Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:40:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338916.pdf: 1608467 bytes, checksum: 23dec638e6d54767a7815bbbc05e726e (MD5) Previous issue date: 2015 / Abtsract : The present work describes the designing of a manufacturing process for the production of aluminum matrix composites reinforced with carbon fibers. The matrix was chosen to be an interlayering of aluminum foils and nickel mesh stripes, cold rolled with 70% of thickness reduction, being then submitted to different heat treatments, of which immersion in pure aluminum melt was found to be the most promising. Microstructure and composition of the samples were analyzed with scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffractography and microhardness test, whose results showed the presence of remaining nickel and intermetallic compounds formed during the processing, namely Ni2Al3 and NiAl, agreeing with studies on reactive diffusion found in the literature. Furthermore, composites were produced by incorporating nickel-coated carbon fibers to the manufacturing process, being evaluated the effect of the fibers addition to the material with scanning electron microscopy, energy-dispersive Xray spectroscopy, X-ray diffractography and fiber content estimation via image binarization. Intermetallic phases were also present in the microstructure of the composites, nevertheless in smaller extent and in an aluminum matrix. Bond between matrix and fibers was found to be strong, since no fiber pull out took place. Performed fiber content analysis showed that the optimum fiber volume content is between 15% and 40%. Mechanical properties of both without and with fibers materials were assessed through 4-point bending tests, having theirfracture surface analyzed afterwards.<br> / O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um processo de fabricação para a produção de compósitos de matriz de alumínio reforçados com fibras de carbono. O material escolhido para a matriz era constituído por camadas intercaladas de folhas de alumínio e malha de níquel, laminadas a frio com 70% de redução de espessura, sendo então submetidos a diferentes tratamentos térmicos, dentre os quais imersão em fundido de alumínio mostrou-se o mais promissor. A microestrutura e a composição das amostras foram analisadas com microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia dispersiva de raios-X, difratografia de raios-X e testes de microdureza, cujos resultados mostraram a presença de níquel remanescente e compostos intermetálicos, Ni2Al3 e NiAl, coincidindo com estudos sobre difusão reativa encontrados na literatura. Além disso, compósitos foram produzidos através da incorporação de fibras de carbono revestidas com níquel ao processo de fabricação, sendo avaliados os efeitos da adição de fibras ao material com microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia dispersiva de raios-X, difratografia de raios-X e estimativa do teor de fibras através de binarização de imagens. Fases intermetálicas também estavam presentes na microestrutura do compósito, entretanto em menor quantidade e em uma matriz de alumínio. A adesão entre matriz e fibras foi avaliada como sendo alta, visto que não ocorrou o fenômeno de pull out das fibras. As análises de teor de fibra mostraram que o volume de fibras ótimo encontra-se entre 15% e 40%. Tanto propriedades mecânicas do material sem fibra, quanto do com fibra, foram aferidos com teste de flexão em 4 pontos, posteriormente tendo sua superfície de fratura analisada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:42:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338921.pdf: 12363180 bytes, checksum: 5c09df713cb3c2af2177d2874d1e3b57 (MD5) Previous issue date: 2015 / O processo de desenvolvimento de produtos abrange etapas que apoiam as equipes na tarefa da obtenção de produtos inovadores ou ainda na melhoria dos já existentes, atividades importantes para empresas as quais almejam obter produtos de elevada qualidade e a maior porcentagem possível da fatia do mercado. Dentre as várias ferramentas e métodos utilizados durante esse processo, a busca por maneiras de utilizar conhecimentos provindos da natureza é um ramo que necessita de maior aprofundamento e que vem ganhando uma atenção especial de pesquisadores, tendo em vista que realiza sua função de maneira eficaz. Com o objetivo de contribuir nessa atual tendência, este trabalho propõe uma sistematização da configuração da forma de produtos por meio de analogias com a natureza, aplicado no final da fase de projeto conceitual e no início do projeto preliminar, momento em que se busca satisfazer a(s) função(ões) e especificações, por intermédio da definição de forma(s), material(is) e processo de