Este trabalho apresenta uma metodologia para a simulação numérica de eventos de capotamento de veículos automotores. Pois apesar de o rolamento veicular não ser o mais comum tipo de acidente, ele é o de maior importância com respeito a lesões e traumas provocados nos ocupantes. Assim, reduzir a incidência de mortes e lesões graves tem aumentado a importância de simulações computacionais e testes físicos. Inicia-se com o desenvolvimento de um modelo computacional de multicorpos para entendimento e avaliação dos parâmetros da suspensão que influenciam no fenômeno de capotamento. Os resultados deste modelo de multicorpos são comparados com testes experimentais. Na segunda etapa são desenvolvidos modelos numéricos computacionais de veículos automotivos para simulação e comparação de diferentes normas e procedimentos que avaliam a resistência da estrutura do teto em suportar as cargas decorrentes do fenômeno de capotamento. Este estudo também apresenta modelos computacionais de elementos finitos para simular eventos de capotamento e predizer possíveis lesões ocasionadas à cabeça, pescoço, tórax e coluna. Modelos numéricos de um veículo de passageiros e de um veículo utilitário esportivo (SUV) são simulados com manequim antropomórfico para representar o condutor. São verificados os riscos de lesões e traumas ao condutor se o mesmo estiver usando ou não cinto de segurança. O risco de lesões ao condutor de um veículo de passageiros é comparado ao risco de um condutor de um SUV. A metodologia computacional desenvolvida mostrou-se bastante eficiente na avaliação da estrutura dos veículos em eventos de capotamento. Resultados computacionais demonstram que algumas normas e procedimentos, que atualmente são amplamente utilizados na indústria automotiva para avaliar a estrutura do teto dos veículos, podem não prevenir a ocorrência de lesões e traumas aos ocupantes. Além disso, os resultados das simulações sugerem que a carga utilizada para avaliar a resistência do teto dos veículos seja aumentada. Demonstrando que métodos numéricos podem ser utilizados na avaliação da estrutura dos veículos e verificação de riscos de lesões ao condutor, reduzindo a quantidade de testes experimentais a serem realizados. / This work presents a methodology for the numerical simulation of vehicle’s rollover events. Even though the rollover is not the most frequent type of accident, it is of the greatest significance with respect to injury and trauma caused to the vehicle occupants. The need to reduce death incidence and serious injuries has increased the importance of computational simulations and prototype testing. Firstly, a multi-body model is developed for understanding and evaluating the parameters of the suspension that most influence in the rollover phenomenon. The results of this numerical model are compared with experimental tests. In the second part, numerical models of automotive vehicles are developed for simulation and comparison of different standards and procedures that evaluate the roof resistance with respect to withstand the rollover loads. This study also presents finite element models to simulate rollover events and to predict possible injuries caused in the head, neck, thorax and cervical spine. Numerical models of passenger's vehicle and a sport utility vehicle (SUV) are simulated including anthropomorphic dummy to represent the driver. The injury risks and traumas are verified to the driver considering belted and unbelted dummies. The driver's risk of injury when driving a passenger car is also compared with the risks when driving a SUV. The computational methodology developed proved to be efficient for the evaluation of the vehicle's roof structure in rollover events. Regarding the computational results, some standards and procedures which are broadly used by the automotive industry to evaluate the vehicle's roof resistance, cannot prevent the occurrence of injuries and traumas to the occupants. Moreover, according to the results of numerical simulations, it is suggested that the load required evaluating the car's roof resistance should be increased. It is shown that numerical methods can be used to assess the structure of the vehicle and verifying the driver's injury risk, reducing the amount of experimental tests to be performed.

