The aim of the thesis is the mathematical and computer modelling of thin films of martensitic materials. We derive a thermodynamic thin-film model on the meso-scale that is capable of capturing the evolutionary process of the shape-memory effect through a two-step procedure. First, we apply dimension reduction techniques in a microscopic bulk model, then enlarge gauge by neglecting microscopic interfacial effects. Computer modelling of thin films is conducted for the static case that accounts for a modified Hadamard jump condition which allows for austenite--martensite interfaces that do not exist in the bulk. Further, we characterize $L^p$-Young measures generated by invertible matrices, that have possibly positive determinant as well. The gradient case is covered for mappings the gradients and inverted gradients of which belong to $L^\infty$, a non-trivial problem is the manipulation with boundary conditions on generating sequences, as standard cut-off methods are inapplicable due to the determinant constraint. Lastly, we present new results concerning weak lower semicontinuity of integral functionals along (asymptotically) $\mathcal{A}$-free sequences that are possibly negative and non-coercive. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T13:44:00Z No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO ARISTÓFANES DA CRUZ GOMES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3128879 bytes, checksum: 1a0aaa662fd3e47d06a1e3545ab63f87 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T13:44:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTÔNIO ARISTÓFANES DA CRUZ GOMES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 3128879 bytes, checksum: 1a0aaa662fd3e47d06a1e3545ab63f87 (MD5) Previous issue date: 2018-08-07 / CNPq / Os procedimentos cirúrgicos de reconstrução crânio facial vêm se desenvolvendo significativamente e grande parte desse progresso se deve às inovações nas técnicas cirúrgicas e ao emprego de novos materiais na fabricação dos dispositivos de fixação. O objetivo principal é tornar os procedimentos mais eficientes e menos invasivos aos pacientes, consequentemente haverá diminuição nos índices de retrabalhos. O emprego de Ligas com Memória de Forma (LMF) pode ser uma alternativa interessante nesses casos, uma vez que esses materiais possuem um comportamento adaptativo, com a capacidade de reagir a estímulos externos de natureza térmica ou mecânica. As LMF da família Ni-Ti lideram o interesse das pesquisas devido ao maior número de aplicações comerciais, principalmente nas áreas médica e odontológica. Essas LMF Ni-Ti, além de serem biocompatíveis possuem também módulo de elasticidade inferior ao de ligas de titânio, como o Ti-Al-V, e dos aços inoxidáveis. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um protótipo de placa de fixação óssea, que poderá ser destinada a procedimentos de trauma e reconstrução mandibular, utilizando uma LMF Ni-Ti com características superelásticas. Foi escolhido um elemento de fixação, tipo placa, como modelo para os protótipos e as dimensões foram baseadas em componentes fornecidos comercialmente. Para a fabricação dos dispositivos optou-se pelos processos de fundição de precisão: Plasma Skull Push-Pull (PSPP), e fusão por indução com injeção por centrifugação (FIC), os quais se mostraram bastante eficazes. Foram realizados ensaios de caracterização para determinar as propriedades térmicas e mecânicas do dispositivo fabricado. Os principais resultados foram um componente de rigidez variável com a temperatura, módulo de elasticidade da ordem de 50 GPa na temperatura corpórea e vida em fadiga ente 103 e 106 para amplitudes de deslocamento em flexão entre 0,5 mm e 2,5 mm. Estes resultados de caracterização termomecânica indicam o potencial das LMF Ni-Ti e dos processos de fundição de precisão para a produção de placas de fixação óssea. / Surgical procedures for facial skull reconstruction have been developing significantly and much of this progress is due to innovations in surgical techniques and the use of new materials in the manufacture of fastening devices. The main objective is to make the procedures more efficient and less invasive to the patients, consequently there will be a decrease in the rates of reworking. The use of Shape Memory Alloys (SMA) may be an interesting alternative in these cases, since these materials have an adaptive behavior, with the ability to react to external stimuli of a thermal or mechanical nature. The SMA of the Ni-Ti family lead the research interest due to the greater number of commercial applications, mainly in the medical and dental areas. In addition to being biocompatible, these Ni-Ti SMAs also have lower modulus of elasticity than titanium alloys, such as Ti-Al-V, and stainless steels. In this context, the objective of this work is to develop a prototype bone fixation plate, which can be used for