CAPES, CNPq, FINEP, Fundação Araucária / Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a aplicabilidade de redes de Bragg na análise de impactos em estruturas planas. Para tanto, os dispositivos foram caracterizados, preliminarmente, quanto à deformação mecânica e temperatura. Nesta abordagem, para a validação experimental, quatro redes de Bragg foram fixadas nos cantos de uma placa de polimetilmetacrilato que, posteriormente, foi submetida a impactos mecânicos. Os efeitos de impactos produzidos na placa foram detectados pelas redes de Bragg, sendo que suas respostas em λ ao longo de 0,3 segundos foram utilizadas para treinar e testar redes neurais artificiais do tipo perceptron multicamadas. As localizações dos impactos nos quadrantes foram, então, fornecidas pela rede neural artificial, a qual demonstrou que a localização pode ser prevista com uma taca de classificação correta de aproximadamente 90% na etapa de validação. Outra RNA foi implementada para localizar coordenadas de posições de impacto, a qual permitiu fazer uma análise quantitativa dos erros, realizando uma comparação do valor desejado e o valor de saída da RNA na localização de um impacto em um plano. O maior erro médio (Em) em relação ao valor alvo foi de 0,401 cm em x, e 0,703 cm em relação à y, sendo que, o maior desvio padrão (σEm) foi de 0,896 cm em x, e 1,572 cm em y considerando cinco diferentes posições de impacto na etapa de teste de RNA. / In this work the applicability of fiber Bragg grantings as tools for the analysis of impacts on planar structures was studied. In a first step, Bragg grantings were characterized and their thermal and strain sensitivities were determined. The experiments were carried out with four fiber Bragg gratings. Being that their responses in λ along 0.3 second were used to train and test a multilayer perceptron artificial neural network. The locations of impacts in quadrants were supplied by the artificial neural network. The results demonstrate that such location can be predicted with correct classification rate of approximately 90.0% in validation step. Another RNA was implemented to locate impact coordinates, wich allowed a quantitative analysis of errors by performing a comparison of the desired value and the output value provided by the RNA on the location of an impact on a plan. The largest mean error (Em) to the target value was 0,401 cm for the coordinate x and 0,703 cm for y, considering five different points of impact in the test step.

Dissertação (mestrado) - Univesidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-15T19:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T13:03:41Z : No. of bitstreams: 1 180074.pdf: 5364904 bytes, checksum: 1271d4913bc5b62ef0752eb3b8d3a90d (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T19:33:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 264419.pdf: 2788707 bytes, checksum: 3ba9803d8f0c094c076079be4240e61c (MD5) / Esse estudo identifica as curvas tensão x deformação a taxa constante através de ensaios axiais de impacto em corpos de prova de PVC e PP. O impacto é produzido por uma massa de 4,8 kg, deixada cair da altura necessária à obtenção da energia de impacto desejada. Seguindo orientações de normas, ensaios com energias de impacto de até 20 J foram feitos. No entanto, o equipamento disponível permite atingir energias em torno de 103 J, quando a massa é deixada cair de seu nível mais alto, 2,2 m, atingindo velocidade máxima de 6,57 m/s. Esse valor de velocidade restringe os ensaios aos classificados como de baixa velocidade. A teoria básica de elastoplasticidade é apresentada, descrevendo-se a metodologia aplicada no pacote comercial ANSYS 11.0 para solucionar o problema de plasticidade incremental. Uma breve explanação sobre as normas aplicáveis a componentes sujeitos a impacto é apresentada. Mostra-se a teoria de extensometria como um embasamento para a posterior análise experimental. Em um capítulo a parte, apresenta-se o tema principal que é a identificação das curvas tensão-deformação a taxa constante, bem como a metodologia utilizada para a obtenção dessas curvas. As curvas de material a partir das quais as curvas a taxa constante são derivadas também são apresentadas, assim como curvas complementares, como as curvas de plastificação dos materiais. Finalmente, simulações dos corpos de prova e de uma tampa defletora real de motor elétrico feita em polímero são mostradas, visando exemplificar a utilização das curvas experimentais. This study identifies the stress x strain curves at constant strain rate through axial impact tests in PVC and PP specimens. The impact is produced by a 4,8 kg mass dropped from the necessary height to obtain the desired impact energy. Following standard orientations, tests with impact energies up to 20 J were done. However, the available equipment allow to achieve energies about 103 J, when the mass is dropped from its highest level, 2,2 m, achieving maximum velocity of 6,57 m/s. This value of velocity restricts the tests into the so called low velocity ones. The