Com a crescente preocupação de exaustão de gases dentro de túneis após o acidente com o túnel Mont Blanc na Itália e França com 41 mortos e mais de 100 ventiladores em operação, houve a necessidade de adaptação dos modelos existentes de ventiladores a condições de alta temperatura. No entanto, as soluções existentes possuem desvantagens aerodinâmicas ou não resistem a temperaturas elevadas. O presente trabalho fornece uma alternativa aos ventiladores existentes no mercado através de uma nova tecnologia de fabricação de pás para ventiladores a nível comercial. Tal tecnologia envolve o emprego do aço inoxidável AISI 409 em virtude de sua boa performance a temperaturas da ordem de 400C, ou seja, às temperaturas da extração de gases em um incêndio em túnel. Além disso, possui ótima resistência à corrosão e boa soldabilidade e estampabilidade devido a seus elementos de liga. A inovação é centrada no processo de estampagem de cascas metálicas e posterior soldagem mantendo as superfícies aerodinâmicas ideais tendo em vista a boa performance do ventilador. Dentro desse propósito, é apresentada uma inovação tecnológica a qual emprega matrizes e punções desenvolvidos a partir de materiais compostos, que apresentam elevada rigidez e alta resistência à compressão. É mostrado experimentalmente, através da impressão de círculos no plano da chapa, que durante o processo de estampagem, as regiões mais deformadas no plano do painel da pá (extradorso) não atingem as deformações limites do material da chapa utilizado. Por outro lado, o método de elementos finitos, através do software elasto-plástico COSMOS, permitiu a verificação da espessura e da estabilidade estrutural da pá em função dos esforços aerodinâmicos estabelecidos no projeto. Adicionalmente, é desaconselhada a fabricação de pás com variações de espessuras localizadas, ou seja, não uniformes, devido não somente em razão da concentração de tensões, mas também com relação à dificuldade de conformação. Desse modo, é recomendado a confecção de pás com variação de espessura uniformes.

O forjamento a quente em matriz aberta é o processo mais utilizado para fabricação de grandes peças. Este tipo de forjamento envolve vários parâmetros tais como forma geométrica de lingotes e matrizes, largura de matrizes, técnica de forjamento, sequência operacional, redução de forjamento, capacidade máxima do equipamento, entre outros. O principal desafio deste processo é produzir peças com boa qualidade, visto que os grandes lingotes, matéria-prima do processo, apresentam vários defeitos e heterogeneidades inerentes ao processo de solidificação, e os produtos finais possuem rigorosos requisitos de qualidade. Com a evolução dos computadores e a aplicação dos métodos numéricos em processos de conformação mecânica, pesquisadores de vários países realizaram, com sucesso, análises do processo de forjamento utilizando o método de elementos finitos. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar parâmetros de processo como geometria de matrizes, sequência operacional e técnica de forjamento, utilizando o método de elementos finitos implementado em um código comercial fechado. Para isto, são realizadas investigações em quatro experimentos aplicando-se a simulação numérica como ferramenta de análise. Os resultados evidenciaram que a simulação numérica é eficiente em avaliar os parâmetros investigados, pois se mostra em concordância com a literatura, coerente quando comparada com casos práticos de uma planta siderúrgica e capaz de fornecer informações importantes para a escolha dos melhores parâmetros do processo.

É apresentado um modelo teórico para avaliação do momento necessário para dobramento de tubos de comportamento elástico - perfeito plástico. Esse modelo permite a análise do comportamento das tensões presentes durante o processo de dobramento, prevendo o comportamento das tensões elásticas após terminada a operação (efeito "springback"). São analisadas, ainda, as tensões residuais remanescentes na parede do tubo, resultantes do comportamento das tensões aplicadas e das tensões de recuperação elástica do material ensaiado, e outros parâmetros relevantes do processo de dobramento a frio de tubos. É confrontada a avaliação teórica com a experimental através da realização de ensaios de dobramento de tubos de diversos materiais, realizados em dobradeiras industriais, da firma Bundy Tubing, provando que o modelo teórico responde satisfatoriamente quando comparado com os obtidos na prática. Com relação a aplicações de caráter mais amplo, o método apresentado provê condições de se ter uma melhor visão de todas as variáveis envolvendo o processo de dobramento a frio de tubos, originando produtos com alto grau de confiabilidade.

