O uso da bicicleta tem sido difundido, tanto para atividades de lazer quanto para a prática de esportes. Este meio de transporte tem ocupado grande espaço na sociedade, principalmente naquelas mais numerosas - Índia e China, por exemplo. Da segunda metade do século XX para o presente, o estudo da fadiga ganhou relevância para buscar o entendimento/explicação para algumas falhas catastróficas que ocorreram neste período. O ciclismo não poderia ser diferente, acompanhou a evolução, tanto de técnica quanto de materiais. Apesar deste desenvolvimento algumas estruturas - quadros de bicicleta sofrem falhas durante o uso, apresentando trincas ou até mesmo entrando em colapso súbito. Os esforços gerados durante a prática do ciclismo de estrada diferem daqueles gerados durante a prática do mountain bike. Tendo como ponto de partida um quadro de bicicleta que falhou – trincou, no desenvolvimento do trabalho simula-se um carregamento capaz de avaliar a resistência da junta soldada de fácil reprodução em teste, retratando uma condição de uso. O comportamento da estrutura com o carregamento proposto foi simulado utilizando a técnica de elementos finitos. A tensão máxima localizada coincidiu com o ponto em que surgiu a falha no quadro analisado, a magnitude da tensão naquele ponto também foi avaliada. Aplicando-se o procedimento de cálculo para a vida em fadiga de uma estrutura, obteve-se um resultado de tensão que atingiu 40% do valor necessário para desencadear o processo – fadiga, naquele ponto. A análise confrontou a resistência do projeto com o carregamento proposto para verificar sua capacidade para absorver esforços da ordem ou superiores ao analisado. Sabe-se que ciclistas mais radicais poderiam valer-se da combinação deste carregamento com outras situações onde a massa do ciclista pode facilmente ser amplificada por efeitos dinâmicos, altas velocidades e obstáculos diversos. Esta condição adversa é complexa para ser reproduzida em uma simulação porque se desconhecem os valores relativos às deformações, assim como as velocidades, ângulos e movimentos que o ciclista possa estar realizando durante este tipo de uso, comumente verificado durante a prática do esporte – mountain bike. / The bicycle use has been diffused among the population in general, the people started to see it as a way of transport. It has been used both for transportation and for professional cyclists who use it as tool to reach their goals or to win bicycle races. The evolution, both on materials and cycling/bike riding techniques in the second half of last century has changed. In the other hand, fatigue cases which follow some disasters got some relevancy. The first goal was to find some explanation for what happened and how to avoid the problem – the crack, or in some cases the disaster. The cyclism followed the evolution, both on materials, on the road bikes and off-road bikes. Actually many riders know that some samples of bike frames have failed during use or even worse the crack appeared and the frame broke down suddenly. The discussion concerning the bicycle frame resistance doesn’t look finished. The cyclists demands are different. The loads encountered during cycling can be very different comparing on and off-road bikes – Road and Mountain Bike. The start point for the present work involved a sample of a Mountain Bike frame which had failed. The work development was to propose a kind of load which could test the fatigue strength of the material analyzed. The load proposed should be easy to simulate in finite element analysis – FEA, and it must reproduce a normal use condition. The the load were defined, the structure were simulated using a specific software – FEA. Finite element analysis. After the test the responses were collected. The primary goals were to find the location of the main tensile and its measurement in the frame. It coincided exactly with the crack in the real bike frame. Using the normal procedure to predict the fatigue life in the welded joint, the result reached 40% of the fatigue resistance for that joint, considering the load applied. The analysis compared the project resistance to the load to check its capacity to absorb loads igual or above the one which were used. Some riders that are more strength, those who can apply more than the load proposed or even those who are more radical in their way of riding could use the combination of these situations making the load easly amplified by dynamics effects, bumps and high speed for example. This hard condition of use is complex to be reproduced because there isn’t any information concerning strain, speed, angles and the montion that the rider could do when riding a mountain bike.

