Uma turbina a Gás é um motor complexo, compreendendo um grande número de componentes, cada qual com suas características próprias de desempenho. Logo, o desempenho do motor completo depende das características de desempenho de cada um dos componentes. Em funcionamento, por exemplo, o motor opera com grandes variações das condições ambientes e de vôo. É necessário, portanto, explorar o seu funcionamento em todas as partes significativas do envelope de vôo da aeronave. O custo de ensaio para tal é muito alto. Pode acontecer, também, que o motor não seja capaz de funcionar em certas condições escolhidas. Por isso, a simulação de uma Turbina a Gás é muito importante, desde o início do projeto da Turbina. Este trabalho trata da simulação numérica do funcionamento e desempenho de uma Turbina a Gás. A técnica utilizada foi a de decomposição do motor em blocos cujas características de funcionamento são modeladas a partir de suas características opercaionais. Componentes importantes, como Compressor, Câmara de Combustão, Turbina, Bocal Propulsor, tem seu desempenho obtido com o auxílio de curvas levantadas experimentalmente (mapas). Com isso, o desempenho calculado do motor pode se aproximar bastante do seu desmpenho medido. Como é a partir de blocos que é montado o motor, o programa desenvolvido é capaz de simular uma variedade de tipos de Turbinas a Gás que engloba quase todas as atualmente utilizadas. O programa desenvolvido é bastante amigável do ponto de vista de utilização por outros usuários, destacando-se a montagem do arquivo de dados de entrada. Resultados obtidos com o programa são comparados com dados disponíveis na literatura.

A base de solo-cimento é um material de alta qualidade e durabilidade empregada na pavimentação rodoviária. Atualmente no Brasil, sua dosagem é realizada a partir de ensaios mecânicos, de forma a definir um valor mínimo de cimento que apresente resistência satisfatória. O foco da pesquisa consiste no estudo de prováveis diferenças na forma da adição do cimento: (i) mistura realizada com o solo seco, procedimento comumente adotado para dosagem, ou ainda (ii) mistura realizada com solo úmido, condição que representa o processo de produção em pista, ou usina. Ensaios mecânicos de resistência e rigidez foram realizados para as duas condições de umidade de mistura e para quatro tempos de cura (3, 7, 14 e 28 dias). As amostras moldadas a partir da umidade higroscópica apresentaram maiores valores de resistência à compressão simples e módulo de resiliência, porém menores de valores de resistência à tração por compressão diametral. O grau de saturação obtido na compactação Proctor das amostras de solo mostram que o solo compactado na umidade de campo atinge menores índices de vazios, resultando em massa específica aparente seca superiores ao solo compactado a partir da umidade higroscópica. Através do acompanhamento de um trecho experimental, foram realizadas medidas de bacias de deflexão com equipamento FWD, com o objetivo de retroanalisar os módulos resilientes das camadas constituintes da estrutura do pavimento. Os valores de módulo de resiliência retroanálisados apresentaram variações quando comparados com as determinações de rigidez determinadas em laboratório. / The soil-cement base-layer is a high quality and durable material employed in construction road. In Brazil, the soil-cement mix design is based on mechanical tests, in order to define a minimum cement content to assure satisfactory strength. The aim of this research is to study possible differences in the way cement is added to the mixture: (i) soil in the dry moisture condition (hygroscopic), common procedure adopted in laboratory for the mixture design, or (ii) soil in the wet moisture condition, common procedure during the road construction, or in the mix plant. Mechanical tests for strength and stiffness measurement were performed using both initial moisture conditions, and for four curing times (3, 7, 14, and 28 days). The sample compacted in the hygroscopic moisture condition showed higher strength in ultimate compressive strength (UCS) and resilient modulus (RM) tests. The degree of saturation calculated for the soil samples from the compaction test (Proctor) showed that the soil at wet moisture condition decreased the air voids. It resulted in higher dry density when compared with the soil at the dry moisture condition. One experimental test site, with soil-cement in the base layer was constructed and monitored. Its structural evaluation with Falling Weight Deflectometer (FWD) was used for backcalculation of the resilient modulus of the pavement layers. The backcalculated resilient modulus results were smaller than the values obtained from laboratory sample testing.

