CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / As propriedades magnÃticas dos materiais ferromagnÃticos sÃo bastante influenciadas pelo estado microestrutural e o estado de tensÃes. Dessa forma, o monitoramento do comportamento magnÃtico dos materiais estruturais pode ser utilizado para a caracterizaÃÃo de seu estado interno. Este trabalho desenvolve um sistema de mediÃÃo experimental para a realizaÃÃo de ensaios nÃo-destrutivos baseados na avaliaÃÃo das caracterÃsticas magnÃticas do material e sua correlaÃÃo com o estado de tensÃes e microestrutura. O sistema foi aplicado na avaliaÃÃo da degradaÃÃo microestrutural causada por deformaÃÃo plÃstica a frio do aÃo A516 grau 60, provocada pelo processo de laminaÃÃo. Foi projetado e construÃdo um sensor para realizar simultaneamente a magnetizaÃÃo e o monitoramento do comportamento magnÃtico do material inspecionado. ParÃmetros operacionais do sensor como frequÃncia, corrente e espessura da camada de ar entre o sensor e a superfÃcie do material foram estudados atravÃs da simulaÃÃo com o mÃtodo dos elementos finitos. Entre os ensaios realizados pelo sistema està o ensaio de anisotropia magnÃtica, que obtÃm o valor da densidade de fluxo em vÃrios Ãngulos em relaÃÃo à direÃÃo de laminaÃÃo. O ensaio de histerese realiza o levantamento do ciclo de histerese do material, de onde à possÃvel extrair os parÃmetros campo coercitivo e perdas de histerese, que apresentam correlaÃÃo direta com o grau de deformaÃÃo plÃstica. O ensaio de energia magnetocristalina fornece uma avaliaÃÃo direta da anisotropia entre os eixos paralelo e perpendicular à direÃÃo de laminaÃÃo. O ensaio de anÃlise dos ciclos menores de histerese utiliza excitaÃÃo triangular, o que viabiliza uma avaliaÃÃo direta da permeabilidade magnÃtica diferencial, que à bastante sensÃvel ao estado interno do material e fornece uma visualizaÃÃo de como o processo de magnetizaÃÃo à influenciado pela deformaÃÃo plÃstica e pelas tensÃes residuais. Os ensaios apresentaram resultados coerentes com o estado final provocado pelo processo de laminaÃÃo a frio e com a literatura, caracterizando satisfatoriamente o estado do material estudado. / The magnetic properties of ferromagnetic materials are greatly influenced by the microstructure and stresses. Thus, the evaluation of the magnetic behavior of structural materials can be used for characterization of its internal state. This paper develops a experimental measurement system for non-destructive testing based on the evaluation of the magnetic characteristics of the material and its correlation with the state of stress and its microstructure. The system was used to evaluate the microstructural degradation caused by plastic deformation of A516 grade 60 steel, through cold rolling process. A sensor was designed and built to perform both the magnetization and the monitoring of magnetic behavior of the material tested. Sensor operating parameters such as frequency, current and thickness of the air gap between the sensor and the surface of the material were studied by simulation with finite element method. Among the tests performed by the system is the testing of magnetic anisotropy, which gets the value of the flux density at various angles relative to the rolling direction. The hysteresis test obtains the hysteresis loop of the material from which it is possible to extract the magnetic parameters coercive field and hysteresis losses, which have a direct correlation with the degree of plastic deformation. The magnetocrystalline energy testing provides a direct assessment of anisotropy between the axes parallel and perpendicular to the rolling direction. The testing of analysis of minor hysteresis loops uses triangular excitation, which enables a direct assessment of the differential magnetic permeability, which is very sensitive to the internal state of the material and provides a visualization of how the process of magnetization is influenced by plastic deformation and residual stresses . The tests showed results consistent with the final state caused by the process of cold rolling and similar research on the literature, providing an satisfactory characterization of the state of the studied material.