Este trabalho apresenta um estudo sobre a distribuição de tensões em rodas ferroviárias, a fim de detectar a fonte primária dos defeitos superficiais e subsuperficiais que ocorrem neste componente. O desenvolvimento do trabalho foi baseado na utilização de uma ferramenta computacional constituída pelo Programa de Elementos Finitos ABAQUS, o qual permitiu o modelamento do contato roda-trilho. Paralelamente à simulação foram realizados ensaios experimentais em modelos simplificados construídos em uma resina sintética contendo extensômetros elétricos resistivos em seu interior, a fim de aferir o modelamento. As propriedades reais do material sintético já haviam sido determinadas em um trabalho anterior, e puderam, então, ser utilizadas diretamente na simulação computacional. As deformações calculadas pela análise computacional foram comparadas com as deformações medidas nos ensaios experimentais. A partir da existência da correlação entre estes resultados, as deformações e tensões calculadas para o conjunto roda-trilho, em aço, puderam ser avaliados e discutidos. / The Aim of this work is the study of the stress distribution in railway wheels in order to detect the primary source of surface and subsurface damage that occur in the wheel. The development of the study has been based in the evaluation o f the wheel/rail contact stresses by Finite Element Method using the program ABAQUS/Aqua. Besides, synthetic material specimens has been constructed with inner strain gages so that the strain concentration could be compared with computational analysis results. Since the correlation between both approaches has been determined, the stresses and strains calculations for wheel/rail contact model could be assessed and discussed. Finally, these results was related with the failure mechanisms models considered in the case ofthe wheel/rail contact.

A análise eslálica de cascas de concrelo armado submelidas a cargas de curta duração é realizada numericamente pelo mélodo de elemenlos finitos. É adolado um modelo laminar, no qual a espessura é dividida em diversas camadas e as armaduras são consideradas como camadas extras. O elemenlo ulilizado é o isoparamélrico quadrálico para cascas baseado em uma teoria que inclui a deformação por corte. A não-linearidade fisica é introduzida através das equações constitutivas para os materiais componentes e a não-linearidade geométrica através de uma parcela da deformação de membrana, baseada em uma teoria de pequenas deformações e relações moderadas. As equações não-lineares de equilibrio são resolvidas por um processo incremenlal- ileralivo. O modelo para o concreto é histerélico degradativo e para o aço e elasto-plástico com histerese. Um processo de dimensionamento da armadura para a análise linear é apresenlado com o objelivo de fazer um estudo comparativo sobre a influncia da não-linearidade fisica na capaciadade de carga da estrutura. / Reinforced concrete shells, subjected to short time loads, are statically analized by using a finite element model. A layering technique, in which the thickness is divided in a set of layers and the steel reinforcement is regarded as an extra layer, is adopted. An isoparametric quadratic curved finite element, I used. The physical non-linearity is introduced through the components constutive equations and the geometrical non-linearity is introduced by a portion of the membrane deformation. In order to solve the non-linear equations, an incremental-iterative process of constant stiffness is implemented. The concrete model is hysteretic with degrading stiffnes and a hysteretic elastic-plastic model is adopted for with the purpose of making a comparative study on the influence of physical non-linearity in the structure load capacity.

Este trabalho focaliza a análise viscoelástica de estruturas laminadas em material compósito de matriz polimérica, propondo o emprego de métodos de inversão numérica da transformada de Laplace numa formulação adaptada ao método dos elementos finitos. Nesta abordagem alternativa, as equações constitutivas viscoelásticas, formuladas no plano complexo da variável de transformação 's', reduzem o problema a uma análise elástica equivalente. As soluções complexas são então retomadas ao plano fisico para o valor de tempo desejado, dispensando processos incrementais. Exemplos de aplicações são executados comparando-se os resultados do Método da Transformada de Laplace com o Método das Variáveis de Estado que trata o problema viscoelástico de forma incremental. / The viscoelastic analysis of laminated structures of polymeric matrix compsite materiais using Laplace transform is the objective of this work. The inverse of the Laplace transform is carried out using numerical methods adapted to a finite element method formulation. In this altemative aproach, as the constitutive equations are formulated on the complex plane in the transformation variable 's', the viscoelastic problem reduces to an equivalent elastic one. The complex solutions are then sent back to the physical plane for the desired time value, dispensing incremental processes. Examples of aplications compamng results obtained with the Laplace Transformation Method and the State Variables Method (that treats the viscoelastic problem in an incremental form) are presented.