O uso da bicicleta tem sido difundido, tanto para atividades de lazer quanto para a prática de esportes. Este meio de transporte tem ocupado grande espaço na sociedade, principalmente naquelas mais numerosas - Índia e China, por exemplo. Da segunda metade do século XX para o presente, o estudo da fadiga ganhou relevância para buscar o entendimento/explicação para algumas falhas catastróficas que ocorreram neste período. O ciclismo não poderia ser diferente, acompanhou a evolução, tanto de técnica quanto de materiais. Apesar deste desenvolvimento algumas estruturas - quadros de bicicleta sofrem falhas durante o uso, apresentando trincas ou até mesmo entrando em colapso súbito. Os esforços gerados durante a prática do ciclismo de estrada diferem daqueles gerados durante a prática do mountain bike. Tendo como ponto de partida um quadro de bicicleta que falhou – trincou, no desenvolvimento do trabalho simula-se um carregamento capaz de avaliar a resistência da junta soldada de fácil reprodução em teste, retratando uma condição de uso. O comportamento da estrutura com o carregamento proposto foi simulado utilizando a técnica de elementos finitos. A tensão máxima localizada coincidiu com o ponto em que surgiu a falha no quadro analisado, a magnitude da tensão naquele ponto também foi avaliada. Aplicando-se o procedimento de cálculo para a vida em fadiga de uma estrutura, obteve-se um resultado de tensão que atingiu 40% do valor necessário para desencadear o processo – fadiga, naquele ponto. A análise confrontou a resistência do projeto com o carregamento proposto para verificar sua capacidade para absorver esforços da ordem ou superiores ao analisado. Sabe-se que ciclistas mais radicais poderiam valer-se da combinação deste carregamento com outras situações onde a massa do ciclista pode facilmente ser amplificada por efeitos dinâmicos, altas velocidades e obstáculos diversos. Esta condição adversa é complexa para ser reproduzida em uma simulação porque se desconhecem os valores relativos às deformações, assim como as velocidades, ângulos e movimentos que o ciclista possa estar realizando durante este tipo de uso, comumente verificado durante a prática do esporte – mountain bike. / The bicycle use has been diffused among the population in general, the people started to see it as a way of transport. It has been used both for transportation and for professional cyclists who use it as tool to reach their goals or to win bicycle races. The evolution, both on materials and cycling/bike riding techniques in the second half of last century has changed. In the other hand, fatigue cases which follow some disasters got some relevancy. The first goal was to find some explanation for what happened and how to avoid the problem – the crack, or in some cases the disaster. The cyclism followed the evolution, both on materials, on the road bikes and off-road bikes. Actually many riders know that some samples of bike frames have failed during use or even worse the crack appeared and the frame broke down suddenly. The discussion concerning the bicycle frame resistance doesn’t look finished. The cyclists demands are different. The loads encountered during cycling can be very different comparing on and off-road bikes – Road and Mountain Bike. The start point for the present work involved a sample of a Mountain Bike frame which had failed. The work development was to propose a kind of load which could test the fatigue strength of the material analyzed. The load proposed should be easy to simulate in finite element analysis – FEA, and it must reproduce a normal use condition. The the load were defined, the structure were simulated using a specific software – FEA. Finite element analysis. After the test the responses were collected. The primary goals were to find the location of the main tensile and its measurement in the frame. It coincided exactly with the crack in the real bike frame. Using the normal procedure to predict the fatigue life in the welded joint, the result reached 40% of the fatigue resistance for that joint, considering the load applied. The analysis compared the project resistance to the load to check its capacity to absorb loads igual or above the one which were used. Some riders that are more strength, those who can apply more than the load proposed or even those who are more radical in their way of riding could use the combination of these situations making the load easly amplified by dynamics effects, bumps and high speed for example. This hard condition of use is complex to be reproduced because there isn’t any information concerning strain, speed, angles and the montion that the rider could do when riding a mountain bike.