basic elastoplasticity theory is presented, describing the methodology applied in the commercial package ANSYS 11.0 for solution of the incremental plasticity problem. A short explanation about the standards applicable to components subjected to impact is presented. Extensometer theory is shown as a foundation for posterior experimental analysis. In a specific chapter, the aim of this study is presented, which is the identification of the stress x strain curves at constant strain rate along with the methodology applied to obtain these curves. The material curves from which the constant strain rate curves are derived are shown too, as well as complementary curves, like material plastification curves. Finally, simulations of the tested specimens and a real electric motor fan cover made in polymer are shown, in order to exemplify the utilization of the experimental curves.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:53:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292558.pdf: 5036206 bytes, checksum: b89614059f67abf62a73749b1e887cd8 (MD5) / Este trabalho dá continuidade à linha de pesquisa em métodos ópticos de medição do Labmetro/UFSC, que propôs e vem desenvolvendo uma tecnologia inovadora em nível mundial para medir deslocamentos, deformações e tensões. Já foram investidos até o presente muitos recursos e esforços a fim de tornar viável a sua aplicação na indústria. Este trabalho contribui para a solução das principais limitações práticas ainda presentes, resultando em um interferômetro plano radial robusto e adequado à medição de nanodeslocamentos, microdeformações, tensões mecânicas e tensões residuais. As tecnologias aqui desenvolvidas são aplicadas no desenvolvimento de protótipos de dois novos sistemas de medição. A medição de tensões residuais requer ainda muitos avanços para atender maior gama de aplicações com confiabilidade suficiente. As soluções apresentadas neste trabalho trazem aperfeiçoamentos nesta direção. Para chegar a tais soluções, são aplicadas tecnologias multidisciplinares, envolvendo avançados conceitos de óptica, tecnologias atuais de eletrônica e informática, procedimentos estatísticos, tecnologias de processo de usinagem e de mecânica de precisão. A principal inovação introduzida com este trabalho é o desenvolvimento, validação e aplicação de um elemento óptico difrativo (DOE) especial para a geração da iluminação cônica, responsável pela sensibilidade do interferômetro plano radial. Com esta alteração, conseguiu-se um sistema óptico interferométrico invariante ao comprimento de onda do laser empregado na iluminação, tornado-o imune às instabilidades do comprimento de onda da fonte de iluminação que causavam a perda de correlação nas versões anteriores do sistema que usavam espelhos cônicos. Esta propriedade também permitiu o uso de lasers diodos de baixo custo e apresentando múltiplos modos com comprimento de coerência de pouco mais de 100 µm. Devido ainda ao baixo valor do coeficiente de expansão térmica do vidro do DOE, o sistema desenvolvido é praticamente insensível às variações de temperatura. O desenho compacto mantém o sistema pouco sensível a vibrações, tornando-o robusto para aplicações industriais e de campo. Com base no estudo conceitual e funcional da técnica são concebidos dois protótipos: um para medir tensões impostas e outro, mais completo, para medir tensões residuais. A análise de incertezas da técnica de medição de tensões residuais pelo furo cego revela grande sensibilidade ao erro da medição do diâmetro e à qualidade da forma do furo cego realizada para a medição de tensões residuais. Para aprimorar o desempenho na medição de tensões residuais o trabalho desenvolveu e validou um dispositivo de furação aperfeiçoado, com melhoria de guias e mancais, controle automatizado de avanço e medição óptica automatizada. O desempenho metrológico de cada protótipo foi determinado por calibração. Com base na calibração da medição de deslocamentos, e com base em uma análise de propagação de erros, foram estimadas as incertezas de medição de deformações, tensões e tensões residuais com o furo cego. / This work continues the Labmetro/UFSC research line on optical metrology. In this line, a worldwide innovative technology for measuring displacements, deformations and stress was proposed and is under development. Up to today, many resources and efforts already have been invested in order to make this development applicable to industry. This work contributes to the solution of the main practical limitations still present in this technology, resulting in a robust radial in-plane interferometer suitable for measuring sub micro displacements, microdeformations, mechanical and residual stresses. The knowledge developed in this work is applied in the development of two optical measurement system prototypes. Residual stress measurement by optical means still requires more improvements to meet a greater range of applications with sufficient reliability. The solutions presented in this thesis bring contributions in this direction. To