O presente trabalho tem por objetivo principal avaliar duas novas geometrias de rebites para serem aplicados através do processo de rebitagem por fricção. Ambas são baseadas no uso de rebites vazados para reduzir o peso da junta e aperfeiçoar o processo, viabilizando sua aplicação em estruturas aeronáuticas. As juntas estudadas foram produzidas com base nos novos materiais utilizados na produção de jatos comerciais. Para tal foram empregadas placas de compósito polimérico PEI-Fibra de vidro e chapas de alumínio AA2198-T851 unidas por rebites de titânio puro Gr2. Para atingir estes objetivos as novas geometrias foram produzidas e qualitativamente comparadas entre si e com resultados de estudos anteriores. Após a análise qualitativa, a geometria que apresentou os melhores resultados foi selecionada para ser estudada quantitativamente. Tal análise foi promovida através de uma combinação de ferramentas de planejamento de experimentos, modelos numéricos de elementos finitos, análise estatística e ensaios mecânicos. Para a geometria selecionada foram melhorados os parâmetros de processo visando determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações sendo utilizado o modelo estatístico multifatorial Anova, com o planejamento de experimentos de Taguchi L4 cruzado a 3 fatores e 2 níveis para cada fator. Como resultados foram obtidos: uma nova geometria de rebite com desempenho mecânico específico em tração superior aos anteriormente reportados na literatura; um conjunto de parâmetros de processo para utilização da nova geometria e um modelo analítico simplificado capaz de prever a força máxima de ancoragem suportada pela junta com base na análise da seção longitudinal. / The aim of this study was to evaluate two new geometries of rivets to be applied through the friction based riveting process named FricRiveting. Both geometries are based on the use of hollowed rivets, within the objective to reduce the weight of the joint and improve the process allowing its use in aircraft structures. The joints analyzed were produced based on the new materials used in the production of commercial jets, were employed for such plates of PEI composite-fiberglass, aluminum sheets AA2198-T851 joined by rivets of pure titanium Gr2. To achieve these goals the new geometries were produced and qualitatively compared between themselves and with results of previous studies. After that the best results obtained in this step were selected to be studied quantitatively. This analysis was promoted through a combination of tools for design of experiments, numerical finite element models, statistical analysis and mechanical testing. For the selected geometry were improved process parameters, to determine the significance of each parameter and their interactions, were used the statistical model Multi-Factor ANOVA, with the design of experiments Taguchi L4 crossed the three factors and two levels for each factor . As results were obtained: a new rivet geometry with specific mechanical performance at superior tensile strength when compared to those previously reported in the literature, a set of process parameters for application of the new geometry, and a simplified analytical model able to predict the maximum strength supported by the joint based on the analysis of the longitudinal section.

Os processos de fabricação de compósitos chamados RTM (Resin Transfer Molding) e RTM Light estão sendo cada vez mais utilizados na indústria automobilística por possuírem vantagens sobre outros processos, tais como: baixo custo de trabalho e ferramentas, baixa emissão de solventes, ciclos de produção satisfatórios e fabricação de estruturas complexas com qualidade. Algumas cargas são adicionadas à resina com o objetivo de reduzir custos e melhorar as propriedades dos compósitos, entre elas o carbonato de cálcio (CaCO3). O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da adição de carbonato