Compliant suspensions are often used in micromechanical devices and precision mechanisms as substitutes for kinematic joints. While their small-displacement behavior is easily captured in simple formulae, large-displacement behavior requires nonlinear finite element analysis. In this work, we present a method that helps capture the geometrically nonlinear behavior of compliant suspensions using parameterized non-dimensional maps. The maps are created by performing one nonlinear finite element analysis for any one loading condition for one instance of a suspension of a given topology and fixed proportions. These maps help retrieve behavioral information for any other instance of the same suspension with changed size, cross-section dimensions, material, and loading. Such quantities as multi-axial stiffness, maximum stress, natural frequency, etc. ,can be quickly and accurately estimated from the maps. These quantities are non-dimensionalized using suitable factors that include loading, size, cross-section, and material properties. The maps are useful in not only understanding the limits of performance of the topology of a given suspension with fixed proportions but also in design. We have created the maps for 20 different suspensions. Case studies are included to illustrate the effectiveness of the method in microsystem design as well as in precision mechanisms. In particular, the method and 2D plots of non-dimensional kinetoelastic maps provide a comprehensive view of sensitivity, cross-axis sensitivity, linearity, maximum stress, and bandwidth for microsensors and microactuators.

Esta tese apresenta o estudo sobre microconformação, no caso microextrusão de quatro materiais diferentes, um aço SAE 1020, um aço inoxidável AISI 304, um alumínio AA6531 e um latão ASTM C34000. Para avaliar o efeito do tamanho da peça sobre o processo de microextrusão, dois tamanhos de corpos de prova foram utilizados, um com ∅ 4 mm e outro com ∅ 1 mm. Para cada tamanho de corpo de prova, três ângulos de extrusão foram utilizados, 30°, 45° e 60°. A primeira parte do trabalho se resume a caracterização dos materiais, com analise química e metalográfica. Após a caracterização dos materiais, as curvas de escoamento através do ensaio de compressão utilizando dois tamanhos de corpos de prova foram feitos em todos os materiais. O atrito foi determinado utilizando o ensaio de anel de atrito com três tamanhos diferentes de corpos de prova. As curvas de calibração foram feitas utilizando o software SIMUFACT. Os ensaios de extrusão foram feitos em uma máquina de ensaio universal com capacidade de captura de dados como força e deslocamento. Um modelo matemático foi utilizado para comparar a força de extrusão calculada com o medido no processo. Os resultados indicam que as curvas de escoamento de tamanho macro podem ser aplicadas a peças de tamanho meso. O atrito medido pelo ensaio de anel de atrito mostrou que os valores de atrito de tamanho micro tem um pequeno valor maior que para tamanho macro. Os valores de força de extrusão calculada e medido no ensaio para peças de tamanho meso tem boa aproximação com diferença de 3,2% para o aço inoxidável. Para peça de tamanho micro, a diferença entre o valor medido e o calculado aumenta chegando a diferença de 995% para o corpos de prova de aço comum. / This thesis presents the study about microforming, in this case microextrusion of the four different materials, an SAE 1020 steel, an AISI 304 stainless steel, an AA6531 aluminum and a C34000 brass. To evaluate the size effect about microextrusion process, two sizes of specimens were used, with a ∅ 4 mm and another with ∅ 1 mm. For each size of specimen, three extrusion angles were used, 30 °, 45 ° and 60 °. The first part of the work was to materials characterizations with chemical and metallographic analysis. Following the materials characterization, the flow stress curves was made using the compression test with two sizes of specimens. The friction was determined using the friction ring test with the three different size. Calibration curves were performed using the software SIMUFACT . The extrusion tests were performed in a universal testing machine capable of capturing such as force and displacement data. A mathematical model was used to compare the extrusion force it was calculated and the force measured in microextrusion. The results indicate that the flow stress curves of macro size can be applied to meso sizes. The ring friction test indicate that the friction values of the micro size has a small value greater than macro size. The extrusion force calculated and measured in the test to meso size has good approximation with a difference of 3.2% in the stainless steel. To pieces of the micro size, the difference between the measured and calculated force increases 995% for the samples of SAE 1020 steel.

