Resumo: Revestimento de estruturas aeronaúticas são, em sua maioria, unidos por meio de juntas rebitadas. Para o dimensionamento dessas juntas deverão ser consideradas não somente a resistência das mesmas diante de condições limites de carregamento estático, mas também sua resistência a fadiga quando sujeitas a carregamento cíclico e sua resistência residual no eventual surgimento de trincas. Nesta dissertação são estudadas duas juntas: sobreposta e de topo simples. A modelagem das juntas é feita no software de elementos finitos ANSYS. O objetivo das simulações é reproduzir, de maneira satisfatória, o comportamento das mesmas quando submetida a esforços de tração monotônica. Há uma grande preocupação com simulação do comportamento dos rebites durante o tracionamento das juntas. Comparando os reultados das análises e os resultados dos ensaios (extensômetros e fotoelasticidade). é então proposta uma nova modelagem para os rebites. Por fim, é estudada a excentricidade que as juntas sobreposta e de topo simples apresentam, através da análise teórica do comportamento da tensão do momento secundário e do fator de momento não linear. / Abstract: Aerospace structure surface are mostly, united with rivet joint. These joint specifications must include the limit resistance within static charging conditions as well the limit resistance for fatigue within cyclic charging and residual resistance in eventual crack show up. In this paper two type ofjoint were studied; overlap and top. The modelings were done in ANSYS, infinity element software. The Main objective in these simulations is to reproduce, in a satisfactory manner, the behavior of these joint when subject to monotonic traction stress. There is a major concern about the rivet behavior simulation during joint traction experiments. Comparing the analyses and the results of these essay (strain gages and photoelasticity) a new rivet modeling is proposal. In thes paper, it is also studied the overlap joint and top joint eccentricity behavior thru a theoretical secondary moment tension behavior analysis and also the non-linear moment factor. / Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Coorientador: Carlos Eduardo Chaves / Banca: Luis Rogerio de Oliveira Hein / Banca: Marcio Tadeu de Almeida / Mestre

Orientador: Edson Antonio Capello Sousa / Banca: Kátia Luchese Cavalca Dedini / Banca: Jose Manoel Balthazar / Resumo: Neste trabalho, analisaram-se as freqüencias natuais (axiais, torsionais e de flexão) e as respostas em frequencia de um rotor vertical com um disco rígido na extremidade através da análise modal clássica e complexa. A equação que governa o movimento foi obtida através da formulação Lagrangeana. O modelo considerou os efeitos à flexão, torção e deformação axial do eixo, além dos efeitos giroscópicos e gravitacionais. o método dos elementos finitos foi utilizado para discretização da estrutura em elementos cilíndricos vazados com 12 graus de liberdade. As matrizes de massa, rigidez e giroscópia foram explicitadas de forma consistente. A análise modal tradicional, normalmente aplicada a estrutura estacionárias, não considera uma importante característica das máquinas rotativas que são os modos de precessão direta e retrógrada. Inicialmente, através da análise modal clássica, foram obtidas as frequencias naturais axionais e torsionais no eixo estacionário, já que estas não sofrem influência dos efeitos giroscópicos. Posteriormente a investigação foi executada através da análise modal complexa. Este tipo de ferramenta, que se baseia na utilização de coordenadas direcionais para descrever o comportamento dinâmico do eixo rotativo, permite a decomposição dos modos do sistema em dois submodos, sendo um direto e outro retrógrado. Dessa forma, consegue-se visualizar de maneira clara a órbita e a direção do movimento precessional em torno da linha não deformada do eixo rotativo. Um programa de elementos finitos foi desenvolvido utilizando o software MATLAB e simulações numéricas foram efetuadas de forma a validar o modelo construído. Foram obtidas as frequencias naturais e a resposta forçada em frequencia direcional (dFRF), com o uso da análise modal complexa, para um rotor vertical simples e também para uma coluna de perfuração típica utilizada na construção de poços de petróleo / Abstract: In this study, natural frequencies were analyzed (axial, torsional and flexural) and frequency response of a vertical rotor with a hard disk at the edge through the classical modal and complex analysis. The equation that rules the movement was obtained through the Lagragian formulation. The model considered the effects of bending, torsion and axial deformation of the