Orientadores: Jurandir Fernando Ribeiro Fernandes, João Frederico da Costa Azevedo Meyer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-10-04T13:14:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diniz_GeraldoLucio_D.pdf: 2090884 bytes, checksum: 8bbb10b902fcbcedf12c1be39d1dbd49 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3894_1.pdf: 2490981 bytes, checksum: ae74a5ee01e3de583e61526f3090adf2 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Este trabalho estuda o sistema de amplificação de onda de uma máquina de usinagem por abrasão ultrassonora por meio de modelos de elementos finitos implementados nos programas computacionais MSC Patran e ANSYS. O sistema é constituído por um amplificador fixado ao gerador de ondas de 20 kHz, um amplificador intercambiável de perfil exponencial (sonotrodo) e uma ferramenta que atua nas partículas abrasivas contra a superfície do material a ser usinado. Neste estudo, considera-se uma ferramenta de casca e miolo cilíndricos, com aproximadamente 60 g e 25 mm de comprimento, que permite a obtenção de estruturas monolíticas de quartzo usadas como sensores de pressão em ambientes severos. O comportamento do sistema de amplificação foi analisado em relação às frequências naturais de vibração (análise modal) e à amplitude na extremidade da ferramenta (análise harmônica). Para permitir agilidade e rapidez no processamento dos modelos, mostrou-se inicialmente que a simetria axial do conjunto sonotrodo-ferramenta poderia ser empregada na concepção dos modelos numéricos. A consistência dos modelos numéricos do sistema de amplificação foi verificada por meio da determinação analítica e numérica das frequências naturais dos modos longitudinal, torcional e transversal de uma viga cilíndrica modelizada na condição de contorno engastado-livre. Optou-se também por otimizar o número de elementos dos modelos e de restringir os modos de vibração indesejáveis. A partir do cálculo das primeiras frequências naturais do modo longitudinal de modelos concebidos com diferentes ligas de titânio, verificou-se que a frequência do terceiro harmônico de um dos modelos (19.74 kHz) encontra-se 0,5 % acima da frequência de operação do sistema de amplificação do equipamento. As análises harmônicas mostraram que o sistema de amplificação composto pelo sonotrodo de perfil exponencial opera no terceiro harmônico do modo longitudinal com um fator de amplificação de oito vezes. Diante desses resultados, conclui-se que os tempos excessivos de usinagem anteriormente vivenciados na obtenção de protótipos dos sensores de pressão, com o sistema de amplificação em estudo, não podem ser atribuídos à amplificação da onda mecânica na extremidade da ferramenta. Os longos períodos de usinagem podem estar relacionados à defasagem observada entre a frequência nominal do equipamento e a frequência de operação do sistema (19.65 kHz), causada pela grande massa da ferramenta. Em função desses resultados, um novo perfil de sonotrodo foi proposto de tal forma que o sistema de amplificação modelizado apresentasse frequência natural de 20 kHz e com mesmo nível de amplificação. A análise harmônica deste novo modelo, constituído por um sonotrodo de perfil cônico composto, também serviu para verificar que a distribuição das tensões ao longo do sistema de amplificação não excede, segundo o critério de Von Mises, a tensão de escoamento da liga de titânio considerada quando o mesmo é excitado com uma carga estática de 25 N

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7610_1.pdf: 3274241 bytes, checksum: 1f0314c3cc7b526e2e15e07224801acc (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de análises numéricas de fadiga em juntas soldadas por MIG/Laser, utilizando o método dos elementos finitos e o Método da Curva Master S-N. O método tem como base princípios da mecânica da fratura e utiliza como dados de entrada forças internas calculadas pelo método dos elementos finitos. A escolha do método foi realizada pelo mesmo ser adotado como padrão pela associação americana de engenheiros mecânicos (ASME), para o desenvolvimento de modelos de dano em juntas de aço soldadas. A etapa inicial é uma revisão bibliográfica de fadiga nos metais. Inicialmente a revisão mostra o fenômeno de fadiga em metais de uma maneira geral, posteriormente é desenvolvida uma revisão dos métodos de cálculo para fadiga em juntas soldadas. O Método da Curva Master S-N é discutido mostrando suas principais vantagens como também suas limitações. No trabalho são discutidas as principais formas de modelamento geométrico de juntas soldadas com base no método dos elementos finitos. Resultados numéricos de vida sob fadiga utilizando o Método da Curva Master S-N são obtidos para os tipos de junta Lap e T. Um estudo de correlação entre os resultados numéricos e resultados experimentais padrões disponíveis na literatura é desenvolvido. Estudos de convergência de malha são apresentados para os dois modelos de juntas soldadas. Aplicações práticas para o método na industria também são discutidos numa secção particular

