Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-10-29Bitstream added on 2014-06-13T18:34:56Z : No. of bitstreams: 1 costa_ar_me_guara.pdf: 5961814 bytes, checksum: b7f2d200f9efde1986c3d1aed991c288 (MD5) / 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. / 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.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-03-21Bitstream added on 2014-06-13T20:37:41Z : No. of bitstreams: 1 rodrigues_ea_me_bauru.pdf: 1602991 bytes, checksum: 7f755b87b5be84900b2d054f02413197 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / 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 / 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

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:25:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Zanini Bressan.pdf: 4091231 bytes, checksum: 0de27c28e4c845db49e9a2081c0c7b93 (MD5) Previous issue date: 2015-06-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Numerical methods have received a substantial attention from Engineering Professionals especially due their capacity to provide solutions for a wide range of problems in many areas. In the last years, numerical simulation has become increasingly common and has turned into a key factor for solving numerous engineering problems in the industry as well in academia. This, however, requires the development of suitable methodological strategies to determinate constitutive law able to best describe the material behavior in the simulation. The present work is inserted within the context of metal forming, aiming to simulate 2D and 3D geometrical models of the simple tensile test and three-point bending test of a notched plate, both using the material properties of an Interstitial Free Steel, IF. For both cases, it was used a modified Gurson model available in the ABAQUS ® software, which is based on the finite elements method. Numerical modelling of the elasto-plastic process used to simulate the three-point bending and simple tensile test was discretised using structured meshes with an appropriate refinement. The experimental results for tensile tests used smooth cylindrical specimens with dimensions defined according to ASTM E 8M-01. The three point bending test was qualitatively compared with the results reported by Mashayeshi, et al (MASHAYEKHI, ZIAEI-RAD, et al., 2005). The strain hardening law used in this work was the Holomon or modified Swift law coupled with the damage evolution of the Gurson s model. The geometrical models for the tensile specimens account for axisymmetry, so that only one-quarter part of the 2D and 3D specimens was modelled. An appropriate mesh refinement in the necking region was also adopted. The numerical simulation was able to predict with success the stress-strain curve behaviour of the IF steel comparing with the experimental results. Both 2D and 3D simulation results of the simple tensile test were very similar. The prediction of porosity evolution with the applied displacement was analysed and the results indicated that the necking region in the central zone of the specimen presented the largest micro-void concentration, as expected. For the three-point bending test of a notched plate, the simulation provided a good qualitative agreement with the Mashayekhi´s numerical results, which have shown that the largest concentration of micro-voids was in the central region of the notch where the crack initiation occurs. / Métodos numéricos tem recebido uma grande atenção dos profissionais da área da engenharia em especial principalmente pelo seu caráter facilitador na solução de problemas em diversas áreas. Nos últimos tempos, a simulação numérica está se tornando cada vez mais comum e se transformando em uma peça chave para a resolução de inúmeros problemas de engenharia encontrados tanto nas indústrias quanto nas linhas de pesquisa científica das universidades. Isso, porém, exige desenvolvimento de estratégias de metodologias científicas adequadas o suficiente para determinar as leis que descrevam melhor o comportamento dos materiais a serem simulados. O presente trabalho está inserido no contexto da conformação de metais, tendo por objetivo simular, com malhas tipo 2D e 3D, os ensaios de tração simples e de flexão de três pontos de uma placa com entalhe de um aço livre de interstícios, aço IF (interstitial free steel), utilizando o modelo de Gurson modificado no programa ABAQUS ®, que utiliza o Método dos Elementos Finitos. Para o modelamento numérico do processo de deformação elasto-plástica dos ensaios de tração simples e flexão foi utilizada a lei de Gurson modificado de materiais porosos e uma malha com refinamento adequado. Os corpos de prova ensaiados experimentalmente em tração simples foram de aço IF cilíndricos preparados de acordo com a norma ASTM E 8M-01. Já o ensaio de flexão de três pontos foi simulado com o intuito de fazer uma comparação qualitativa com o resultado apresentado por Mashayekhi, Ziaei-Rad, et al. (MASHAYEKHI, ZIAEI-RAD, et al., 2005). A lei de encruamento plástico utilizada neste trabalho foi a Lei de Holomon ou Swift modificado acoplado com o modelo de evolução do dano de Gurson modificado. Após a escolha da geometria de somente quarta parte do corpo de prova, devido à simetria axissimétrica e do refinamento adequado da malha na região da estricção local, a simulação numérica foi capaz de prever com sucesso o comportamento da curva de tensãodeformação do aço IF comparando-se com os resultados experimentais. Os resultados da simulação 2D e 3D do ensaio de tração simples foram iguais. Portanto, a simulação 2D do ensaio de tração simples é mais conveniente pois é mais rápida e igualmente precisa que a simulação 3D para o presente caso de material dúctil e isotrópico. A previsão da evolução da porosidade com a deformação e a região de maior concentração de vazios foi analisada: ocorreu na região da estricção local e na zona central do corpo de prova como esperado. No caso do ensaio de flexão da placa com entalhe central, os resultados da simulação numérica mostraram uma boa concordância com os resultados de Mashayekhi, Ziaei-Rad et al. (2005), que apresentaram a maior concentração de vazios na região central do entalhe onde ocorrerá o aparecimento de trincas.