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Materiais compÃsitos vÃm sendo extensamente estudados, pois seu uso permite a obtenÃÃo de estruturas leves e resistentes, com bom isolamento tÃrmico e boa resistÃncia a fadiga. CompÃsitos laminados, foco do presente trabalho, sÃo compostos pelo empilhamento de um conjunto de lÃminas, cada uma composta de fibras unidirecionais imersas em uma matriz polimÃrica. Cascas laminadas sÃo utilizadas em muitas situaÃÃes prÃticas de interesse, como fuselagens de aeronaves, estruturas marÃtimas, dentre outras. Devido ao elevado nÃmero de variÃveis envolvidas no projeto de cascas laminadas, mÃtodos de otimizaÃÃo devem ser utilizados em seu projeto. Na anÃlise estrutural de tais cascas, devido ao seu complexo comportamento mecÃnico, mÃtodos numÃricos, como o MÃtodo dos Elementos Finitos (MEF), sÃo utilizados. De modo a determinar a capacidade Ãltima de carga em cascas laminadas, à necessÃrio considerar tanto a presenÃa de grandes deslocamentos (nÃo-linearidade geomÃtrica) quanto o comportamento nÃo- linear do material (nÃo-linearidade fÃsica). No presente trabalho, a nÃo-linearidade geomÃtrica foi introduzida utilizando a formulaÃÃo Lagrangiana Total aplicada a um elemento de casca abatida baseado na Teoria de Marguerre. O elemento foi implementado em um programa de cÃdigo-aberto e vÃrios exemplos com resposta analÃtica e numÃrica presentes na literatura foram tratados. Os resultados obtidos indicaram que o elemento à muito eficiente no tratamento de cascas com pequenas curvaturas iniciais sujeitas a deslocamentos moderadamente grandes. Jà a nÃo-linearidade fÃsica foi considerada por meio de modelos de falha progressiva, com a diminuiÃÃo instantÃnea das propriedades mecÃnicas das lÃminas que falham ao longo da anÃlise. TrÃs mÃtodos de falha progressiva distintos foram formulados e implementados em conjunto com a formulaÃÃo de anÃlise pelo MEF. Os resultados se mostraram promissores, com a correta obtenÃÃo das cargas de falha em laminados tanto submetidos a esforÃos axiais como de flexÃo, mostrando concordÃncia tanto com resultados numÃricos da literatura quanto com resultados experimentais. O desempenho mecÃnico da estrutura foi entÃo utilizado em um modelo de otimizaÃÃo com o objetivo de encontrar um esquema de laminaÃÃo Ãtimo. Neste trabalho, propÃe-se um Algoritmo GenÃtico com um esquema hÃbrido de computaÃÃo paralela para a otimizaÃÃo de laminados. Tal algoritmo utiliza uma configuraÃÃo em ilhas e pode ser executado tanto em clusters quanto em computadores pessoais. AlÃm disso, o algoritmo possui operadores especÃficos para a troca, adiÃÃo e eliminaÃÃo de camadas em laminados. As metodologias implementadas foram combinadas na otimizaÃÃo de placas e cascas laminadas tanto utilizando anÃlise linear quanto nÃo-linear. Nos exemplos lineares, o algoritmo foi verificado e os ganhos em eficiÃncia e tempo de execuÃÃo devidos à paralelizaÃÃo do algoritmo foram estudados. Mostrou-se que o algoritmo paralelo nÃo à somente mais rÃpido que o sequencial, mas tambÃm produz melhores resultados. Jà nos exemplos nÃo-lineares, foram obtidos projetos significativamente mais eficientes que aqueles obtidos utilizando anÃlise linear. / Composite materials are being extensively studied, as their use allows the design of structures that are lighter and stronger than their metal counterparts and feature good thermal insulation and fatigue resistance. Fiber Reinforced Composites (FRC), the focus of the present work, consist in stacking multiple laminae, each one consisting of unidirectional fibers embedded in a polymeric matrix. Laminated shells are used in many industrial applications, such as modern aircraft fuselages and wing systems, offshore structures, among others. Due to the many variables involved in the design of such structures, such as the number of layers (plies) and the mate- rial, thickness and fiber orientation of each layer, the traditional trial-and-error design procedure becomes arduous, which leads to the use of optimization techniques. In the structural analysis of laminated shells, numerical methods are commonly used, particularly the Finite Element Method (FEM), which is capable of modeling complex geometries, loads and boundary conditions. In order to determine the final load-carrying capacity of such shells, it is necessary to take into account not