OLIVEIRA, P. W. S. Estudo das propriedades dilétricas em microondas das matrizes MgTiO3 (MTO) - CaCu3Ti4O12 (CCTO) e BiNbO4 – CuO e sua estabilidade térmica para o uso em sistemas de comunicação. 122 f. 2015. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-01-12T18:08:59Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_pwsoliveira.pdf: 13652369 bytes, checksum: 183c662f872a846dc0ff6821996e480c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-01-13T17:02:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_pwsoliveira.pdf: 13652369 bytes, checksum: 183c662f872a846dc0ff6821996e480c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T17:02:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_pwsoliveira.pdf: 13652369 bytes, checksum: 183c662f872a846dc0ff6821996e480c (MD5) Previous issue date: 2015-11-18 / With the recent advances in telecommunications industry in antenna area it’s increasingly required the development of ceramic materials which have high values of permittivity dielectric, low dielectric loss and a good thermal stability. Dielectric ceramics of CaCu3Ti4O12 are candidates as high values of permittivity dielectric materials and have been studied extensively. Nowadays ceramics offer materials several significant advantages in relation to others since present low production cost for electronic devices that operate of radio and microwave frequency, as well as being low weight materials, stable with temperature and extremely amenable to miniaturization. Sample preparation for structural analysis and dielectric, had the addition of CaCu3Ti4O12 to the phase MgTiO3 calcined in ratios of 4.0; 6.0; 8.0; 10.0 and 12.0 % by mass. The X-ray diffraction was important for the structural characterization of the obtained composite. The morphology of the samples was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM). The dielectric characterization of radio frequency spectroscopy of impedance was performed which occurred two conductivity mechanisms for a sample. Models of dielectric relaxation approach the Cole-Cole and Havriliak-Negami type model. The experiments indicated that it is possible to obtain ceramic composites with good values of dielectric permittivity and low dielectric losses, resulting in scalebility and efficiency for devices designed to operate in those frequencies. Numerical simulation was performed with samples verifying good agreement with the experimental data. They studied the BiNbO4 phase doped with copper oxide and its possible applications in RF and Microwave. Addition of CaCu3Ti4O12 with MgTiO3 matrix contributed to the reduction of temperature coefficient of resonant frequency -39.25 ppm/°C to 9.62 ppm/°C, increased dielectric permittivity and dielectric loss. This thesis also presents a proposal for samples act as dielectric resonator antennas in the frequency range of 5.4 GHz to 6.1 GHz (C-band).The composites evaluated in this work has behaved properly as materials for use in microwave / Com os recentes avanços da indústria de telecomunicações na área de antenas se faz cada vez mais necessário o desenvolvimento de materiais cerâmicos que apresentem altos valores de permissividade dielétrica, baixa perda dielétrica e uma boa estabilidade térmica. Cerâmicas dielétricas CaCu3Ti4O12 são candidatas como materiais de elevado valor de permissividade dielétrica e têm sido estudadas amplamente. Hoje as cerâmicas oferecem várias vantagens por apresentarem baixo custo de produção para dispositivos eletrônicos que operam em radiofrequência e micro-ondas, além de serem materiais de peso pequeno, estáveis com a temperatura e extremamente passíveis de miniaturização. A preparação das amostras para análise estrutural e dielétrica, teve a adição de CaCu3Ti4O12 à fase MgTiO3 calcinada, em proporções de 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 e 12,0 % em massa. A difração de raios-X foi importante na caracterização estrutural dos compósitos obtidos. A morfologia das amostras foi estudada pela microscopia eletrônica de varredura (MEV). A caracterização dielétrica em rádio frequência foi realizada por Espectroscopia de Impedância na qual se verificaram dois mecanismos de condutividade para uma das amostras analisadas. Os modelos de relaxação dielétrica se aproximam do modelo do tipo Cole-Cole e Havriliak-Negami. Os experimentos realizados indicaram que é possível obter compósitos cerâmicos com bons valores de permissividade dielétrica e baixas perdas dielétricas, resultando em compactação e eficiência para dispositivos a serem projetados. Simulação numérica foi realizada com as amostras verificando-se boa concordância com os dados experimentais. Foram estudadas a fase BiNbO4 dopada com CuO e suas possíveis aplicações em radiofrequência e micro-ondas. A Adição de CaCu3Ti4O12 à matriz MgTiO3 contribuiu para a redução do coeficiente de temperatura da frequência de ressonância de -39,25 ppm/°C para 9,62 ppm/°C, com o aumento da permissividade dielétrica e da perda dielétrica. Este trabalho de tese também apresenta uma proposta para as amostras funcionarem como antenas ressonadoras dielétricas na faixa de frequências de 5,4 GHz a 6,1 GHz (banda C). Os compósitos avaliados nesse trabalho comportaram-se adequadamente como materiais para uso em micro-ondas.