fabricação. A pesquisa inicia-se com revisão bibliográfica sobre processo de desenvolvimento de produtos e, em seguida, o estudo de biomimética, ramo que busca imitar a natureza. Com base nessa etapa inicial, foi proposta a sistemática composta por quatro atividades sequenciais, constituída de diretrizes, métodos e um banco de dados formado por uma matriz de forma e função, intitulada FNF (Forma, Natureza, Função) e fichas com conteúdo da natureza para auxiliar os envolvidos na busca de analogias com a natureza. Em seguida, apresentam-se aplicações da sistemática proposta que tem como principal resultado a configuração da forma de um produto inspirado na natureza. Com base nas aplicações conclui-se ser importante para o desenvolvimento de produtos a manipulação de conteúdos biológicos, oferecendo novas alternativas para a obtenção de produtos inovadores e eficazes.<br> / Abstract : The product development process includes steps that support the teams with the task of obtaining innovative products or improving existing ones, important activities for companies which aim to get high quality products and the highest possible percentage of the market share. Among the various tools and methods used during this process, the search for ways to use stemmed knowledge of nature is a branch that needs further deepening and that has gained special attention of researchers, with a view that performs its function effectively. In order to contribute to this current trend, this paper proposes a systematization of setting the form of products through analogies with nature, applied at the end of the conceptual design phase and the beginning of the preliminary design, at which seeks to satisfy the function(s) and specifications, by setting form(s), material(s) and manufacturing process. The research begins with a literature review on product development process and then the study of biomimetics, branch that seeks to imitate nature. Based on this initial stage, it was proposed to systematically composed of four sequential activities, consisting of guidelines, methods and a database made up of an array of form and function, entitled FNF (Form, Nature, Function) and chips with content of nature to assist those involved in the search for analogies with nature. Then, they present applications of systematic proposal whose main result configuring the form of a product inspired by nature. Based on the applications it is concluded to be important the handling of organic content for the development of products, offering new alternatives for obtaining innovative and effective products.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:48:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338912.pdf: 51401536 bytes, checksum: 861bb54d2ebd2d53439ff9739d86ef87 (MD5) Previous issue date: 2015 / O estudo de mecanismo é uma das áreas mais importantes no projeto de máquinas e os seus problemas podem ser divididos em dois grupos: análise de mecanismos e síntese de mecanismos. O foco desta tese é a análise da topologia de mecanismos, em termos de graus de liberdade e restrições, através da teoria de helicoides e da teoria de matroides. Na tese é elaborada uma modelagem geral dos graus de liberdade e das restrições de um mecanismo, utilizando a representação por helicoides e a adaptação das leis de Kirchhoff proposta por Davies para cadeias cinemáticas. Baseada nesta modelagem, é desenvolvida uma nova metodologia de análise de mecanismos para a eliminação automática das restrições redundantes. Ao mesmo tempo, a teoria de matroides é utilizada na análise dos mecanismos. A tese introduz novos resultados na teoria de mecanismos. Primeiramente, é analisada a escolha dos conjuntos de atuadores válidos para um mecanismo. Dois novos algoritmos são propostos para a enumeração de todos os possíveis conjuntos válidos de atuadores e a para a escolha ótima de um conjunto válido de atuadores com base nas especificações do mecanismo. Posteriormente, são analisados os possíveis mecanismos auto alinhantes derivados de um mecanismo com restrições redundantes. Dois novos algoritmos são propostos para enumeração de todos os possíveis mecanismos auto alinhantes obtidos retirando as restrições redundantes de um dado mecanismo e para escolha ótima de um mecanismo auto alinhante, com base nas suas especificações. Os algoritmos foram implementados no software Sage e apresentam complexidade polinomial. Exemplos de aplicação são apresentados e os resultados validados frente à literatura. Duas contribuições adicionais são também introduzidas: a definição de um invariante cinemático que relaciona a mobilidade com o número de restrições redundantes de um mecanismos e um contraexemplo para a metodologia de análise das restrições redundantes proposta por Reshetov.