trauma and mandibular reconstruction procedures, using a Ni-Ti SMA with superelastic characteristics. A plate-type fastening element was chosen as the prototype model and the dimensions were based on commercially supplied components. In order to manufacture the devices, it was chosen the precision casting processes: Plasma Skull Push-Pull (PSPP) and induction fusion with centrifugal injection (FCI), which proved to be quite effective. Characterization tests were performed to determine the thermal and mechanical properties of the fabricated device. The main results were a variable stiffness component with temperature, modulus of elasticity of the order of 50 GPa at body temperature and fatigue life between 103 and 106 for flexural displacement amplitudes between 0.5 mm and 2.5 mm. These thermomechanical characterization results indicate the potential of Ni-Ti SMA and precision casting processes for the production of bone fixation plates.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T14:06:57Z No. of bitstreams: 1 ARMANDO WILMANS NUNES DA FONSECA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 5713433 bytes, checksum: aba957d62b27260ecd8141ce8547fa05 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T14:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARMANDO WILMANS NUNES DA FONSECA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 5713433 bytes, checksum: aba957d62b27260ecd8141ce8547fa05 (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Capes / No decorrer dos anos, com a construção de pontes cada vez mais longas e leves, o comportamento dinâmico passa a ser um fator limitante no projeto dessas estruturas. Portanto, é de grande interesse que sistemas de controle de vibrações estruturais sejam desenvolvidos. Entre os vários materiais utilizados atualmente para supressão de vibrações, estão as ligas com memória de forma (LMF). Estas vêm ganhando popularidade graças a sua capacidade de sofrer grandes deformações reversíveis, aliadas às suas propriedades de dissipação de energia. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo realizar o controle passivo de vibrações num protótipo de ponte estaiada, em escala reduzida, utilizando molas superelásticas de uma LMF Ni-Ti (Nitinol). Foram realizadas análises dinâmicas na estrutura utilizando ferramentas analíticas, numéricas e experimentais. Nos resultados experimentais, obteve-se uma redução de até 75% de transmissibilidade de força em vibração livre, em comparação com a estrutura com molas equivalentes, de aço. Em vibração forçada, o valor de redução de transmissibilidade de força chegou a um máximo de 85,5%. Os resultados numéricos mostraram boa coerência na determinação dos parâmetros modais da estrutura e na resposta em vibração livre, com maior erro associado aos resultados em vibração forçada, mais especificamente no segundo modo de vibrar do sistema. Concluiu-se que as molas de LMF têm capacidade de dissipação de energia vibracional para a aplicação em estruturas de pontes e os modelos numéricos permitem uma boa previsão da resposta da estrutura. / Over the years, with the construction of increasingly longer and lighter bridges, dynamic behavior becomes a limiting factor in the design of these structures. Therefore, it is important that structural vibration control systems are developed. Among the various materials currently used for vibration suppression are the shape memory alloys (SMA). These have been gaining popularity as a result of their ability to undergo large reversible deformations, coupled with their energy dissipating properties. In this context, the objective of this dissertation is to perform the passive vibration control of a cable-stayed bridge prototype, in small scale, using SMA Ni-Ti (Nitinol) superelastic springs. Dynamic analyses were performed using analytical, numerical and experimental tools. In the experimental results, a reduction of 75% of force transmissibility in free vibration was obtained, compared to the structure with equivalent steel springs. In forced vibration, the value of reduction of force transmissibility reached a maximum of 85.5%. The numerical results showed good coherence in the determination of the modal parameters of the structure and the response of the latter in free vibration, with the largest error associated to the second mode of vibration of the structure, in forced vibration. It was concluded that the SMA springs have the capacity to dissipate vibrational energy, for the application in bridges structures, and the numerical models allow a good prediction of the structure response.