Um critério de escoamento bem como uma lei de escoamento são propostos, utilizando-se o tensor resistência ao escoamento plástico, onde são preservados a normalidade do vetor, incremento de deformação e o princípio de equivalência do trabalho plástico na definição das relações tensão-deformação. A introdução e a definição desse novo tensor contribuem para o conhecimento do comportamento mecânico das chapas metálicas anisotrópicas e possibilitam melhor caracterização das curvas limites de conformação. Chapas de aço, cobre eletrolítico e latão parcialmente encruado são empregadas, a fim de se determinar os parâmetros anisotrópicos a';s do tensor resistência ao escoamento plástico, e definir experimentalmente as deformações máximas das chapas metálicas anisotrópicas. Utilizando-se a tração simples e o embutimento com punção esférico como processos de deformação das chapas. As deformações são medidas através de círculos impressos fotograficamente na chapa. Para os três materiais testados as curvas limites de conformação teóricas são definidas pelas condições de instabilidade clássica (Dorn, Swift e Hill) e estendidas pelo uso do tensor resistência ao escoamento plástico. Essas curvas teóricas são comparadas com pontos experimentais obtidos através de medidas sobre os círculos deformados no início da estricção difusa e localizada, observada no plano da chapa. Uma nova apresentação para a condição do amolecimento geométrico dos materiais (instabilidade) das chapas metálicas é dada em função do coeficiente de anisotropia plástica normal R. Mostra-se através da mesma, que para a trajetória de deformação biaxial balanceada, a subtanjente que define a estricção difusa e localizada coincidem, independente da anisotropia. Também sugere-se a existência de uma zona 1/2 < X < 1, onde essas subtanjentes aparecem muito próximas da outra, dependendo do estado de tensão existente sobre a chapa e do valor de R.

No presente trabalho foi estudada a influencia da utilizacaode matrizes de elastomeros na instabilidade plastica de chapas finasconformadas em um processo de expansao de calota semi esferica, com o objetivo de verificar a possibilidade de formular equacoes teoricas que possam predizer as deformacoes limites que o material pode suportar. Um modelo matematico, baseado nas teorias classicas de instabilidade de Hill e Swift, foi proposto de modo a determinar as deformacoes limites impostas aos materiais deformados, considerando a anisotropia da materia prima e os atritos existentes entre o elastomero/blank e entre o blank/matriz. Embora o modelo possa estabelecer as deformacoes impostas ao produto em qualquer instante do processo de conformacao, o maior interesse esta na determinacao das deformacoes na instabilidade plastica. Os ensaios experimentais, foram realizados de modo a gerar os dados necessariospara verificacao da acuidade dos resultados teoricos oriundos do modelo matematico. Para tanto, uma matriz de embutimento foi especialmente desenvolvida para os ensaios de conformacao dos Corpos de Prova (CDPs) em prensa hidraulica, utilizando elastomero. Os materiais selecionados, para os ensaios experimentais, foram caracterizados quanto as suas propriedades mecanicas e caracteristicas plasticas segundo procedimentos padroes. Devido a grande importancia do atrito nestes tipos de processos de conformacao, analisou-se e determinou-se o coeficiente de atrito medio atuante na interface elatomero/blank. Os resultados teoricos e experimentais, obtidos para os varios materiais ensaiados, foram comparados e analisados, tendo-se observado razoavel grau de concordancia entre eles. Os principais parametros que regem o modelo matematico (coeficiente de encruamento, coeficiente de atritoe anisotropia) sao discutidos para melhor entendimento de quais suasinfluencias para o sucesso das operacoes de conformacao de chapas finas. Finalmente, propoem-se abacos, oriundos das equacoes do modelo matematico, que possibilitam determinar a reducao de espessura das pecas conformadas ja na fase de projeto, podendo dispensar os ensaios experimentais de desenvolvimento.

O presente trabalho estabelece um modelo matematico para descrever o processo de inversao externa de tubos cilindricos de parede fina, usando o Metodo do Bloco para determinar a carga estatica de inversao. A analise permitiu o desenvolvimento de um modelo que expressa a variacao da carga em funcao do deslocamento axial do tubo, possibilitando tracar a curva carga x encurtamento para o processo. Este procedimento e fundamental para a previsao do comportamento dinamico do tubo sob inversao. Como resultado, tanto o encurtamento do tubo como a velocidade de impacto para causar um encurtamento preestabelecido podem ser estimados. Foram realizados varios ensaios estaticos e dinamicos de inversao em tubos de cobre e latao, os quais apresentam diferentes caracteristicas de encruamento. Os resultados teoricos foram comparados com os resultados experimentais e mostraram aproximacao satisfatoria, principalmente para os tubos de cobre. Outros parametros relevantes, tais como raio da matriz e atrito, tambem foram abordados.