reach such solutions a multidisciplinary approach, involving advanced concepts in optical engineering, current technologies of electronics and computing, statistical procedures, maching process technology and precision engineering, are applied. The main innovation introduced in this work is the development, validation and application of a new diffractive optical element (DOE) for conical illumination that configures a new interferometer with true radial in-plane sensibility. This new configuration made the interferometer invariant to the wavelength of the light source, making it immune to wavelength instabilities of the laser, which was the main problem that caused loss of correlation in earlier versions of the system with conical mirror. This property also allowed the use of low cost multimode laser diodes with just over 100 micrometers of temporal coherence length. Due to the low thermal expansion coefficient of the DOEs glass, the developed system is virtually insensitive to ambient temperature variations. The compact design keeps the system less sensitive to vibration, making it robust for industrial and/or field applications. Two prototypes were designed based on these new concepts: one for measuring mechanical stress and a more complete one, for measuring residual stresses. The inaccuracy for residual stresses measurement by the hole drilling technique reveals high sensitivity to the uncertainty of the diameter value and the shape quality of a blind hole drilled for residual stresses relieving. To improve the performance for the measurement of residual stresses an improved drilling device, with better guides and bearings, automatic depth control and a new optical diameter measuring procedure, was developed and validated in this work. The metrological performance of each prototype was determined by a careful displacement calibration. Based on this displacement calibration, an error propagation analysis was applied for all procedures and measurement uncertainties were estimated for deformations, stresses and residual stresses measurements with the blind hole method.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:43:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301208.pdf: 4594701 bytes, checksum: f581a07c8bbacccd5087a4a7da726cdc (MD5) / A variabilidade nos valores das flechas de vigas de concreto armado pode ser atribuída a incertezas nas propriedades dos materiais, nas dimensões dos elementos e na história do carregamento. Outras fontes de incertezas são os erros de modelos nos procedimentos de cálculo, as condições de contorno, o desenvolvimento de fissuras devidas à retração e a variação de temperatura e incertezas em relação ao tempo de aplicação das cargas devidas à construção e instalação de elementos não estruturais. Um modelo determinístico é usado para calcular as flechas imediatas e diferidas das vigas de concreto armado. O modelo utiliza uma teoria consistente para a análise da curvatura e deslocamentos das vigas de concreto armado em estado de fissuração. Nesse modelo é considerada a contribuição do concreto entre as fissuras, efeito também conhecido como tension-stiffening. Os resultados do procedimento determinístico são verificados com os resultados de ensaios de flechas em vigas disponíveis nos trabalhos da área em estudo. Uma simulação pelo Método de Monte Carlo é utilizada para calcular probabilidades de falha em serviço e a variabilidade das flechas em uma série de vigas dimensionadas de acordo com a norma brasileira. Um estudo paramétrico é feito para determinar a influência de cada uma das variáveis aleatórias de projeto nesta variabilidade. Os resultados analisados demonstram que a variabilidade dos valores das flechas pode ser grande e depende basicamente da relação entre o momento aplicado e o momento de fissuração, da taxa de armadura e também da relação entre a carga acidental aplicada e a carga permanente. Foi verificado que este procedimento de dimensionamento da norma brasileira produz índices de confiabilidade não uniformes. / The variability of reinforced concrete beams deflections can be attributed to uncertainties in the material properties, the dimensions of the elements, the reinforcement and the applied loads. Other sources of uncertainties are the errors of the model used in the calculation procedures, the boundary conditions and the development of cracks due to shrinkage and temperature changes and uncertainty regarding the time of application of loads during construction and installation of non-structural elements. A deterministic model is employed in order to calculate the immediate and time-dependent deflections using a finite element approach. The model uses a consistent theory for the analysis of curvature and deflections of reinforced concrete beams in the cracking stage. The model considers the contribution of concrete between cracks, effect known as tension stiffening. The results of the deterministic model are compared with the test data in the literature. A simulation procedure using the Monte Carlo method is used to evaluate the variability of deflections and probabilities of serviceability failure for reinforced concrete beams and slabs sized according to brazilian code. A parametric study is carried out in order to determine the influence of each one of the random design variables on this variability. The results demonstrate that the variability of the deflection values can be large and is basically dependent on the relation between the applied moment and the cracking moment, the reinforcement ratio and also in the slenderness ratio of the beam or slab. It was found that the serviceability requirements of the code produce non-uniform reliability indexes