Um algoritmo para a simulação numérica de escoamentos laminares incompressíveis tridimensionais de fluidos viscosos é proposto neste trabalho. A equação de conservação da energia, assim como as forças de flutuação devido à ação da gravidade, calculadas através da aproximação de Bousinessq, são implementadas para analisar problemas não-isotérmicos. Emprega-se o esquema de Taylor-Galerkin de um passo para a dicretização no tempo e no espaço, respectivamente. O elemento finito empregado é o hexaédrico isoparamétrico de oito nós. Adota-se um enfoque de pseudo-compressibilidade o que permite escrever a equação da continuidade em termos da pressão, a qual é resolvida implicitamente através do Método dos Gradientes Conjugados com Precondicionamento, enquanto as equações de conservação de quantidade de movimento e de energia são resolvidas explicitamente. A integração das matrizes de elemento é efetuada analiticamente considerando o elemento não distorcido e usando um único ponto de integração para avaliar a matriz Jacobiana. O programa é codificado na linguagem FORTRAN 90 e vetorizado para aproveitar as características dos processadores vetoriais existentes nos atuais supercomputadores. / The formulation and application of an algorithm to simulate numerically 3-D incompressible laminar flows is presented in this work. The energy equation and buoyancy forces, which are calculated by Bousinessq approximation, are also implemented to analyse non-isothermic problems. The one-step Taylor-Galerkin scheme is used in order to obtain a useful numerical model. The eight node isoparametric hexahedron finite element is employed. A pseudocompressibility approach is adopted, allowing to write the continuity equation in terms of the pressure. The continuity equation is solved implicitly by the Conjugate Gradient Method with a preconditioning technique, whereas the Equation of Momentum and Energy Conservation are solved explicitly. Element matrices are calculated analytically considering undistorted elements and using one integration point to evaluate the Jacobian Matrix. The code is written in FORTRAN 90 language, and is vectorized in order to take advantage of fast vectorial processors existing in modern supercomputers.

O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco atual de muitas pesquisas. Em especial, escoamentos ao redor de obstáculos rombudos constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências como, por exemplo, na engenharia automobilística, na concepção de edificações submetidas à ação do vento, no estudo de correntes fluviais e marítimas sobre pilares de pontes, em risers, cabos de ancoragem e plataformas de captação de petróleo. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo por Simulação Numérica Direta do escoamento ao redor de um cilindro com dois graus de liberdade, submetido a Vibração Induzida por Vórtices (VIV), buscando o esclarecimento a cerca dos fenômenos tridimensionais de formação e evolução do escoamento em função da interação fluido-cilindro. As equações de Navier-Stokes e da continuidade são resolvidas numericamente usando esquemas de diferenças finitas compacto de sexta ordem na discretização espacial, em associação com um método de representação das fronteiras do cilindro, denominado Método de Fronteiras Imersas. Inicialmente foram realizadas simulações para os casos de cilindro fixo e em movimento forçado, onde os resultados mostraram que o código computacional consegue modelar satisfatoriamente os fenômenos físicos de acordo com os resultados encontrados na literatura. Para as simulações com cilindro fixo, em movimento forçado e em VIV, nota-se que as estruturas do escoamento tridimensional apresentam modos com comprimentos de onda alterados em função do movimento imposto. Os resultados das simulações em VIV com dois graus de liberdade, para Re = 1250 mostraram que as estruturas tridimensionais do escoamento sofrem significativas alterações espaciais e temporais em função dos parâmetros do modelo dinâmico. Foram identificados diferentes fenômenos de formação e emparelhamento dos vórtices que são modificados em função das condições impostas ao modelo massa-mola amortecimento. / The study of flow around submerged bodies has been the focus of many researches. In special, the flow around bluff bodies are systems of great practical interest in many fields of engineering and other sciences, e.g., the flow around vehicles, buildings submitted to the action of the wind, river and sea currents over pillars of the bridges, risers and cables in the oil platforms. The present work aims to study through Direct Numerical Simulation (DNS) the flow dynamics around a circular cylinder under Vortex-Induced Vibration with two degrees of freedom, searching for identify the changes in the three-dimensional structures of the street wake imposed by the interactions between the flow and the immersed cylinder. The simulations were performed using a sixth-order compact finite differences scheme associated to a Immersed Boundary Method (IBM) to represent the cylinder surface. Firstly, simulations of the flow around fixed and forced movement were accomplished. The computational code Incompact3d presented results in agreement with the literature. The validation of the code shown that is possible to obtain satisfactory results relate to the street wake behind cylinder and the force coefficients are in agreement with others experimental and numerical works. In case of free oscillating cylinder, several changes in the three-dimensional vortex shedding modes are observed as the parameters of the oscillating dynamic model was changed. It was observed that different three-dimensional structures are formed in the wake depending on the initial conditions of the mass-stiffness damping model. The results of the simulations at Reynolds numbers equal to 1250 presenting some hydrodynamic phenomena as paring and turbulent structures in the flow that are modifying during the time and in the computational domain.

