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Estudo numérico do sistema de fixação de um banco veicular mediante carregamento estático e dinâmicoFlávio, Paulo Guilherme Marques 05 February 2018 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-21T18:19:52Z
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Previous issue date: 2018-05-29 / O banco veicular é um componente de segurança passiva que desempenha um papel de suma importância no posicionamento e restrição dos passageiros, tanto em uso habitual quanto em situações fortuitas, como na ocorrência de colisões. A falha neste componente pode colocar em risco a condução do veículo e, consequentemente, a segurança dos seus ocupantes. Com o objetivo de regulamentá-los, as normas ECE 17, FMVSS 207 e NBR 15283 apresentam os requisitos dos elementos que os constitui, em especial daqueles que asseguram a ancoragem do banco ao assoalho do veículo: trilho, mecanismo de trava e parafusos de fixação, a fim de minimizar a possibilidade de falha por forças provenientes de uma colisão inesperada. A definição da norma ECE 17 permitiu estabelecer os procedimentos numéricos, realizados, prioritariamente, por meio de softwares comerciais em Elementos Finitos, onde uma curva de aceleração pré-determinada foi imposta ao banco veicular, simulando impactos frontais e traseiros. A aplicação de tal esforço externo permitiu realizar um conjunto de análises lineares, não-lineares, quasi-estáticas e dinâmicas no sistema de fixação do banco, o que possibilitou a obtenção de dados referentes aos deslocamentos, deformações e tensões que tais elementos estão submetidos. Diante de tais resultados, uma melhor compreensão do comportamento do sistema de fixação do banco foi alcançada, permitindo, por exemplo, uma definição de metodologia de verificação numérica de bancos veiculares. Não menos importante, diante dos dados de tensões e deformações, análises de previsão de vida à fadiga foram realizados, a fim de avaliar questões que tangem o projeto do banco averiguado. / The safety of vehicle seats plays an important role in positioning and restraining passengers during usual travel and fortuitous events, such as collisions. ECE 17, FMVSS 207 and NBR 15283 regulates their elements' requirements, in particular those that ensure the anchorage of the seat to the vehicle’s floor (seat track, locking mechanism and fixing screws), aiming to minimize the likelihood of failure by forces of an unexpected collision. The definition of the ECE 17 allowed to establish the numerical procedures, in which a predetermined acceleration curve was imposed on the car seat, simulating frontal and rear impacts. The application of such external force led to the realization of a set of linear, non-linear, quasi-static and dynamic analyzes in fastening components, making it possible to obtain data regarding displacements, strains and stresses to which such element are submitted. In view of these results, a better understanding of the behavior of fastening components was achieved, defining a numerical methodology for car seats. Lastly, face to the stress and strain data, fatigue life prediction analyzes were performed in order to evaluate issues related to car seats. For the numerical procedures, commercial software in Finite Elements Method was applied.
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[en] FATIGUE LIFE IMPROVEMENT OF THE R4 STUCTURAL STEEL / [pt] OTIMIZAÇÃO DA VIDA-FADIGA DO AÇO ESTRUTURAL R4LUIZ DINIZ CORREA 26 April 2006 (has links)
[pt] Esta pesquisa teve como objetivo avaliar o efeito do
jateamento de partículas
(shot-peening) sobre a vida-fadiga do aço estrutural R4,
largamente adotado na
fabricação de componentes estruturais para sistemas de
ancoragem de unidades
flutuantes. Inicialmente, amostras cilíndricas do material
foram retiradas das seções
retas de elos tipo Kenter. Em seqüência, algumas amostras
foram temperadas e
revenidas em diferentes tempos de tratamento, com o
objetivo de se promover uma
homogeneidade microestrutural, bem como propriedades
mecânicas similares àquelas
dos elos tratados industrialmente. As amostras foram
submetidas a ensaios de dureza e
tração e, com base nos resultados, providenciou-se o
tratamento térmico de todas as
amostras. Dando continuidade a etapa experimental, corpos
de prova para ensaios de
fadiga foram usinados das amostras tratadas e submetidos a
jateamento com
microesferas de aço temperado sob pressões de 20 psi, 30
psi e 40 psi. Finalmente,
corpos de prova nas condições sem jateamento e após
jateamento foram submetidos a
ensaios de fadiga por flexão rotativa, com o objetivo de
se levantar a curva tensão
versus número de ciclos para a falha (curva S-N) do aço
estrutural R4 nas diferentes
condições de superfície. A extensão da vida em fadiga do
aço estrutural R4 foi
relacionada com o jateamento de microesferas. De acordo
com os resultados, houve
uma influência benéfica do tratamento de superfície sobre
a vida-fadiga do material.