shaft, besides the gravitational and gyroscopic effects. The finite element method was used to discretize the structure into hollow cylindrical elements with 12 degrees of freedom. Mass, stiffness and gyroscopic matrices were explained consistently. The classical modal analysis, usually applied to stationary structures, does not consider an important characteristic of rotating machinery which are the method of forward and backward whirl. Initially, through the traditional modal analysis, axial and torsional natural frequencies were obtained in a static shaft, since they do not suffer the influence of gyroscopic effects. Later research was performed by complex modal analysis. This type of tool, based on the use of complex coordinates to describe the dynamic behavior of rotating shaft, allows the decomposition of the system in two submodes, backward and forward. Thus, it is possible to clearly visualize that the orbit and direction of the precessional motion around the line of the precessional motion around the line of the rotating shaft is not deformed. A finite element program was developed using MATLAB, and numerical simulations were performed to validate this model. Natural frequencies and directional frequency forced response (dFRF) were obtained using the complex modal analysis for a simple vertical rotor and also for a typical drill string used in the construction of oil wells / Mestre

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Angelo Caporalli Filho / Banca: Ricardo Risso Chaves / Resumo: Dentre os processos de conformação mecânica de metais por deformação plástica, a estampagem possui grande importância por possibilitar a obtenção de produtos de diversos formatos, semi-acabados ou acabados e com boas propriedades mecânicas. A simulação computacional utilizando o método dos elementos finitos apresentou um grande desenvolvimento na última década, hoje é uma importante ferramenta de análise de projetos. Neste trabalho é apresentada a elaboração de um arquivo paramétrico, em linguagem APDL, de simulação do processo de estampagem de copos cilíndricos para o programa comercial ANSYS® 7.0. Este arquivo é construído de maneira automática por um programa criado no software de programação DELPHI 7.0. O paramétrico irá auxiliar o projetista na análise das variáveis do processo de estampagem e no desenvolvimento de ferramental, permitindo realizar um estudo dessas variáveis de maneira isolada ou com vários fatores simultâneos. Para a validação do arquivo paramétrico foram realizados ensaios que foram confrontados com os resultados obtidos nas simulações. / Abstract: Among the processes of forming metals by plastic deformation, the stamping possesses great importance for facilitating the obtaining the products of several formats, near net-shape or net-shape and with good mechanical properties. The computacional simulation using the finite elements method presented a great development in the last decade, today it is an important tool of analysis the projects. In this work the elaboration of a parametric file, in language APDL, of simulation of the stamping process of cylindrical cups for the commercial program ANSYS® 7.0. This file is built in an automatic way by a program making in the programming software DELPHI 7.0. The parametric will help the designer in the analysis of the stamping process variables and development of tools, allowing accomplishing a study of these variables alone or with several factors simultaneously. For validation of the file parametric was accomplished experimentals that were confronted with the results obtained in the simulations. / Mestre

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Victor Orlando Gamarra Rosado / Banca: Gustavo Aristides Santana Martínez / Resumo: Bronzinas são componentes essenciais em motores automotivos, pois são muito importantes sempre que houver peças em movimento relativo, já que sua utilização visa minimizar os danos das peças móveis mais caras e de difícil substituição. Um dos mais comuns tipos de falhas evidenciados em bronzinas é a fadiga superficial, que geralmente aparece na forma de trincas superficiais. Tensões reversas na camada do mancal podem causar fadiga superficial. Estas falhas por fadiga podem ser induzidas na superfície do mancal devido às tensões flutuantes diretas, ou na superfície de união devido às tensões flutuantes de cisalhamento. Muitas são as fontes de tensões em mancais, tais como: gradiente de pressão, flexibilidade de materiais de encosto e alojamento, presença de ranhuras de óleo, não uniformidade do apoio do alojamento, rugosidade superficial, espessura das camadas de encosto e de revestimento, problemas de