Orientador: Álvaro Della Bona / Co-orientador: Estevão Tomomitsu Kimpara / Co-orientador: Jason A. Griggs / Banca: Humberto Lago de Castro / Banca: Márcia Borba / Banca: Alexandre Luiz Souto Borges / Banca: Rubens Nisie Tango / Doutorado Sanduíche no Exterior / Resumo: O objetivo do presente estudo foi comparar o tempo de vida e o modo de falha de restaurações totalmente cerâmicas (Y-TZP/porcelana) com aplicação da carga em diferentes regiões de contato, pelo método de vida acelerado step stress. Padrões de um material análogo à dentina (resina epóxica reforçada por fibras de vidro), simulando preparos para coroas totais de um primeiro molar inferior, foram obtidos e incluídos em resina poliuretano. Infra-estruturas (IE) de Y-TZP foram usinadas através de um sistema CAD-CAM, recobertas por uma porcelana e cimentadas aos padrões com um cimento resinoso dual (Panavia F). Os grupos foram divididos de acordo com as regiões de contato oclusal que ocorrem durante a função mastigatória (n = 20): contato na fossa central (CF), contato na cúspide (CC) e contato deslizante (CD). Nos grupos CF e CC a carga cíclica foi aplicada verticalmente nos pontos pré-selecionados, utilizando um pistão cerâmico usinado em CAD-CAM. Já no grupo CD, a carga vertical foi associada a um deslocamento lateral de 1 mm na vertente triturante da cúspide disto-lingual. Em todos os grupos, a frequência foi de 2 Hz. Diferentes perfis de estresse foram utilizados no experimento. As fraturas das restaurações foram detectadas com um monitor acústico acoplado ao ensaio. Uma distribuição de Weibull (intervalo de confiança de 95%) foi utilizada para analisar os dados. Quinze corpos de prova (CP) por grupo experimental, onde se conseguiu desprender a porção fraturada e gerar duas superfícies de fratura, foram analisados seguindo-se os princípios da fractografia. Os valores de estresse crítico de fratura (σf) foram obtidos. O valor de m (Módulo de Weibull) do grupo CF (2,1; 1,5-3,6) foi estatisticamente superior comparado ao m do grupo CD (0,7; 0,5-1,2). Não houve diferença estatística nos tempos de vida dos grupos CF e CD. A probabilidade de falha obtida ... / Abstract: The aim of the present study was to compare the life-time and failure mode of all-ceramic restorations (Y-TZP/porcelain) with load application on different contact points, by step stress accelerated life method. Dentin analog (epoxy filled with woven glass fibers) dies simulating a prepared mandibular first molar were obtained and embedded in polyurethane bases. The Y-TZP substructures (SB) were milled in a CAD-CAM system, veneered with a porcelain and cemented onto the dies using a dual resin cement system (Panavia F). The groups were divided according to the occlusal contact areas, based on masticatory function (n = 20): central groove load (CGL), cusp tip load (CTL) and sliding contact (SC). For the groups CGL and CTL, the cyclic load was applied vertically at the preselected points using a ceramic piston obtained in a CAD-CAM machine. For the SC group, the vertical cyclic load (also applied by a ceramic piston) was associated with a lateral displacement of 1 mm at the occlusal ridge of the disto-lingual cusp. The frequency was 2 Hz for all simulations. Different stress profiles, constants and progressives, were used. The fractures were detected with an acoustic device attached to the test. A Weibull distribution (95% of confidence boundary) was used to analyze the data. Fifteen specimens (SP) per group were examined following the fractography principles, and the critical stress at the fracture (σf) was calculated. The m value (Weibull modulus) of CGL (2.1; 1.5 - 3.6) was statistically greater than the m value of SC group (0.7; 0.5 - 1.2).There was no difference on the lifetime of the groups CGL and SC. The probability of failure obtained for a 300 N load and 200,000 cycles was statistically greater for CT (0.63; 0.44 - 0.81) compared to CG (0.23; 0.12 - 0.43). The failure mode of all specimens was chipping of the porcelain. For CTL, failure originated predominantly at the contact.... / Doutor

