Orientador: Oswaldo Luís Manzoli / Banca: Marcelo Javier Sanchez Castilla / Banca: Luís Antônio Guimarães Bittencort Júnior / Resumo: O estudo do processo de fissuração tem sido um tema de crescente interesse ao longo dos últimos anos. O comportamento de muitos materiais, tais como o concreto, alvenaria, rochas, solos e biomateriais, são regidos pelo efeitos decorrrentes da fissuração. No contexto do Método dos Elementos Finitos, a formação e propagação de fissuras on interior dos elementos finitos podem ser descritas por meio de elementos finitos com descontinuidades incorporadas ou pelo Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). Contudo, ambos os métodos necessitam de algoritmos de construção da trajetória das fissuras. Estas técnicas são relativamente simples para representar poucas fissuras em análises bidimensionais, mas podem ser muito complexas e mesmo inviáveis para problemas tridimensionais. O presente trabalho desenvolve uma metodologia que consiste na fragmentação da malha de elementos finitos convencionais e introdução de elementos de inferface entre os elementos regulares da malha original. Esses elementos de interface representam o processo de falha de materiais quase-frágeis, onde a interface é simulada utilizando elementos finitos de elevada razão de aspecto munidos de relações constitutivas consistentes com o regime de descontinuidade forte. A metodologia é bastante atrativa, pois permite a representação de múltiplas fissuras sem a necessidade de algoritmos de reconstrução adaptativa da malha ou técnicas de construção da trajetória da fissura. O estudo sobre a objetividade das soluções obtidas com a metodologia em desenvolvimento foi feito através da análise de diferentes casos, com diferentes malhas, variando-se o tamanho e orientação da malha. Os resultados obtidos indicaram que a técnica é capaz de representar o processo de fissuração gerando respostas estruturais e padrões de fissuras similares aos experimentais. O uso de malhas não estruturadas são mais indicadas para obter-se independência com... / Abstract: The study of the crack process has been a subject of increasing interest over the past few years. The behavior of various materials such as concrete, masonry, rocks, soils and biomaterials, are governed by the effects arising from the formation of cracks. In the context of finite element methods the formation and propagation of cracks in the interior of the finite elements can be described via finite elements with embedded discontinuities or Generalized Finite Element Method (G-FEM). Both methods require techniques to track the crack path during the analysis. These techniques are relatively simple in representing few cracks in 2D analyses but can be very complex and even unsuitable for multiple cracks and for tridimensional problems. The present work aims to use the mesh fragmentation technique to insert special interface elements between regular elements of the mesh. These interface elements represent the failure process in quasi-brittle materials, where the interface is simulated using finite elements with a high aspect ratio. The constitutive model of the interface elements are compatible with the strong discontinuity regime. The methodology is very attractive, because it avoids the necessity of crack tracking schemes. A comprehensive study of the objectivity of the solutions obtained with the proposed methodology was done thoruhg the analysis of different cases, with different meshes, varying the size and orientation of the finit elements. The results indicated that the technique is able to adequately represent the process of cracking, generating structural responses and crack patterns similar to the experimental ones. The use of unstructured meshes are more appropriate since they to not present alignments that may induce crack propagatio trajectories deviating from the correct ones / Mestre

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2015

Orientador: Angelo Caporalli Filho / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Gilberto de Magalhães Bento Gonçalves / Resumo: O alívio de tensões é convencionalmente realizado por tratamentos térmicos, sendo obrigatório nas principais normas de fabricação. Vibração mecânica pode ser uma alternativa ao alívio térmico, apresentando vantagens como tempo e energia inferiores, configurando-se uma opção com menor custo de tratamento, além de não se alterar a microestrutura dos materiais tratados. Para comprovar a influência da vibração aplicada ao processo de soldagem, soldou-se dois cordões em juntas em ângulo, escolhendo-se o processo arco submerso pela possibilidade de mecanização, excluindo a variável operador, e pelo mesmo apresentar um alto aporte térmico contribuindo para as deformações pós soldagem. Foi utilizado como referência a soldagem sem vibração e comparada às soldagens com vibração simultânea e com vibração imediatamente após os cordões de solda. Todos os corpos de prova foram soldados utilizando-se os mesmos parâmetros de soldagem, sendo a vibração fornecida aos mesmos através de um motor indutor de frequências. A deformação foi inspecionada utilizando-se a técnica de digitalização e sobreposição das imagens em um software. Na análise macrográfica, pôde-se observar que a vibração durante a soldagem modifica os parâmetros geométricos dos cordões. Na análise micrográfica, a vibração exerce influência significativa dependendo da região de análise. Na avaliação da microdureza, verificou-se que a vibração introduzida durante a solda e a aplicada imediatamente após, contribui para redução dos v... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The stress relief is conventionally performed by thermal treatments, being mandatory in the main manufacturing standards. Mechanical vibration can be an alternative to thermal relief, presenting advantages such as lower time and energy, making it an option with a lower cost of treatment, besides not altering the microstructure of the treated materials. In order to prove the influence of the vibration applied to the welding process, two beads were welded in "T" joints, choosing the arc process submerged by the possibility of mechanization, excluding the operator variable, and for the same to present a high thermal contribution contributing to the deformation after welding. Non-vibration welding was used as reference and compared to welds with simultaneous vibration and vibration immediately after the weld beads. All the specimens were welded using the same welding parameters, and the vibration was supplied to them through a frequency inducing motor. The deformation was inspected using the technique of scanning and overlapping the images in a software. In the macrographic analysis, it was observed that the vibration during welding modifies the geometric parameters of the beads. In the micrographic analysis, the vibration exerts influence depending on the region of analysis. In the evaluation of the microhardness, it was verified that the vibration introduced during the weld and the one applied immediately after, contributes to the reduction of the values in the regions of the weld metal and ZAC / Mestre

Esta tese de doutorado visa o desenvolvimento de tecnologia para a medição dinâmica de deformações em elementos estruturais de madeira. Medição dinâmica deve ser entendida como o processo para realizar mensurações acuradas de coordenadas de pontos de um objeto em processo de deformação ou de movimento. O estudo concentra-se em peças de madeira solicitadas por carregamento que provoque flexão. As deformações são determinadas em alvos espalhados pela peça de modo a permitir outros estudos. Por isso, a sua distribuição na superfície da peça foi objeto de minucioso planejamento. Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Tecnologia da Madeira, no Centro de Estudos Florestais e da Madeira da Universidade Federal do Paraná, onde as imagens das peças foram tomadas com câmera digital. Mantendo os mesmos parâmetros fotogramétricos, um painel com um conjunto de alvos também foi fotografado. As coordenadas dos alvos nos dois conjuntos de imagens foram processados simultaneamente pelo Bundle Method, tendo como parâmetros comuns os de calibração da câmera. Desta forma, num método que poderíamos denominar de Mensuração de Processos Dinâmicos com Calibração Instrumental, as coordenadas de alvos em movimento foram mensurados num referencial espacial ao mesmo tempo em que a câmera era calibrada. Existe um método denominado "On Job Calibration", onde, numa aerotriangulação são introduzidos parâmetros adicionais, definidores da calibração da câmera e outras fontes de erros sistemáticos, como incógnitas, em mensurações estáticas. É importante notar que aqui, os dados para as mensurações de coordenadas são independentes dos dados para calibrar a câmera, tanto em tempo quanta em espaço. São tais dados, entretanto processados simultaneamente, baseando-se no pressuposto de que os parâmetros de calibração são os mesmos nos dois conjuntos de dados. Calibrar uma câmera significa, em termos práticos, determinar o valor numérico da distancia principal; das coordenadas fotogramétricas do ponto principal; dos parâmetros das curvas de distorção radial simétrica e da distorção descentrada da objetiva, bem como de estatísticas que indiquem a qualidade dos resultados obtidos. A calibração da câmera e a garantia da eliminação de erros sistemáticos instrumentais no processo de mensuração. A exatidão alcançada nas experiências mostrou que a metodologia foi perfeitamente adequada para as exigências requeridas nesses tipos de ensaio, ou seja, na determinação precisa do deslocamento de alvos colados em locais escolhidos no corpo de provas