O presente trabalho apresenta uma modelagem detalhada de processos de combustao turbulentos para um jato concentrico de combustıvel e ar. A modelagem é fundamentada nas equacões de conservacão de massa, de quantidade de movimento, de energia e de espécies quımicas. A turbulencia é resolvida pela utilizacão do modelo k- padrão. Dois modelos de reacões quımicas são apresentados. O modelo SCRS – Simple Chemically-Reacting Systems, que assume taxas instantâneas de reacões quımicas. Também é abordado o modelo E-A – Eddy Breakup - Arrhenius, que assume taxas finitas de reacões quımicas. A radiacão térmica, fenômeno de grande importância devido as altas temperaturas alcancadas em processos de combustão,é modelada através do Método das Zonas. O modelo da soma ponderada de gases cinzas – WSGGM,é usado para determinar o espectro de emissão e absorcão dos gases no processo. Para a solucão destas equacões diferenciais, juntamente com os modelos de turbulência, de reaçõoes químicas e radiação térmica, faz-se o uso do Método dos Volumes Finitos. Para validar a modelagem apresentada resolve-se o processo de combustão em uma câmara cilíndrica. A câmara de combustão usada áa mesma abordada no First Workshop on Aerodynamics of Steady State Combustion Chambers and Furnaces, organizado pela ERCORTAC - European Research Community On Flow Turbulence And Combustion, em outubro de 1994, que apresenta dados experimentais de temperatura e concentração das espécies químicas para várias posições de interesse no interior da câmara. Utiliza-se o gás natural como combustível e o ar atmosférico como oxidante. O processo de combustão sem pré-mistura é resolvido para a condição de excesso de combustível de 5 % para ambos os modelos, onde o gás natural é injetado por um duto circular central, e o ar atmosférico por um orifício anular externo a esse duto, no mesmo plano Uma reação química não estagiada é assumida para o modelo SCRS. Para o modelo E-A duas situações são resolvidas: combustão não estagiada, com uma etapa global de reação química; e reação quımica estagiada, com duas etapas globais. Os resultados obtidos com o modelo SCRS para a distribuição de temperaturas, em termos de tendências gerais, são razoáveis. Já as concentrações de espécies químicas não apresentam dados satisfatórios para este modelo. Para o modelo E-A os resultados apresentam boa concordância com os dados experimentais, principalmente para a situação em que o processo de combustão é assumido em duas etapas globais. ´E analisado em detalhe o papel desempenhado pela transferencia de calor por radiacao, com meio participante. Para melhor verificar as trocas de calor, assume-se uma camara de combustao cilındrica com paredes d’agua. A injecao do combustıvel e do oxidante e feita atraves de um queimador central, semelhante ao usado para validar a modelagem, porem com dois orifıcios concentricos para injecao de combustıvel. Nesta situação o efeito do turbilhonamento (swril), assumido como 20 % da velocidade axial de entrada, sobre a injecao de ar e computado atraves da condicao contorno da equacao de conservacao da quantidade de movimento angular. Nesta fase apenas o modelo E-A, com duas etapas globais de reacoes quımicas, e considerado, ja que o mesmo apresenta os melhores resultados. O processo de combustao e simulado com e sem a presenca da radiacao termica. Verifica-se que a presenca da radiacao termica homogeneiza a temperatura dos gases no interior da camara. Com isso verifica-se tambem alterações nas taxas de reacoes quımicas, modificando a magnitude das fracoes das especies quımicas Quando a radiacao termica e considerada efeitos de extinção local da chama sao verificados nas regioes de temperaturas mais altas, diminuindo o consumo de oxigenio e aumentando a producao de monoxido de carbono, caracterizando assim uma combustao incompleta. Em algumas situacoes tem-se uma variacao de temperatura de ate 500 K, a montante da chama. A radiacao termica tambem aumenta a taxa de transferencia de calor dos gases quentes para as paredes da camara, e desta para o seu exterior. Com os resultados obtidos a partir desta modelagem e possıvel determinar o perfil da zona de combustao, a distribuicao de concentracoes de especies quımicas, o campo de velocidades e as taxas de transferencia de calor para as paredes da camara de combustao, total, por conveccao superficial e por radiacao. Estes resultados sao de extrema importancia para prever a performance de camaras de combustao, assim como auxiliar na sua otimizacao.