O entendimento das características de compósitos com fibras naturais pode promover o seu uso a ponto de sugerir sua aplicação no lugar de compósitos reforçados com fibras sintéticas. Este trabalho busca embasar essa alternativa através da comparação do comportamento mecânico de compósitos unidirecionais de matriz poliéster isoftálica reforçada com fibras de curauá e reforçada com fibras de vidro. Os compósitos foram produzidos na forma de lâminas finas com teor de fibra de 20% onde se variou o ângulo do reforço (0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º e 90º) com o objetivo de estudar o efeito de orientação da fibra nas suas propriedades. Foram moldados compósitos variando-se o teor volumétrico de fibras (10 %, 20 %, 30 %, 40 % e 50 %) a fim de avaliar a quantidade ótima de reforço em cada lâmina; a eficiência de um tratamento alcalino (5 % em peso de NaOH) na superfície das fibras de curauá também foi avaliada afim de se observar o ganho em resistência mecânica dos compósitos. Todos os compósitos unidirecionais foram caracterizados por meio de ensaios de tração, flexão e cisalhamento short-beam. As propriedades das lâminas reforçadas com fibra de curauá ou com fibra de vidro também foram estudadas utilizando-se as teorias da micromecânica disponíveis em softwares comerciais. As fibras de curauá tratadas com a solução alcalina produziram compósitos com maior resistência à tração quando comparados aos compósitos de curauá sem o tratamento devido a melhor interação com a matriz. A variação do ângulo de reforço mostrou o quão dependente são a resistência e o módulo dos compósitos reforçados com fibra de curauá ou vidro em relação à orientação das fibras. O efeito da orientação da fibra foi mais pronunciado em compósitos reforçados com fibra de vidro. Por último, embora os compósitos reforçados com fibra de vidro sejam mais resistentes que aqueles com fibra de curauá, os resultados para ângulos maiores que 45° foram considerados similares, equiparando as duas fibras nessas condições. / The understanding of natural fibers composites can promote its use. This work aims in compare the behavior of unidirectional polyester matrix composites reinforced with curaua fibers and reinforced with glass fiber. The composites were produced in the shape of a thin sheet where was varied the reinforcement angle (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°) with the objective of studying the fiber orientation effect on composite properties. For this study was also mold composites varying the fiber volume fraction (10 %, 20 %, 30 %, 40 % and 50 %) in order to evaluate the best amout of reinforcement in each composite sheet and the efficiency of an alkaline treatment (5 % NaOH) at the curaua fiber surface. All the unidirectional composites were characterized using tensile, flexural and short-beam tests according to ASTM standards. The composites reinforced sheet properties with either glass or curaua fibers were also studied using theoretical micromechanical approach available in commercial software. Curaua fibers treated with alkaline solution produced higher tensile strength results compared with untreated fibers. As expected, the increase in reinforcement angle significantly decreased strength and modulus of curaua reinforcement composites as in glass reinforcement composites. The effect of fiber orientation was more relevant in the glass fiber composites. At last, although the glass fiber composites indicate higher strenght than curaua fiber composites, the results for higher angles (> 45°) were considered similar for both fibers in this conditions.

Este trabalho trata da síntese ótima de mecanismos articulados planos movidos por acionadores prismáticos. O objetivo da síntese é a geração de movimento e trajetória para três e quatro posições. A otimização se refere ao parâmetro ângulo de transmissão. Apresenta-se também, neste trabalho, como os programas de otimização funcionam em exemplos retirados da literatura de projeto de mecanismos. / This work deals with optimum synthesis of four-bar linkages. The synthesis objective is motion and path generation for the threee and four precision. The optimization concerns the parameter transmissin angle. The effectiveness of the optimization programs has been tested using examples obtained from the mechanism design literature.

