Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:16:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237057.pdf: 17214461 bytes, checksum: 28dc507f8d787687ea091b5e0e67492c (MD5) / Na análise estrutural de componentes mecânicos sujeitos a cargas alternadas cíclicas, em trabalho ou serviço, um modo de falha predominante é a fadiga, decorrente do acúmulo do dano causado pelos ciclos alternantes. Um dos critérios de estimativa de vida de fadiga baseia-se na curva de fadiga do material - -N, que relacionada a tensão cíclica com o número de ciclos até a falha. Quando a solicitação alternante é constante e invariável, o cálculo de dano baseia-se no somatório do número de ciclos atuantes a uma determinada tensão, e o seu respectivo tempo ou número de ciclos de vida restantes. Ocorre que em diversas situações o componente está sujeito a solicitações aleatórias e variáveis no tempo, como o que esta sujeita a estrutura veicular em um transporte rodoviário, carregamento de turbulência em uma asa de avião, solicitações sob ação de vento e terremoto em pontes e estruturas metálicas, etc. Para a estimativa do dano em fadiga nessas ocasiões de solicitação aleatória, o simples cálculo de número de ciclos em determinado nível de tensão não é mais um procedimento simples e determinístico, mas sim probabilístico e estatístico, e depende do histórico de carregamento presente na estrutura. Esta estimativa pode ser realizada no domínio do tempo, baseada na contagem de ciclos em cada nível de tensão determinado a partir da análise de um sinal gravado no tempo (Rainflow, Racetrack, Range-Pair, etc. citando alguns métodos), ou então no domínio da frequência, onde um tratamento estatístico baseado na resposta dinâmica da estrutura àquela solicitação atuante é considerado para o cálculo de fadiga. Esta análise de fadiga no domínio da frequência se baseia na resposta dinâmica em frequência da estrutura, a partir da Função Resposta em Frequência, PSD (Power Spectrum Density) e de parâmetros espectrais (momentos da PSD e PDF - Probabilistic Density Function). O presente trabalho estuda o cálculo em fadiga de uma estrutura do tipo viga-massa sob solicitação de um processo estocástico, ergódico e Gaussiano, utilizando-se métodos de contagem de ciclos (Rainflow) e métodos probabilísticos no domínio da frequência. Vários modelos e critérios de estimativa de vida em função dos parâmetros espectrais extraídos da PSD de tensão são aplicados e comparados com resultados experimentais de testes de vida. São realizados estudos de função de transferência e respostas dinâmicas, através da análise experimental com strain-gages e de simulações FEA. Os resultados comparam a vida estimada através dos modelos de estimativa de vida e também resultantes da análise numérica por elementos finitos, com aquela vida observada em testes de falha por fadiga em corpos de prova. In the structural analysis of mechanical components subject to cyclical alternating loads, in working or service, a predominant failure mode is the so called fatigue caused by the damage accumulation of the alternating cycles. One of the criteria of life estimation in fatigue is based on the fatigue curve of the material - -N, relating the alternating stress with the number of cycles till failure. When the alternating stress is constant and invariable, the damage calculation can be done based on the sum of the number of cycles at that stress and its correspondent number of remaining cycles of life. However, it widely happens situations where mechanical system are subject to random and variable load, as those ones present in a road transportation, those ones subject to airplane wings in case of turbulence loads, random load by the action of wind and earthquake in bridges and metallic structures, etc. Aiming to estimate the fatigue damage in those situations of random loads, the simple calculation of the number of cycles in each stress level is not a simple linear sum and deterministic procedure. Nevertheless, non-deterministic, probabilistic and statistical analysis depending on the actual stress load and dynamic behavior of the structure. This fatigue estimation can be carried out in the time domain, based on cycle counting algorithm, where each stress level is determined by the analysis of a sample recorded in the time (Rainflow, Racetrack, Range-Pair, etc. citing some methods) or in frequency domain. In this last one, a statistical base approach is dealt in the dynamic behavioral of the structure and the fatigue calculation is performed concerning some probabilistic issues. This fatigue analysis in the frequency domain is based on the dynamic response of the structure in frequency, by the PSD (Power Spectrum Density) of the stress and its spectral parameters (moments of PSD and PDF - Probabilistic Density Function). The present work dealing with the fatigue calculation of a beam-mass type structure under random, ergodic and Gaussian, applying methods of life estimation based on cycle counting methods (Rainflow) and those ones based on probabilistic frequency domain. Various models and criteria of life estimation based on spectral parameters is evaluated and compared with experimental results of life tests. Studies are carried out throughout experimental measurements with strain gages and FEA simulations where a given PSD is applied as input conditions. The numerical results of damage models are compared with those ones experimentally determined by actual laboratory test specimens subjected to random load.