As estruturas sanduíche são formadas por duas faces externas (geralmente feitas com fibra sintética e resina) e um núcleo no meio. Estas estruturas possuem elevada rigidez em flexão, resistência ao cisalhamento e à compressão, e um peso muito baixo. São muitas vezes produzidos por moldagem líquida, como a infusão. Neste trabalho, foi utilizada resina éster‑vinílica, manta e tecido de fibra de vidro e núcleos de PET e PVC, para obter estruturas sanduíche pelo processo de RTM Light. O principal objetivo desta tese é validar a utilização desse processo para a fabricação dessas estruturas utilizando combinações dos núcleos e da manta ou tecido nas faces. Buscou‑se também estudar numericamente, utilizando o software OpenFOAM, o processo de RTM Light para estruturas sanduíches, sobre o qual há pouco estudo na literatura. A resina éster‑vinílica apresentou propriedades adequadas para utilização nestes compósitos, como viscosidade intermediária e tempo de cura apropriado para o processo de RTM Light, sendo que sua pós‑cura teve um efeito importante nas propriedades finais dos compósitos. Os dois núcleos demonstraram propriedades similares, como resistência à compressão transversal e longitudinal, mas o PVC apresentou uma resistência ao cisalhamento superior ao PET. Quanto ao tipo de reforço, também foram obtidos resultados similares, mas o tecido apresentou uma maior resistência à flexão que a manta. A simulação numérica do processo possibilitou prever o comportamento da resina dentro do molde de tal maneira a identificar padrões de preenchimento, bem como regiões mais propícias à formação de vazios. Sendo, portanto, uma ferramenta importante na construção de moldes, definição dos parâmetros de processo e na escolha das matérias‑primas. / The sandwich structures are comprised of two external faces (usually made of synthetic fiber and resin) and a core in between. These structures have high stiffness in bending, shear and compression strength, with a very low weight. They are often produced by liquid molding, such as infusion. In this work, vynil‑ester resin, glass mats and cloths and PET and PVC cores were used to obtain sandwich structures by Light RTM process. The main objective of this thesis is to validate the use of this process for the manufacture of these structures produced with a combination of cores and mats/clothes on the faces. The study was also based on a numerical study of the RTM Light process using the OpenFOAM software, for sandwiches structures, about which very little is available in the literature. The vinyl ester resin showed suitable properties for use in these composites, such as intermediate viscosity and adequate curing time for the Light RTM process, and its post‑cure had an important effect on the final properties of the composites. Both cores showed similar properties, such as resistance the transverse and longitudinal compression, but PVC showed greater shear strength than PET. The two types of reinforcement also produced similar results, but the use of cloths increased flexural strength. Numerical simulation of the process enabled prediction of the behavior of the resin inside the mold in a way to identify the filling pattern, as well as regions more prone to void formation. Thus, being an important tool for mold construction, definition of process parameters and the selection of raw materials.