only the presence of large displacements (geometric non-linearity) but also its failure behavior (material non-linearity). In the present work, the geometric non-linearity was introduced by using the Total Lagrangian approach in a shallow shell finite element based on Marguerreâs Shell Theory. The element was implemented in an academic finite element software and multiple benchmark numerical examples were treated. The obtained results showed that the element is efficient when dealing with shells with small initial curvatures and moderately large displacements and rotations. The material non-linearity was considered by using progressive failure models, with the instantaneous degradation of the mechanical properties of layers that fail during the analysis. Three distinct progressive failure methods were formulated and implemented and the numerical examples yielded promissing results, with the correct determination of the ultimate failure load of laminates subjected to in-plane and bending loads, which were in good agreement with experimental and numerical results from the literature. The structural performance evaluated through the analysis procedure was then used in an optimization model in order to find the optimum stacking sequence for a given applied load. Here, a novel Genetic Algorithm with a hybrid computational parallelization scheme was proposed. The algorithm is based on the island model and can be executed in both clusters and personal computers alike. The algorithm was implemented and combined with the analysis procedures in the optimization of laminated shells considering both linear and non-linear analysis. In the linear examples, the algorithm was verified and the efficiency and execution time gains due to the parallel implementation were measured. The results show that the parallel algorithm not only runs faster than a sequential one, but also provides better results. In the non-linear examples, significant lighter and more efficient designs were obtained due to the consideration of the two types of non-linearities.

AgÃncia Nacional do PetrÃleo / No atual campo industrial do paÃs, tem-se procurado, de forma freqÃente e contÃnua, a qualidade, a economia e a seguranÃa nos processos produtivos. Uma forma de conseguir isso à evitando falhas de equipamentos e componentes. TensÃes que permanecem num material, apÃs ter cessado o esforÃo externo que lhe deu origem, sÃo denominadas tensÃes residuais. Ambientes corrosivos somados Ãs tensÃes residuais nos materiais podem levar o material a falhas mecÃnicas por corrosÃo sob tensÃo ou outros processos que diminuam a vida Ãtil do material.O objetivo deste trabalho à avaliar os nÃveis de tensÃes residuais induzidas por processos de soldagem nas tubulaÃÃes utilizadas em refinarias de petrÃleo, comparando os resultados obtidos com as variaÃÃes microestruturais do material. Foram analisados os nÃveis de tensÃes e as microestruturas da ZAC (zona afetada termicamente pelo calor) em tubulaÃÃes ASTM A106 Gr B de 2â de diÃmetro soldados com TIG Orbital (soldagem autogÃna) sem tratamento tÃrmico e com tratamento tÃrmico pÃs-soldagem. A soldagem foi feita com corrente contÃnua e pulsada, para dois nÃveis de energia distintos. Para cada condiÃÃo de soldagem foi aplicado tratamento tÃrmico para alÃvio de tensÃes (630 C, durante 96min) com variadas formas de resfriamentos. Utilizou-se a tÃcnica de difraÃÃo de Raios-X como instrumento para estabelecer critÃrios de aceitaÃÃo para as tensÃes residuais em tubulaÃÃes soldadas. Utilizou-se a tÃcnica de EBSD (Electron Backscattering Diffraction) para a caracterizaÃÃo microestrutural. O material como recebido apresentou tensÃes trativas ao longo de sua superfÃcie externa. O material soldado com diversos parÃmetros apresentaram tensÃes compressivas no metal de solda e trativas no metal de base. Os tratamentos tÃrmicos pÃs-soldagem permitiram o alÃvio das tensÃes residuais e a reduÃÃo da microdureza. / In the current industrial field in the country, we have sought, frequent and continuous, quality, economy and safety in production processes. One way to accomplish this is to avoid failures of equipment and components. Tensions remain a material that has ceased the external effort that gave rise to, are called residual stresses. Corrosive