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-09T12:28:39Z No. of bitstreams: 1 MATHEUS JOSÉ CUNHA DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 9296942 bytes, checksum: a273053730345dafcd282de1fc0bf6f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T12:28:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MATHEUS JOSÉ CUNHA DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGCEMat) 2016.pdf: 9296942 bytes, checksum: a273053730345dafcd282de1fc0bf6f1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / CNPq / As Ligas com Memória de Forma (LMF) foram descobertas nos anos 60 e o desenvolvimento de vários sistemas (NiTi, CuAlNi, CuAlBe, CuZnAl) vem sendo explorado desde então, sendo aquelas do sistema NiTi as mais utilizadas. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, ótima resistência a corrosão e biocompatibilidade, além de apresentarem as melhores propriedades funcionais de efeito de memória de forma e superelasticidade, as LMF NiTi e suas variações ternárias passaram a ser objeto de estudos para várias aplicações nas mais diferentes áreas. Um dos maiores problemas das LMF NiTi ainda está relacionado a dificuldades de conformação mecânica e usinagem. Por esse motivo, o processo de soldagem pode ser uma boa ferramenta alternativa para se conseguir obter peças de geometrias mais complexas, envolvendo a união das LMF NiTi com metais convencionais, como o aço inoxidável. O aço inoxidável é uma opção importante de união com LMF NiTi pois possui igualmente propriedades desejadas de resistência mecânica, biocompatibilidade e resistência a corrosão. A união por soldagem destas duas ligas encontra barreiras diversas, sendo a principal delas a formação de intermetálicos frágeis na junta soldada limitando sua resistência mecânica e consequente aplicação. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a soldabilidade de chapas finas (espessura de 1 mm) de uma LMF NiTi com aço inoxidável (INOX) AISI 304 utilizando o processo micro GTAW e compreender a metalurgia da soldagem na variação das propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas. O processo GTAW foi escolhido por ser mais econômico que os processos usuais de soldagem para estas ligas NiTi, como a soldagem a laser (LBW). As juntas dissimilares NiTi-SS obtidas foram caracterizadas pelas técnicas de MO, MEV, EDS, DSC, ensaios de tração à ruptura e de dureza Vickers. Estas juntas foram soldadas utilizando a própria LMF NiTi e também o Inconel 625 como metais de adição. No geral, constatou-se que as juntas apresentam comportamento frágil, porém ao se utilizar camada intermediária de Inconel 625 na união entre os metais dissimilares e após tratamento térmico para alívio de tensões, é possível aumentar a resistência mecânica da junta para valores da ordem de 150MPa. As juntas apresentaram uma poça de fusão heterogênea devido a formação de elementos fragilizantes ao longo do metal de solda. Observou-se a formação de uma zona parcialmente diluída (ZPD) correlacionada a um aumento excessivo da dureza nesta região e composição química distinta. / Shape Memory Alloys (SMA) were discovered in the 60s and the development of various systems (NiTi, CuAlNi, CuAlBe, CuZnAl) has been explored since then, with those of the NiTi system the most commonly used. Due to its excellent mechanical properties, good corrosion resistance and biocompatibility, in addition to having the best functional properties of shape memory effect and superelasticity, the NiTi SMA and its ternary variations have become the subject of studies for various applications in different areas. One of the main problems of NiTi SMA is also related to difficulties in forming and machining. For this reason, the welding process can be a good alternative tool to achieve more complex geometry parts, involving the union of NiTi SMA with conventional metals, such as stainless steel. Stainless steel is an important option for union with NiTi SMA, since it also has desired properties of mechanical strength, biocompatibility and corrosion resistance. The union by welding between these two alloys find various barriers, the main one being the formation of brittle intermetallic compounds on the welded joint, limiting its mechanical strength and consistent application. In this context, this study aimed to assess the weldability of thin sheet metal (1 mm thick) of a NiTi SMA with AISI 304 stainless steel (SS) using the micro process GTAW, and study the influence of welding metallurgy in mechanical and metallurgical properties of the joints. The GTAW process was chosen because it is more economical than the usual welding processes for these NiTi alloys such as the laser beam welding (LBW). The NiTi-SS dissimilar joints obtained were characterized by optical microscopy techniques, SEM, EDS, DSC, tensile test to rupture and Vickers hardness. These joints were welded using NiTi SMA and also the Inconel 625 as filler metals. Overall, it was found that the joints have brittle behavior, but when using an intermediate layer of Inconel 625 at the junction between dissimilar metals and after heat treatment for stress relief, it is possible to increase the mechanical strength of the joint for values in the order of 150MPa. The joints exhibited a heterogeneous molten weld pool due to formation of elements along the embrittlement of the weld metal. It was observed the formation of a partially diluted zone (PDZ) correlated to an excessive increase of the hardness in that region and different chemical composition.