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:19:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247302.pdf: 4731966 bytes, checksum: 8066cc497675f2868094a88057173b11 (MD5) / Em virtude dos constantes avanços tecnológicos, a necessidade de se controlar fenômenos vibratórios está cada vez mais presente na sociedade moderna, demandando técnicas de crescente grau de sofisticação. O presente trabalho, em sintonia com essa necessidade, trata do desenvolvimento e da implementação prática de um sistema de controle misto de vibrações em uma viga metálica, excitada por um sinal de banda larga de freqüência. O sistema é denominado misto por ser composto por dois subsistemas: um passivo e outro ativo-adaptativo. O subsistema passivo consiste de um neutralizador dinâmico de vibrações (NDV) viscoelástico, enquanto o subsistema ativo-adaptativo é composto por sensores, atuadores e um processador digital de sinais (DSP), em que uma estratégia de controle baseada em um algoritmo LMS é aplicada. Tanto o neutralizador viscoelástico, projetado e construído para agir de forma ótima a 25 ºC, quanto o subsistema ativo-adaptativo de controle atuam em toda a banda de freqüência em que a viga é excitada. A adaptabilidade do sistema de controle misto é verificada ao se variar a temperatura na qual a viga é ensaiada. Essa variação, entre 5 a 35ºC, impacta direta e consideravelmente a performance do NDV, o que exige ajustes do subsistema ativo-adaptativo, no sentido de compensar a perda de desempenho do neutralizador viscoelástico e manter um nível global de controle de vibrações. Verifica-se, ao longo do trabalho, que um sistema de controle misto de vibrações, baseado em neutralizadores viscoelásticos e filtros adaptativos, constitui uma ferramenta ao mesmo tempo flexível e poderosa, em que as vantagens de cada subsistema podem ser associadas em benefício de um controle mais confiável e menos dispendioso. Due to the constant technological advances, the need for controlling vibratory phenomena is more and more present in modern society, demanding techniques of increasing level of sophistication. This work, tuned to that need, deals with the development and practical implementation of a hybrid vibration control system implemented over a metallic beam excited by a broad band signal. The system is called hybrid because it consists of two subsystems: a passive one and an active-adaptive one. The passive subsystem consists of a viscoelastic dynamic vibration neutralizer (DVN), whereas the active-adaptive subsystem comprises sensors, actuators and a digital signal processor (DSP), on which a control strategy based on a LMS algorithm is developed. Both the viscoelastic neutralizer, designed to optimal action at 25 ºC, and the active-adaptive subsystem work all over frequency bandwidth in which the beam is excited. The adaptability of the hybrid control system is verified by varying the temperature at which the beam is tested. This variation, between 5 and 35ºC, affects directly and considerably the DVN performance. That demands the active-adaptive subsystem to adapt, in order to compensate the DVN loss of performance and mantain an overall level of vibration control. It is verified, along the current work, that a hybrid vibration control system, based on viscoelastic neutralizers and adaptive filters, is a powerful and flexible tool, since the advantages of each subsystem can be associated towards a more reliable and less expensive control action.