<br> / Abstract : The study of mechanisms is one of the most important areas on which machine design relies. Research in mechanism can be roughly divided into two main problems: mechanism analysis and mechanism synthesis. This thesis focuses on topology analysis of mechanism, by means of screw theory representation of mechanisms. Freedoms and constraints in mechanisms are thus described applying the Kirchhoff's laws adaptation to multibody systems proposed by Davies. Based on this modelling, overconstraint in mechanisms is analysed in terms of free motions and constraints. Two main contributions are proposed along this work, based on matroid theory and linear algebra modelling. First, the actuation schemes of a mechanism are investigated. Two algorithms are proposed for enumerating all valid actuation schemes of an overconstrained mechanism and for selecting an optimal actuation scheme, based on a set of criteria. Second, the self-aligning mechanisms kinematically equivalent to an overconstraint mechanism are investigated. Two new algorithms for enumerating all self-aligning kinematically equivalent mechanisms to an overconstrained one and for selecting an optimal self-aligning topology, based on a set of criteria, are proposed. All algorithms have been implemented in Sage software and run in polynomial time. Examples of applications are presented, and the results obtained validated with literature cases. Moreover, two further contributions are proposed: the definition of an invariant kinematic chain relating mobility and degree of constraint and a counterexample for the methodology proposed by Reshetov.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:23:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338919.pdf: 1081536 bytes, checksum: a338313a8e9ba627dfd1328f08274973 (MD5) Previous issue date: 2015 / Em sistemas domésticos de refrigeração, o compressor é uma das principais fontes de excitação dinâmica. O condensador é um importante caminho de transmissão da energia vibratória para o gabinete do refrigerador. A vibração do compressor e a oscilação de pressão do fluido refrigerante são os dois tipos de excitação do condensador. Esta dissertação analisa a contribuição do condensador e de cada tipo de excitação para o ruído global de um refrigerador doméstico típico. Para tal, um modelo numérico vibroacústico do condensador foi desenvolvido. Esse modelo inclui o fluido refrigerante e a estrutura do condensador. Propriedades acústicas equivalentes do escoamento bifásico foram determinadas experimentalmente. Esse modelo estima o comportamento dinâmico do condensador e os esforços transmitidos para o gabinete para cada tipo de excitação. Resultados experimentais e analíticos mostram que o condensador possui baixa eficiência de radiação, indicando que a principal contribuição do condensador está na transmissão de energia vibratória ao gabinete. Medindo a vibração do gabinete com o condensador acoplado e desacoplado, foi possível observar que o condensador tem uma contribuição significativa para a vibração do gabinete nas faixas de frequência de 1000 a 1300 Hz e de 2200 e 2500 Hz. Para calcular a radiação sonora do gabinete devido às forças transmitidas pelo condensador, um modelo numérico vibroacústico do gabinete foi desenvolvido utilizando o método de elementos finitos e o método de elementos de contorno. Os modelos foram comparados com dados experimentais indicando uma concordância satisfatória. As simulações do nível de potência sonora do gabinete excitado pelo condensador indicam uma contribuição crítica do condensador nas bandas de 1000 e 1250 Hz, sendo a pulsação a excitação dominante nessa faixa.<br> / Abstract : In domestic refrigeration systems, the compressor is one of the main sources of dynamic excitation. An important vibration energy transmission path to the cabinet is the condenser. The compressor?s vibration and the refrigerant fluid pressure oscillation excite the condenser. This work analyzes the contribution of the condenser and the two types of excitation to the overall noise of a typical household refrigerator. Therefore a vibroacoustic numerical model of the condenser was developed. This model includes the refrigerant and the condenser structural component. Equivalent acoustic properties of the two-phase flow were determined experimentally. The model can estimate the condenser dynamic behavior and the forces transmitted to the cabinet for the two excitement types. Experimental and analytical results showed that the condenser has low radiation efficiency, indicating that the transmission of vibratory energy to the cabinet is the main contribution of the condenser. Measuring the cabinet's vibration response with the condenser coupled and uncoupled, it was observed