de cálcio, em diferentes proporções, nas propriedades da resina (como viscosidade e tempo de gel), dos compósitos (densidade e teor de vazios) e na permeabilidade do reforço fibroso. As propriedades mecânicas dos compósitos (dureza Barcol, impacto Izod, short beam, resistência à flexão, módulo e resistência à tração) em diferentes proporções de CaCO3 também foram avaliadas. Os resultados obtidos mostraram que a adição de CaCO3 aumentou a viscosidade e o tempo de gel da resina, a densidade dos compósitos e não teve influência no teor de vazios dos compósitos, além de diminuir consideravelmente a permeabilidade dos reforços fibrosos e, portanto, a produtividade esperada do processo. As propriedades mecânicas dos compósitos como dureza Barcol, short beam e módulo de elasticidade em tração aumentaram com o teor de CaCO3 enquanto a resistência ao impacto, à flexão e à tração diminuíram. / The composite manufacturing processes called RTM (resin transfer molding) and RTM Light are being ever more used by the automotive industry, because of their advantages over other processes, including low cost of labor and tooling, low emission of solvents and satisfactory productivity of complex structures with quality. Some fillers are added to the resin with the purpose of reducing costs and enhance some composite properties, such as calcium carbonate (CaCO3). The aim of this work was to evaluate the effect of adding different amounts of calcium carbonate on the properties of a polyester resin (e.g. viscosity and gel time) and on the permeability of the reinforcement. The mechanical properties of the composites (Barcol hardness, Izod impact, short Beam strength, flexural strength, modulus and tensile strength) obtained with the filled resin were also evaluated. RTM and RTM light were used for the experimental investigation. The results showed that the addition of calcium carbonate increased viscosity and gel time of the resin, and also considerably decreased the permeability of the fibrous reinforcement and, consequently, the expected process productivity. Besides, Barcol hardness, ILSS and modulus increased for higher CaCO3 content, whereas impact, flexural and tensile strength decreased.

Este trabalho tem por objetivo analisar a possibilidade do uso da técnica de análise por ultra-som como uma alternativa aos ensaios de tração para a avaliação das propriedades mecânicas de barras laminadas de aço baixo carbono. O método prevê a aplicação da técnica como uma opção econômica e ágil em programas de qualidade das características dos aços produzidos. Para o desenvolvimento deste estudo foi escolhido como material de análise o aço ASTM A36 na forma de barras redondas laminadas de 1 polegada de diâmetro. Foram adquiridas amostras de 15 corridas de produção deste aço sendo que as amostras de uma destas corridas foram submetidas a diferentes tratamentos térmicos. Foram realizadas medidas de velocidade sônica e avaliação da atenuação sônica por medidas de ganho com a aplicação de ondas longitudinais e com o uso de dois equipamentos diferentes e transdutores de 4, 5 e 15MHz. Esses resultados foram correlacionados com os dados de limite de escoamento, limite de resistência e alongamento na ruptura. Foi realizado um estudo metalográfico de tamanho de grão e do teor de inclusões, além de análise de composição química das amostras e a relação destes fatores com as propriedades acústicas. Foram comparados também os dados de velocidade e atenuação sônica das amostras apenas laminadas com os resultados obtidos com as amostras tratadas termicamente Como resultado, foi demonstrada a possibilidade do uso da técnica apresentada para estimar as propriedades mecânicas do aço estudado, em especial o limite de resistência, determinando a capacidade do uso do ultra-som para o controle das características mecânicas no processo produtivo deste e também de outros tipos de materiais metálicos.