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6249_1.pdf: 1353042 bytes, checksum: 50b1ffa43e2730186dd65167ccaade81 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / O comportamento macroscópico de um material pode ser descrito através de modelos constitutivos adequados a capturar as feições estruturais observáveis durante as diversas etapas da solicitação mecânica. A resposta constitutiva de maciços rochosos revela que, para determinados níveis de carregamento, modelos hidro-mecânicos baseados nas teorias da poroelasticidade representam satisfatoriamente as condições de equilíbrio de tensões e de fluxo. Os indícios do surgimento e evolução de algumas estruturas tais como fissuras e a localização de deformações/tensões durante a escavação em rochas, por exemplo, requerem a adoção de modelos inelásticos, como os baseados na Mecânica do Dano Contínuo, formulados em consistência com os princípios da termodinâmica dos processos irreversíveis. A redução progressiva das propriedades mecânicas (rigidez e resistência) da matriz porosa e o aumento na permeabilidade, evidenciados experimentalmente, são os reflexos mais visíveis do processo de danificação de um meio rochoso. Uma etapa crucial da formulação matemática do modelo de danificação consiste na escolha de uma variável de dano, necessária à descrição do grau de degradação sofrida pelo material. A adoção de uma variável escalar (dano isotrópico), além da facilidade concernente à sua implementação numérica, apresenta resultados satisfatórios em muitos casos. Durante o processo de elaboração do modelo constitutivo de um material que se danifica foram introduzidas variáveis de estado necessárias para representar as diversas configurações de equilíbrio assumidas pelo maciço. Além disso, para o modelo de dano isotrópico implementado neste trabalho, definiu-se uma superfície de danificação descrita por meio de uma função de dano, elaborada tanto no espaço das tensões quanto no das deformações. Para calcular o valor do dano em cada estágio de carregamento, fez-se uso de variáveis internas em ambos os espaços. A formulação matemática do modelo de dano aqui desenvolvido foi executada no espaço das deformações, uma vez escolhido o estado de deformações do material para representar as variáveis observáveis. A etapa de aplicação do modelo de dano fez-se mediante modelagens hidro-geomecânicas conduzidas em formações rochosas (entre as quais o caso de uma perfuração de um poço horizontal) utilizando-se o código de elementos finitos CODE_BRIGHT. A análise dos resultados obtidos mostrou-se satisfatória e coerente com observações experimentais, dentro da abordagem mecânica adotada

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6250_1.pdf: 9362276 bytes, checksum: ba705ae173a6e422c7cc931fd2e013bd (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Com a escassez de terrenos em áreas nobres e da disponibilidade de lotes estreitos, surgiram, a partir dos anos 80, edifícios seguidamente na faixa de 40 a 50 pavimentos. Com o crescimento da altura, estes edifícios requerem novas técnicas de projeto sob os pontos de vista estrutural e arquitetônico. Observa-se que, no entanto, os princípios de projeto continuam os mesmos, resultando em estruturas ineficientes sob os pontos de vista econômico e de estabilidade estrutural, devido às esbeltezes elevadas, aumentam em muito os deslocamentos laterais e conduzem os parâmetros de estabilidade a valores extremos. O objetivo da dissertação é o de apresentar resultados referentes aos deslocamentos laterais, ao parâmetro de estabilidade γz e aos consumos de materiais, onde se busca analisar a perda de desempenho do sistema aporticado para dois tipos de edificações. Os resultados mostram que variando a taxa de aço nos pilares de 2 até 8%, podem-se modificar os procedimentos de análise e de dimensionamento de uma estrutura. Constatou-se, para os casos analisados, que o sistema estrutural aporticado deixa de ser recomendável quando o edifício ultrapassa quarenta pavimentos. Como ferramenta computacional aplicou-se o método dos elementos finitos, empregando softwares comerciais