Desde a exploração até o planejamento de lavra, metodologias para quantificação do risco associado ao empreendimento mineiro podem melhorar drasticamente o processo de tomada de decisão. Pequenas variações nas condições de contorno de um projeto podem ter impacto significativo sobre o retorno final do mesmo. Dentro deste contexto, na mineração, a incerteza geológica é vista como um dos principais fatores que contribuem para o insucesso do projeto. A medição e gerenciamento do risco geológico na avaliação do projeto e tomada de decisão pode ser realizada em varias etapas do empreendimento mineiro, desde a quantificação dos recursos, sequenciamento de lavra até a exaustão das reservas. Além disso, a incerteza geológica pode ser traduzida no risco financeiro associado, proporcionando uma análise sobre a viabilidade econômica do empreendimento. A necessidade da quantificação da incerteza geológica já era reconhecida pela indústria de mineração desde a década de 1970, onde estimativas globais e locais eram consideradas insuficientes para a otimização do planejamento de produção, sequenciamento de lavra ou estratégias de homogeneização de pilhas. Desta forma, a simulação estocástica vem desempenhando um papel crucial na construção de modelos de incerteza de teores em depósitos minerais, proporcionando uma ferramenta para obter uma análise do risco associado. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia que contribua para a construção de cenários de planejamento de lavra e avaliação do impacto provocado pelas incertezas geológicas fornecidas a partir de modelos simulados. As respostas buscadas, usando a abordagem sugerida, compreendem a definição de uma metodologia para controle e planejamento de lavra incorporando a incerteza local associada ao minério, avaliando a sensibilidade do retorno financeiro e o impacto no planejamento de lavra, considerando variações e incertezas relacionadas ao modelo geológico e estimativa de teores. / From exploration to mine planning, methodologies for quantifying the risk associated with mining enterprise can dramatically improve decision making process. Small variations in the boundary conditions of a project may have significant impact on the final return of the same. Within this context, in mining, geological uncertainty is seen as a major factor contributing to the failure of the project. The need to quantify and manage the geological risk for project evaluation and decision making can be translated into the need to assess the geological risk of any parameter at all stages, from the resources quantification, mining sequencing to reserves exhaustion. In addition, the geological uncertainty can be translated into financial risk, providing an analysis of the economic feasibility of the project. However, the need for quantification of geological uncertainty was already recognized by the mining industry since the 1970, where local and global estimates were considered insufficient for the optimization of production planning, sequencing mining, strategies of homogenization. Thus, the stochastic simulation has played a crucial role in the construction of grade uncertainty models in mineral deposits, providing a tool to perform risk analysis. This study aims to develop a methodology able to contribute in building scenarios of mine planning and evaluation of the impact caused by geological uncertainties supplied from simulated models. Answers searched using the suggested approach include understand the definition of a methodology to control and mine planning incorporating the local uncertainty associated with the ore, assessing the sensitivity of financial return and mine planning considering variantions and uncertainty related to the geological model and grade estimation.

Tubos de aço inoxidável duplex (AID) são utilizados na indústria petroquímica para transporte de óleo e gás em ambientes agressivos e em condições de corrosão sob tensão. O processo de soldagem destes tubos impõem grandes dificuldades, como longos períodos de soldagem e formação de intermetálicos devido a baixas taxas de resfriamento. Visando investigar alternativas para este processo, o Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) desenvolveu um equipamento (MASF 1500) capaz de realizar o processo de Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo (STAAR). Este processo é mais rápido e não prejudica as propriedades mecânicas como a soldagem convencional, porém apresenta o viés da formação de rebarbas no tubo que precisam ser removidas para transporte de fluidos. Para investigar a formação de rebarba, os campos de deformação e a distribuição térmica na peça, um modelo utilizando o método dos elementos finitos (MEF) foi desenvolvido a partir de resultados experimentais. O modelo termomecânico desenvolvido com o software ABAQUS se baseia apenas nos parâmetros de entrada do equipamento, e se mostrou capaz de reproduzir os resultados de soldagem de força e deslocamento com erros abaixo 15% e 4% respectivamente. A formação de rebarba interna dos tubos foi calculada com erros abaixo de 5% e as distribuições de temperatura e deformação plástica foram analisadas. Considerando que a formação de fases intermetálicas é um dos principais problemas na soldagem convencional dos AID, as temperaturas calculadas com o modelo foram utilizadas para estimar a formação de fase sigma no tubo, tendo valores calculados abaixo de 1%. / Duplex stainless steel pipes are used in oil and gas transport while in aggressive environment and stress corrosion cracking conditions. The common welding process of these pipes is difficult due to long welding periods and intermetallic phase formation by slow cooling rate. As an alternative for this process, the Physical Metallurgy Laboratory (LAMEF) at UFRGS University developed a machine (MASF 1500) capable of performing tube friction welding with a rotary ring process (STAAR – Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo). This process is faster and does not diminish original mechanical properties of the component, however the process presents flash formation which must be removed for fluid transportation. To investigate flash formation, strain fields and thermal fields in the welded samples, a FEM model was developed based on experimental results. The thermo-mechanical model developed in ABAQUS environment is solely based in process input parameters, showing results of force and displacement with errors smaller than 15% and 4% respectively. The internal flash formation calculation showed less than 5% error and the thermal distribution and plastic deformation were analyzed. Considering that intermetallic phases are one of the biggest concerns on duplex stainless steel arc welds, sigma phase formation was calculated from model’s thermal output, showing less than 1% sigma formation.