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-07-27Bitstream added on 2014-06-13T19:55:32Z : No. of bitstreams: 1 faria_ct_me_ilha.pdf: 2001879 bytes, checksum: 8c06397bc7d8057b53383eaa08ea1d01 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O projeto de aeronaves convencionais, em geral, apresentam uma série de dificuldades de se realizar de maneira eficiente um amplo número de missões, uma vez que para atender esses requisitos estas aeronaves deveriam ser capazes de realizar grandes alterações em sua geometria. Surge então um novo conceito de projeto de aeronaves, as chamadas aeronaves adaptativas, as quais são capazes de alterar sua geometria, de modo a adaptar a aeronave a um dado tipo de missão. Este novo conceito se tornou ainda mais atrativo com os avanços tecnológicos promovidos pelo estudo de novos materiais, os chamados materiais inteligentes, que apresentam alta densidade de energia, vantagem que leva a uma redução de peso nos mecanismos atuados desta maneira. Este trabalho apresenta um novo modelo adaptativa, utilizando fios atuadores de ligas de memória de forma para realizar uma rotação relativa entre duas seções de um aerofólio, este mecanismo possibilitaria a variação da linha de arqueamento de uma seção aeronáutica. Neste trabalho uma modelagem matemática para se descrever o comportamento deste sistema é apresentada, bem como um modelo aerodinâmico para se verificar o comportamento do sistema em funcionamento. Um controlador do tipo nebuloso é ainda projetado para se controlar a forma do perfil, e ensaios experimentais são conduzidos para se verificar a modelagem termo-mecânica apresentada. / Conventional airplane design, in general, has a large difficulty to attend in an efficient way several mission requirements, once that to attend these requirements the airplane has to perform great shape changes in its structure. Motivated by this problem a new concept in airplane design arise, one called morphing airplanes, which are air vehicles capable of changing its shape to adapt it self to a defined mission. This new concept became even more attractive with the development of active smart material, which can be a high power density actuator, reducing the weight of such morphing mechanism. This work proposes a novel model for morphing wings, using a pair of shape memory alloy wires to create a rotation between two wing sections, this mechanism allows the airfoil to change its camber line. A mathematical model is derived to describe the thermo-mechanical structure behavior, and also an aerodynamic model is investigated. A fuzzy controller is designed to control the system shape, and some experimental tests are used to verify the thermo-mechanical modeling proposed.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-05T13:40:29Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5062577 bytes, checksum: 50662b1886cf46d934e60415729f24cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T13:40:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5062577 bytes, checksum: 50662b1886cf46d934e60415729f24cd (MD5) Previous issue date: 2016-01-29 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Most rotating machines, especially those mounted on flexible shafts and bearings when it’s accelerating, tend to pass through critical speeds, which are speeds that can cause structural resonance in the system. Thus, there is a constant concern for seeking effective methods to reduce the effect of vibration when passing through such speeds. Currently there are many applications of "smart materials" as actuators in dynamical systems, in order to reduce vibrations in a frequency range next to the resonance zone. In this direction the use of actuators composed by shape memory alloys (SMA) assists in active control structures, due the capacity of stiffness variation with change of the temperature. This thesis presents a shaft-rotor system design with active bearing, using SMA springs and temperature control system based on fuzzy logic, to reduce the vibration amplitudes when passing through critical speeds. This reduction occurred from the system stiffness change (active support bearing), obtained by changing the temperature of the SMA springs. The theoretical and experimental results showed the system functionality, being achieved reductions of up to 61.5% in the peak amplitudes and 57.3% in terms of RMS signal during the passage through resonance zone. / A maioria das máquinas rotativas, sobretudo aquelas montadas sobre eixos e mancais flexíveis, quando de seu início