O presente trabalho tem como objetivo determinar equações básicas que possa predizer o início da estricção difusa. Esta é apresentada como limite inferior da deformação, no estado biaxial de tensões, considerando o atrito e a anisotropia normal do material. Utilizam-se a tração simples e o embutimento com punção esférico como processos de deformação, onde as deformações são medidas através de circulos impressos fotograficamente na chapa. Dados experimentais obtidos por outros pesquisadores são analisados e comparados com a presente teoria. Utilizando estes dados obtém-se curvas limites para o inicio da estricção difusa. Analisa-se experimentalmente a liga de alumínio 7475-0, comparando com os dados teóricos, onde os resultados verificados estão em boa concordância. Outros parâmetros relevantes no processo são também discutidos.

Esta tese fornece uma descrição do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas. Alguns dos parâmetros que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, assim como duas das principais operações de conformação de chapas metálicas são discutidas, ou seja, estiramento e estampagem. Também são descritas e analisadas algumas teorias comumente usadas para predizer as deformações limites na conformação de chapas metálicas. Essas formulações levam em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas pelo emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. O papel do expoente M do critério de escoamento de Hill 1979 é reinterpretado utilizando-se a teoria de Bressan e Williams, onde se argumenta que o expoente M seria independente do valor de R e poderia ter valores maiores que 2. Adicionalmente, propõe-se o desenvolvimento de um código numérico capaz de permitir o estudo dos fatores que influem na simulação numérica de processos de conformação, desde o estágio inicial até os níveis de deformação que caracterizariam a instabilidade plástica do material, estricção. Uma vez dominada a técnica numérica, assim como os erros acumulados durante a etapa de solução, é possível propor melhorias para os critérios de parada utilizados atualmente. Também é foco desta tese contribuir para o melhor entendimento das técnicas numéricas empregadas para tratamento da não linearidade do material, característica dos processos de conformação de chapas metálicas. Dessa forma, é desenvolvido um programa de elementos finitos tridimensional, no MatLab, utilizando a formulação Elástico-Plástica para materiais anisotrópicos pela incorporação da quadrática de Hill de 1948. O tratamento da não linearidade do material durante a conformação é analisado utilizando o algoritmo numérico de Newton Raphson e a técnica de incremento de tensão, que leva em consideração a lei do escoamento associado e assegura a normalidade do vetor de deformação, com relação à superfície de escoamento. Esses dois modelos matemáticos são numericamente analisados e comparados com dados experimentais disponíveis na literatura para alguns materiais de chapas metálicas utilizados nos processos de conformação de chapas, pela previsão e expansão da superfície de escoamento.

O presente trabalho apresenta um processo de conformação a frio para tubos cilíndricos de parede fina, onde a relação entre o raio toroidal e o diâmetro da seção reta ficam abaixo de 1,7, faixa não atingida pelas dobradeiras convencionais. A idéia central do processo consiste em dobrar tubos de cobre e latão em matriz fechada, usando um elastômero (poliuretano) como meio de constrição interna à flambagem durante a operação de dobramento. Vale salientar que em processos anteriores era aplicada carga apenas por um punção, enquanto que no presente trabalho, além do punção qua aplica a carga necessária à conformação, tem-se como contra-punção que permite o controle da pressurização interna do tubo por meio do elastômero. É também apresentado um modelo teórico aproximado para previsão das cargas de conformação, baseado na Teoria do Limite Superior (Upper-bound Theory), com a finalidade de comparar valores teóricos com os obtidos experimentalmente, os quais mostraram boa aproximação.Com relação a aplicações de caráter mais amplo, destaca-se que o modelo apresenta matrizes e dispositivos auxiliares que trabalham numa faixa não atingida pelas dobradeiras convencionais, onde parâmetros como atrito e lubrificação são largamente discutidos. Outros parâmetros inerentes ao processo são também analisados.

Dando prosseguimento nos trabalhos desenvolvidos com elastômeros, este trabalho apresentará um modelamento teórico através da teoria do imite superior, que permitirá determinar os esforços necessários à conformação de junções para os mais variados ângulos. Serão apresentados também procedimentos e dados obtidos experimentalmente para a conformação da junção não simétrica para tubos dos materiais cobre e latão dentro de certos parâmetros geométricos. Serão realizadas análises da modelagem teórica e posteriormente será realizado um confronto, em termos de carga necessária à conformação total da junção, dos resultados obtidos pelo modelo matemático e aqueles alcançados para a consecução da conformação na prática. Serão também apresentadas análises micrográficas e de microdurezas dos materiais antes e após a conformação nas regiões mais críticas do tubo após ser conformado, para uma comparação com regiões do tubo que não sofrem tanta deformação.