[pt] O objetivo deste trabalho é fazer uma modelagem numérica por elementos finitos de tensões residuais em peças de liga ferro-níquel e aço carbono submetidas a tratamentos térmicos,considerando mudanças de fase.Com este objetivo, foram desenvolvidos códigos computacionais orientados a objetos para análise térmica não-linear acoplado à análise da micro-estrutura. Códigos implementados em POO também foram criados para análise elasto-plástica, onde a distribuição de temperatura e as frações parciais dos constituintes são dados de entrada. As propriedades termo- mecânicas do material são consideradas dependentes tanto da temperatura quanto da fração parcial de cada constituinte. No tratamento térmico está sendo considerado a formação de martensita segundo o esquema de Koistinen e Marburger (1959). É abordado também a formação difusional de perlita e bainita, segundo o esquema proposto por Avrami (1939). Por fim, é apresentado um novo modelo para calcular os parâmetros cinéticos das transformações difusionais austenita-perlita e austenita-bainita. / [en] The objective of this thesis is to perform a finite element analysis of residual stress in Fe-Ni alloys and carbon steel heat-treated pieces, considering phase changes. To achieve this goal, a object oriented computer code for the non-linear thermal analysis coupled with a code for a micro-structural analysis were developed. OPP codes were also created for an elasto-plastic analysis, with temperature distribution and constituents partial fraction as input data. The material properties are considered dependent on both the temperature and the partial fraction for all analyses.In the thermal treatment, the martensite transformation according to Koistinen and Marburger (1959) scheme and the diffusional formation of pearlite and bainite according to Avrami (1939) are considered. Finally, a new model to calculate the kinetics parameters of the diffusional austenite-pearlite and austenite-bainite transformations is presented.

This thesis is a result of research aimed at analysis of the Taylor Spatial Frames (TSF) in Orthopaedics. The TSF is a ring external fixator, which are used to stabilise a fracture or provide stability during skeletal limb reconstruction procedures. A sound understanding of the mechanics of the fixator is essential, because mechanical stability is a key factor in bone healing. TSF is in fact an adaptation of the hexapod parallel manipulators for dynamisation of the classical ring fixators of Ilizarov type. Therefore, a general solution for Forward kinematics of parallel manipulators was provided and the solution is visualised in real-time. A three-dimensional visualisation tool for TSF, was developed, which offers improvements over the software provided by the manufacturer. Abaqus/CAE programming interfaces were used to develop two separate systems for automatic creation of FEMs of the TSF: one using beam elements and the other using 3D solid elements. The systems were used for a parametric study on axial compression of the TSF. Components of the TSF were also tested and analysed: o TSF rings were studied extensively, which lead to revealing important facts about their role in the TSF. o Fixation bolts in external fixators were studied by FE technique and the results used to relate bolt-load to the bolt-torque applied. o TSF struts were tested in compression and their load-deflection behaviour and the role of universal joints in them were described. TSF and Ilizarov fixators were tested and compared in axial compression. The results highlighted the important role of the pins and wires in deflection of the fixators.

[pt] O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema computacional, denominado SDP, para auxiliar a elaboração de programas baseados no Método dos Elementos Finitos (MEF). É dividido em três partes: primeiramente é apresentado o SDP, que compreende um sistema de gerenciamento de dados (memória principal, arquivos em disco e fita), uma padronização para a documentação e facilidades para testes e depuração de programas; em uma segunda parte, utilizando-se este sistema, é desenvolvida uma organização para os programas e para as bibliotecas de rotinas; finalmente, são apresentadas aplicações mostrando as principais características do sistema e sua potencialidade. Os problemas de elasticidade infinitesinal linear, condução de calor e elasto-plasticidade incremental são descritos através de uma formulação variacional, a partir da qual são desenvolvidas soluções aproximadas utilizando-se o MEF. Por último, tomando-se por base as soluções encontradas por meio desta abordagem, são elaborados os programas aplicativos. / [en] The main purpose of this work is to develop a computational system, denominated SDP, to aid the elaboration of Finite Element Method (FEM) programs. This work is divided in three parts: initially is presented the SDP that comprises a data management system (main memory, disc file and tapes), a standardization for the documentation and facilities for program testing and debugging. In the second part, a program and a routines library organization are developed using this computational system. Finally, applications showing the main characteristics and capacity of the SDP are presented. The problems of Linear Infinitesimal Elasticity, Heat Transfer and Incremental Elastic Plasticity are described by a variational formulation. Based on the variational theory approximated solutions are developed by means of the FEM. The last step is the applicative program elaboration using the solutions achieved by this approach.