de funcionamento, tendem a passar por velocidades ditas críticas, ou seja, velocidades que podem levar o sistema a entrar em ressonância estrutural. Assim, existe uma preocupação constante pela busca de métodos eficazes de atenuar o efeito da vibração quando da passagem por tais velocidades. Atualmente vêm-se estudando aplicações de “materiais inteligentes” como atuadores em sistemas dinâmicos, com o propósito de reduzir as vibrações numa faixa de frequência relacionada à região de ressonância. Nesta direção está o uso de atuadores compostos por ligas com memória de forma (LMF), que auxiliam no controle ativo de estruturas, devido à sua capacidade de variação de rigidez em função da mudança de temperatura. Apresenta-se, nesta tese, uma concepção de sistema eixo-rotor com mancal ativo, fazendo uso de molas LMF e sistema de controle de temperatura baseado na lógica fuzzy, visando reduzir as amplitudes de vibração quando da passagem por velocidades críticas. Tal redução ocorreu a partir da mudança de rigidez do sistema (mancal de suporte ativo), obtido pela mudança da temperatura das molas. Os resultados teóricos e experimentais do funcionamento do sistema mostraram a sua funcionalidade, sendo obtidas reduções de até 61,5% nas amplitudes de pico e de 57,3% em termos de RMS do sinal, durante a passagem pelas regiões de ressonância.

Submitted by RAFAEL DE OLIVEIRA SILVA null (rafa_engemec@hotmail.com) on 2017-04-24T14:27:25Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_final.pdf: 3521819 bytes, checksum: b08a60dcaa91691a2bf36a0cc59992e6 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-04-26T13:27:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_ro_me_ilha.pdf: 3521819 bytes, checksum: b08a60dcaa91691a2bf36a0cc59992e6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T13:27:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_ro_me_ilha.pdf: 3521819 bytes, checksum: b08a60dcaa91691a2bf36a0cc59992e6 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / Diversos estudos relacionados à atenuação de vibrações utilizando materiais inteligentes vem sendo amplamente explorados no meio acadêmico. Neste âmbito, as Ligas de Memória de Forma (LMF) se destacam por apresentarem dissipação de energia vibratória devido ao seu comportamento histerético promovido pelo efeito pseudoelástico. No presente trabalho, dois sistemas com um e dois graus de liberdade, contendo mola helicoidal de LMF como elemento resiliente, são implementados numericamente para demonstrar a atenuação de vibrações ocasionada pelas transformações de fase presentes no material. Para cada um dos sistemas mecânicos investigados, dois modelos termomecânicos são confrontados numericamente visando a obtenção das características de cada modelo em representar a atenuação de vibrações dos sistemas submetidos à carregamentos termo-mecânicos. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontando para o desenvolvimento de futuros estudos. / Several studies regarding the vibration attenuation using intelligent materials have been widely explored in the academic world in engineering. In this context, the shape memory alloys (SMAs) exhibit vibratory energy dissipation due to their hysteretic behavior caused by the pseudoelastic effect. In the present work, two systems with one and two degrees of freedom, containing a SMA helical spring as a resilient element, are numerically implemented to demonstrate the vibration attenuation of the system caused by the phase transformations present in the SMA spring. For each considered mechanical systems, two thermomechanical models are numerically confronted in order to obtain the characteristics of each model in representing the vibration attenuation of the systems submitted to thermo-mechanical loads. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-23T13:59:14Z No. of bitstreams: 1 SUELENE SILVA ARAÚJO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 3709690 bytes, checksum: 1d6f1a6f3675dd7c45fb2cd75c6c92bf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T13:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SUELENE SILVA ARAÚJO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 3709690 bytes, checksum: 1d6f1a6f3675dd7c45fb2cd75c6c92bf (MD5) Previous issue date: 2015-08-07 / CNPq / Neste trabalho foi avaliado o comportamento dinâmico e a fadiga termomecânica de fios de uma liga com memória de forma (LMF) CuAlNi submetidos a ensaios cíclicos utilizando um analisador dinâmico mecânico (DMA). Assim, foram realizadas análises para determinar a capacidade de amortecimento e o módulo de elasticidade dos fios e adicionalmente a fadiga estrutural sob controle de deformação em modo de flexão simples alternada, a partir da variação da amplitude de deslocamento, para três temperaturas distintas. O comportamento dinâmico revelou uma considerável capacidade de amortecimento dos fios, principalmente