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:50:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247332.pdf: 19326278 bytes, checksum: a4f446e8fcf3bb762020ba1946199558 (MD5) / Avanços no desenvolvimento da tecnologia da soldagem têm ocorrido pela associação de dois processos, formando uma nova categoria de processos de soldagem, denominados de "Processos Híbridos de Soldagem". A associação é feita normalmente entre um processo de eletrodo consumível com um outro de eletrodo não consumível. Com isto, o novo processo híbrido resultante tem características muito mais versáteis. Além da possibilidade do aumento de produtividade, aumenta-se a flexibilidade de controle da geometria da solda. O presente trabalho atua nesta temática, enfocando a associação do processo PLASMA e do processo MIG/MAG, que formam o híbrido PLASMA-MIG - um processo relativamente novo, com pouca informação básica e tecnológica a seu respeito. O objetivo, de acordo com a filosofia de atuação do Laboratório de Soldagem da UFSC (LABSOLDA), é promover, além do estudo fenomenológico do processo e das inter-relações de suas variáveis, o desenvolvimento de um equipamento e colaborar para a consolidação do processo na indústria. Os estudos foram realizados em duas etapas. A primeira etapa do trabalho foi conduzida no Instituto de Pesquisa e Ensino da Soldagem de Munique (SLV-München). A segunda etapa da pesquisa foi realizada no Brasil, por intermédio da montagem de uma bancada PLASMA-MIG totalmente automatizada no LABSOLDA/UFSC. Assim, além dos desenvolvimentos intrínsecos para o bom funcionamento do processo, como o aprimoramento da pistola e metodologias para melhorar a abertura do arco plasma, o trabalho apresenta a aplicação em diferentes situações. Os resultados confirmam a boa performance do processo no controle da geometria da solda, utilizando-se diferentes combinações entre a potência do circuito MIG e a potência do circuito PLASMA: quanto maior a corrente MIG maior é a penetração e quanto maior a corrente Plasma maior é a largura do cordão. Em relação aos modos de transferência metálica, foi observado que a corrente plasma exerce pouca influência sobre o diâmetro de gota destacada e sobre a corrente de transição entre curto-circuito e transferência por vôo livre. Não foi encontrada instabilidade da transferência na zona de transição entre os citados modos, como ocorre no processo MIG/MAG simples. Instabilidades, como a extinção do arco Plasma, foram observadas na transferência por curto-circuito, principalmente quando são utilizados gases ativos em mistura com argônio. Foi desenvolvido, também, um comando sinérgico para a soldagem PLASMA-MIG com corrente pulsada, sendo constatado que a corrente plasma não influi na corrente de destacamento de gota no processo MIG. Soldagens de juntas sobrepostas e de topo, em alumínio e aço carbono foram realizadas com sucesso. Uniões de boa qualidade e com velocidade de soldagem de até 4 m/min foram realizadas em chapas de alumínio e aço carbono com 2 mm de espessura. Excelentes níveis de velocidade de soldagem também foram atingidos na brasagem de chapas galvanizadas de 1 mm de espessura, onde se observou também que o processo quase não afetou a camada de zinco nas periferias do cordão. Do todo é concluído que o processo possui um grande potencial de aplicação na indústria e que o equipamento desenvolvido se encontra já adequado para tal. The hybrid Plasma-MIG Welding Process combines the power and stability of the Plasma arc with the good melting rate level of the MIG/MAG process within one special welding gun. The present work presents the results of experiments carried out by means of the Plasma-MIG process regarding melting rate, metal transfer modes and bead geometric characteristics in the welding of steel, aluminum and cast iron, as well as in the brazing of galvanized plates. The studies were carried through in two stages. The first stage of the work was lead at the Institute of Welding Research and Education, in Munich (SLV-München). The second stage of the research was carried out in Brazil, the activity being the assembly of a totally mechanized Plasma-MIG workbench at the LABSOLDA/UFSC. The results indicate that the process presents a considerably wide relationship between Arc Power and Wire Melting Rate, through the possibility of different energy distributions between the MIG and Plasma arcs. It was observed that, for one same melting rate, it is possible to obtain different weld bead geometric characteristics: the higher the MIG current, the higher the penetration depth, while the higher the Plasma current, the higher the width of the bead, with higher weldability. Regarding metal transfer modes, it was observed that the plasma current exerts little influence on drop diameter and on transition current. In contrast to the MIG/MAG process, the globular transfer mode in Plasma-MIG yields good stability, with relatively constant detachment frequency, good drops trajectory straightness and spatter free beads. The Spray transfer mode also yields good regularity and stability, as expected. Instabilities, as Plasma arc extinctions, were observed in short-circuiting transfer, mainly when active gases are used, as Argon / CO2 mixtures. A synergic command was also developed for the Plasma-MIG welding with pulsed current. The welding of overlap and butt joints was carried out in aluminum and carbon steel. Unions with good quality and welding speeds up to 4 m/min were performed in plates of aluminum and carbon steel with 2 mm thickness. Excellent levels of welding speed were also reached in the brazing of galvanized plates, 1 mm thickness, whereas it was also observed that the process almost did not affect the zinc layer in the weld peripheries. For all these reasons, it was concluded that Plasma-MIG presents good potentiality in high speed welding and brazing process and good mechanical properties of cast irons welded joints.