montagem, entre outros. Este projeto visa determinar o campo de tensões a partir das deformações de encosto e alojamento, utilizando o método dos elementos finitos, e relacionar este campo de tensões com falhas por fadiga. Para isto, é utilizado o software comercial ANSYS® versão 7.0 no qual a bronzina é modelada. / Abstract: Journal bearings are essentials components in automotive engines, because they are very important when exist parts in relative movement, since its use aims at to minimize the damages of the more expensive and difficult substitution mobile parts. One of the most common types of evidenced failures is the surface fatigue, which it appears in the form of surface cracks. Reverse stresses in the bearing layer can cause surface fatigue. These failures can be induced in the surface due to the direct floating stresses or in the bond surface due to the shear floating stresses. There are many stress sources in bearings, such as, pressure gradient, flexibilities of backing and housing materials, presence of oil grooves, non-uniform housing supports, surface roughness, backing and covering layer thickness, assembly problems, among others. This work aims at to determine the stresses field from the backing and housing strain, using the finite elements method, and to relate this stresses field fatigue failures. For this, it is used the commercial software ANSYS® version 7.0 in which the bearing is modeled. / Mestre

Orientador : Fernando de Azevedo Silva / Banca: Gustavo Aristides Santana Martinez / Banca: Angelo Caporali Filho / Resumo: Os processos de estampagem em chapas metálicas destacam-se entre os processos de conformação plástica de metais por possibilitarem a obtenção de peças com formatos diversos e boas propriedades mecânicas. A simulação de processos de fabricação é atualmente uma realidade possibilitando uma melhor compreensão do comportamento dos metais e de processos assim como os avanços na área computacional que permitem desenvolver e aperfeiçoar os programas de simulação. Neste trabalho é apresentada a simulação do processo de embutimento de uma caixa quadrada utilizando o programa comercial de elementos finitos ANSYS, onde foram introduzidas as condições e propriedades reais tanto do processo quanto do material estudado. Nas simulações numéricas são avaliados dois parâmetros do processo de embutimento. O primeiro, é analisada a variação da força máxima de embutimento, até a profundidade limite de estampagem. O segundo, as deformações na espessura do material, é verificada a variação da espessura da chapa devido ao processo de estampagem. Os resultados numéricos são confrontados com os resultados experimentais com o objetivo de validar as simulações. / Abstract: The stamping processes in metallic foils stand out among the processes of forming metals for they make possible the obtaining of pieces with several shapes and good mechanical properties. The simulation of production processes is now a reality to permit a better understanding of the behavior of the metals and of processes as well as the progresses in the computational area that allow to develop and to improve the simulation programs. In this work the simulation of the process of deep-drawing of a square box is presented using the commercial program of finite elements ANSYS, where the conditions and real properties were introduced as much the process of the studied material. In the numeric simulations it is presented two parameters of the deepdrawing process. The first, the variation of the maximum force deep-drawing is analyzed, until the depth stamping limit. The second, the deformations in the thickness of the material, the variation of the thickness of the foil is verified due to the stamping process. The numeric results are compared to the experimental results with the objective of validating the simulations. / Mestre

Resumo: Neste trabalho é apresentada a modelagem analítica baseada nas equações de Maxwell e a modelagem numérica baseada no Método da Simulação de Cargas (MSC) e no Método dos Elementos Finitos (MEF) empregados no cálculo do campo eletromagnético quase-estático em linhas de transmissão. O método dos elementos finitos consiste numa adaptação do método residual de Galerkin. Ele é atualmente considerado um método matemático para a solução de equações diferenciais parciais, entre as quais se inclui a Equação de Poisson, Equação de Laplace, Equação de Helmholtz, Navier-Stokes, etc. Esse é um método de aproximação de problemas contínuos em domínios fechados onde o contínuo se divide em um número finito de partes, ou elementos, cujo comportamento se especifica mediante um número finito de parâmetros associados