Dissertação (mestrado) -Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T21:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T14:15:27Z : No. of bitstreams: 1 180809.pdf: 5943774 bytes, checksum: 314b3bb789d5c29897c6f93c895465c7 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:11:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275443.pdf: 3783793 bytes, checksum: dc1d76020e48fdb532cc15c23abfae34 (MD5) / A separação total dos efeitos térmicos e mecânicos é razoável para a maioria das aplicações em mecânica dos sólidos. Contudo, alguns problemas requerem modelos mais complexos. Temperaturas de transição vítrea de borrachas e a experiência diária com o amolecimento térmico de plásticos provam a necessidade de se considerar acoplamento termomecânico no tratamento de polímeros. Também os metais, quando sujeitos a grandes deformações ou grandes taxas de deformação, exibem aquecimento perceptível. A necessidade clara de modelos termo-mecanicamente acoplados levou à extensa exploração de efeitos como tensões térmicas e aquecimento (e resfriamento) termoelástico para uma grande variedade de materiais e aplicações. O objetivo deste trabalho é formular um problema termomecânico totalmente acoplado em uma estrutura variacional, na qual derivam-se atualizações constitutivas de um pseudo-potencial incremental. Consideram-se materiais hiperelásticos viscoplásticos. A utilização de potenciais baseados em grandezas espectrais de deformação permite a representação de uma grande variedade de materiais isotrópicos. O problema é considerado adiabático, sem fluxo ou geração de calor, o que permite que a temperatura seja considerada uma variável interna adicional. O problema local de balanço de calor é derivado do pseudo-potencial incremental acoplado, junto com as equações descrevendo aspectos mecânicos. Discute-se a dependência de temperatura em todos os potenciais que compõem o pseudo-potencial incremental. A solução do problema não-linear com relação às variáveis internas permite a previsão da temperatura e do calor dissipado durante o processo de deformação. O modelo desenvolvido é implementado em código livre GNU Octave, representando casos de deformação simples, e posteriormente em um código acadêmico de elementos finitos em C++, permitindo a extensão para aplicações em geometrias e carregamentos mais complexos. São utilizados parâmetros materiais encontrados em literatura para permitir a comparação com resultados experimentais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T06:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284556.pdf: 7474614 bytes, checksum: 104738a139076cc4d4cfe16ed1f81ec9 (MD5) / Neste trabalho foram realizados ensaios e análises com o objetivo de determinar as melhores condições de soldagem e de tratamento térmico para efetuar a união dissimilar entre os aços ASTM P91 (9Cr-1Mo mod.) e DIN 14MoV6.3, requerida para fazer a substituição de parte de um componente fabricado neste último material. Em primeira instância os dois metais de base foram caracterizados tanto na sua resposta a ciclos térmicos de soldagem como a tratamentos térmicos de revenido. No estado como-soldado verificou-se no aço DIN a formação de uma zona de baixa dureza na ZAC grosseira, mas com o tratamento térmico a diferença de dureza com a do resto da ZAC diminuiu substancialmente. No aço P91 foi observada uma dureza na ZAC subcrítica menor que a do metal de base; com o tratamento térmico essa diferença também diminuiu. Com base nos resultados obtidos foram realizadas soldagens pelo processo TIG em sete juntas, duas delas similares (isto é, entre o mesmo tipo de MB) e cinco dissimilares, utilizando como metal de adição vários tipos de aço Cr-Mo (1,2Cr-0,5Mo; 2,3Cr-0,5Mo; 5Cr-0,5Mo) e a liga Inconel 625. Amostras das juntas soldadas foram submetidas a ensaios de tração a quente, com várias taxas de deformação. Em todos eles a estricção, seguida de fratura, ocorreu no aço DIN 14MoV6.3, longe da solda, com uma resistência à tração similar àquela observada em CPs do aço DIN. Portanto, todos os procedimentos de soldagem testados seriam adequados sob o ponto de vista técnico, exceto aquele em que foi usada liga de níquel, em que houve a formação de trinca como resultado das diferenças de resistência entre o MS e a ZAC.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T09:23:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 263757.pdf: 5020353 bytes, checksum: 4a64faa4faa8c0447518abdc42254e1e (MD5) / O ferro fundido cinzento é um material de intensa utilização na fabricação de blocos de motores. Nos anos recentes, o ferro fundido vermicular vem ganhando grande espaço na construção de blocos de motores diesel, em razão das recentes evoluções tecnológicas desses motores, tanto em desempenho quanto na redução da emissão de poluentes, baseados em maiores pressões e temperaturas de trabalho. O ferro fundido vermicular atende cada vez melhor a essa demanda, em virtude das suas propriedades mecânicas superiores às do ferro fundido cinzento. Entretanto, em conseqüência disso, esse material apresenta maior dificuldade na usinagem, o que acarreta custos