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:23:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228309.pdf: 9183690 bytes, checksum: 43e6f8e60327d0c8a47ca7cb504846df (MD5) / Devido à natureza dos ambientes encontrados na indústria do petróleo, os dutos de transporte estão sujeitos à corrosão e perda de integridade. Para evitar o problema, estes podem ser revestidos com materiais compostos que fornecem resistência à corrosão e, opcionalmente, reforço estrutural. Apesar da proteção contra corrosão dada pelos revestimentos, após a sua aplicação não é mais possível a inspeção visual da superfície metálica do duto. É por isso que é muito importante garantir uma perfeita adesão entre o revestimento e a superfície do duto para garantir a qualidade do revestimento. Este trabalho trata da utilização da técnica óptica de shearography para a detecção e localização destas falhas de adesão. Esta técnica é do tipo não-destrutiva e consiste na análise das imagens resultantes da interferência entre regiões vizinhas da superfície inspecionada iluminada por laser, medindo o campo de deformações do objeto. Essa é a sua principal vantagem em relação a outras técnicas ópticas que medem apenas o campo de deslocamentos. Sendo assim, a shearography é mais sensível a variações no campo de deformações (e conseqüentemente à detecção de falhas) e menos sensível a deslocamentos de corpo rígido. Essa vantagem a torna mais adequada à utilização em campo sem a necessidade de equipamentos para isolação de calor e vibrações. Para a medição do campo de deformações, são obtidas imagens do objeto em dois estados diferentes de carregamento, que por sua vez aqui é aplicado utilizando três métodos: carga mecânica, vácuo e aquecimento localizado. O objetivo final do trabalho é desenvolver um protótipo capaz de detectar um conjunto de falhas artificiais especialmente construídas para este trabalho e validar a aplicabilidade da técnica na detecção destas falhas de adesão. Due to the nature of the environments found in the oil industry, oil and gas pipes are subject to corrosion and integrity loss. To avoid this problem these pipes can be coated with composite materials, providing them corrosion protection and, optionally, structural reinforcements. Despite the corrosion protection that should be given by the composite coatings, after they are applied it is not possible to visual inspect their metallic surface anymore. It is why it is very important to guarantee perfect adhesion between coating and pipe to guarantee the quality of the coating. This work is about the use of the optical technique called shearography to detect and locate these adhesion defects. It is a non-destructive form of inspection and consists in comparing two images resulting from the interference between neighbor areas from the surface illuminated by a laser, measuring the stress field of the object. This is its main advantage in comparison to other optical techniques who measure only the displacement field. In this way, the shearography is more sensitive to the stress field variations (and consequently to the defects detection) and less sensitive to rigid body motions. This advantage turns it more adequate to be used in the field without equipment to isolate vibrations and heat. To measure the stress field, two pictures of the object are taken in two distinct loading states. The loading is here applied to the pipe using three methods: mechanical stress, surface vacuum and heating. The main purpose of this work is to develop a prototype which is capable of detecting a series of adhesion defects specifically built and validate the applicability of shearography in detecting this special kind of adhesion defects.