O uso da bicicleta tem sido difundido, tanto para atividades de lazer quanto para a prática de esportes. Este meio de transporte tem ocupado grande espaço na sociedade, principalmente naquelas mais numerosas - Índia e China, por exemplo. Da segunda metade do século XX para o presente, o estudo da fadiga ganhou relevância para buscar o entendimento/explicação para algumas falhas catastróficas que ocorreram neste período. O ciclismo não poderia ser diferente, acompanhou a evolução, tanto de técnica quanto de materiais. Apesar deste desenvolvimento algumas estruturas - quadros de bicicleta sofrem falhas durante o uso, apresentando trincas ou até mesmo entrando em colapso súbito. Os esforços gerados durante a prática do ciclismo de estrada diferem daqueles gerados durante a prática do mountain bike. Tendo como ponto de partida um quadro de bicicleta que falhou – trincou, no desenvolvimento do trabalho simula-se um carregamento capaz de avaliar a resistência da junta soldada de fácil reprodução em teste, retratando uma condição de uso. O comportamento da estrutura com o carregamento proposto foi simulado utilizando a técnica de elementos finitos. A tensão máxima localizada coincidiu com o ponto em que surgiu a falha no quadro analisado, a magnitude da tensão naquele ponto também foi avaliada. Aplicando-se o procedimento de cálculo para a vida em fadiga de uma estrutura, obteve-se um resultado de tensão que atingiu 40% do valor necessário para desencadear o processo – fadiga, naquele ponto. A análise confrontou a resistência do projeto com o carregamento proposto para verificar sua capacidade para absorver esforços da ordem ou superiores ao analisado. Sabe-se que ciclistas mais radicais poderiam valer-se da combinação deste carregamento com outras situações onde a massa do ciclista pode facilmente ser amplificada por efeitos dinâmicos, altas velocidades e obstáculos diversos. Esta condição adversa é complexa para ser reproduzida em uma simulação porque se desconhecem os valores relativos às deformações, assim como as velocidades, ângulos e movimentos que o ciclista possa estar realizando durante este tipo de uso, comumente verificado durante a prática do esporte – mountain bike. / The bicycle use has been diffused among the population in general, the people started to see it as a way of transport. It has been used both for transportation and for professional cyclists who use it as tool to reach their goals or to win bicycle races. The evolution, both on materials and cycling/bike riding techniques in the second half of last century has changed. In the other hand, fatigue cases which follow some disasters got some relevancy. The first goal was to find some explanation for what happened and how to avoid the problem – the crack, or in some cases the disaster. The cyclism followed the evolution, both on materials, on the road bikes and off-road bikes. Actually many riders know that some samples of bike frames have failed during use or even worse the crack appeared and the frame broke down suddenly. The discussion concerning the bicycle frame resistance doesn’t look finished. The cyclists demands are different. The loads encountered during cycling can be very different comparing on and off-road bikes – Road and Mountain Bike. The start point for the present work involved a sample of a Mountain Bike frame which had failed. The work development was to propose a kind of load which could test the fatigue strength of the material analyzed. The load proposed should be easy to simulate in finite element analysis – FEA, and it must reproduce a normal use condition. The the load were defined, the structure were simulated using a specific software – FEA. Finite element analysis. After the test the responses were collected. The primary goals were to find the location of the main tensile and its measurement in the frame. It coincided exactly with the crack in the real bike frame. Using the normal procedure to predict the fatigue life in the welded joint, the result reached 40% of the fatigue resistance for that joint, considering the load applied. The analysis compared the project resistance to the load to check its capacity to absorb loads igual or above the one which were used. Some riders that are more strength, those who can apply more than the load proposed or even those who are more radical in their way of riding could use the combination of these situations making the load easly amplified by dynamics effects, bumps and high speed for example. This hard condition of use is complex to be reproduced because there isn’t any information concerning strain, speed, angles and the montion that the rider could do when riding a mountain bike.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tecnologias para o monitoramento de componentes estruturais, como strain gauges e fibra ótica, são comumente utilizadas quando deseja-se obter informações sobre o estado de deformação. Ambas as técnicas exigem cabeamento, produzindo diversas adversidades em suas aplicações. Assim, novas tecnologias sem fio vem ganhando espaço, buscando monitoramento remoto e versátil. Sensores sem fio, utilizando a tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID), se mostram atrativos meios de contornar estas adversidades. Estes sensores são formados por uma antena e um componente integrado de identificação RFID. O conceito de funcionamento do sensor é que ao ser fixado no componente que deseja ser monitorado, irá sofrer esforços mecânicos semelhantes aos esforços sofridos pelo componente e irá se deformar. Esta deformação conduzirá a uma alteração sua frequência de ressonância. Dessa forma, dependendo do tipo de esforço uma resposta será obtida. Para construção do sensor foi utilizado o material NY9220 para o corpo de prova uma chapa de alumínio de 2 mm de espessura. Para validação do sensor, incialmente foi realizado um estudo numérico pelo método de elementos finitos. Posteriormente uma etapa experimental foi realizada onde o sensor foi fixado através de resina ao corpo de prova. À medida que deslocamentos eram aplicados os dados da frequência de ressonância e deformação são coletados e estes correlacionados. Uma correlação linear entre frequência de ressonância e deformação foi verificada no modelo numérico e na parte experimental. O sensor se mostrou capaz de detectar e monitorar deformações em estruturas metálicas. / Technologies for the monitoring of structural components, such as strain gauges and fiber optic, are commonly used when information on the state of deformation is desired. Both techniques require cabling, producing various adversities in their applications. Thus, new wireless technologies have been gaining space, seeking remote and versatile monitoring. Wireless sensors, using Radio Frequency Identification (RFID) technology, are attractive means of getting around these adversities. These sensors consist of an antenna and an integrated identification component RFID. The concept of operation of the sensor is that when attached to the component it wishes to be monitored, it will undergo similar stresses to the stresses suffered by the component and will deform. This strain will lead to a change in its resonant frequency. In this way, depending on the type of effort, a response will be obtained. For the construction of the sensor was used the material NY9220 for the specimen a sheet of aluminum of 2 mm of thickness. For the validation of the sensor, a numerical study was initially carried out by the finite element method. Subsequently an experimental stage was performed where the sensor was fixed through resin to the specimen. As displacements were applied, the resonance and strain frequency data were collected and correlated. A linear correlation between resonance frequency and strain was verified in the numerical model and in the experimental part. The sensor was able to detect and monitor deformations in metal structures.