maiores no processo de fabricação dos blocos. Dentro desse contexto, este trabalho tem por objetivo o estudo da usinabilidade dos dois materiais, utilizando o processo de fresamento, que é um dos processos de grande aplicação na usinagem de blocos e cabeçotes de motores, ainda pouco estudado no Brasil com relação à usinabilidade do ferro fundido vermicular. Paralelamente, tem-se como objetivo avaliar a temperatura na peça durante a usinagem e também determinar as variações geométricas que podem ocorrer nas paredes da peça, tendo em vista o efeito térmico e os esforços da usinagem. Para tanto, houve a realização experimentos com insertos de metal-duro e de cerâmica, os quais são utilizados pela indústria para o fresamento de blocos de motores, fabricados `com ambos os materiais. Foram empregados três conjuntos de parâmetros de corte, um para a ferramenta de metal-duro e dois para a ferramenta cerâmica. Afim de medir a temperatura, foram utilizados termopares conectados ao corpo-de-prova e os sinais adquiridos e armazenados por meio de uma unidade de aquisição de dados. Com o propósito de caracterizar as variações geométricas nos corpos-de-prova, foi utilizada uma máquina de medição tridimensional. Os resultados de vida de ferramenta, avaliados pelo desgaste de flanco, permitiram evidenciar as dificuldades de usinagem do ferro fundido vermicular, comparativamente ao ferro fundido cinzento. Essas diferenças acentuam-se na usinagem com ferramenta de metal-duro e tornam-se menores com o uso de ferramentas cerâmicas. Os resultados referentes à temperatura demonstraram que o vermicular apresenta maior aquecimento durante a usinagem. Com relação às variações geométricas, não foi constado predominância de maior ou menor variação para um ou outro material. The gray cast iron is a material of intense utilization in the engine block's manufacture. In the last few years, the compacted graphite iron (CGI) is gaining a great space in the diesel engine block's construction, on account of the recent's technological evolutions of these engines, such as in the performance in the reduction of pollutant's emission, based on work's higher pressures and temperatures. The CGI provides each time in a better way this demand, in virtue of his mechanical properties that are superiors than the gray cast iron. Meantime, as consequence of that, this material present's bigger difficulty in the machining, what brings bigger costs in the block's manufactory process. Inside this context, this work has as the objective the machinability's study of two materials, using the milling process which is one of the process with a great utilization in the machining of block's and headstocks of engines, still not so studied in Brazil compared to machinability of the CGI. In parallel, the objective is to evaluate the temperature in the piece during the machining and also determinates the geometrics oscillation that can happen in the piece's wall, having in mind the thermal effect and the efforts of the machining. For that, there was the realization of experiments with carbide tool and ceramic tool, which are utilized by the milling of engine block's industry, manufactured with both materials. There were used three parameters sets of cut, one for the carbide tool and two for the ceramic tool. With the objective of check the temperature, there were used thermocouples connected to the pieces, was used a acquired sighs and stored through a acquisition unit of data. With the propose of characterize the geometric variation in the pieces, was used a three-dimensional measure machine. The results of tool's life, evaluated by the flank wear, allow showing up the difficulties in the CGI machining, comparatively to the gray cast iron. These differences get accented in the machining with carbide tools and become smaller with the ceramic tools use. The results referents to the temperature show that the CGI presents bigger heating during the machining. Regarding the geometrical variations, was not noted predominance of bigger or smaller variation for one or other material.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:36:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 214250.pdf: 14837166 bytes, checksum: f2e157211fea65c9bc4f2be0d3c546a7 (MD5) / Neste trabalho são apresentadas algumas propostas e aplicações, dentro da área da mecânica computacional, considerando o método de Galerkin livre de elementos. Este método pertence a classe de métodos chamados de livres de malha, mesh-free methods. De modo resumido, estes métodos consideram a construção de funções de forma, de suporte compacto, que dependem fracamente da distribuição dos pontos de aproximação, nós ou partículas, e também são pouco dependentes da malha de integração utilizada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:06:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250101.pdf: 6144172 bytes, checksum: 2dc8f6473312a4a00723ee74c485294a (MD5)