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:52:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228810.pdf: 768881 bytes, checksum: ac2ff0516d547fb693613e86694449c8 (MD5) / Existem vários métodos analíticos que apresentam modelos para determinar os esforços atuantes no flange em função de uma determinada carga de aperto necessária para vedação da conexão e em função da pressão interna e de outras forças atuantes. Foram selecionados três dos principais métodos analíticos aplicados em projeto de vasos e tubulações industriais: o método atual do ASME baseado nas constantes de gaxeta m e y necessárias para determinar a força de aperto requerida, o novo método proposto para o ASME identificado aqui como o método do PVRC baseado nas novas constantes de gaxeta Gb, a e Gs em substituição as constantes m e y, e o método do Comitê Europeu de Padronização identificado aqui como EN1591. Tanto o método do PVRC quanto o método do EN1591 foram desenvolvidos a partir de um conceito mais atualizado, na qual o valor da força requerida de aperto é determinado em função de uma determinada taxa de vazamento esperada, este conceito é diferente do praticado atualmente pelo método do ASME que não relaciona a força de aperto requerida com o desempenho de estanqueidade. Diferentes considerações de contorno e critérios de cálculo dos três métodos analíticos resultam em diferentes valores de tensão encontrados para o flange, o que pode acarretar em subdimensionamentos para determinadas aplicações. O quanto divergente são estes resultados entre si e com a situação real é o objetivo final deste trabalho que analisou os três métodos analíticos através da avaliação das forças consideradas e das tensões determinadas por cada um dos seus modelos, comparando-os entre si e com os resultados de métodos numéricos mais precisos, sendo que para este trabalho foi considerado o método dos elementos finitos. As forças de projeto dos métodos analíticos aplicadas ao método dos elementos finitos não resultaram em tensões que pudessem causar danos estruturais ao flange, já que as tensões se mantiveram dentro dos limites admissíveis para as diferentes categorias de tensão (primária e secundaria) da norma ASME de Vasos de Pressão. Contudo, foram detectados alguns aspectos dentro de cada um dos modelos analíticos que merecem ser reavaliados e consolidados em outras simulações envolvendo testes práticos de campo para somar a avaliação mecânica a uma avaliação de estanqueidade, pois, mesmo que não haja comprometimento estrutural dos flanges, o nível de deformação ao qual estão sujeitos pode comprometer o desempenho de estanqueidade do conjunto e, portanto, os resultados mecânicos não garantem a plena segurança da conexão, já que além de possuir integridade mecânica devem evitar vazamentos. The existing analytical models determine the applied loads to seal the connection as function of the bolt load, external forces and internal pressure. Three analytical methods were selected to applied in design of industrial pressure vessel and piping: actual method of the ASME with the gasket constants m and y, the new method proposed for ASME described as PVRC method with the new gaskets constants (Gb, a and Gs) and European method EN1591. The PVRC and EN1591 method were based on the new concept where the required operating and seating loads are function of maximum acceptable leak rate, by the way, the actual ASME method do not use this concept, the required forces are not based on a admissible leak rate. Different boundary conditions and criteria of calculation of the three methods obtain different stress values to the flanges that can results in failures to some cases. This work reviews the implications of these methods in design of the bolted flanges through a comparison of considered forces and stresses by this methods and with the results of finite element analysis. The design forces generate by the analytical methods do not cause mechanical damage because the resultants stresses are below of admissible limits for the stress categories (primary and secondary) of the Pressure Vessel ASME code. However, were identified some aspects inside each analytical method that must be reviewed through practical tests to add the results of this mechanical analysis with the sealing analysis, because the strains can to decrease the sealing performance of the connection. The mechanical results do not warranty the safety of the connection.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2004 / Inclui bibliografia / Este trabalho tem como objetivo apresentar e aplicar uma teoria para solução de placas laminadas compostas com trincas transversais em sua matriz. Considerações sobre a relação tensão-deformação de um laminado sem trincas são investigadas para posteriorme / The aim of this work is present and applies a theory for approximate solution of the symmetrical laminated composite plates with transverse cracks in matrix. Strain-displacements relations are investigated for structures without cracks (undamaged) and fur

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2005 / Inclui bibliografia / O estudo da durabilidade de laminados formados por fibras contínuas pode ser discutido no contexto da sua rigidez ou perda de rigidez. Desta forma, o problema consiste em determinar como a resistência inicial de um laminado é afetada por um processo de da

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2006 / Inclui bibliografia / A formulação de elementos finitos de placas livres locking utilizando a notação strain gradient para análise de compósitos laminados é revista e amplamente validada para o cáculo de tensões. Os elementos são baseados na teoria de primeira ordem de Mindlin