durante a transformação de fase martensitica, apresentando um expressivo pico de absorção de energia. Além disso, o módulo de elasticidade (rigidez) apresentado pelos fios revelou a existência de um importante aumento durante a transformação, diferenciando as duas distintas fases. Notou-se também a partir dos resultados dos ensaios de fadiga que as características funcionais dos fios dependem de forma direta da amplitude de deformação imposta, influenciando nos valores de tensão e no tempo de vida dos fios, revelando que a fadiga pode ser considerada de baixo ciclo. / This study evaluated the dynamic behavior and the thermomechanical fatigue of CuAlNi SMA wires subjected to cyclic tests using a DMA device. Therefore, analyzes were performed to determine the damping capacity and stiffness of SMA wires, in addition to structural fatigue under strain control from the amplitude variation at three different temperatures. The evolution of the wire’s behavior has shown a considerable damping capacity, mainly during the martensitic phase transformation, presenting a significant peak of energy absorption. Moreover, the storage modulus (stiffness), revealed a significant increase during transformation, differentiating the distinct phases. It has been also noted, from the results of fatigue tests, that the functional behavior of the SMA wires depend directly on the amplitude of the imposed strain, influencing on the stress values as well as on the wire’s lifetime, revealing that fatigue can be considered of low cycle type.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-26T14:31:48Z No. of bitstreams: 1 YURI JOSÉ OLIVEIRA MORAES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 4856362 bytes, checksum: 1833eec6cc553ca6e2578b9a019e362b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T14:31:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YURI JOSÉ OLIVEIRA MORAES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 4856362 bytes, checksum: 1833eec6cc553ca6e2578b9a019e362b (MD5) Previous issue date: 2017-02-15 / Capes / As vibrações de natureza mecânica são fenômenos importantes do mundo físico. Geralmente, tais oscilações podem se tornar indesejáveis de tal forma a vir a causar danos temporários ou o próprio colapso de sistemas mecânicos e estruturais. Com o intuito de conter estes efeitos, tem-se pesquisado técnicas que venham a controlar e/ou minimizar as implicações deste fenômeno, que vão desde métodos de natureza passiva, até o uso de controladores com materiais inteligentes. Este estudo tem como objetivo, analisar um sistema de controle passivo de vibrações instalado em uma estrutura que simula um edifício de dois andares e dois graus de liberdade (2GDL). Este sistema é baseado na incorporação de duas configurações de minimolas superelásticas (LMF–NiTi–SE), para dissipação de energia e acréscimo de amortecimento estrutural. Uma análise modal e estrutural foi realizada para avaliar o comportamento do sistema, a partir de métodos analíticos, numéricos e experimentais. Em caráter experimental, as amplitudes de resposta da estrutura foram analisadas para solicitações do sistema em vibração livre, forçada e transiente (sísmica), em todas as configurações. Em comparação com a estrutura com molas de aço convencional, as análises das FRF’s em vibração forçada mostraram uma redução na transmissibilidade de até 51% para o primeiro modo de vibrar e 73% para o segundo modo na configuração de quatro minimolas individuais LMF, e estes valores aumentaram para 55% e 85% respectivamente, na configuração de oito minimolas duplas LMF. Quanto aos fatores de amortecimento, houve um aumento considerável da ordem de 119% no primeiro modo e de 109% no segundo modo de vibração, na configuração das minimolas individuais LMF. Na caracterização dinâmica determinaram-se a energia dissipada nas frequências naturais e amplitude de deformação, validando a análise e o método de controle passivo empregado. / Mechanical vibrations are important phenomena of the physical world. Generally, such oscillations may become undesirable in such a way as to cause temporary damage or the actual collapse of mechanical and structural systems. In order to contain these effects, we have researched techniques that will control and/or minimize the implications of this phenomenon, ranging from passive methods to the use of controllers with smart materials. This study aims to analyze a passive vibration control system installed in a structure that simulates a two floors building and two degrees of freedom (2DOF). This system is based on the incorporation of two superelastic mini coil springs configurations (SMA–NiTi–SE) for energy dissipation and increase of structural damping. A modal and structural analysis was performed to evaluate the behavior of the system, from analytical, numerical and experimental methods. On an experimental basis, the response