Tal influência foi caracterizada por um maior número de
ciclos para a falha e aumento
do limite de resistência à fadiga. Os resultados mostraram
que a extensão da vida útil
esteve diretamente relacionada com a intensidade do
jateamento, significando que uma
maior intensidade de jateamento provocou uma maior
extensão da vida-fadiga do
material. / [en] The objective of the present work was to evaluate the
effect of shot
peening on the fatigue life of a grade R4 structural
steel, largely adopted for
fabricating offshore mooring chains. Initially,
cylindrical samples of the material
were cut of from the straight sections of Kenter links. In
the sequence, a number
of specimens were austenitized ed and tempered making use
of different treatment
times, in order to promote a microstructural homogeneity
as well as mechanical
properties similar to those associated with industrial
heat treatments. The
specimens were subjected to hardness and tensile tests and
on the basis of the
results, all samples were heat treated. After that,
fatigue specimens were machined
from the treated samples and shot peened with quenched
steel shots under
pressures of 20 psi, 30 psi and 40 psi. Finally, rotating
bend fatigue tests were
performed with unpeened and shot peened specimens aiming
to establish the
stress-life curves of the grade R4 structural steel. The
fatigue life extension of the
grade R4 structural steel was related to the shot peening.
Regarding the results, the
surface treatments affected the fatigue life of the
material beneficially. This
influence was characterized by a longer fatigue cycles and
a fatigue life
improvement. The results showed that the fatigue life
extension was directly
related to the shot peening intensity, i.e., the fatigue
life extension has increased
when increasing the shot peening intensity.
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[en] FRACTURE RESISTENCE OF THE GRADE R4 STRUCTURAL STEEL AND ITS DEPENDENCE WITH THE QUENCHING TEMPERATURE / [pt] RESISTÊNCIA À FRATURA DO AÇO ESTRUTURAL R4 E SUA DEPENDÊNCIA COM A TEMPERATURA DE TÊMPERAROBERTO ANTONIO ROCO ANTUNEZ 03 April 2006 (has links)
[pt] O presente trabalho apresenta um estudo da influência dos
tratamentos
térmicos de têmpera e revenido sôbre a resistência à
fratura do aço estrutural R4,
adotado na fabricação de elos para sistemas de ancoragem
de unidade offshore e
soldados pelo processo de centelhamento. Corpos de prova
do tipo CT foram
retirados da região da solda dos elos, usinados com
orientação L-R e submetidos a
diferentes tratamentos térmicos de têmpera (temperaturas
de austenitização de 810,
840, 870 e 900ºC) e revenido (640 e 680ºC), num total de
quatro condições
microestruturais. Após pré-trincamento em fadiga, os
corpos de prova foram
submetidos a carregamento monotônico em tração, com o
objetivo de se determinar
a resistência à fratura do material com base no parâmetro
CTOD (Crack Tip
Opening Displacement).
Os resultados do ensaio de CTOD demonstraram que houve uma
redução da
resistência à fratura do aço estrutural R4 com o aumento
da temperatura de
austenitização (810, 840 e 870°C) e temperatura de
revenido de 640°C. Entretanto,
para maiores temperaturas de austenitização (900°C) e
revenido (680°C), houve
um aumento do parâmetro CTOD. Modificações
microestruturais no material
causadas pelos tratamentos térmicos foram associadas com
as variações da
tenacidade. / [en] This study has been made concerning the influence of
quenching and
tempering heat treatments on the fracture resistance of a
grade R4 structural steel,
largely used for fabricating offshore mooring chains by
flash welding. CT
specimens were taken from the welded joints region in L-R
and machined
following orientation and subjected to different quenching
(austenizing
temperatures of 810, 840, 870 and 900ºC) and tempering
(640 ºC and 680ºC)
treatments, in a total of four microstructural conditions.