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7687_1.pdf: 1630608 bytes, checksum: 1cc022031b51ed1927068c273ab7fe37 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Nas últimas décadas, com o aumento da produção de petróleo e gás natural, houve um aumento significativo na demanda por dutos de grande vazão e um crescimento da malha dutoviária. Em geral, os novos projetos de dutos apresentam grandes diâmetros, menores espessuras de parede e operam sob alta pressão. Porém, esta nova configuração, no caso de dutos defeituosos, pode levar à falha da estrutura gerando danos econômicos, ambientais e humanos. Desta forma, para que um duto opere com segurança é necessário o seu monitoramento, e caso ocorra defeitos, deve-se fazer uma análise para verificar a integridade do duto sobre esta falha. Para melhor estudar o comportamento de tais estruturas, os procedimentos numéricos se inserem como uma alternativa eficiente e poderosa, em contradição aos testes experimentais, que encontram dificuldades em representar os dados reais das estruturas, e aos métodos analíticos, que consideram simplificações em suas formulações. Estender com segurança a vida útil de tais dutos tornou-se para os engenheiros, portanto uma importante tarefa. O presente trabalho apresenta uma metodologia para estimar a carga de ruptura de dutos com defeitos causados por corrosão. Para a simulação numérica foi utilizado o programa comercial MARC e para pré e pós-processamento, o programa PATRAN. Utilizando-se a linguagem de programação deste último, foi criada uma rotina específica que automatiza a geração de modelos, introdução das cargas e condições de contorno. Os modelos de defeitos aqui representados possuem geometria com forma combinadas de superfícies elípticas e cilíndricas, e com dois planos de simetria. Foram feitos modelos com apenas elementos sólidos e modelos onde a região do defeito e suas proximidades, foram utilizados elementos sólidos e fora desta região, elementos de casca. Assume-se que o material possui comportamento elasto-plástico e a não-linearidade geométrica também foi considerada. Os carregamentos aplicados foram pressão interna e tensão axial gerada por esta pressão. Alguns exemplos de modelos de dutos com defeitos serão apresentados como também será estudada a capacidade de carga de dutos com a evolução do defeito (estudo paramétrico), o refinamento de malha, a influência da inclusão dos efeitos da não-linearidade geométrica, a utilização de elementos lineares e quadráticos. Por fim, serão feitas comparações entre os valores obtidos numericamente e aqueles calculados segundo as normas ASME e BS 7910

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7950_1.pdf: 7976216 bytes, checksum: f3253e3ea18bf74d50c49bd3c0818e5f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / A segurança operacional da malha de dutos de transporte de hidrocarbonetos é uma grande preocupação de todas as companhias de petróleo, devido aos imensos danos econômi-cos, sociais e em termos da imagem da companhia que um acidente de grande porte com um duto pode causar. Esta malha deve ser monitorada continuamente e problemas encontrados devem ser avaliados de forma confiável, a fim de analisar o comprometimento da integridade estrutural do duto e permitir que reparos necessários sejam realizados com segurança, antes que estes defeitos causem um acidente. No caso de defeitos causados por corrosão, a análise computacional com o Método dos Elementos Finitos (MEF) tem se mostrado uma das ferra-mentas mais eficientes para a avaliação correta da integridade estrutural de dutos com defei-tos. Estas ferramentas permitem considerar diretamente os fenômenos físicos envolvidos no processo de falha do duto resultando assim em resultados mais precisos que os encontrados por meio de modelos semi-empíricos e bem mais rápidos e econômicos que os obtidos através de experimentos em laboratório. A análise via o MEF, no entanto, requer uma grande especialização e um treinamento específico que não são característicos de todos os engenheiros de tubulações. O processo para a criação de bons modelos computacionais para um defeito, que inclui a modelagem fiel da geometria deste defeito e a geração de uma malha apropriada, demanda uma interação manual constante do engenheiro, é demorado e muito repetitivo, e por estas razões muito propenso a erros. Normalmente, este procedimento é repetido desde o início para cada novo problema analisado, em um patente desperdício de recursos humanos qualificados. A principal proposta deste trabalho foi desenvolver um conjunto de ferramentas com-putacionais que produzem automaticamente modelos de dutos com defeitos, prontos para se-rem analisados em programas comerciais que implementam o MEF, a partir de alguns parâ-metros que localizem e forneçam as dimensões principais do defeito ou de uma série de de-feitos. Estas ferramentas são baseadas no programa comercial de pré e pós-processamento MSC.PATRAN e foram produzidas por meio da linguagem de programação PCL (Patran Command Language). O programa de geração automática de modelos (denominado programa PIPEFLAW) tem interface gráfica simplificada e personalizada, de forma que um engenheiro, com noções básicas de simulação computacional com elementos finitos, possa gerar rapida-mente modelos que resultem em simulações precisas e confiáveis. A realização das análises não-lineares foi feita por meio de um script implementado na linguagem de programação PYTHON a partir do qual toda a análise é gerenciada através da execução automática de tarefas pré-determinadas. Assim, a cada iteração da análise, o sol-ver ANSYS é acionado pelo script e em seguida, os resultados gerados durante aquela iteração são lidos e interpretados pelo script possibilitando que os critérios de convergência e incremento de carga, pré-definidos pelo usuário, sejam aplicados automaticamente, diferen-temente do procedimento usual quando se ativa os critérios de convergência e de incremento de carga determinados pelo solver . Por fim, são apresentados alguns exemplos de modelos de dutos gerados automatica-mente pelo programa PIPEFLAW. Os resultados de análises numéricas, realizadas utilizando as ferramentas desenvolvidas neste trabalho, são comparados com resultados empíricos, nu-méricos e experimentais disponíveis na literatura com o objetivo de validar as ferramentas aqui apresentadas

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6368_1.pdf: 1982957 bytes, checksum: 513833e438713d54d966b5b8cbfe4e8d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / O presente trabalho tem por objetivo apresentar a análise do caso real de uma travessia aérea metálica protendida. Nessa solução a tubulação metálica é autoportante devido a cabos de aço que são previamente protendidos com macacos hidráulicos de forma a exercer sobre o tubo um carregamento em sentido oposto ao do fluido a transportar. Evita-se, portanto, a construção de estrutura externa auxiliar de apoio, essencial na alternativa da tubulação não ser autoportante, resultando em significativa economia. Três aspectos merecem atenção especial: ovalização do tubo, tensões de flexão localizadas e não- linearidade geométrica. Devido à excentricidade da força de protensão na ancoragem, momentos elevados surgem no tubo causando uma ovalização prejudicial à estrutura. O comportamento de enrijecedores é estudado a fim de solucionar esse problema. Tensões de flexão localizada surgem no tubo devido à presença de apoios e anéis enrijecedores com o tubo sob pressão interna. Diferentes malhas e tipos de elementos finitos são usados e os resultados são comparados com as soluções aproximadas da literatura. O estudo da não- linearidade geométrica é realizado devido à elevada força de protensão e ao grande comprimento do vão da travessia. Um aspecto interessante é que a presença de cargas externas do tipo forças seguidoras induzem novos efeitos nãolineares. Assim, um modelo tridimensional em elementos finitos é usado para melhor analisar esses efeitos. Uma expressão analítica aproximada para a amplificação é desenvolvida a fim de levar em consideração esses efeitos na fase de anteprojeto

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Mauro Hugo Pedro Peres / Banca: Victor Orlando Gamarra Rosado / Banca: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia / Banca: Leonardo Kyo Kabayama / Resumo: A utilização de parafusos na união de elementos de estruturas e equipamentos mecânicos é amplamente utilizada devido a sua versatilidade, possibilidade de desmontagem e seu baixo custo. As falhas por fadiga merecem atenção especial, pois é o principal método de falha dos parafusos utilizados em uniões de componentes. A vida em fadiga de uma junta aparafusada possui a influência de diversos fatores construtivos e operacionais. Neste estudo foram analisados alguns destes fatores, como diferença na rigidez dos parafusos com rosca parcial e total, e sua influência no fator de junta e na vida em fadiga da união. Outra variável estudada é o material das arruelas, que quando são incompatíveis com o material do parafuso ocasionam uma drástica redução na vida em fadiga da junta. A pré-carga resultante do torque de montagem associada com a carga externa alternada também possui grande influência sobre a vida em fadiga das uniões, sendo a redução da vida mais significativa quando a carga externa máxima é superior a 85% da pré-carga. Neste trabalho também foram desenvolvidos dois arquivos de simulação das juntas, utilizando o método dos elementos finitos por meio do software ANSYS Workbench, sendo uma simulação contendo as placas da junta e um parafuso simplificado, com o objetivo de calcular a carga residual de compressão entre as placas após a aplicação da pré-carga e carga externa máxima. Esta carga residual foi utilizada nas condições de contorno do modelo da segunda simulação. O segundo arquivo de simulação contém os parafusos, porcas e arruelas com medidas reais, sendo o objetivo obter a vida em fadiga destes parafusos. As simulações numéricas foram validadas por meio de ensaios mecânicos / Abstract: The use of bolts in the union of elements of structures and mechanical equipment is very used due to its versatility, possibility of disassembly and low cost. The fatigue failures given particular attention because it is the principal method of failure of the bolts used in unions of components. The fatigue life of a bolted joint has the influence of various factors constructive and operational. This study analyzed some of these factors, such as the difference in stiffness of the fully and partially threaded