Este trabalho trata do emprego de técnicas numéricas de otimização - utilizando o método do Gradiente Reduzido Generalizado - para o balanceamento de mecanismno espaciais ou tri-dimensionais do tipo \"RSSR\". O critério de balanceamento visa a minimização da resultante das forças e da resultante dos momentos de reação na base do mecanismo. As modificações no comportamento dinâmico do mecanismo são realizadas por meio da variação na geometria de contra-pesos acrescentados às peças móveis numa ditribuição de massa \"off-line\". Para verificação dos resultados teóricos, construiu-se uma bancada de ensaios para comparação entre os níveis de vibração da base dos mecanismos desbalenceado e balanceado, ambos funcionando na mesma condição de operação. / The Generalized Reduced Gradient method of numerical optimization was successfully applied in obtaining the reduction of moments and forces transmitted by a spatial RSSR mechanism to its base. Such a modification of dynamical behavior of the mechanism, or balancing, was achieved by the addition of counter-weights attached to the movable links in an off-line position. The evaluation of the obtained optimum configuration has been performed by comparing the measured vibration levels of the base of physical models of the balanced and unbalanced mechanism.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico estático de diferentes cabos poliméricos reforçados por fibras em solicitações de tração e flexão através de ensaios experimentais, modelos analítico e numérico, inserindo as incertezas probabilísticas experimentais. Diferentes fios de compósitos pultrudados de seção circular foram ensaiados experimentalmente para se determinar seus respectivos coeficientes de atrito estático (COF), módulo de elasticidade (E1), coeficiente de Poisson (12) e máxima deformação axial na ruptura (). Cabos utilizando fibras de carbono e resina epóxi de arquitetura 1×7 foram ensaiados experimentalmente em tração e flexão 4 pontos, os resultados foram comparados com um modelo analítico bidimensional simplificado adaptado do modelo de Costello e com um modelo numérico tridimensional dedicado. Considerou-se as incertezas probabilísticas em ambos os modelos incorporando as variações experimentais das principais propriedades de entrada. O modelo numérico foi empregado para o estudo de cabos com construções híbridas (fios de diferentes compósitos). Como principais resultados para o cabo 1×7 CFRP, a carga de ruptura média em tração foi 190,25 kN, em flexão o cabo apresentou uma força média de 598,5 N para um deslocamento de 10 mm. O modelo numérico mostrou-se muito confiável, com uma diferença de -1,15% (181,1 kN) em relação aos resultados experimentais médios para tração, mas o modelo analítico simplificado apresentou diferenças acima de 10%. Para os ensaios em flexão o desempenho dos dois modelos foram similares, o numérico apresentou uma diferença de -3,11% (580,5 N) com relação ao experimental e o modelo analítico apresentou diferença acima de 10% (680,5 N). As análises estatísticas constataram não haver diferenças significativas entre os resultados do modelo numérico em relação ao experimental para ambas as solicitações analisadas. Por outro lado, há uma diferença estatística significativa entre os resultados experimentais e os gerados pelo modelo analítico. Concluiu-se também que todos as propriedades de entrada contribuem de maneira similar aos resultados dos dois modelos. Com o modelo numérico, comprovou-se a ocorrência de escorregamento entre os fios do cabo levando a uma perda da seção transversal circular e diminuição do momento de inércia. Encontrou-se o melhor compromisso entre maior flexibilidade em flexão sem comprometer a resistência à tração, para o cabo 1×7 com passo entre 90 e 150 mm, e que a variação do COF não afeta significativamente o desempenho do cabo em tração e flexão. Por fim, os demais resultados obtidos empregando este modelo indicam que os cabos de compósitos, mesmo em construções multicamadas, apresentam um real potencial de aplicação em diversos setores da engenharia. / The aim of this work is to evaluate the static mechanical behavior of different fiber reinforced polymer cables in tensile and flexural stresses through experimental, analytical and numerical models, inserting the experimental probabilistic uncertainties. Different wires of pultruded composites of circular section were tested experimentally to determine their respective coefficients of static friction (COF), modulus of elasticity (E1), Poisson coefficient (12) and maximum axial deformation at rupture (). Cables using carbon fibers and epoxy resin of 1 × 7 architecture were tested experimentally in traction and 4-point bending, the results were compared with a simplified two-dimensional analytical model adapted from the Costello model and also with a dedicated three-dimensional numerical model. Probabilistic uncertainties were considered in both models by incorporating the experimental variations of the main input properties. The numerical model was used for the study of cables with hybrid constructions (wires of different composites). As the main results for the 1 × 7 CFRP cable, the average tensile ultimate load was 190.25 kN, in flexion the cable had a mean force of 598.5 N for a displacement of 10 mm. The numerical model was very reliable, with a difference of -1.15% (181.1 kN) in relation to the average experimental results for traction, but the simplified analytical model presented differences above 10% For the bending test the performance of the two models was similar, the numerical one presented a difference of -3.11% (580.5 N) in relation to the experimental one and the analytical model showed difference above 10% (680.5 N) . Statistical analysis showed that there were no significant differences between the results of the numerical model in relation to the experimental one for both analyzed requests. On the other hand, there is a statistically significant difference between the experimental results and those generated by the analytical model. It was also concluded that all input properties contribute in a similar way to the results of the two models. With the numerical model, it was verified the occurrence of sliding between the cables of the cable leading to a loss of the circular cross section and decrease of the moment of inertia. The best compromise between greater bending flexibility without compromising tensile strength was found for the 1 × 7 cable with pitch length between 90 and 150 mm, and that the COF variation did not significantly affect the cable's performance in traction and bending. Finally, the other results obtained using this model indicate that composite cables, even in multilayer constructions, present a real potential of application in several engineering sectors.

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

Tese de mestrado. Estruturas de Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Materiais e Processos de Fabrico, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Prof. Doutores António Torres Marques e Paulo M. S. Tavares de Castro