a certos pontos característicos denominados nós. Os nós são os pontos de união de cada elemento com seus adjacentes. A solução do sistema completo segue as regras dos problemas discretos. O sistema completo se forma pela associação dos N elementos. As incógnitas do problema deixam de ser funções matemáticas e passam a ser o valor dessas funções nos n nós. O comportamento no interior de cada um dos N elementos passa a ser definido a partir do comportamento dos n nós, mediante adequadas funções de interpolação ou funções de forma. A precisão do método depende da forma do elemento da malha bidimensional, ou seja, se ele é triangular ou quadrilateral, por exemplo. Além disso, a quantidade de pontos de integração e conseqüentemente a base polinomial do elemento finito, podem ser explorados para aumentar a precisão dos resultados. A base do método dos elementos finitos são as funções de mapeamento, e suas derivadas. No método de Galerkin as funções de mapeamento são igualadas às funções de forma originando os elementos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this research is presented a mathematical modeling based on Maxwell's equations and numerical modeling based on Charge Simulation Method (CSM) and the Finite Element Method (FEM) for calculating the quasi-static electromagnetic field in transmission lines. The finite element method is an adaptation of Galerkin residual method. It's currently considered a mathematical method for solving partial differential equations, among which includes the Poisson equation, Laplace equation, Helmholtz equation, Navier-Stokes, etc. This is an approximation method of continuing problems in closed domains where the continuous is divided into a finite number of parts or elements whose behavior is specified by a finite number of parameters associated with certain characteristic points called nodes. The nodes are union points of each element with its adjacent. The solution of the entire system follows the rules of the discrete problems. The complete system is formed by the association of N elements. The unknowns of the problem, mathematical functions, become the value of these functions on n nodes. The behavior within each of elements N is now defined from the behavior of n nodes, using appropriate interpolation functions or shape functions. The method precision depends on the shape of two-dimensional mesh element, i.e., if it is triangular or quadrilateral. Moreover, the number of integration points and therefore the polynomial finite element basis, can be exploited to increase the accuracy of the results. The basis of the finite element method are the mapping functions and their derivatives. In the Galerkin method the mapping functions are matched to the shape functions form the isoparametric. Finally, from above definitions, simply refer to the tables of numerical integration, showing how the elements are integrated, and use them in the rest of the numerical modeling / Orientador: Luiz Fernando Bovolato / Coorientador: Carlos Alberto Tenório de Carvalho Júnior / Banca: Afonso José do Prado / Banca: Sérgio Kurokawa / Banca: Olivio Carlos Nascimento Souto / Banca: Wander Gonçalves da Silva / Doutor

Resumo: No presente trabalho desenvolve-se um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo para representar o comportamento de materiais que apresentam diferentes respostas quando solicitados à tração ou à compreensão. obtem-se uma representação constitutiva através da composição de modelos simples e específicos para tratar cada tipo de solicitação. Este modelo combinado é capaz inclusive de lidar com carregamentos alternados (tração e compreensão), envolvendo fechamento e reabertura de fissuras existentes. Para modelar o comportamento em compreensão emprega-se o modelo constitutivo que tem como critério de degradação o segundo invariante do tensor de tensão desviador (critério de Von Mises ou J2). Para simular o aparecimento de fissuras de tração, usa-se o modelo de dano com critério de degradação baseado na energia de deformação da parte positiva do tensor efetivas. A integração dos modelos é feita com base em tensões efetivas associadas a duas escalas distintas (escala grosseira e refinada). O modelo é apto para representar a formação de descontinuidades no campo de deslocamento (descontinuidades fortes) em materiais quase-frágeis. Nesse caso, a região de localização de deformação (zona de processo da fatura) pode ser descrita pelo modelo de dano combinado, com lei de abrandamento de tensões (softening) exponencial, que estabelece dissipação compatível com a energia de fratura. A região contínua pode ser descrita pelo modelo de dano J2, com parâmetros