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T09:04:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241191.pdf: 1032630 bytes, checksum: 7eb9b1567a932ceb82a61ee88e2ac63a (MD5) / Materiais viscoelásticos são hoje largamente aplicados em vários ramos da engenharia, com destaque para a mecânica e aeroespacial. Uma das razões para tal popularidade reside na facilidade com que os materiais viscoelásticos são vulcanizados nas mais diferentes formas. Outra, é o fato de que inúmeros materiais básicos podem ter suas propriedades dinâmicas adequadas, mediante introdução de aditivos, às várias aplicações específicas. O Grupo PISA-LVA os vem estudando, bem como suas aplicações, há cerca de quinze anos, tendo já granjeado reputação internacional. Dentre as suas conquistas, cite-se, por importante no presente trabalho, o desenvolvimento de técnica para a identificação dos parâmetros do modelo fracionário dos materiais viscoelásticos. Esta técnica, já difundida internacionalmente, acabou por substituir, no âmbito do Grupo, com enormes vantagens, a da norma ASTM E 756 98. Esta técnica é toda estabelecida no domínio da freqüência. Surge naturalmente a questão: se esses parâmetros representam o material viscoelástico com excelente precisão, não seria correto utilizá-los para o cômputo de propriedades importantes, definidas no domínio do tempo, como creep, compression set e outras? Este trabalho pretende ser um passo inicial para responder a essas questões, entre outras. Revê os modelos de Maxell, Kelvin-Voigt e Linear Padrão (ou Zener), primeiro na forma clássica, a derivadas inteiras. Repete-se este estudo, agora permitindo que as derivadas tenham ordem fracionária. As equações resultantes são tratadas pela via da Transformada de Laplace. As soluções das equações resultantes envolvem as funções de Mittag-Leffler, notórias pelas dificuldades computacionais que apresentam, em certas circunstâncias. Embora inúmeros estudos e algoritmos tenham vindo recentemente à luz, parece, entretanto, que um algoritmo absolutamente robusto, infenso a toda e qualquer circunstância, ainda está para ser escrito. Como a função de creep é bem comportada para o computo numérico, procura-se calcular a função de relaxação de tensão por deconvolução. Uma outra saída, também aqui apresentada, é a da inversão numérica da transformada de Laplace. Os resultados dessas técnicas são cotejados com aqueles obtidos pelo cômputo direto da função de Mittag-Leffler, em casos em que há convergência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:37:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 235625.pdf: 5995392 bytes, checksum: e09c293bc0c8f1b4b31a1f1d7077dac5 (MD5) / O presente trabalho investigou a influência da rotação do compressor, da abertura do dispositivo de expansão e da carga de refrigerante sobre o desempenho de um sistema de refrigeração, visando à caracterização de regiões de operação de máximo coeficiente de performance. Para tanto, desenvolveu-se um aparato experimental constituído por um compressor de rotação variável (CRV), uma válvula de expansão eletrônica (EEV) tipo PWM (Pulse Width Modulation) e uma célula de carga de refrigerante.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-27T03:05:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335686.pdf: 3057761 bytes, checksum: d697f15495e5a054711f148084de4342 (MD5) Previous issue date: 2015 / As exigências de produtividade, qualidade e adaptabilidade tanto de robôs industriais como máquinas ferramentas, estão crescendo dia a dia nas instalações de produção. Além disso, a necessidade de flexibilidade para fabricação de vários tipos de peças, ou com alto grau de complexidade, impactam em uma busca por melhorias contínuas. Se tratando de robôs industriais, aplicações onde exijam o contato com o meio representam uma grande oportunidade para um aumento de produtividade, porém, em muitos casos a capacidade de carga está abaixo da necessidade que a tarefa exige. Enquanto que, robôs industriais não possam fornecer a precisão de posicionamento durante tarefas que exijam contato com o meio da mesma forma que fornecem repetibilidade de posicionamento, alternativas estão sendo estudadas para permitir significantes reduções de custos para um grande potencial de aplicações. A possibilidade de utilização de dois ou mais robôs para realizar uma tarefa vem de encontro a estas necessidades, podendo viabilizar algumas aplicações. Estes Sistemas Robóticos Cooperativos (SRCs), permitem um ganho de