that the condenser has a significant contribution to the cabinet's vibration in the frequency bands of 1000 to 1300 Hz and 2200 to 2500 Hz. In order to calculate the cabinet sound radiation due to the forces transmitted by the condenser, a vibroacústic numerical model of the cabinet was developed using the Finite Element Method and the Boundary Element Method. The numerical models results were compared with experimental data showing a satisfactory agreement. The simulations of the cabinet sound power level indicated a critical contribution of the condenser in the one-third octave frequencies bands of 1000 and 1250 Hz, where the fluid excitation is dominant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:28:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338918.pdf: 4871050 bytes, checksum: 407f6c5033901fe6fcffcf62940575d3 (MD5) Previous issue date: 2015 / As políticas governamentais de redução de consumo de energia elétrica e a conscientização da população têm impulsionado os fabricantes de eletrodomésticos a uma busca incessante por melhorias na eficiência energética de seus equipamentos. Dentre os produtos de linha branca,refrigeradores e congeladores são responsáveis por 23% do consumo de energia elétrica residencial do país. Pode-se aprimorar a eficiência de um refrigerador doméstico através da redução da carga térmica imposta a ele. Os painéis de isolamento a vácuo, comumente chamados de VIPs (Vaccum Isulation Panels), têm sido considerados como uma alternativa promissora, uma vez que suas condutividades térmicas são cerca de cinco vezes menores que as das espumas de poliuretano. Contudo, fatores limitantes como o elevado custo e os cuidados necessários no manuseio, aplicação e armazenamento, restringem a utilização de VIPs. Assim, determinar tamanho e alocação dos painéis em torno do gabinete são requisitos para o melhor custo-benefício da aplicação dessa tecnologia. Os trabalhos disponíveis na literatura a respeito de VIPs em aplicações domésticas limitam-se a estudar uma quantidade reduzida de refrigeradores e em sua maioria, apenas numericamente. Assim sendo, este trabalho visa caracterizar experimentalmente o desempenho térmico de gabinetes refrigerados com painéis de vácuo através de um total de 16 amostras montadas com diferentes quantidades, posições e áreas de painéis em torno do gabinete. As amostras foram submetidas a testes defluxo de calor reverso e consumo cíclico de energia, e verificou-se que,apesar do aumento da área de cobertura proporcionar condutâncias térmicas globais e consumos de energia menores, isso não ocorreu de modo linear. Refrigeradores com áreas de painéis idênticas apresentaram consumo de energia e condutâncias térmicas globais distintas. Concluiu-se que os testes de fluxo de calor reverso não são adequados para a caracterização de refrigeradores com paredes cujo isolamento térmico seja heterogêneo. Tais ensaios são realizados sob as premissas de que não há estratificação de temperatura no interior dos compartimentos e que a distribuição do isolamento térmico é homogênea. Diante da dificuldade de explicar alguns resultados por análises comparativas, optou-se por analisá-los estatisticamente. A base de dados experimentais foi correlacionada de diversos modos para permitir a identificação das regiões mais indicadas para a instalação dos VIPs. Observou-se então que a inserção de painéis de vácuo em ambas as portas do gabinete reduz o consumo de energia em aproximadamente 6%. O acréscimo de painéis apenas na parede traseira reduz o consumo de energia na ordem de 11% e a instalação de painéis nas paredes laterais e superior do gabinete reduz o consumo em torno de 4%.Finalmente, a adição de VIPs em todas essas superfícies provoca uma redução de 21% no consumo de energia. Adicionalmente, verificou-seque a utilização de um compressor de menor capacidade de refrigeração provocou uma redução média de 4% no consumo de energia de amostras com isolamento térmico superior.<br> / Abstract : Current public policies and the consumers' growing tendency to reduce energy consumption have been constantly motivating household appliances manufacturers to improve energetic efficiency in their products. Considering the domestic line, refrigerators and freezers are responsible for 23% of residential energy consumption in Brazil. One way to improve the energetic efficiency of a domestic refrigerator is to reduce the thermal load applied to it. Following this line, vacuum insulation panels (VIPs) are a promising alternative for thermal insulation since they exhibit a thermal conductivity around five times lower than the conventional polyurethane foams. However, the elevated cost, care on handling, application and storage of VIPs represent limiting factors that restrict