A necessidade de se desenvolver um produto capaz de atingir as exigências impostas pela referência normativa AS-2213 (1984) e a falta de uma rotina de projeto para o componente denominado Garfo do Engate Automático motivam este trabalho. Assim, esta pesquisa apresenta como objetivo principal o estudo de fadiga e estimativa de vida do garfo forjado de um dispositivo de acoplamento automático entre veículos tratores e reboques. Para realização das análises estáticas através de elementos finitos, foi necessária a determinação de todas as condições de contorno que refletissem as características do teste experimental de homologação do produto. De posse destes resultados, realizou-se a análise pelo método S-N, tendo como resultado a determinação da vida em fadiga das regiões críticas do componente, onde são propostas algumas alternativas que visam aumentar a vida do produto. Dentre as inúmeras alternativas possíveis, destacam-se a alteração de material e utilização de tratamento térmico no garfo. / The necessary development of a product capable of reaching the imposed requirements in accordance with reference standard AS-2213 (1984) and the lack of a project routine for the component called Towing Hitch Fork motivated this research. Thus, this research presents as its main goal, the study of fatigue and life predictions of forged fork of the automatic coupling device used in tractor vehicles and trailers. To perform the static analysis through finite elements method, it was necessary to determine all contour conditions which represent the features of product certification tests. After preliminary results have been obtained, the S-N analysis has been performed, showing the fatigue life predictions in the critical regions of the component, where some alternatives aiming at increasing the product life were considered. Among the several alternatives, it is possible to highlight the material changes and the use of thermal treatment in the component.

[pt] Este trabalho apresenta um modelo computacional aplicável à análise de sistemas estruturais viscoelásticos submetidos a grandes deslocamentos, com particular atenção ao fenômeno da instabilidade. A discretização dos modelos é obtida através de elementos finitos isoparamétricos bidimensionais que podem ser empregados na análise de colunas, pórticos, arcos e cascas axissimétricas. A estabilidade elástica do sistema é verificada ao longo de trajetórias de equilíbrio definidas no espaço carga-deslocamentos, onde a ocorrência de pontos de bifurcação ou de pontos-limite é indicada através da troca de sinal do pivô da matriz de rigidez tangente. A inclusão de um modelo viscoelástico linear para o material possibilita a avaliação do efeito do tempo de carregamento sobre a carga de flambagem da estrutura. O mecanismo de instabilidade correspondente à flambagem viscoelástica envolve duas variáveis básicas: a magnitude da carga (carga crítica) e a duração da carga (tempo crítico). Os exemplos apresentados ilustram esses conceitos e fornecem resultados interessantes a respeito dos efeitos da viscoelasticidade sobre a flambagem em diferentes sistemas estruturais. / [en] This thesis presents a computational model for the analysis of viscoelastic structures undergoing large displacements, with particular attention to unstable phenomena. The discrete model utilizes two-dimensional isoparametric finite elements in the analysis of columns, frames, arches and axially symmetric shells. The elastic stability of the system is verified along the equilibrium paths in the multidimensional load-displacements space, with bifurcation or limit points indicated by sign changes of the pivot of the tangent stiffness at every incremental step. A linear viscoelastic model for the material is included, allowing for the consideration of the effect of loading time on the buckling load for the structure. Thus, the mechanism leading to loss of stability, corresponding to viscoelastic buckling, involves two basic variables: load magnitude and duration of the load, designated as critical load and critical time. The examples presented herein enlighten such concepts and provide interesting results about viscoelastic effects on buckling of different structural systems.