Os aços tratados através de cementação, têmpera e revenido são amplamente utilizados em componentes que necessitam ter dureza e resistência mecânica em conjunto com uma boa tenacidade no núcleo. A têmpera intensiva é um método que apresenta vantagens, tais como possibilidade de evitar trincas devido ao resfriamento extremo, aumento na resistência mecânica e desempenho superior na fadiga. Uma vez que a taxa de resfriamento é muito alta, pode-se utilizar aço de baixo carbono ao invés de aços ligados. O presente trabalho tem por objetivo comparar amostras de aço cementadas que foram temperadas posteriormente: amostras de aço AISI 1020 cementadas e temperadas intensivamente foram comparadas com amostras de aço AISI 8620 cementadas e temperadas via convencional. Ainda, amostras do mesmo aço AISI 1020 cementado com tratamentos distintos de têmpera intensiva e convencional foram comparadas. Os resultados mostram que quando a mesma qualidade de aço AISI 1020 foi comparada, a têmpera intensiva obteve desempenho superior em propriedades mecânicas e metalúrgicas. Ao comparar as ligas de aços AISI 1020 e AISI 8620, foi observado que o aço AISI 1020 cementado e intensivamente temperado possui tamanho de grão três vezes maior do que amostras aço de AISI 8620 cementado e temperado via convencional. Portanto os benefícios da têmpera intensiva foram encobertos por causa desse fato. / Steels treated through carburizing, quenching and tempering are broadly used in components that need to have hardness and superficial mechanical resistance together with a good toughness at the core of the component. Intensive quenching is a method that presents some advantages, such as the possibility of avoiding cracking due to extreme cooling, the increase in mechanical resistance and improvement in fatigue performance, among others. Once the cooling rate is very high, it can be used low carbon steels instead of low alloy steel. The present work aims to compare carburized steel samples that were quenched afterwards: carburized and intensively quenched AISI 1020 steel samples were compared to carburized and conventionally quenched AISI 8620 steel samples. Additionally, samples of the same steel AISI 1020 were treated with different quenching process, conventional and intensive in order to make comparisons. Results showed that when the same carburized AISI 1020 steel quality was compared, intensive quenching was superior in performance in mechanical and metallurgical properties. When comparing different alloys it was found that samples of intensively quenched AISI 1020 steel presented grain sizes which are three times bigger than the ones conventionally quenched AISI 8620 steel. Therefore the benefits of intensive quenching are overcome by this fact.

Com o avanço da indústria do petróleo, há uma grande necessidade de tubulações e componentes resistentes a ambientes corrosivos, ocasionando a necessidade de materiais resistentes a esse tipo de ambiente sem prejuízo às propriedades mecânicas, por isso existe a necessidade da caraterização das propriedades mecânicas. As técnicas convencionalmente aplicadas são os ensaios mecânicos tradicionais, porém eles muitas vezes são muito complexos de serem realizados, não fornecem os dados necessários ou muito caros. Este trabalho apresenta a técnica de ultrassom realizado a partir do método de pulso-eco, para a determinação das constantes elásticas de um tubo compósito comercial de resina epóxi reforçada com fibra de vidro. Alguns trabalhos nessa área já foram realizados, mas neles são apresentados amostras planas ou em forma de chapas, ao contrário do apresentado nesse trabalho que faz medidas em tubo compósito. Com as medidas de ultrassom se obtém as velocidades ultrassônicas longitudinais e transversais em determinadas direções para o cálculo das constantes elásticas e a partir destas, as propriedades mecânicas do material. Essa técnica foi adotada pela dificuldade de se obter as variáveis das constantes elásticas por ensaios mecânicos e por se tratar de uma técnica não destrutiva. Os experimentos são realizados com amostras de fibra de vidro/epóxi considerados transversalmente isotrópicos para simplificação do modelo, utilizando transdutores com frequências de 2 e 4 MHz para a determinação das velocidades longitudinais e 1 MHz para as velocidades transversais com sapatas de 45 e 60º para o aço, com ângulos corrigidos para compósito de 19,1 e 44º, respectivamente. Para o cálculo das constantes elásticas também é necessária a determinação da densidade do compósito que foi realizada por picnometria a hélio. Paralelamente aos ensaios de ultrassom, foram realizados ensaios mecânicos de tração em corpos de prova do tipo anel (direção x) e do tipo halteres (direção z) para a avaliação das propriedades mecânicas. Além dos ensaios de ultrassom e ensaios de tração, foi realizada a análise química do tubo compósito pela técnica de fluorescência de raios X. Os ensaios mecânicos nos forneceram módulo de elasticidade de 22,04 GPa (direção x) e módulo de elasticidade de 10,30 GPa (direção z). Os módulos de elasticidade obtidos por ultrassom na direção x e z foram 16,90 e 13,82 GPa, respectivamente. A fração volumétrica de fibra foi de 27,27% e análise química por fluorescência de raios X identificou a presença de 56,76% de material orgânico, 24,38% de SiO2, 12,05% de CaO, 4,85% de Al2O3 e outros compostos 1,96%. / With the advancement of the petroleum industry, there is a great need for piping and components resistant to corrosive environments, resulting in the necessity for materials resistant to