their utilization. Thus, establishing the adequate size and placement inside the cabinet constitute requirements to achieve the best cost-benefit ratio while applying that technology. The available studies on the use of VIPs in domestic appliances focus on researching a reduced amount of refrigerators, usually, only numerically. Therefore, the goal of this research is to experimentally characterize the thermal behavior of refrigerated cabinets insulated with vacuum panels using 16 samples with different quantity, position and areas of VIPs inside the cabinet. The samples were submitted to thermal heat leakage and energy consumption tests. As expected, the increase of VIP coverage reduced the energy consumption and the global thermal conductance, although not linearly. Samples with identical VIP coverage areas showed distinct energy consumption and global thermal conductance. One conclusion is that the thermal heat leakage test is not appropriate to characterize refrigerators with heterogeneous thermal insulation walls. That kind of test supposes that the temperatures are not stratified and that the thermal insulation is homogeneous. Due to the difficulty to explain some of the results, they were statistically analyzed. Therefore, the experimental data was correlated in several manners in order to identify the most adequate regions to install the panels. Another conclusion is that the use of VIP on both doors reduces the energy consumption around 6%. The application of VIP on the cabinet's rear wall reduces the energy consumption around 11%, and the installation of VIP on the cabinet's lateral and superior walls decreases the energy consumption around 4%. Finally, the addition of VIP on all these surfaces causes a reduction of 21% on energy consumption. In addition, it was identified that the use of a compressor with lower refrigeration capacity reduces energy consumption on around 4% in samples with a higher thermal insulation degree.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:21:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338913.pdf: 15783641 bytes, checksum: e4e5e30a9fc572b02430ff4164172aea (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho tem como foco o problema de otimização topológica para minimização de massa com restrições locais sobre o campo de tensões de von Mises. Usando conceitos de curvas de nível (ou level sets) para o controle do domínio, desenvolve-se um procedimento de restrição responsável por uma contínua ativação/desativação de um número finito de restrições de tensão local durante a sequência de otimização. As restrições são convenientemente distribuídas sobre o domínio e impostas ao problema através de uma abordagem Lagrangiano aumentado. O principal objetivo da presente tese é criar um algoritmo capaz de identificar as regiões com concentração de tensões e conduzir a topologia para um mínimo local viável. A evolução das curvas de nível utiliza informações da análise de sensibilidade para atualizar a topologia da estrutura. Em um primeiro momento, tendo como finalidade testar a restrição de tensão proposta, emprega-se a clássica equação de Hamilton-Jacobi para a atualização das curvas de nível, uma técnica bastante usada na literatura. Em seguida, uma equação de reação-difusão é usada para orientar, também via evolução das curvas de nível, a sequência de otimização do projeto. Esta última equação de evolução possui duas vantagens. A primeira é a possibilidade de nuclear furos durante o processo de otimização, uma importante característica para um verdadeiro método de otimização topológica. A outra vantagem consiste na eliminação da etapa de reinicialização da função, necessária em evoluções de Hamilton-Jacobi, obtendo melhorias significantes em termos de convergência. Para a solução numérica da equação de reação-difusão, utilizam-se malhas regulares com os tradicionais elementos finitos quadrilaterais e malhas poligonais não-estruturadas, obtidas a partir de tesselações de Voronoi. Vários exemplos em duas dimensões com resultados numéricos bem sucedidos comprovam o bom comportamento da metodologia proposta para detectar concentrações de tensões e propor um projeto viável.