After fatigue precracking,
the specimens were monotonically loaded in tension in
order to determine the
fracture resistance of the material on the basis of the
CTOD (Crack Tip Opening
Displacement) parameter.
The results of the CTOD tests showed that the fracture
resistance of the
grade R4 structural steel has decreased when increasing
the austenitizing
temperature (810, 840 and 870°C) and tempering at 640ºC.
However, when
adopting higher austenitizing (900°C) and tempering (680°
C) temperatures, the
parameter CTOD has increased. The microstructural
modifications caused by the
heat treatments were associated with the toughness
modifications.
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[en] TENSILE STRENGTH OF A CONCRETE ANCHORING SUBJECTED TO IMPACT LOAD / [pt] RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DE UM SISTEMA DE ANCORAGEM EMBUTIDO EM CONCRETO SUJEITO A CARGA DE IMPACTOJOAQUIM NUNES MARTINS JUNIOR 24 July 2006 (has links)
[pt] Este trabalho tem como objetivo estudar a resistência de
um sistema de
ancoragem composto de pinos com cabeça embutidos no
concreto, quando
submetidos a cargas de impacto. A variável adotada foi a
taxa de carregamento
cujos valores mínimo e máximo foram 0,015 kN/s (estático)
e 54.885 kN/s,
respectivamente. O sistema de ancoragem foi projetado de
forma que a ruptura
fosse governada pelo arrancamento do cone de ruptura.
Foram ensaiados onze
blocos de concreto com um pino embutido no concreto,
sujeitos a diferentes
taxas de aplicação de carga. Foram também ensaiados quinze
corpos-de-prova
de concreto à compressão diametral e nove pinos à tração,
também sujeitos a
diferentes taxas de aplicação de carga. O objetivo desses
ensaios foi verificar a
influência da taxa de carregamento sobre as resistências
dos materiais - concreto
e aço - que participam do sistema de ancoragem. Os
resultados mostraram que a
área da superfície e a inclinação do cone de ruptura não
sofrem grandes
alterações. A carga de ruptura do cone de concreto cresce
com a taxa de
carregamento, e que esse crescimento pode ser descrito por
uma função
logarítmica. O mesmo foi observado para a resistência à
tração do concreto por
compressão diametral e para os pinos. / [en] This work investigates the strength of a concrete anchor
system constituted
of headed studs embedded in concrete subjected to impact
tension load. The
main variable was the loading rate which varied from a
minimum of 0,015 kN/s
(static) to a maximum of 54885 kN/s. The anchor system was
designed so that
the failure was governed by concrete cone breakout. Eleven
concrete blocks
with a single headed stud were tested under different
loading rates. In addition,
fifteen concrete cylinders subjected to compression along
a diameter (split
cylinder test) and nine headed studs subjected to tension
were tested under
different loading rates in order to investigate the
effects of the loading rate on
the strength of concrete and steel separately. The results
showed that the area
and the angle of the concrete cone were not affected by
the loading rate. The
failure load of the concrete cone increases as the loading
rate increases and this
phenomenon can be described by a logarithmic function. The
concrete split
tensile strength and the steel tensile strength also
increase as the loading rate
increases.
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Otimização de Sistema de Ancoragem equivalente em Profundidade TruncadaFERREIRA, Fábio Martins Gonçalves 29 January 2016 (has links)
Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-28T12:37:32Z
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Previous issue date: 2016-01-29 / Ao esgotar as reservas de hidrocarbonetos em terra e águas rasas, a indústria vem explorando
e produzindo petróleo em águas profundas e ultraprofundas. No entanto, a
verificação hidrodinâmica de novos sistemas flutuantes de produção continua usando as
metodologias consagradas, especialmente os ensaios em tanques oceânicos de laboratório.