O trabalho realizado consiste no desenvolvimento das equações pertinentes à teoria de cascas, implementação de programas de elementos finitos em Matlab e resolução de problemas de casca numéricos e analíticos. No desenvolvimento da teoria de cascas é evidenciada a aplicação da curvatura da estrutura no cálculo das forças e momentos resultantes para uma superfície de casca simplificada a uma estrutura localmente bidimensional. O problema de casca é resolvido analiticamente para um caso de curvatura simples e comparado com a resolução por elementos finitos em um programa desenvolvido pelo autor, em que a utilização da curvatura para o cálculo das forças e momentos resultantes é inserida na programação. A análise de elementos finitos é realizada para casos de casca com curvatura simples e dupla curvatura e de duas formas, sendo que a primeira utiliza elementos cujas normais médias são empregadas na montagem da matriz de rigidez, constituindo um elemento de casca e a segunda aplica normais a cada nó de cada elemento, tendo-se assim uma superfície facetada, com comportamento de placa em cada elemento. Os resultados obtidos mostram que o impacto da aplicação da curvatura em geral é pequeno nas regiões mais críticas para as forças e momentos resultantes, como na região de engaste. Porém, algumas regiões da casca apresentam grandes variações, e caso sejam de importância para o usuário, cabe uma análise mais detalhada em que o emprego da curvatura possa ser considerado. / This work presents the development of the shell theory equations, implementation of finite element programs in Matlab and the resolution of numerical and analytical shell problems. Along with the development of the shell theory, the application of the curvature of the structure in the calculation of stress and couple resultants for a shell structure simplified to a bidimensional problem become clear. The shell problem is solved analytically, by means of the application of the shell equations in a shell with simple curvature, and this solution is compared with the numerical solution using the finite element program implemented, considering the curvature of the structure for the stress and couple resultants. Finite element analysis is performed for the simple and double curvature cases of shells, and in two distinct ways, the first one considering averaged normals for neighbor elements, which produces shell elements, the second one using normals to each node of each element, which results in locally flat elements, behaving as plates. Results obtained show that the impact of the application of the curvature in the resultants is usually small in the most critical points, such as the crimp. However, some regions of the shell present huge variation, and further analysis is recommended, since the application of the curvature can be important.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-10T20:40:12Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoParâmetrosGeométricos.pdf: 3279047 bytes, checksum: 05e8b311e3577f7c708fc8c4ef5b2f28 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-12-14T12:25:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoParâmetrosGeométricos.pdf: 3279047 bytes, checksum: 05e8b311e3577f7c708fc8c4ef5b2f28 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-14T12:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_AvaliaçãoParâmetrosGeométricos.pdf: 3279047 bytes, checksum: 05e8b311e3577f7c708fc8c4ef5b2f28 (MD5) Previous issue date: 2014 / Colunas de revestimento (casing) utilizadas em exploração/produção de petróleo e gás natural são submetidas a pressões e temperatura cada vez maiores, portanto necessitam de alta resistência mecânica e alta tenacidade para suportar as solicitações mecânicas como tração, pressão interna e externa, torção, flexão e fadiga. Para a formação das colunas de revestimento, os tubos são unidos por conexão rosca-luva, que são pontos críticos para a integridade estrutural. As propriedades mecânicas e a estrutura de aço API 5CT grau P110 foram avaliadas por meio de ensaio de tração, impacto Charpy e análise metalográfica em microscópio óptico. Simulações por Método dos Elementos Finitos (MEF) foram empregadas em dois modelos de conexão API, do tipo rosca-luva, equivalentes a tubos de 13 3/8″. As simulações tiveram os seguintes objetivos: comparar a resistência à falha por tração, comparar a concentração de tensão e deformação plástica localizada, e ainda avaliar se alterações geométricas nas luvas ou no perfil das roscas são eficientes para reduzir a concentração de tensão e os seus reflexos em outros modos de falha, ou seja, um estudo parametrizado por MEF. Os resultados indicam que a conexão do tipo API Buttress possui melhor desempenho que a API Short Round em relação à resistência ao carregamento trativo, porém, as duas conexões padronizadas apresentaram alta concentração de tensões na região do último filete encaixado. Dentre as alterações geométricas propostas, a usinagem de chanfros nos filetes extremos do tubo e da luva foi eficiente na obtenção de distribuição de tensões mais uniforme na conexão Buttress, além de reduzir os valores de concentração de tensão e deformação plástica localizada. As modificações da geometria da luva mostraram-se ineficientes na melhoria do desempenho das conexões, pois as variações que promoveram distribuição de tensões mais uniforme aumentaram a tendência de separação tubo-luva. No geral, os resultados obtidos nos modelos numéricos permitem compreender, em parte, como os tipos de conexões influenciam o desempenho de colunas de revestimento de poços de hidrocarbonetos e como acontece o desenvolvimento de conexões proprietárias a partir de modificações das conexões padronizadas. ______________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Casing strings are subjected to high pressures under increasing oil well depths, so they increasingly require high strength and good toughness in order to support the stresses, external and internal pressure, bending and fatigue. The casing string is formed by pipes connected by threaded and coupled connections, the threads acts as stress raisers and fatigue damages can arise from that. A seamless API 5CT P110 steel was characterized by tensile test, Charpy impact and optical metallographic analysis. FEA models of casing threaded and coupled connections were carried out to investigate and compare two API threaded and coupled connections under make up torque, tensile and internal pressure. A parametric study was performed on the numeric models to determine the influence of some geometric features on the behavior of the threaded connections. For this parametric study, the API Buttress threaded and coupled connection was used as reference. The results showed that the API Buttress connection support higher tensile loads than the API Short Round, however both standard threaded and coupled connections showed high stress concentration in the last engaged thread and a non uniform stress distribution over the threads. A conical groove opening into the crests of the initial threads of the coupling and into the last threads of the tube was efficient in reducing the stress concentration of the connection and promoting a better relative thread load distribution, the local plastic deformation have been reduced as well. The changes in the overall geometry of the coupling that reduced its stiffness resulted in increases openness of the threads. The parametric study illustrated how proprietary connections are developed based on API standard and how the failure modes are related.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:30:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 79720.pdf: 2750066 bytes, checksum: 51ced18102e25c273f5c9d883b0623e4 (MD5) Previous issue date: 1990 / Descrevem-se alguns aspectos do comportamento dinâmico de rotores de turbogeradores, que possuem diferentes valores de rigidez em seus dois planos ortogonais de deflexão, através do método de elementos finitos. Esta assimetria elástica de rotores horizontais causa, por ação da gravidade, vibrações dobradas por rotação; conseqüentemente, velocidades críticas adicionais surgem no problema. Utilizam-se os elementos finitos da teoria de vigas de Timoshenko na modelagem do sistema e o modelo permite analisar os problemas de flexão e de torção, que são desacoplados. Um programa computacional é utilizado para calcular as freqüências naturais, as velocidades críticas e a resposta a um desbalanceamento distribuído de um rotor assimétrico apoiado em mancais discretos elásticos e simétricos. Desenvolve-se uma análise de sensibilidade da resposta desbalanceada para verificação dos pontos críticos da estrutura a variação de massa, visando a seleção dos planos de balanceamento. Selecionados os planos de colocação das massas balanceadoras, efetua-se a operação de balanceamento através do método dos coeficientes de influência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:34:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 83405.pdf: 2642857 bytes, checksum: 9dd4bcb7cf58988802f70faa9aa59dad (MD5) Previous issue date: 1990 / Neste trabalho é apresentada uma análise comparativa de alguns modelos lineares de elementos de casca isotrópicos. Dentre os modelos propostos na literatura, foram selecionados para à análise aqueles que melhor satisfaziam uma série de critérios pré-estabelecidos, dentre eles a inclusão da parcela de energia de deformação por cisalhamento. A comparação é feita com base no comportamento de cada elemento na solução de problemas tanto estático como dinâmicos. Neste contexto são analisados os seguintes aspectos: ocorrência dos fenômenos de travamento de cisalhamento e de membrana, sensibilidade a distorção de malha, ocorrência de modos falsos de energia, convergência para as deflexões e freqüências naturais. Com base nos resultados obtidos é feita uma recomendação de implantação, em um programa de elementos finitos de uso geral, dos melhores elementos.

Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1990 / Made available in DSpace on 2016-01-08T16:51:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 80393.pdf: 1614186 bytes, checksum: 5383fbb300deaed265f7d831463bcd6f (MD5) Previous issue date: 1990 / Uma formulação incremental lagrangiana atualizada é usada na obtenção de elementos finitos sólidos isoparamétricos de 8 e 20 nós, para a solução de problemas estáticos com não-linearidades geométricas e material. Os materiais hiperelásticos considerados são o de Mooney-Rivlin e o neo-Hookeana. A incompressibilidade inerente a estes materiais e relaxada através do método da penalização. Como aplicações são resolvidos os problemas de flexão de uma viga para o caso de grandes deslocamentos, de flexão de um tubo, onde investiga-se o efeito de Brazier, de tração de uma barra hiperelástica e de compressão de um bloco hiperelástico.

Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1991 / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 84772.pdf: 1678643 bytes, checksum: 4a7a70d26265942f0e725ecd9a41ad03 (MD5) Previous issue date: 1992 / Neste trabalho é desenvolvido um elemento finito de casca adequado ao estudo de problemas não lineares envolvendo grandes rotações e deslocamentos. Foi escolhido um elemento finito isoparamétrico biquadrático de 9 nós baseado na interpolação do campo de deslocamentos. A excessiva rigidez à flexão inerente a este elemento é eliminada pela subintegração das matrizes de rigidez e os modos espúrios de energia zero daí decorrentes são estabilizados pela introdução de um operador matemático especialmente construído. A formulação desenvolvida é bastante versátil, mostrando-se adequada também ao estudo de casos lineares de placas, tiras e vigas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:26:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 88957.pdf: 2454634 bytes, checksum: ea827a5a3e32be691cc4b5443b84d9d9 (MD5) Previous issue date: 1992 / Um elemento isoparamétrico de casca fina com nove nós é utilizado para a solução de problemas com não-linearidade geométrica e material elasto-plástico. É usada uma formulação lagrangeana atualizada para a obtenção das equações de equilíbrio. Para a relação constitutiva do material, foi escolhida a lei de Prandtl-Reuss associada ao critério de escoamento de von-Mises e lei de encruamento isotrópico. Foram analisados diversos problemas de placas e cascas para verificar a validade e o desempenho do elemento implementado. os resultados foram satifatórios.