O alumínio, ou mais precisamente as ligas de alumínio, vem ganhando significativo espaço no mercado das construções metálicas, com aplicação nas estruturas e em componentes como telhas e painéis em geral. Características como a leveza, boa trabalhabilidade, elevada resistência mecânica e à corrosão colocam as estruturas de alumínio como vantajosas em relação às estruturas de aço em muitas situações. Enfatizando as características do material e o projeto estrutural, são apresentadas as ligas de alumínio, suas características e produtos disponíveis, e os fundamentos teóricos que constituem a base do dimensionamento das barras e das ligações. Com a ausência de norma brasileira para projeto de estruturas de alumínio, são apresentados e discutidos os requisitos da norma americana da Aluminum Association e as recomendações das usinas produtoras. / Aluminum or, more specifically, aluminum alloys, have been gaining a significant niche in the market of metal constructions, with applications in structures and in components such as roof tiles and panel in general. Characteristics such as workability, and high mechanical and corrosion resistance have placed aluminum structures in an advantageous position in relation to steel structures in many situations. Emphasizing characteristics of the material and Structural design, this work discusses aluminum alloys, their characteristics and the products available, as well as the theoretical fundaments that serve as the basis for the design of members and connections. Lacking a Brazilian code for the design of aluminum structures, the requirements of American code of the Aluminum Association and the recommendations of the manufactures are present and discussed.

Tecnologias para o monitoramento de componentes estruturais, como strain gauges e fibra ótica, são comumente utilizadas quando deseja-se obter informações sobre o estado de deformação. Ambas as técnicas exigem cabeamento, produzindo diversas adversidades em suas aplicações. Assim, novas tecnologias sem fio vem ganhando espaço, buscando monitoramento remoto e versátil. Sensores sem fio, utilizando a tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID), se mostram atrativos meios de contornar estas adversidades. Estes sensores são formados por uma antena e um componente integrado de identificação RFID. O conceito de funcionamento do sensor é que ao ser fixado no componente que deseja ser monitorado, irá sofrer esforços mecânicos semelhantes aos esforços sofridos pelo componente e irá se deformar. Esta deformação conduzirá a uma alteração sua frequência de ressonância. Dessa forma, dependendo do tipo de esforço uma resposta será obtida. Para construção do sensor foi utilizado o material NY9220 para o corpo de prova uma chapa de alumínio de 2 mm de espessura. Para validação do sensor, incialmente foi realizado um estudo numérico pelo método de elementos finitos. Posteriormente uma etapa experimental foi realizada onde o sensor foi fixado através de resina ao corpo de prova. À medida que deslocamentos eram aplicados os dados da frequência de ressonância e deformação são coletados e estes correlacionados. Uma correlação linear entre frequência de ressonância e deformação foi verificada no modelo numérico e na parte experimental. O sensor se mostrou capaz de detectar e monitorar deformações em estruturas metálicas. / Technologies for the monitoring of structural components, such as strain gauges and fiber optic, are commonly used when information on the state of deformation is desired. Both techniques require cabling, producing various adversities in their applications. Thus, new wireless technologies have been gaining space, seeking remote and versatile monitoring. Wireless sensors, using Radio Frequency Identification (RFID) technology, are attractive means of getting around these adversities. These sensors consist of an antenna and an integrated identification component RFID. The concept of operation of the sensor is that when attached to the component it wishes to be monitored, it will undergo similar stresses to the stresses suffered by the component and will deform. This strain will lead to a change in its resonant frequency. In this way, depending on the type of effort, a response will be obtained. For the construction of the sensor was used the material NY9220 for the specimen a sheet of aluminum of 2 mm of thickness. For the validation of the sensor, a numerical study was initially carried out by the finite element method. Subsequently an experimental stage was performed where the sensor was fixed through resin to the specimen. As displacements were applied, the resonance and strain frequency data were collected and correlated. A linear correlation between resonance frequency and strain was verified in the numerical model and in the experimental part. The sensor was able to detect and monitor deformations in metal structures.