<br> / Abstract : This work focuses on topology optimization for mass minimization with local constraints on the von Mises stress field. Within a level-set context to control the domain, it is developed a constraint procedure that accounts for a continuous activation/deactivation of a finite number of local stress constraints during the optimization sequence. Such constraints are conveniently distributed over the domain and imposed to the problem through an augmented Lagrangian approach. The main objective is to create an efficient algorithm capable of identifying stress concentration regions and drive the topology to a feasible local minimum. The level set evolution makes use of information of the sensitivity analysis to update the structural topology. Initially, being the main goal testing the proposed stress constraint, the level set updating is accomplished by the classical Hamilton-Jacobi equation, widely employed in the literature. Next, a reaction-diffusion equation is used to guide, also via evolution of a level set, the design optimization sequence. The advantages of the latter evolution equation are twofold. Firstly, it allows the creation of new holes during the optimization process, a significant feature for a true topological optimization method. Secondly, reinitialization steps usually found in Hamilton-Jacobi based evolution are eliminated with a significant improvement in convergence. The numerical solution of the reaction-diffusion equation is performed by using regular meshes with standard quads and unstructured polygonal meshes obtained from Voronoi tessellations. A set of benchmark examples in two dimensions achieving successful numerical results assesses the good behavior of the proposed methodology to detect stress concentrations and propose a feasible design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:27:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338915.pdf: 16725856 bytes, checksum: 055e5cfc8eb46f2bcff67dde1648ace8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Um dos grandes desafios presentes na simulação numérica de reservatórios de petróleo diz respeito à resolução dos sistemas lineares obtidos pela discretização de equações elípticas. Essa tarefa torna-se ainda mais complexa quando campos de permeabilidade altamente heterogêneos são considerados. Diversas estratégias de solução diretas e iterativas foram desenvolvidas ao longo dos últimos anos e empregadas nesse contexto, restringindo-se às últimas, nota-se que os métodos iterativos construídos a partir de pré-condicionadores do tipo multigrid são os mais utilizados devido a sua robustez e eficiência. Nesse trabalho avaliam-se as propriedades matemáticas e o desempenho computacional de uma subclasse de pré-condicionadores desse último tipo conhecida como ?multiescala?. As alternativas estudadas são implementadas computacionalmente e empregadas em conjunto com diversos métodos iterativos para a resolução precisa e também aproximada de problemas elípticos desafiadores. Dentre os problemas testados, verifica-se que a melhor estratégia de configuração para o pré-condicionador multiescala é constituída por um operador de restrição do tipo galerkin, suavizador baseado em fatoração incompleta e razões de engrossamento ao redor de 10 ao longo de cada direção do reservatório. Diversas outras estratégias de solução direta e iterativa disponíveis no pacote científico PETSc são testadas para a resolução dos problemas em questão, da onde conclui-se que o pré-condicionador BoomerAMG associado ao método do gradiente conjugado e também o método direto Cholesky-UMFPACK são as mais eficientes em ambos quesitos matemático e computacional, inclusive em relação ao método multiescala de referência quando se deseja encontrar soluções com elevadas precisões. <br> / Abstract : One of the major challenges faced by reservoir simulation is about the solution of the linear systems obtained by the discretization of elliptic equations. This task turns out to be even more complex when highly heterogeneous permeability fields are present. Different strategies of direct and iterative methods have been developed in the last years and employed in this context. Considering the last ones, it s possible to note that iterative methods built by multigrid preconditioners are the most employed because of their robustness and efficiency. In this work, the mathematical properties and the computational performance of multigrid-like preconditioners called  multiscale preconditioners are evaluated. The studied alternatives are implemented computationally and employed in conjunction of iterative methods for the precise and approximate solution of challenging elliptic problems. Given the tested problems, it was possible to verify that the best configuration properties for a multiscale preconditioner are composed by a galerkin restriction operator, smoothers based on incomplete factorization and coarsening ratios around of ten for each direction of the grid. Several others solutions strategies available in the scientific package PETSc were evaluated using the same set of problems as before and it was possible to conclude that the BoomerAMG preconditioner associated with the conjugate gradient method as well as the direct method Cholesky-UMFPACK are the most efficient ones in both mathematical and computational evaluation points and are even better than the multiscale preconditioner when the intention is to get a precise solution.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:29:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338920.pdf: 1796883 bytes, checksum: 1945a5bd1fadcfb6dfc68376a1b6cc66 (MD5) Previous issue date: 2015 / O contínuo aumento da exigência mundial pela utilização racional dos recursos energéticos tem estimulado a busca por sistemas mais eficientes. Consequentemente, fabricantes de máquinas que utilizam sistemas hidráulicos estão substituindo gradualmente o controle resistivo pelo controle conservativo. Um caso de controle conservativo é o uso de bombas acionadas por motores elétricos com capacidade de variar sua velocidade, as chamadas bombas com velocidade variável. Inserido nesse contexto, esse trabalho contempla a análise teórico experimental de um novo modelo de prensa dobradeira sincronizada que realiza o controle de seus dois cilindros hidráulicos por meio de servomotores que acionam as unidades hidráulicas primárias. Essas unidades realizam tanto a função de bombeamento como de motorização ao longo do ciclo operação da máquina e por isso são denominadas de bomba-motor. A análise foi realizada com base em resultados experimentais, nos quais foi possível identificar as condições operacionais críticas. Um modelo do sistema hidráulico da prensa dobradeira foi desenvolvido e implementado no software de simulação numérica Hopsan que, após validado, foi utilizado para a proposição de duas propostas de modificação do circuito hidráulico visando a melhoria do desempenho estático e dinâmico. A primeira proposta permite que a bomba-motor opere com sucção em pressões manométricas positivas, enquanto que a segunda não interfere no tempo do ciclo de operação na máquina. Dentre os benefícios de ambos circuitos está a mitigação de choques hidráulicos. O desempenho da máquina foi, portanto, aprimorado com poucas mudanças no circuito. A pesquisa foi realizada combinando esforços entre a fabricante de equipamentos, Sorg Ind. e Com. de Máquinas, a fornecedora de sistemas hidráulicos, Argo-Hytos AT Fluid Power Systems Ltda., e a universidade, por meio do LASHIP - Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos - da Universidade Federal de Santa Catarina.<br> / Abstract : The continuous increase in worldwide demand for the rational use of energy resources has spurred the pursuit for more efficient systems. Machine manufacturers are therefore gradually replacing the resistive control in hydraulic systems for conservative control. An option of conservative control is the use of pumps driven by electric motors with the capacity to vary its speed, known as variable-speed pumps. In this context, this work features the theoretical and experimental analysis of a new synchronized hydraulic press brake. The hydraulic cylinders of the studied machine are controlled by servomotors that drive the primary hydraulic units. These units perform both pumping and motoring functions along the machine operation cycle and are hence named as pump-motor. The critical operating conditions were identified by analysis based on experimental results. A model of the press brake hydraulic system has been developed and implemented in the numerical simulation software known as Hopsan. Subsequently validation, the model was employed to propose two circuit modifications and to evaluate the increase in the dynamic and static performance. The main benefits of the new circuits are the mitigation of hydraulic shocks and appropriate pressure level for the pump-motor suction line and thus avoiding cavitation. The machine performance is hence enhanced with few changes in the circuit. The study was conducted by combining efforts between the machine manufacturer, Sorg Ind. e Com. de Máquinas, the hydraulic systems supplier, Argo-Hytos AT Fluid Power Systems Ltda., and the university, by means of LASHIP - Laboratory of Hydraulic and Pneumatic Systems - of Federal University of Santa Catarina.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338249.pdf: 4347153 bytes, checksum: 59db61187240b302a71f5038f99837d7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho aborda a atenuação do ruído de dutos do sistema de ar- condicionado de aeronaves para fins de controle dos níveis de ruído interno de cabine. A atenuação do ruído de banda larga que se propaga no interior dos dutos desse sistema é tipicamente função dos atenuadores dissipativos, revestidos internamente com material poroso. Materiais fibrosos de baixa densidade e estrutura flexível, usados na indústria aeroespacial, se adequam às restrições de volume e massa impostas, sendo aplicados neste propósito. O objetivo deste trabalho é avaliar uma metodologia de predição