this kind of environment subject to mechanical properties, so there is the need for characterization of mechanical properties. The techniques conventionally ap-plied are the traditional mechanical tests, but they are often very complex to apply, do not provide the necessary data or very expensive. This paper presents the ultrasound technique performed using the pulse-echo method for the determination of the elastic constants of a composite tube commercial epoxy resin reinforced with glass fiber. Some studies in this area have been developed but samples are presented them flat or shaped plates, contrary to what is presented in this study measures composite tube. With ultra-sound measurements obtained ultrasonic velocities in the longitudinal and transverse directions, completed for the calculation of the elastic constants and from these, the me-chanical properties of the material. This technique was adopted by the difficulty of ob-taining the variables of the elastic constants for mechanical testing and it is a non-destructive technique. The experiments are carried out with samples of glass fiber/epoxy considered transversely isotropic to simplify the model, using transducers with frequen-cies of 2 and 4 MHz for determining the speed longitudinal and 1 MHz for speeds transverse shoes 45 and 60º for steel, with fixed angles for composite of 19.1 and 44º, respectively. For the calculation of the elastic constants is also necessary to determine the density of the composite was performed by helium pycnometry. Alongside the ul-trasound tests were performed on tensile test specimens of type ring (x direction) and the type dumbbells (z direction) for the evaluation of mechanical properties . Besides the ultrasound tests and tensile tests was performed chemical analysis of composite pipe technique of X-ray fluorescence The mechanical tests provided us with modulus of 22.04 GPa (x direction) and modulus of elasticity of 10.30 GPa (z direction) . The mod-ulus of elasticity using ultrasound in x and z direction were 16.90 and 13.82 GPa, re-spectively. The fiber volume fraction was 27.27% and chemical analysis by x-ray fluo-rescence showed the presence of 56.76 %, organic material, 24.38 % SiO2, 12.05 % CaO, 4.85% Al2O3 and 1.96% other compounds.

O presente trabalho tem por objetivo principal avaliar duas novas geometrias de rebites para serem aplicados através do processo de rebitagem por fricção. Ambas são baseadas no uso de rebites vazados para reduzir o peso da junta e aperfeiçoar o processo, viabilizando sua aplicação em estruturas aeronáuticas. As juntas estudadas foram produzidas com base nos novos materiais utilizados na produção de jatos comerciais. Para tal foram empregadas placas de compósito polimérico PEI-Fibra de vidro e chapas de alumínio AA2198-T851 unidas por rebites de titânio puro Gr2. Para atingir estes objetivos as novas geometrias foram produzidas e qualitativamente comparadas entre si e com resultados de estudos anteriores. Após a análise qualitativa, a geometria que apresentou os melhores resultados foi selecionada para ser estudada quantitativamente. Tal análise foi promovida através de uma combinação de ferramentas de planejamento de experimentos, modelos numéricos de elementos finitos, análise estatística e ensaios mecânicos. Para a geometria selecionada foram melhorados os parâmetros de processo visando determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações sendo utilizado o modelo estatístico multifatorial Anova, com o planejamento de experimentos de Taguchi L4 cruzado a 3 fatores e 2 níveis para cada fator. Como resultados foram obtidos: uma nova geometria de rebite com desempenho mecânico específico em tração superior aos anteriormente reportados na literatura; um conjunto de parâmetros de processo para utilização da nova geometria e um modelo analítico simplificado capaz de prever a força máxima de ancoragem suportada pela junta com base na análise da seção longitudinal. / The aim of this study was to evaluate two new geometries of rivets to be applied through the friction based riveting process named FricRiveting. Both geometries are based on the use of hollowed rivets, within the objective to reduce the weight of the joint and improve the process allowing its use in aircraft structures. The joints analyzed were produced based on the new materials used in the production of commercial jets, were employed for such plates of PEI composite-fiberglass, aluminum sheets AA2198-T851 joined by rivets of pure titanium Gr2. To achieve these goals the new geometries were produced and qualitatively compared between themselves and with results of previous studies. After that the best results obtained in this step were selected to be studied quantitatively. This analysis was promoted through a combination of tools for design of experiments, numerical finite element models, statistical analysis and mechanical testing. For the selected geometry were improved process parameters, to determine the significance of each parameter and their interactions, were used the statistical model Multi-Factor ANOVA, with the design of experiments Taguchi L4 crossed the three factors and two levels for each factor . As results were obtained: a new rivet geometry with specific mechanical performance at superior tensile strength when compared to those previously reported in the literature, a set of process parameters for application of the new geometry, and a simplified analytical model able to predict the maximum strength supported by the joint based on the analysis of the longitudinal section.