A utilização de modelos em escala reduzida vem sendo adotada desde os primeiros projetos
em águas rasas e continua até hoje nos projetos em águas ultraprofundas. No entanto, os
ensaios em profundidades superiores a 1.500m necessitam de um fator de escala muito
elevado, com diversos problemas associados, dentre eles as dificuldades de acomodar as
linhas de ancoragem e as incertezas relacionadas a modelos muito pequenos. Dentre as
soluções possíveis, os ensaios híbridos (numérico-experimental) se apresentam como a
solução mais viável para verificação experimental em águas ultraprofundas, em especial
o ensaio híbrido passivo. Esse tipo de ensaio é organizado em etapas, sendo a primeira
delas responsável pela definição do sistema truncado. Se essa etapa não for executada de
forma satisfatória, o sucesso do ensaio pode ser comprometido. Assim, a fim de minimizar
essa questão, propõe-se nesta tese de doutorado uma forma sistemática para encontrar
sistemas truncado equivalentes, considerando os efeitos estáticos e dinâmicos, através da
utilização de ferramentas de otimização. Nesse sentido, a abordagem adotada utiliza um
simulador para análise estática e dinâmica de estruturas offshore denominado Dynasim e
um algoritmo de otimização baseado em gradiente através do sistema Dakota. Também é
utilizada a metodologia de planejamento de experimentos para identificar os fatores que
influenciam as respostas estática e dinâmica do problema, evitando o uso de variáveis de
projeto irrelevantes no estudo da otimização. Ressalta-se que essa metodologia não foi
aplicada em outros trabalhos no contexto de sistemas de ancoragem truncado, segundo
nosso conhecimento. Além disso, analisa-se o projeto ótimo do sistema truncado em várias
condições ambientais, cujo interesse é verificar a concordância dele com o sistema de ancoragem
na profundidade completa. Devido ao elevado custo computacional envolvido nessa
verificação, utiliza-se a computação de alto desempenho, com processamento paralelo, para
viabilizar a realização dessas análises. Como é demonstrado neste trabalho, a metodologia
proposta facilita a busca de sistemas de ancoragem truncado equivalente preservando as
características estáticas e dinâmicas do sistema de ancoragem completo. São apresentados
e discutidos quatro casos, os dois primeiros se referem a casos simplificados, o terceiro é
baseado na literatura e o quarto é baseado em um cenário real. Os resultados obtidos nos
casos estudados mostram que os sistemas truncados equivalentes encontrados conseguem
reproduzir o comportamento dos sistemas completos para as condições verificadas. / With the depletion of onshore and offshore shallow-water reserves, the industry has
exploited and produced oil in deep water and ultra-deepwater. However, the hydrodynamic
verification of new floating production systems continues using the established
methodologies, especially by carrying out tests on ocean basin laboratories. Small-scale
model tests have been used since the first projects in shallow water and continue today
in the projects in ultra-deepwater. However, tests in depths above 1,500m require a
very high scale factor, which poses several complications, among them the difficulties to
accommodate the mooring lines and the small models related uncertainties. Among the
possible solutions, the hybrid testing (numerical and experimental) are the most feasible
solution to experimental verification in ultra-deepwater, especially the hybrid passive
systems test. Such test is divided into steps, the first one responsible for the definition
of the truncated system. If this step is not performed satisfactorily, the success of the
test may be compromised. Thus, in order to minimize this issue, a systematic way to
find equivalent truncated systems, considering the static and dynamic effects through
the use of the optimization tools is proposed in this doctoral thesis. Accordingly, the
approach adopted uses a numerical simulator, called Dynasim, for static and dynamic
analysis of offshore structures, and a gradient based optimization algorithm, given in
Dakota computational system. Additionally, the design of experiments methodology is
used to identify the factors that influence the static and dynamic responses of the problem,
avoiding the use of irrelevant design variables in the optimization process. It has to be
emphasized that this methodology has not been used in other works in the context of
truncated mooring systems, to our knowledge. Furthermore, the optimal design of the
truncated system is analyzed for several environmental conditions. The aim is to verify the
agreement of the truncated mooring system with system in the full-depth. Due to the high
computational cost involved in the verification, we use the high-performance computing,
with parallel computation, to perform the analyzes. As shown in this work, the proposed
methodology easy the search for equivalent truncated mooring systems preserving the
static and dynamic characteristics of full-depth mooring systems. Four case studies are
presented and discussed. The first two refer to simplified cases; the third is based on the
literature and the fourth is based on a real scenario. The results in each case show that
the truncated equivalent system found can reproduce the behavior of full-depth system for
the verified conditions.
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