Calamidades naturais são cada dia mais frequentes e a maior parte delas está relacionada aos danos ocasionados por tempestades severas. Desta forma, são necessários estudos que auxiliam tanto na compreensão desses fenômenos quanto na previsão dos mesmos para que sejam desenvolvidas estratégias mitigatórias e edificações cada vez mais preparadas para as adversidades meteorológicas. Intensas rajadas de vento provocam um dos principais danos provenientes de tempestades severas e podem ser originadas a partir de fenômenos tais como downbursts ou tornados. Downbursts são fenômenos meteorológicos que apresentam distinto perfil de velocidade de vento e turbulência que causam diversos acidentes no mundo e, por meio deste trabalho, verificou-se que são a causa de diversos acidentes também no Brasil, em especial na região da Bacia Amazônica, na Região Sul e Sudeste brasileira e na região próxima ao litoral do nordeste brasileiro. A previsibilidade de downbursts também é abordada nessa pesquisa; buscou-se verificar a relação existente entre altos valores do índice CAPE e baixos valores de CINE na ocorrência de ventos provenientes de downbursts, tendo sido constatado que esses índices não são eficientes se analisados de forma isolada na previsão de downbursts. Por fim, verificou-se que estudos mais aprofundados a respeito das ações de downbursts sobre edificações fazem-se necessários para o Brasil. Por fim desenvolveu-se uma revisão de literatura a respeito da simulação física e numérica do fenômeno, buscando gerar um embasamento teórico para futuros trabalhos nesta área. / Natural disasters are becoming more frequent every day and most of them are related to damages caused by severe storms, thus studies that help both in understanding these phenomena and in predicting are necessary to the development of mitigation strategies and to the development of building increasingly prepared to the weather adversity. Intense wind gusts are responsible for the major damage from severe thunderstorms and can arise from phenomena such as downbursts or tornadoes. Downbursts are meteorological phenomena that exhibit distinctive profiles of wind speed and turbulence causing many accidents in the world and through this work are found to be the cause of many accidents in Brazil too, especially in the Amazon Basin region in the South and Southeast Brazilian’s Regions and in the region next to the coast of Brazilian’s Northeastern. Predictability of downbursts is also addressed in this study, it was valued the relationship between high values of CAPE index and low values of CINE index for the occurrence of winds from downbursts, it was found that these index are not efficient when analyzed in isolation in predicting downbursts. Finally, it was concluded that more intensive studies on the effects of downbursts on structures are up needed in Brazil. Finally it was developed an investigation on literature about the physical and numerical simulation of this phenomena, seeking to generate a theoretical basis for future work in this area.

Durante a realização de projetos de sistemas de refrigeração assistidos por sistemas de armazenagem de energia, na forma latente, é necessário que se saiba de antemão as taxas de transferência de energia dos mesmos. Na literatura soluções para este problema são escassos e não abordam todas as geometrias utilizadas para o armazenamento de energia latente, inexistindo correlaçõesmatemáticas que permitam aos projetistas prever o comportamento da fusão e da solidificação do material de mudança de fase (MMF) e as taxas de transferência de energia térmica. Na solução destes problemas são usualmente adotadas hipóteses simplificativas para amenizar o grau de complexidade da descrição matemática do problema Uma destas hipóteses constitui-se em desconsiderar o processo advectivo na transferência de calor no MMF, em sua fase líquida. Outra hipótese adotada, quando o MMF é a água pura, consiste em utilizar um comportamento linear para a massa específica ou um comportamento médio, consistindo em um afastamento da realidade. Este trabalho descreve esforços no sentido de aproximar estas soluções cada vez mais da realidade fisica do problema. São apresentadas simulações para a mudança de fase da água pura levando em conta a inversão da massa específica, em geometria polar, na forma transiente, utilizando o método de Volumes Finitos para solução das equações governantes. As soluções apresentadas, otimizadas quanto às malhas espacial e temporal, envolvem condições de contorno de primeira e terceira espécies Como resultado das soluções são apresentados o Nusselt local, ao longo da parede do cilindro além do Nusselt médio. Correlações matemáticas para o número de Nusselt médio durante a fusão e para o volume de MMF fundido, são propostos e apresentados. A evolução geométrica da fronteira de mudança de fase também é avaliada para as duas condições de contorno e diversos números de Rayleigh. Comparações entre o volume fundido considerando apenas o processo difusivo e o volume fundido utilizando a convecção são realizadas. Para a verificação da independ~encia de malha aplica-se o índice de convergência de malha (GCI) . Algumas comparações qualitativas com soluções experimentais disponíveis na literatura são apresentadas.