flexibilidade na execução de tarefas, bem como, uma distribuição homogênea entre os esforços gerados durante a interação do manipulador com o meio. Assim, outras aplicações podem ser avaliadas, tornando possível flexibilizar o uso destes equipamentos na área industrial. O objetivo principal deste estudo é a aplicação de uma metodologia para determinação da capacidade de força-momento de SRCs em aplicações onde exista o contato com o meio. A modelagem estática do problema é realizada através da teoria de helicoides e do método de Davies. A capacidade de força e a distribuição de carga é resolvida através do método denominado fator de escala. Os resultados da aplicação desta metodologia em SRCs permitiram a obtenção de um balanceamento de forças entre os manipuladores, obtendo um mapa da capacidade de força para o SRC. São apresentados dois casos de estudos com SRCs: um caso planar e outro espacial. Também é proposto neste estudo uma generalização do método do fator de escala, permitindo a obtenção do polítopo da capacidade de força-momento de manipuladores industriais.<br> / Abstract : The needs for efficiency (productivity), quality and adaptability of industrial robots and machine tools steeply increasing day by day in production facilities. Moreover, the need for exibility for manufacturing various kinds of parts, or parts with high complexity, is promoting continuous researches to improve these devices. In many cases, the loading capacity of industrial robots is quite below the required capacity, causing the force-moment capacity of this equipment can reach the saturation limit and possible material damage and losses. While industrial robots can not provide the positioning accuracy for tasks requiring surface contact in the same way that provide positioning repeatability, alternatives are being studied to enlarge potential applications. The possibility of using two or more robots to perform a task can meet these needs making these applications possible. These robotic systems, characterized as Cooperative Robotics System (CRS), with increased exibility in performing tasks, as well as a more homogenous distribution of the forces generated during the interaction between the end effector of the robot and the environment. Thus, many applications can be evaluated to make these robots more exible to use for any task in industry. Therefore, the main objective of this study is the application of a methodology for determining the force-moment capacity of CRS where robots are in contact with the environment. Static model were analyzed using Screw Theory and Davies' method. The force capability and load distribution is solved through a method called scaling factor. The application of the scale factor, lets us obtain a balance of forces between the robots, thus a map of the force capabilities for the CRS. Two case studies of CRS are presented: planar case and spatial case. A scale factor generalized method is proposed allowing us to obtain the polytope's of force-moment capabilities of industrial robots.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-27T03:06:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335771.pdf: 4355331 bytes, checksum: 678cc6e90c37a077dec8a700312b45dd (MD5) Previous issue date: 2015 / Motores elétricos são amplamente utilizados no mundo, em aplicações bastante diversificadas. Seus principais componentes são o rotor, a parte móvel, e o estator, parte fixa por onde passa a corrente elétrica, gerando o campo magnético responsável pela conversão de energia elétrica em energia mecânica. A fabricação do estator é uma atividade complexa, composta por diversas etapas. A ocorrência de falhas nessas etapas pode resultar em um estator com funcionamento inadequado. Então, é comum que haja inspeção para controlar possíveis defeitos. Na atualidade, essa inspeção é feita em grande parte dos processos por operadores humanos, os quais estão sujeitos a fatores como fadiga e desatenção. Faz-se necessário o surgimento de outros tipos de controle que façam o uso de inspeções automatizadas. Nesse contexto, sistemas de visão computacional são fortes candidatos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi desenvolver técnicas automatizadas de inspeção de defeitos identificáveis à luz visível em estatores, buscando identificar as falhas que operadores humanos treinados costumam encontrar. Foi feita uma análise dos defeitos mais comuns em estatores e posterior seleção dos que poderiam ser detectados com o uso de sistemas de visão. Focou-se em três defeitos: possíveis contatos entre as espiras do estator com o rotor, altura insuficiente de isolante entre o corpo do estator e suas bobinas e a falta de fixação dos cabos de alimentação do estator no conector elétrico. Princípios de inspeção foram desenvolvidos para detectá-los, juntamente com bancadas para realização de testes. Os resultados dos procedimentos desenvolvidos foram avaliados com ensaios tanto em laboratório quanto em uma linha de produção de estatores. Apesar de os testes terem apresentado resultados bastante satisfatórios, são necessárias ainda algumas modificações na bancada desenvolvida para que a confiabilidade dos métodos alcance o nível requerido para o ambiente industrial, onde se toleram muito poucas unidades de indicações errada por milhão de peças avaliadas. Com base na análise dos resultados, sugestões de modificações são apresentadas como propostas para análise em trabalhos futuros.<br> / Abstract : Electric motors are widely used in many applications all over the world. They are composed of a moving part, the rotor, and a stationary part, the stator, through which flows an electric current, generating a magnetic field responsible for the conversion from electrical energy to mechanical energy. Stator manufacturing is a complex assignment that comprises many steps and flaw occurrences in these steps can result in a malfunctioning stator. Thus inspections are done in order to control these events. Nowadays human operators are responsible for the most part of the inspections, however they are subjected to factors as fatigue and lack of attention. So, it is important to develop other kinds of control which use automatized inspections. In such context, machine vision techniques are strong candidates. Thus, this work aims to develop automatic inspection techniques of defects which can be seen in visible light, identifying the ones that trained human operators are able to identify. In order to do it, an analysis of the most common defects was made and then a selection of the ones that could be detected using machine vision. Three defects have been the focus: possible shortcuts between coil wires and the rotor, insufficient height of the insulants between the stator body and its coils, and disconnection of the stator power supply cables inside the electrical connector. Measurement principles have been developed, together with test benches, and their results have been evaluated with case studies in laboratory and on a stator assembly line. Although the test results were very satisfactory, some changes on the test bench were considered necessary in order to enhance the reliability required in industry, where few wrong indications per million of evaluated parts are tolerated. Based on the results, suggestions are made as proposals for future works.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:05:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335897.pdf: 16622030 bytes, checksum: 19f1d711e176fed290f9e653d9293344 (MD5) Previous issue date: 2015 / Na modelagem da dinâmica de estruturas, um modelo mecânico-matemático é construído com a finalidade de determinar o comportamento de estruturas reais. Nesse processo, duas fontes de incertezas podem ser destacadas: as limitações dos processos de manufatura que, por mais complexos e modernos, não podem eliminar as variabilidades de produção e a incapacidade de representar matematicamente processos físicos complexos de maneira exata. Esta dissertação tem como principal objetivo a determinação numérica do comportamento dinâmico de um tubo de descarga acoplado à carcaça de um compressor hermético considerando as incertezas do modelo. Inicialmente, é construído um modelo linear determinístico para cada componente estrutural e, a partir desse modelo médio, desenvolve-se um modelo probabilístico não paramétrico. Essa abordagem estocástica, bastante recente, encontra-se amparada no Princípio de Máxima Entropia, levando em conta as restrições físicas de um sistema dinâmico como vínculos em um problema de otimização. Em uma primeira análise, a resposta dinâmica de cada componente é avaliada separadamente, enquanto a dispersão do modelo de cada estrutura, controlada por três parâmetros, é determinada utilizando resultados experimentais. Por fim, a determinação do comportamento dinâmico do tubo de descarga acoplado à carcaça é calculada através de um método de síntese modal de componentes. Essa metodologia permite acessar a resposta robusta do sistema quando as incertezas não estão distribuídas de maneira homogênea no modelo. Os resultados mostram que a determinação da velocidade quadrática média na superfície da carcaça do compressor, quando excitada através de uma extremidade do tubo de descarga, é bastante sensível às incertezas no modelo numérico do tubo. Esse resultado sugere que a construção de modelos mais representativos para o tubo de descarga é parte fundamental para a obtenção de modelos mais fiéis às respostas reais do sistema. Além disso, a aplicação da abordagem probabilística não paramétrica juntamente com o método de síntese modal de componentes mostrou-se uma ferramenta interessante para o projeto de novos tubos de descarga, uma vez que tal metodologia é capaz de considerar as variabilidades do processo de manufatura e, de maneira conjunta, as limitações do modelo numérico utilizado.<br> / Abstract : During structural modeling process, a mathematical-mechanical model is constructed to determine the dynamical behavior of physical structures. In this process, two sources of uncertainties should be highlighted: the limitations of the manufacturing processes, even complex and modern ones, which cannot eliminate production variabilities, and the incapability to represent, mathematically, complex physical processes accurately. The main purpose of this master thesis is to evaluate the dynamical behavior of a discharge pipe coupled with an hermetic compressor shell considering the uncertainties of the numerical model. Firstly, a linear deterministic model is constructed for each compressor's component and, from this mean model, a nonparametric probabilistic model is implemented. This recent stochastic approach is derived from the maximum entropy principle, which considers the physical properties of the dynamical system as constraints in an optimization problem. In a first analysis, the dynamical responses from the compressor components are individually analyzed, while the dispersion of each numerical model, controlled by three parameters, are fitted by using experimental results. Finally, the dynamical responses of the discharge pipe coupled with the compressor's shell are calculated according to a component mode synthesis method, which is able to represent nonhomogeneous uncertainties in the numerical model. The obtained result shows that the averaged square velocity on the housing surface, due to an excitation on the discharge pipe, is very sensitive with respect to the tube model uncertainties. This result suggests that a more representative discharge pipe model is very important to achieve a better model for the coupled system. Moreover, the nonparametric probabilistic approach, together with the component mode synthesis method, seems to be an interesting tool to design new discharge pipes considering the limitations of the numerical model as well as the variability of the manufacturing processes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:07:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336028.pdf: 11861914 bytes, checksum: bd5c44f94bfb9d85c48ea0d22c9e8aed (MD5) Previous issue date: 2015 / O mapeamento tecnológico de produtos é um processo que auxilia no planejamento estratégico de novos produtos diante das mudanças frequentes de mercado e novas tecnologias ao longo do tempo. Para desenvolvimento do mapa tecnológico, foi constatada a necessidade de utilização de métodos que potencializem a criatividade na geração de novas ideias bem como orientações para o trabalho em equipe. A literatura sugere a utilização das Tendências de Evolução (TEs) da TRIZ (Teoria da Solução Inventiva de Problemas) para gerar novas ideias para o mapa. Entretanto, não existem indicações claras sobre como selecionar e usar as TEs para desenvolver o mapa. Outra limitação encontrada está relacionada à sistematização do conteúdo do mapa em termos de estruturação, representação e relacionamento das informações do mapa para facilitar sua construção. Com este propósito, são determinadas as diretrizes que subsidiam a proposição do trabalho, por meio de revisão bibliográfica e aplicações práticas sobre o mapeamento tecnológico e ferramentas potenciais de apoio. A partir disto é delineada a proposta de uma metodologia de Mapeamento tecnológico de produtos integrando a utilização das Tendências de evolução da TRIZ (MaTeTRIZ) em conjunto com ferramentas para desenvolvimento do conteúdo do mapa. Um apoio computacional foi desenvolvido para guiar o desenvolvimento do mapa e possibilitar o registro, conservação e atualização dos resultados.A metodologia e apoio computacional foram avaliados por usuários potenciais e especialistas mediante aplicações. Os resultados mostram o potencial das TEs da TRIZ na obtenção de um número maior de ideias inovadoras e úteis no mapa e a adequação da metodologia e sistema computacional para o propósito pretendido. A pesquisa resultou em subsídios para direcionar e otimizar a geração de ideias inovadoras no mapeamento por meio de ferramentas para seleção e uso das TEs e, da mesma forma, facilitar o desenvolvimento do mapa tecnológico empregando um sistema computacional. Deste modo, aumentam-se as chances de gerar novas ideias promissoras para desenvolvimento e contribui-se no estudo de métodos e ferramentas de apoio ao mapeamento tecnológico e planejamento de produto.