Com a crescente utilização de vigas mistas de aço e concreto em obras civis e devido à insuficiência de estudos relativos ao seu comportamento estrutural, investigações aprofundadas são necessárias para suprir as carências e aperfeiçoar o tema. Um fenômeno familiar na literatura de estruturas mistas é a distribuição não uniforme de tensões ao longo da largura da laje de concreto, denominado shear lag na literatura inglesa. Na análise e projeto de estruturas compostas, deflexões, tensões e resistência são tipicamente obtidas utilizando-se o conceito de largura efetiva, na qual o efeito shear lag é contabilizado indiretamente, substituindo a largura real da laje, por uma largura apropriadamente reduzida. Sem dispor de análises numéricas exatas para o dimensionamento prático, é necessário que códigos normativos forneçam métodos simplificados para a avaliação da largura efetiva minimizando perdas de precisão. Diante disso, no presente trabalho, procedimentos numéricos para a avaliação da largura efetiva, encontrados na literatura técnica, foram estudados e implementados ao modelo matemático em elementos finitos disponível no CEMACOM/PPGEC/UFRGS, capaz de representar com confiabilidade estruturas mistas. Comprovando-se a eficácia do modelo numérico em captar o efeito do shear lag, a resposta de uma viga mista biengastada, representando um vão intermediário de uma ponte contínua, submetida a um carregamento em longo prazo, e considerando-se os fenômenos reológicos do concreto de fluência e retração, além do comportamento não-linear devido a fissuração, é obtida e comparada à fórmulas estipuladas nas principais normas de projeto e em metodologias desenvolvidas por pesquisadores. Falhas potenciais nos códigos de projeto atuais foram evidenciadas, necessitando-se de adicionais estudos paramétricos experimentais e numéricos para a comprovação dos resultados. / With the increasing use of steel-concrete composite beams in bridges and buildings more investigations related to this topic are necessary to fill the needs and improve the subject. A familiar phenomenon in the literature of composite structures is the non-uniform distribution of stresses along the width of the concrete slab, called shear lag. In the analysis and design of composite beams, deflections, stresses, and strengths are typically obtained by utilizing the concept of effective width, in which shear lag effects are accounted for indirectly, by replacing the actual slab width by an appropriately reduced width. Without having exact numerical analysis for design, it is necessary that the design codes provide simplified methods for evaluating this effective width, minimizing losses of accuracy. In this work, numerical procedures for the evaluation of effective width, found in the specialized literature, were studied and implemented in the mathematical finite element model available in CEMACOM/PPGEC/UFRGS. This computational code is capable of representing the behavior of steel-concrete composite beams and is capable of capturing the shear lag effect. The response of a single span composite beam with fixed ends, representing an intermediate span of a continuous girder bridge, subject to long-term loading, and considering both rheological phenomena of concrete, such as creep and shrinkage, besides the non-linear behavior due to cracking, is obtained and compared to the stipulated formulas in the main code provisions and in the developed methodologies by some researchers. Potential failures in the current design codes were evidenced, requiring additional experimental and numerical parametric studies to prove the results.

Orientador: Vicente Lopes Júnior / Resumo: Prever a dispersão das ondas incidentes em uma seção danificada de uma estrutura é importante para o monitoramento da saúde estrutural e técnicas de testes não destrutivas a fim de se detectar danos. Nesses casos, ondas de alta frequência são geralmente envolvidas e modelos simples, que não conseguem capturar o comportamento dinâmico das guias de onda, podem resultar em falha experimental ou má interpretação dos resultados. Além disso, os danos geralmente não são simétricos em relação ao eixo neutro da estrutura, resultando na conversão do modo de onda e diferentes ondas refletidas e transmitidas se propagando com diferentes velocidades. O objetivo deste trabalho é investigar a reflexão e transmissão de ondas em uma guia de onda unidimensional devido a descontinuidades assimétricas. Estes podem ser tubos contendo fluido, placas, vigas ou estruturas em geral os quais estejam sujeitas a propagação de ondas em uma única direção, com mudanças na área da seção transversal, que podem ser interpretadas como danos estruturais. Essas podem ser alterações de área de seção transversal pontuais ou de tamanho finito e também podem ser simétricas ou assimétricas com relação à linha neutra da guia de onda. Múltiplos tipos de modos de ondas são considerados e conversão de onda devido às interações com descontinuidades são investigadas para altas frequências (frequências a cima da frequência de corte do segundo modo de Lamb simétrico, S2). Neste trabalho, a análise de propagação de onda em gu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Predicting the scattering from waves that are incident on a damaged section of a structure is of importance in structural health monitoring and non-destructive testing techniques to detect damage. High-frequency waves are generally involved, and simple models, which cannot capture the dynamic behaviour of the waveguides at high frequency, can result in experimental failure and misinterpretation of the results. Moreover, the damage can be non-symmetrical with respect to the neutral axis of the structure, resulting in wavemode conversion and different reflected and transmitted waves propagating with different velocities. The aim of this work is to investigate wave reflection and transmission due to symmetric and non-symmetric discontinuities in one-dimensional waveguides. These can be fluid-filled pipes, plates, beams, or more generally structures involving wave propagation in one direction, with a change of cross-section, which can be seen as a structural damage. In particular, wave scattering from changes of cross-sectional area in a beam/plate are numerically studied. These can be point or finite length changes of area and they can be symmetric or non-symmetric with respect to the axis of the waveguide. Multiple wave modes are considered and conversion due to interaction with the discontinuity are investigated up to high frequency (above the cut-off of the second symmetric Lamb wave mode, S2).The Wave Finite Element method is applied to the structure for studying the wave pr... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor