros na simulação URANS. / This paper reports a study on the bistable phenomenon in turbulent crossflow over two parallel smooth cylinders with spacing rate, p/d, 1.26 using numerical and experimental approaches. In the comparisons, the computational domain and experimental tests section are considered equivalents. Turbulent flows with subcritical Reynolds numbers ranging between Re = 17000 and Re = 26000 are compared and, in addition, a comparative laminar analysis with Re = 167. In the experimental evaluations the mean velocity and fluctuations velocities are used and acquired with the hot-wire anemometry technique, exploiting also pressure fluctuations data, obtained with condenser microphones positioned in the wall of the aerodynamic channel. For experimental and numerical comparisons, the static pressure over the aerodynamic channel using pressure taps is executed. The temporal signals from the acquisitions are analyzed statistically with mean and moments, Fourier transform and wavelet transform for characterization and identification of the bistable phenomenon. In the numerical evaluation performed, the Navier-Stokes equations are solved using LES simulation (Large Eddy Simulation) with Smagorinsky-Lilly dynamic model for sub-grid and URANS simulation (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) with the turbulence model k ω – SAS (Scale Adaptive Simulation). The results of the two numerical approaches are compared using the mean values, temporal behavior and values of the Strouhal number. The mesh quality study is executed using the GCI (Grid Convergence Index) for the mesh used in URANS. To validate the LES simulation, the amount of solved kinetic energy is compared with experimental amounts. For verification of the LES solution a method described on literature is used, in which a comparison between two LES simulations with different meshes is performed. In the numerical and experimental results, the presence of bistability were observed and in addition the non-simultaneous behavior of the phenomenon over the cylinder was identified in both analyzes. The wakes asymmetric formation was also studied and attributed to the interaction between the vortices of the wakes, since initially the detachments are symmetrical. In the investigation of the flow between the cylinders, the presence of the average velocity disturbance is observed, but it does not have direct relation with the bistable switch. The change in the average velocity level, in this case, is the result of the switching modes influence from the change in the wakes. The bistability is observed also in pressure fluctuation, similar to the behavior obtained with velocity fluctuations in the literature. Comparing the two numerical methods were observed good agreement in the results obtained using URANS with model k ω - SAS in relation to those observed with LES, being possible to predict the main behaviors, even with the application of wall law in the region between cylinders for the URANS simulation.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Esse trabalho à baseado no artigo On the geometry of horospheres [4]. Nosso objetivo à estudar condiÃÃes geomÃtricas que garantam que uma hipersuperfÃcie completa e orientÃvel imersa no espaÃo hiperbÃlico deve ser uma horoesfera. AlÃm disso, apresentamos um resultado que classifica as hipersuperfÃcies imersas no espaÃo hiperbÃlico tais que certas funÃÃes auxiliares da imersÃo correspondente sejam linearmente dependentes. / This work is based on the paper On the geometry of horospheres[4]. Our goal is to study geometric conditions which ensure that a complete and orientable hypersurface immersed in a hyperbolic space must be a horosphere. We also present a result that classifies immersed hypersurfaces in hyperbolic space, such that two natural functions attached to the corresponding immersion are linearly dependent.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho avaliou-se experimentalmente a influência da onfiguração de bobinagem no comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico com bobinagem simétrica e assimétrica. Para tanto, foram fabricados pelo processo de bobinamento filamentar (filament winding) dois grupos de cilindros com extremidades abertas, que apresentaram alteração no posicionamento das camadas em relação ao plano médio, caracterizando laminados simétrico e assimétrico. No compósito deste estudo, utilizou-se uma matriz com sistema tricomponente com resina epoxídica e reforço de fibra de carbono. Para avaliação da resistência mecânica, os cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático que consistiu da pressurização interna em dispositivo apropriado mediante a utilização de um fluido até que ocorresse o colapso. Adicionalmente, as deformações e os modos de falha dos dois grupos de cilindros foram analisados e comparados. A utilização de um programa de cálculo de elementos finitos permitiu concluir que esta ferramenta, muito usada em projeto, não consegue identificar tensões na orientação da fibra em cada uma das camadas do compósito, bem como tensões de cisalhamento interlaminares que surgem nos cilindros com configuração assimétrica. Os resultados dos ensaios mostraram que as configurações de bobinagem exercem influência no comportamento mecânico dos cilindros de material compósito, favorecendo a construção do tipo simétrica. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho, comprovou-se através do teste de fadiga que a camisa de cilindro pode ter sua resistência à fadiga elevada pela tensão residual compressiva induzida pelo roleteamento do raio de concordância. Utilizando a metodologia do Planejamento de Experimentos (DOE), criou-se um experimento para estudar a contribuição individual na elevação da tensão residual compressiva de cada um dos parâmetros do processo de roleteamento (força, tempo e rotação). Com o emprego da difração de raios X, foi possível mediar à tensão residual em todas as camisas utilizadas no experimento do DOE. Técnicas de tratamento estatístico como Análise de Variância (ANOVA), gráfico de Pareto e o teste de normalidade Anderson-Darling foram aplicadas ao conjunto de resultados obtidos pelas medições de difração de raios X, permitindo assim determinar que a força é o parâmetro de maior influência para a elevação da tensão residual compressiva no raio de concordância. O teste de eficácia do sistema de medição de tensão residual por difração de raios X comprovou que esse método possui a acurácia necessária para detectar eventuais desvios do processo de produção, tornando-o assim, um substituto mais econômico para o teste de fadiga, método atualmente utilizado para inspecionar as camisas de cilindr / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP