Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-10-21T11:41:37Z No. of bitstreams: 1 DissNMA.pdf: 5169564 bytes, checksum: 024c06d911b0aca7d5ad498353cc25ef (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:38:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNMA.pdf: 5169564 bytes, checksum: 024c06d911b0aca7d5ad498353cc25ef (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:38:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNMA.pdf: 5169564 bytes, checksum: 024c06d911b0aca7d5ad498353cc25ef (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T18:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissNMA.pdf: 5169564 bytes, checksum: 024c06d911b0aca7d5ad498353cc25ef (MD5) Previous issue date: 2015-11-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Friction Spot Joining (FSpJ) is a prize-winning joining technique for hybrid metal-polymer composite structures. This master thesis was devised to investigate the feasibility of FSpJ of metal-composite structures with additional film interlayer. Friction spot joints of aluminum alloy 2024-T3 and carbon-fiberreinforced polyphenylene sulfide laminate composite with additional PPS film interlayer were successfully produced. The highest peak temperature achieved during the joining process was 417°C. DSC analysis demonstrated that the degree of crystallinity decreased for the composite (from 22% to 12%) and increased for the PPS film (from 7% to 27%) after joining. TGA analysis indicated that no extensive thermo-mechanical degradation induced by the joining process occurred. The main bonding mechanisms of FSp joint were identified as macro- and micro-mechanical interlocking, as well as adhesion forces. The process-related microstructural effects were evaluated and correlated to the local mechanical performance of the joining parts through micro and nanohardness. Further, mechanical grinding, sandblasting and plasma activation surface pre-treatments were performed on the composite part to enhance the adhesion between the joining parts. The generated surface features due to the surface pre-treatments were correlated to the mechanical performance of the joints. Sandblasted specimens showed the best mechanical performance among the surface pre-treatments used in this work. The lap shear strength of joints with interlayer (2703 ± 114 N up to 3069 ± 166 N) was up to 55% higher than the corresponding joints without film. The fatigue life of the joints with interlayer was 4 times longer in comparison with those without interlayer; superior fatigue strength was also observed. The durability of the joints was evaluated through hydrothermal accelerated aging; the maximum reduction in initial strength was 12.4% for 28 days of aging. Finally, the failure mechanisms of the joints were discussed, demonstrating a mixture of adhesivecohesive failure mode. / A União Pontual por Fricção (FSpJ) é uma técnica internacionalmente premiada para união de estruturas híbridas metal-compósito polimérico. Esta dissertação de mestrado investigou a viabilidade técnica da produção de juntas metal-compósito com filme polimérico intermediário através do FSpJ. Juntas de alumínio 2024-T3 e laminado compósito de poli(sulfeto de fenileno) (PPS) reforçado com fibras de carbono com filme intermediário de PPS foram produzidas com sucesso. A máxima temperatura processual identificada foi de 417°C. Análises de DSC demonstraram decréscimo no grau de cristalinidade do compósito (de 22% para 12%) e acréscimo no caso do filme intermediário (de 7% para 27%) depois de submetidos ao processo de união. Análises de TGA não identificaram evidências de ocorrência de degradação termomecânica dos componentes poliméricos das juntas induzida pelo FSpJ. Os principais mecanismos de união identificados na interface das juntas foram macro- e micro-ancoramento mecânico, além de forças adesivas. As mudanças microestruturais induzidas pelo processo de união foram investigadas e correlacionadas com o desempenho mecânico local dos componentes da junta através de medidas de micro e nanodureza. Pré-tratamentos superficiais de lixamento, jateamento de areia e ativação por plasma foram realizados no componente compósito a fim de aprimorar a adesão entre os componentes a serem unidos. As superfícies pré-tratadas foram caracterizadas e suas propriedades foram correlacionadas com a resistência mecânica das juntas correspondentes. As amostras jateadas produziram juntas com a melhor resistência mecânica entre os pré-tratamentos superficiais investigados neste estudo. A resistência ao cisalhamento das juntas com filme (2703 ± 114 N até 3069 ± 166 N) apresentou-se até 55% superior à resistência das respectivas juntas sem filme. A vida em fadiga das juntas com filme apresentou-se cerca de 4 vezes mais longa em comparação às juntas sem filme. A durabilidade das juntas foi investigada através de envelhecimento hidrotérmico acelerado, sendo que a máxima redução em resistência ao cisalhamento foi de 12,4% para 28 dias de envelhecimento. Finalmente, os mecanismos de falha das juntas foram discutidos, demonstrando a predominância do modo coesivo de falha.

Com o advento da geração distribuída foi permitido aos sistemas de distribuição a possibilidade de operação de forma ilhada dos sistemas interligados de grande porte. Apesar de suas vantagens, do ponto de vista técnico, ainda existe uma série de desafios que necessitam ser superados para a plena aplicação desse conceito. Um desses desafios é definido pela transição dos modos operativos dos geradores distribuídos durante o processo de ilhamento. Da forma em que é reportada na literatura, infere-se que tal transição é realizada de um modo inadequado, amplificando os transitórios observados nas grandezas do gerador distribuído - e por consequência, da rede em que o mesmo se conecta - durante o processo de ilhamento, o que não é desejável. No contexto apresentado, a principal contribuição desta pesquisa está em propor uma estrutura híbrida de controle a ser aplicada aos sistemas de excitação de geradores síncronos que operam em sistemas de distribuição que permitem a operação ilhada de determinadas porções de suas redes. A principal característica da estrutura proposta está em atenuar os transitórios das variáveis do gerador controlado durante o processo de ilhamento. Além disso, o arranjo da estrutura proposta estabelece um compromisso entre a potência reativa e a tensão terminal do gerador controlado, quando o mesmo opera em paralelo com os sistemas interligados de grande porte. Nessa condição, o sistema de controle mantém a potência reativa próxima da referência ajustada atendendo a uma faixa adequada de valores de tensão terminal. / With the advent of distributed generation, the possibility of autonomous operation regarding the bulk power systems was allowed to the distribution systems. Despite its advantages, from the technical point of view, there are lots of challenges that need to be overcome for the full application of this concept. One of these challenges is the transition of distributed generators operating modes during the islanding process. Based in the literature survey, it is inferred that transition is performed in a wrong way, which amplifies the transients in controlled generator quantities and consequently, of the network connected to it during the islanding process, which is undesirable. In this context, the main contribution of this research is the proposal of a hybrid control structure to be applied to the excitation systems of synchronous generators that operate in distribution systems whose islanded operation of determined portions of its grids is permitted. The main characteristic of the proposed structure is the attenuation of transients of the controlled generator quantities during the islanding process. Furthermore, the design of this structure provides a compromise between the generator reactive power and terminal voltage when it operates in parallel with the bulk power systems. That way, the control system maintains the reactive power close to the adjusted reference attending an appropriate range of terminal voltage values.

Com o advento da geração distribuída foi permitido aos sistemas de distribuição a possibilidade de operação de forma ilhada dos sistemas interligados de grande porte. Apesar de suas vantagens, do ponto de vista técnico, ainda existe uma série de desafios que necessitam ser superados para a plena aplicação desse conceito. Um desses desafios é definido pela transição dos modos operativos dos geradores distribuídos durante o processo de ilhamento. Da forma em que é reportada na literatura, infere-se que tal transição é realizada de um modo inadequado, amplificando os transitórios observados nas grandezas do gerador distribuído - e por consequência, da rede em que o mesmo se conecta - durante o processo de ilhamento, o que não é desejável. No contexto apresentado, a principal contribuição desta pesquisa está em propor uma estrutura híbrida de controle a ser aplicada aos sistemas de excitação de geradores síncronos que operam em sistemas de distribuição que permitem a operação ilhada de determinadas porções de suas redes. A principal característica da estrutura proposta está em atenuar os transitórios das variáveis do gerador controlado durante o processo de ilhamento. Além disso, o arranjo da estrutura proposta estabelece um compromisso entre a potência reativa e a tensão terminal do gerador controlado, quando o mesmo opera em paralelo com os sistemas interligados de grande porte. Nessa condição, o sistema de controle mantém a potência reativa próxima da referência ajustada atendendo a uma faixa adequada de valores de tensão terminal. / With the advent of distributed generation, the possibility of autonomous operation regarding the bulk power systems was allowed to the distribution systems. Despite its advantages, from the technical point of view, there are lots of challenges that need to be overcome for the full application of this concept. One of these challenges is the transition of distributed generators operating modes during the islanding process. Based in the literature survey, it is inferred that transition is performed in a wrong way, which amplifies the transients in controlled generator quantities and consequently, of the network connected to it during the islanding process, which is undesirable. In this context, the main contribution of this research is the proposal of a hybrid control structure to be applied to the excitation systems of synchronous generators that operate in distribution systems whose islanded operation of determined portions of its grids is permitted. The main characteristic of the proposed structure is the attenuation of transients of the controlled generator quantities during the islanding process. Furthermore, the design of this structure provides a compromise between the generator reactive power and terminal voltage when it operates in parallel with the bulk power systems. That way, the control system maintains the reactive power close to the adjusted reference attending an appropriate range of terminal voltage values.