o objetivo principal da pesquisa é analisar a influência conjunta do tamanho e da velocidade de deformação (ou velocidade de alongamento) nas propriedades mecânicas do aço, procurando determinar a possível existência de acoplamento produzido com a variação conjunta dos dois parâmetros. A pesquisa inclui a revisão bibliográfica, a análise teórica do assunto e um estudo experimental com 130 corpos de prova de diferentes tamanhos, extraídos duma única chapa grossa de aço, ensaiados com diferentes velocidades de deformação, obtendo resultados de distintas variáveis (resistência à tração, deformação de ruptura, energia consumida por unidade de volume, deformação correspondente à resistência à tração e redução da área na zona de escoamento). As principais conclusões da análise teórica são: a) Levando em consideração que o conceito de comprimento característico do material é de fundamental importância para interpretar o efeito de tamanho, se determina a forma geral da função f que define o fenômeno, para materiais com um e dois comprimentos característicos. b) Por analogía, para analisar o efeito produzido pela velocidade de deformação se pode supor a existência de uma, o mais de uma, velocidade de deformação característica do material, resultando uma função f que tem a mesma forma geral que no efeito de tamanho. c) Os atuais modelos que interpretam os efeitos de tamanho e de velocidade de deformação podem ser expressados na forma das expressões gerais encontradas. d) Também se determina a forma geral da função.f que define o efeito conjunto de tamanho e de velocidade de deformação quando não existe acoplamento das duas variáveis e no caso geral de um material com um comprimento e uma velocidade de deformação característica Os principais resultados do estudo experimental são: a) A variação das propriedades quando varia o tamanho, a velocidade de deformação, a posição na espessura e a região da qual é extraído o corpo de prova. b) Existe acoplamento dos dois efeitos claramente significativo para a resistência à tração e a deformação correspondente à resistência à tração, apenas significativo para a deformação de ruptura e a energia consumida por unidade de volume e não significativo para a redução da área na zona de escoamento. c) Do estudo experimental da resistência à tração resulta que o acoplamento dos dois efeitos é tal que quando aumenta a velocidade de deformação e diminui o tamanho o efeito conjunto se acentua e quando diminui a velocidade de deformação e aumenta o tamanho o efeito conjunto se atenua. d) Com base nos critérios existentes que analisam os dois efeitos por separado é deíinido um novo critério para a resistência à tração, incorporando termos que permitem interpretar o acoplamento dos dois efeitos, obtendo um melhor resultado que reduz a soma de quadrados dos resíduos em 20 % . As conclusões da tese proporcionam maior informação teórica e experimental dos efeitos de tamanho e de velocidade de deformação nas propriedades mecânicas dos materiais que podem contribuir para adotar decisões na consideração destes efeitos nas estruturas.