<br> / Abstract : The technology roadmapping (TRM) is a process that assists in the strategic planning of new products in front of frequent changes of market and new technologies over time. On the development of technology roadmap was noted the need to use methods that potentiate the team creativity in the new ideas generation, as well as, guidance the team. The literature suggests the use of the Trends of Evolution (TEs) of TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving) to generate new ideas for the roadmap. However, there are not clear evidence about how to select and use the TEs in the development of technology roadmap. Another limitation founded is related to the systematization of the roadmap in terms of structure, representation and relationship of the information to facilitate the roadmap development. For this purpose, the guidelines that support the proposition of this work through a literature review and practical applications of the technology roadmapping and potential support tools are determined. Based on this, it is proposed a methodology of technology roadmapping, which integrates the use of trends of evolution and tools to support the roadmap development. A computational tool to guide the roadmap development and allow the recording and updating of results was developed. Potential users and experts evaluated the methodology and computational tool through applications. The results show the potential of the trends of evolution to obtain a greater number of new and useful ideas on the roadmap, as well as, the contribution of the methodology and computational tool for the desired purpose. The research resulted in subsidies to guide and optimize the generation of innovative ideas through tools for selection and use of trends of evolution and, similarly, to facilitate the roadmap development employing a computational tool. It contributes to increase the chances of generating promising new ideas for development and to the study of methods and tools to support technology roadmapping and product planning.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:08:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335894.pdf: 3270568 bytes, checksum: 8cd03704da81158faacc9c281b2f2785 (MD5) Previous issue date: 2015 / Sistemas de refrigeração, tais como refrigeradores e congeladores, têm comportamento dinâmico lento. Esse fato contribui sobremaneira para que os ensaios relacionados ao controle de qualidade na produção dos mesmos demandem elevados tempos e, consequentemente, custos. Este trabalho analisa, de forma experimental, grandezas alternativas às tradicionalmente usuais - temperaturas no interior do sistema; potência consumida no transiente de partida do compressor - com potencial de indicação de defeitos em tempos reduzidos. Para tal análise, foram provocados e emulados defeitos de forma controlada em refrigeradores domésticos. A partir de revisão bibliográfica e de contato com especialistas de empresas fabricantes de sistemas de refrigeração e de componentes, foram identificados três defeitos típicos: obstrução na linha de líquido; vazamentos internos ao compressor; carga de fluido refrigerante fora do valor nominal. Três refrigeradores foram empregados como estudo de caso. Individualmente, os resultados foram bons, porém, quando analisados comportamento médio dos três refrigeradores, observou-se grande dispersão de comportamento. Os resultados mostraram que as formas propostas de aplicação de defeitos foram satisfatórias e passíveis de aplicação em investigações futuras, seguindo a linha deste trabalho. Quanto às grandezas analisadas para caracterização de defeitos, houve indicativo de potencial aplicação, em especial da potência elétrica. Porém, há necessidade de aprofundamento dos estudos para efetiva validação dos resultados alcançados.<br> / Abstract : Refrigeration systems as freezers and household refrigerators have slow dynamic behavior. Quality tests in these products production lines demand extensive time and costs. The current work analyses alternative features and properties, based on the systems quantities, with potential to reduce the demanded time in these tests by an experimental approach. To reach this objective, defects were emulated and applied on household refrigeration systems in a controlled way. From the literature review and the contact with refrigeration systems manufacturers experts three typical defects were identified: liquid line restriction; compressor inner leakages; refrigerant fluid overcharge and undercharge. Three household refrigerators were used as case of study. Individually, they presented good results, however large dispersions were found in the sample results composed by the three refrigerators. In the other hand, the proposed methods for application and emulation of defects were validated and may be used in this work line future applications. Electrical power consumption was identified as the most potentially capable quantity to identify defects on the analyzed refrigeration systems. Nevertheless deeper researches may be done to validate the achieved results.