amplitudes of the structure were analyzed for system requirements in free, forced and transient (seismic) vibration in all configurations. Compared with the conventional steel spring structure, the forced vibration FRF’s analysis showed a reduction in transmissibility of up to 51% for the first vibrating mode and 73% for the second mode in the four mini coil springs individual configuration SMA. And these values increased to 55% and 85% respectively, in the eight mini coil springs double configuration SMA. As for the damping factors, there was a considerable increase in the order of 119% in the first mode and 109% in the second mode of vibration, in the mini coil springs individual configuration SMA. In the dynamic characterization the energy dissipated in the natural frequencies and amplitude of deformation was determined, validating the analysis and the passive control method employed.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-26T21:22:44Z No. of bitstreams: 1 FERNANDO ANDRADE AMORIM - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 6350093 bytes, checksum: 23c947f61b48ed2613bf915ed058b600 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T21:22:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FERNANDO ANDRADE AMORIM - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 6350093 bytes, checksum: 23c947f61b48ed2613bf915ed058b600 (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / CNPq / Capes / Ligas de NiTi têm possibilitado revolucionar muitos projetos tradicionais de engenharia com suas propriedades únicas de superelasticidade (SE) e efeito de memória de forma (EMF). Com o interesse em incorporar esses materiais em diferentes aplicações e dispositivos, o desenvolvimento de tecnologia eficaz para soldagem de ligas NiTi torna-se necessário, devido ao fato de esse tipo de união proporcionar a fabricação das mais diferentes formas geométricas e combinações entre materiais similares e dissimilares. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo geral determinar as variações das propriedades termomecânicas em juntas soldadas de fios de NiTi. Para o trabalho, fios superelásticos de uma LMF NiTi (ASTM F2063) com 0,4 e 0,9 mm de diâmetro, foram divididos em dois grupos: (a) fios sem tratamento térmico (NiTiA) e (b) fios com tratamento térmico a 400 °C durante 20 minutos (NiTi400). Em seguida estes fios foram soldados pelo processo TIG autôgeno, utilizando a soldadora Micromelt (EDG Equipamentos e Controles). A caracterização termomecânica dos fios íntegros e soldados foi realizada utilizando ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise dinâmico-mecânica (DMA), ensaios de tração uniaxial em diferentes temperaturas (30°C a 70°C), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e micro indentação Vickers. Os resultados obtidos demonstraram uma boa eficiência do processo TIG ao soldar os fios NiTi de ambos os grupos. Ensaios de DSC relevaram que o processo de soldagem pode promover modificações de natureza metalúrgica aos fios de NiTi, de maneira a reduzir as temperaturas de transformações de fase. Já no que diz respeito ao aspecto mecânico, os fios soldados apresentaram resistência a ruptura por tração de até 750 MPa (NiTiA ~ 70 °C) e valores de deformações de até 8,5 % (NiTiA). / NiTi alloys enabled revolutionize many traditional engineering projects with uniques properties of superelasticity (SE) and shape memory effect (SME). Interested on incorporating these materials in different applications and devices, developments of efficient welding technology for NiTi alloys becomes necessary due to the fact that this type of process can provide many differents geometric shapes and combinations of similar and dissimilar materials. In this context, this study had as main objective to determine variations in thermomechanical properties for NiTi welded wires. For this work, superelastic NiTi SMA wire (ASTM F2063) with 0.9 to 0.4 mm in diameter were divided into two groups: (a) wires without heat treatment (NiTiA) and (b) heat treated wires at 400 ° C for 20 minutes (NiTi400). Then, these wires were welded by autogenous welding process, using the Micromelt machine (EDG, Equipment and Controls). The thermomechanical characterization of as received and as welded wires was performed by using differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA) uniaxial tensile test at different temperatures (30°C to 70°C), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and Vickers micro indentation. The results showed a good efficiency of TIG welding for every NiTi wire studied groups. DSC curves demonstrates that welding process can cause a metallurgical changes into NiTi wires, promoting changes in phase transformation temperatures. The mechanical properties of the welded wire presented a tensile rupture strength of 750 MPa (NiTi~70 °C) and strain values up to 8.5% (NiTiA).