environments added to the residual stresses in the material the material can lead to mechanical failure by stress corrosion cracking or other processes that reduce the life of material.O objective of this study is to assess the levels of residual stresses induced by welding processes used in the pipes oil refineries, and compare these results with the microstructural variations of the material. We analyzed the levels of tension and the microstructures of the HAZ (heat affected zone by the heat) in ASTM A106 Gr B pipes of 2 "diameter welded with TIG Orbital (autogenous welding) without heat treatment and post-weld heat treatment. The welding was done with direct current and pulsed for two different energy levels. For each welding condition was applied heat treatment for stress relief (630  C for 96min) with diverse forms of cooling. We used the technique of X-ray diffraction as a tool to establish acceptance criteria for residual stresses in welded pipes. We used the technique of EBSD (Electron Backscattering Diffraction) for microstructural characterization. The material presented as received tensile stress along its outer surface. The soldier with various material parameters presented in compressive stress and tensile weld metal in the base metal. The post-weld heat treatments allowed the relief of residual stresses and a reduction in microhardness.

This thesis presents the development of a triaxial cell and a proposal for methodology for estimating horizontal tension edometric condition by conducting laboratory tests on samples unsaturated compacted soil in OMC. The development of triaxial cell permits the use of voltages or controlled deformation. Moreover, the machine allows independent application increments of axial and radial stresses, thereby facilitating implementation assay in any way triaxial stresses. The proposed methodology simplifies estimate lateral tension through comparison of axial stress-strain curves of the test edomÃtrico conventional triaxial and consolidation tests under different paths tensions with the constant relationship between the axial and radial increments. In this case, the value of K0 would be corresponding to the constant trajectory in which the triaxial test curve edomÃtrico overlaps the curve of the test in terms of stress and axial deformations. They were tests performed with different soil types and the results were- roughly consistent with estimates from correlations empirical, thus allowing validate the proposal presented in this research. also It was studied the change of horizontal stress during the collapse flood conditions in edomÃtricas. In these tests it was found that during the breakdown voltage can horizontal remain virtually constant or even decreasing. / Esta dissertaÃÃo apresenta o desenvolvimento de uma cÃlula triaxial e uma proposta de metodologia para estimativa de tensÃo horizontal em condiÃÃo edomÃtrica, atravÃs da realizaÃÃo de ensaios de laboratÃrio em amostras nÃo saturadas de solo compactadas na umidade Ãtima. O desenvolvimento da cÃlula triaxial possibilita a aplicaÃÃo de tensÃes ou deformaÃÃes controladas. AlÃm disso, o equipamento permite a aplicaÃÃo independente de incrementos de tensÃes axiais e radiais, facilitando dessa forma a execuÃÃo de ensaio triaxial sob qualquer caminho de tensÃes. A metodologia proposta simplifica a estimativa da tensÃo lateral atravÃs da comparaÃÃo das curvas tensÃo-deformaÃÃo axial entre o ensaio edomÃtrico convencional e ensaios de adensamento triaxiais sob diferentes caminhos de tensÃes com a relaÃÃo constante entre os incrementos axial e radial. Nesse caso, o valor de K0 seria o correspondente à trajetÃria constante na qual a curva do ensaio triaxial se sobrepÃe a curva do ensaio edomÃtrico em termos de tensÃes e deformaÃÃes axiais. Foram realizados ensaios com diferentes tipos de solo e os resultados mostraram-se aproximadamente concordantes com as estimativas realizadas a partir de correlaÃÃes empÃricas, permitindo dessa forma validar a proposta apresentada nessa pesquisa. TambÃm foi estudada a variaÃÃo da tensÃo horizontal durante o colapso por inundaÃÃo em condiÃÃes edomÃtricas. Nesses ensaios verificou-se que, durante o colapso, a tensÃo horizontal pode permanecer praticamente constante ou atà mesmo diminuir.