O presente trabalho tem por objetivo principal avaliar duas novas geometrias de rebites para serem aplicados através do processo de rebitagem por fricção. Ambas são baseadas no uso de rebites vazados para reduzir o peso da junta e aperfeiçoar o processo, viabilizando sua aplicação em estruturas aeronáuticas. As juntas estudadas foram produzidas com base nos novos materiais utilizados na produção de jatos comerciais. Para tal foram empregadas placas de compósito polimérico PEI-Fibra de vidro e chapas de alumínio AA2198-T851 unidas por rebites de titânio puro Gr2. Para atingir estes objetivos as novas geometrias foram produzidas e qualitativamente comparadas entre si e com resultados de estudos anteriores. Após a análise qualitativa, a geometria que apresentou os melhores resultados foi selecionada para ser estudada quantitativamente. Tal análise foi promovida através de uma combinação de ferramentas de planejamento de experimentos, modelos numéricos de elementos finitos, análise estatística e ensaios mecânicos. Para a geometria selecionada foram melhorados os parâmetros de processo visando determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações sendo utilizado o modelo estatístico multifatorial Anova, com o planejamento de experimentos de Taguchi L4 cruzado a 3 fatores e 2 níveis para cada fator. Como resultados foram obtidos: uma nova geometria de rebite com desempenho mecânico específico em tração superior aos anteriormente reportados na literatura; um conjunto de parâmetros de processo para utilização da nova geometria e um modelo analítico simplificado capaz de prever a força máxima de ancoragem suportada pela junta com base na análise da seção longitudinal. / The aim of this study was to evaluate two new geometries of rivets to be applied through the friction based riveting process named FricRiveting. Both geometries are based on the use of hollowed rivets, within the objective to reduce the weight of the joint and improve the process allowing its use in aircraft structures. The joints analyzed were produced based on the new materials used in the production of commercial jets, were employed for such plates of PEI composite-fiberglass, aluminum sheets AA2198-T851 joined by rivets of pure titanium Gr2. To achieve these goals the new geometries were produced and qualitatively compared between themselves and with results of previous studies. After that the best results obtained in this step were selected to be studied quantitatively. This analysis was promoted through a combination of tools for design of experiments, numerical finite element models, statistical analysis and mechanical testing. For the selected geometry were improved process parameters, to determine the significance of each parameter and their interactions, were used the statistical model Multi-Factor ANOVA, with the design of experiments Taguchi L4 crossed the three factors and two levels for each factor . As results were obtained: a new rivet geometry with specific mechanical performance at superior tensile strength when compared to those previously reported in the literature, a set of process parameters for application of the new geometry, and a simplified analytical model able to predict the maximum strength supported by the joint based on the analysis of the longitudinal section.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

O presente trabalho visa entender as relações entre as propriedades mecânicas e a composição química de fio-máquinas produzidos com aços SAE 1005 e SAE 1405 modificados e os parâmetros de controle de um laminador a fim de se obter, após a laminação a quente, as propriedades mecânicas semelhantes para os dois tipos de aço. A metodologia adotada envolveu as etapas de revisão da literatura e procedimento experimental D.O.E (Design of Experiments), com coleta de amostras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1005 modificado e outras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1405 modificado, nas condições normais de operação para avaliação das propriedades mecânicas através de ensaios de tração e análise metalográfica. Esse resultado visa criar uma alternativa para a fabricação de arames recozidos com o uso do fio-máquina produzido com o aço SAE 1005 modificado, com um menor custo do produto final. / The present work aims to understand the relationships between the mechanical properties and chemical composition of wire rod produced with SAE 1005 and SAE 1405 modified steels and the parameters of a rolling mill in order to obtain, after hot rolling, mechanical properties similar for both types of steel. The methodology involved the steps of literature review and experimental procedure DOE (Design of Experiments), with sampling of 5.50 mm wire rod produced with the SAE 1005 modified and other samples of 5.50 mm wire rod made from steel SAE 1405 modified under normal conditions of operation for evaluation of mechanical properties through tensile testing and metallographic analysis. This result created an alternative for the fabrication of annealed wire using the wire rod produced with the SAE 1005 modified, with a lower total cost of the final product.