Tecnologias para o monitoramento de componentes estruturais, como strain gauges e fibra ótica, são comumente utilizadas quando deseja-se obter informações sobre o estado de deformação. Ambas as técnicas exigem cabeamento, produzindo diversas adversidades em suas aplicações. Assim, novas tecnologias sem fio vem ganhando espaço, buscando monitoramento remoto e versátil. Sensores sem fio, utilizando a tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID), se mostram atrativos meios de contornar estas adversidades. Estes sensores são formados por uma antena e um componente integrado de identificação RFID. O conceito de funcionamento do sensor é que ao ser fixado no componente que deseja ser monitorado, irá sofrer esforços mecânicos semelhantes aos esforços sofridos pelo componente e irá se deformar. Esta deformação conduzirá a uma alteração sua frequência de ressonância. Dessa forma, dependendo do tipo de esforço uma resposta será obtida. Para construção do sensor foi utilizado o material NY9220 para o corpo de prova uma chapa de alumínio de 2 mm de espessura. Para validação do sensor, incialmente foi realizado um estudo numérico pelo método de elementos finitos. Posteriormente uma etapa experimental foi realizada onde o sensor foi fixado através de resina ao corpo de prova. À medida que deslocamentos eram aplicados os dados da frequência de ressonância e deformação são coletados e estes correlacionados. Uma correlação linear entre frequência de ressonância e deformação foi verificada no modelo numérico e na parte experimental. O sensor se mostrou capaz de detectar e monitorar deformações em estruturas metálicas. / Technologies for the monitoring of structural components, such as strain gauges and fiber optic, are commonly used when information on the state of deformation is desired. Both techniques require cabling, producing various adversities in their applications. Thus, new wireless technologies have been gaining space, seeking remote and versatile monitoring. Wireless sensors, using Radio Frequency Identification (RFID) technology, are attractive means of getting around these adversities. These sensors consist of an antenna and an integrated identification component RFID. The concept of operation of the sensor is that when attached to the component it wishes to be monitored, it will undergo similar stresses to the stresses suffered by the component and will deform. This strain will lead to a change in its resonant frequency. In this way, depending on the type of effort, a response will be obtained. For the construction of the sensor was used the material NY9220 for the specimen a sheet of aluminum of 2 mm of thickness. For the validation of the sensor, a numerical study was initially carried out by the finite element method. Subsequently an experimental stage was performed where the sensor was fixed through resin to the specimen. As displacements were applied, the resonance and strain frequency data were collected and correlated. A linear correlation between resonance frequency and strain was verified in the numerical model and in the experimental part. The sensor was able to detect and monitor deformations in metal structures.

O alumínio, ou mais precisamente as ligas de alumínio, vem ganhando significativo espaço no mercado das construções metálicas, com aplicação nas estruturas e em componentes como telhas e painéis em geral. Características como a leveza, boa trabalhabilidade, elevada resistência mecânica e à corrosão colocam as estruturas de alumínio como vantajosas em relação às estruturas de aço em muitas situações. Enfatizando as características do material e o projeto estrutural, são apresentadas as ligas de alumínio, suas características e produtos disponíveis, e os fundamentos teóricos que constituem a base do dimensionamento das barras e das ligações. Com a ausência de norma brasileira para projeto de estruturas de alumínio, são apresentados e discutidos os requisitos da norma americana da Aluminum Association e as recomendações das usinas produtoras. / Aluminum or, more specifically, aluminum alloys, have been gaining a significant niche in the market of metal constructions, with applications in structures and in components such as roof tiles and panel in general. Characteristics such as workability, and high mechanical and corrosion resistance have placed aluminum structures in an advantageous position in relation to steel structures in many situations. Emphasizing characteristics of the material and Structural design, this work discusses aluminum alloys, their characteristics and the products available, as well as the theoretical fundaments that serve as the basis for the design of members and connections. Lacking a Brazilian code for the design of aluminum structures, the requirements of American code of the Aluminum Association and the recommendations of the manufactures are present and discussed.