da perda de transmissão de um atenuador dis-sipativo, composto por material fibroso de estrutura flexível, aplicado em duto de seção circular. Para isso, utiliza-se um modelo em elementos finitos, no qual o material poroso é considerado como um fluido equiva-lente. A caracterização acústica dos materiais porosos é feita através de um método inverso, que faz uso de medições em tubo de impedância e algoritmo de otimização. Uma discussão dos modelos analíticos de pro-pagação acústica em dutos dissipativos de comprimento infinito também é apresentada, primeiramente considerando o material poroso localmen-te reativo e, em seguida, não-localmente reativo. Dois procedimentos experimentais distintos, baseados nas normas ISO 7235 e ASTM E2611, foram empregados para validar o modelo desenvolvido. Os resultados de perda de transmissão obtidos por meio do modelo proposto apresenta-ram boa concordância em relação aos resultados experimentais.<br> / Abstract : This work covers the noise attenuation in ducts of the aircraft air-conditioning system with the purpose to control the noise levels in the cabin. Attenuation of broadband noise which propagates in the ducts of that system is typically a role of dissipative mufflers, lined with porous material. Porous materials with low density and limp frame, usually employed in the aerospace industry, are suitable to the imposed volume and mass constraints, being largely applied for that purpose. The objec-tive of this work is to predict the transmission loss of a dissipative muffler composed by limp frame fiber material applied in a round duct. To do so, a finite element model is developed in which the porous mate-rial is treated as a equivalent fluid. The acoustic characterization of po-rous materials is performed through an inverse method, which uses im-pedance tube measurements and an optimization algorithm. A discussi-on on the analytical models of acoustic propagation in dissipative ducts with infinite length is also presented, firstly using a locally reactive porous material assumption and, then, a non-locally reactive porous material assumption. Two different experimental procedures based on ISO 7235 and ASTM E2611 standards were conducted to validate the developed model. Transmission loss obtained through the proposed model have good agreement compared to the experimental results.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:33:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338248.pdf: 2412075 bytes, checksum: d10649c01447b9478d907da2c26dd419 (MD5) Previous issue date: 2015 / Mecanismos reconfiguráveis, o mais recente ramo de estudos na ciência de mecanismos, podem apresentar singularidades cinemáticas, também chamadas configurações singulares, onde trazem, com efeito,vulnerabilidade estrutural. Porém, mecanismos cinematotrópicos, que estão contidos no contexto dos reconfiguráveis, em sua concepção, carregam configurações singulares para que sua topologia possa ser mudada. Logo, enumerar as configurações singulares é uma das problemáticas dentro do estudo e do projeto dos movimentos dos mecanismos. A análise cinemática que se utiliza da teoria de helicoides é uma ferramenta consolidada na literatura para solucionar matematicamente problemas de cinemática. Assim, este trabalho propõe uma metodologia sistemática de busca de todas as singularidade cinemáticas de mecanismos reconfiguráveis usando a teoria de helicoides. Essa dissertação detalha a metodologia revisando estudos recentes sobre a análise cinemática baseada em helicoides e a análise cinemática hierárquica, cria um método para eliminar linhas linearmente dependentes em matrizes jacobianas e aplica isso para analisar dois mecanismos reconfiguráveis.<br> / Abstract : Reconfigurable mechanisms are the most recent branch of study in mechanism science. They can present kinematic singularities, also known as singular configurations, where they may became structurally vulnerable. However, the kinematotropic linkages, which has reconfigurable characteristics, carry singular configurations in its structure so their topology can be changed. Therefore, enumerating all the mechanism's singular configurations is one of the problems found in the mechanism motions' study and design. The kinematic analysis using screw theory is an adequate mathematical tool for this task. Hence, this work proposes a systematic methodology to search for all the kinematic singularities in reconfigurable mechanisms using screw theory. This master thesis describes this methodology by reviewing recent studies on screw based kinematic modeling, analysis and the hierarchical kinematic analysis, creates a method to eliminate linear dependent rows in jacobian matrices and applies it to analyse two reconfigurable mechanisms.