ajustados com base no comportamento não linear à compreensão. Valida-se o modelo proposto mediante testes básicos, focando a capacidade do modelo em representar os principais aspectos do comportamento de materiais quase-frágeis. A aplicabilidade do modelo é demonstrada através do estudo da capacidade de rotação plástica de vigas de concreto armado, confrontando-se os resultados numéricos com os experimentais / Abstract: A combined constitutive model based on the Continuum Damage Mechanics (CDM) is presented to represent the nonlinear behavior of quasi-brittle materials, which present different response when subjected to tension or compreession. The constitutive model is a composition of two simple and specific models designed to treat each type of behavior. The combined model is able to deal with alternating load (tension-compression), involving formation, closure and reopening cracks. To model the compressive behavior, a degradation criterion based on the second invariant of the deviatoric part of the effective stress tensor (Von Miser or J2 criterion) is used. To simulate cracking, a damage model with degradation criterion based on the strain energy associated to the positive part the effective stress tensor is adopted. The combination of the models is made on the basis of the effective stresses associated to two distinct scales (coarse and fine scales) The model is able to represented the formation of discontinuities in the displacement field (strong discontinuities) for quasi-brittle materials. The region of strain localization (fracture process zone) is described by a softening law which establishes dissipation energy compatible with the fracture energy. The continuous region is described by the J2 damage model, with parameters ajusted to describle the compressive nonlinear behavior in compression. Some basic tests are performed to asses the ability of the model to represent the main aspects of the behavior of quasi-brittle materials. The applicability of the model is demonstrated by the study of the plastic rotation capacity of reinforced concrete beams, comparing the numerical responses with the experimental ones / Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Coorientador: André Luís Gamino / Banca: Leonardo José do Nascimento Guimarães / Banca: Edson Antonio Capello Sousa / Mestre

Orientador: Alcides Padilha / Banca: Vicente Luiz Scalon / Banca: Ricardo Fortes de Miranda / Resumo: Este estudo apresenta uma análise numérica dos campos de temperaturas e velocidades d'água durante seu processo de aquecimento via calor sensível no interior de um armazenador térmico cilíndrico, aquecido lateralmente e adiabático em seu topo e base, visando o estudo da condição de operação de um aquecedor de água coletor solar-armazenador integrados (ICSSWH - Integrated Collector-Storage Water Heater). Em uma segunda análise a influência de um defletor interno é estudada pela definição dos campos de velocidades e temperaturas da água. A abordagem numérica é realizada a partir de um modelo bidimensional, transiente, não linear e em coordenadas cilíndricas, discretizada pela técnica de elementos finitos. A construção do modelo é obtida numericamente através de um código computacional desenvolvido em linguagem de programação C. Os resultados numéricos são validados. Análises transientes dos campos de velocidades e temperaturas bem como das temperaturas de mistura e velocidade de carregamento, com e sem parede interna direcionada (defletor interno) são realizadas com a finalidade de estudar a inlfuência da referida parede na convecção livre nessas condições. / Abstract: This study shows a numerical analysis of the temperature and speed fields of water during the process of heating through sensible heat in the interior of a cylindric thermal storage, heated laterally and with adiabatics top and base, in order to study the operational conditions of an integrated collector-storage solar water heater (ICSSWH). In a second analysis a model with an internal baffle is created and temperature and velocity fields are analysed. The numerical study is done taking into consideration a bidimensional, transient non linear research in cylindric coordenates, discretized by the technique of finite elements. Its solution is obtained numerically through a computational code developed in a C programming language. The numerical results are validated. A transient analysis of the spped and temperature fields so as of the mixing temperatures and the charging speed, with or without the infernal baffle are carried out taking into account the aim of studying the influence of the so called wall in the free convection of those conditions. / Mestre