bolts, and its influence on joint stiffness factor and fatigue life of the joint. Another variable studied is the material of washers that when are incompatible with the bolt material cause a drastic reduction in fatigue life of the joint. The preload resulting of the tightening torque combined with the alternating external load also has great influence on the fatigue life of the joints, the reduction of fatigue life is most significant when the maximum external load is higher than 85% of the preload. In this work were also developed two simulation models of the joints using the finite element method using the ANSYS Workbench software, and one simulation containing plates of joint and a simplified bolt, in order to calculate the residual load compression between the plates after applying the preload and maximum external load. The residual load will be used in the boundary conditions of the model of the second simulation. The second simulation model contains bolts, nuts and washers with actual measurements, the objective being to obtain the fatigue life of these bolts. The numerical simulations were validated with mechanical tests / Doutor

Orientador: Eduardo Piza Pellizzer / Coorientador: Fellippo Ramos Verri / Banca: Joel Ferreira Santiago Junior / Banca: Aimée Maria Guiotti / Resumo: Este projeto teve como objetivo analisar as tensões geradas por próteses fixas unitárias e esplintadas sobre implantes cone morse, em maxilar posterior, variando o comprimento dos implantes e fixação protética, por meio do método dos elementos finitos tridimensionais não linear. Foram simulados 12 modelos tridimensionais com ajuda dos programas de desenho assistido Rhinoceros 3D 4.0 (NURBS Modeling for Windows, USA) e SolidWorks 2011 (SolidWorks Corp, USA), além do programa InVesalius (CTI, São Paulo, Brasil), utilizado para confecção da porção óssea. Cada modelo representou uma seção de osso da região posterior maxilar, na forma de um bloco de osso tipo III (cortical e esponjoso), com a presença de 3 implantes do tipo cone morse, com 4,0mm de diâmetro e com diferentes comprimentos, colocados 1mm infra-ósseo, suportando prótese de 3 elementos, com coroas metalocerâmicas. No capítulo 1 foram considerados modelos variando os sistemas de retenção (Parafusadas x cimentadas), e o fator esplintagem (próteses unitárias x próteses esplintadas), enquanto que no capítulo 2 foram considerados apenas próteses unitárias variando os sistemas de retenção (Parafadas x cimentadas) e o comprimento dos implantes (7,0mm, 8,5mm, 10mm e 11,5mm). Os desenhos tridimensionais foram exportados ao programa de pré e pós processamento FEMAP v.11.0 (Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. USA) para geração da malha, restrições e aplicação de uma carga de 400N axial e 200N oblíqua (45°), nas vertentes internas da coroa. A análise foi realizada no programa de elementos finitos NEiNastran 11 (Noran Engineering, Inc., EUA) e os resultados foram visualizados através de mapas de tensão von Mises e Tensão Máxima Principal individualizados em cada modelo proposto no programa FEMAP... / Abstract: This project aimed to evaluate the stress on single and splinted implant-supported fixed prostheses over morse taper implants in the posterior region of the maxilla, varying the length of the implants and prosthetic fixation, by three-dimensional nonlinear finite element method. Twelve three-dimensional models were simulated with Rhinoceros 3D 4.0 software (NURBS Modeling for Windows, USA) and SolidWorks 2011 software (SolidWorks Corp, USA). The bone portion was obtained by use of InVesalius software (CTI, São Paulo, Brasil). Each model presented a section of bone of the maxillary posterior region in the form of a type III bone block (cortical and trabecular), with the presence of three morse tapper type implants with 4,0mm in diameter and different lenghts (7,0mm, 8,5mm, 10mm, 11,5mm) placed 1mm below at cortical bone surface supporting prostheses of three elements with metal-ceramic crowns. In chapter 1 was considered models varying the fixation systems (screw-retained x cement-retained), and the splinting (single-unit prostheses x splinted prosthesis), while in Chapter 2 was considered only single-unit prostheses varying the fixation systems (screw-retained x cement-retained), and the length of the implants (7.0mm, 8.5mm, 10mm and 11.5mm). The three-dimensional models were exported to pre- and post- processing in the FEMAP v.11.0 software (Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. USA) for mesh generation, restrictions and configuration of load of 400N axial and 200N oblique (45º) applied at each dental cusp. The analysis was performad by NEiNastran 11 software (Noran Engineering, Inc., EUA) and results were displayed using von Mises tension maps and Maximum Principal Stress tension maps that were individualized for each proposed model as necessary. The Chapter 1 results showed that... / Mestre