Esta tese apresenta o estudo sobre microconformação, no caso microextrusão de quatro materiais diferentes, um aço SAE 1020, um aço inoxidável AISI 304, um alumínio AA6531 e um latão ASTM C34000. Para avaliar o efeito do tamanho da peça sobre o processo de microextrusão, dois tamanhos de corpos de prova foram utilizados, um com ∅ 4 mm e outro com ∅ 1 mm. Para cada tamanho de corpo de prova, três ângulos de extrusão foram utilizados, 30°, 45° e 60°. A primeira parte do trabalho se resume a caracterização dos materiais, com analise química e metalográfica. Após a caracterização dos materiais, as curvas de escoamento através do ensaio de compressão utilizando dois tamanhos de corpos de prova foram feitos em todos os materiais. O atrito foi determinado utilizando o ensaio de anel de atrito com três tamanhos diferentes de corpos de prova. As curvas de calibração foram feitas utilizando o software SIMUFACT. Os ensaios de extrusão foram feitos em uma máquina de ensaio universal com capacidade de captura de dados como força e deslocamento. Um modelo matemático foi utilizado para comparar a força de extrusão calculada com o medido no processo. Os resultados indicam que as curvas de escoamento de tamanho macro podem ser aplicadas a peças de tamanho meso. O atrito medido pelo ensaio de anel de atrito mostrou que os valores de atrito de tamanho micro tem um pequeno valor maior que para tamanho macro. Os valores de força de extrusão calculada e medido no ensaio para peças de tamanho meso tem boa aproximação com diferença de 3,2% para o aço inoxidável. Para peça de tamanho micro, a diferença entre o valor medido e o calculado aumenta chegando a diferença de 995% para o corpos de prova de aço comum. / This thesis presents the study about microforming, in this case microextrusion of the four different materials, an SAE 1020 steel, an AISI 304 stainless steel, an AA6531 aluminum and a C34000 brass. To evaluate the size effect about microextrusion process, two sizes of specimens were used, with a ∅ 4 mm and another with ∅ 1 mm. For each size of specimen, three extrusion angles were used, 30 °, 45 ° and 60 °. The first part of the work was to materials characterizations with chemical and metallographic analysis. Following the materials characterization, the flow stress curves was made using the compression test with two sizes of specimens. The friction was determined using the friction ring test with the three different size. Calibration curves were performed using the software SIMUFACT . The extrusion tests were performed in a universal testing machine capable of capturing such as force and displacement data. A mathematical model was used to compare the extrusion force it was calculated and the force measured in microextrusion. The results indicate that the flow stress curves of macro size can be applied to meso sizes. The ring friction test indicate that the friction values of the micro size has a small value greater than macro size. The extrusion force calculated and measured in the test to meso size has good approximation with a difference of 3.2% in the stainless steel. To pieces of the micro size, the difference between the measured and calculated force increases 995% for the samples of SAE 1020 steel.

Esta tese apresenta o estudo sobre microconformação, no caso microextrusão de quatro materiais diferentes, um aço SAE 1020, um aço inoxidável AISI 304, um alumínio AA6531 e um latão ASTM C34000. Para avaliar o efeito do tamanho da peça sobre o processo de microextrusão, dois tamanhos de corpos de prova foram utilizados, um com ∅ 4 mm e outro com ∅ 1 mm. Para cada tamanho de corpo de prova, três ângulos de extrusão foram utilizados, 30°, 45° e 60°. A primeira parte do trabalho se resume a caracterização dos materiais, com analise química e metalográfica. Após a caracterização dos materiais, as curvas de escoamento através do ensaio de compressão utilizando dois tamanhos de corpos de prova foram feitos em todos os materiais. O atrito foi determinado utilizando o ensaio de anel de atrito com três tamanhos diferentes de corpos de prova. As curvas de calibração foram feitas utilizando o software SIMUFACT. Os ensaios de extrusão foram feitos em uma máquina de ensaio universal com capacidade de captura de dados como força e deslocamento. Um modelo matemático foi utilizado para comparar a força de extrusão calculada com o medido no processo. Os resultados indicam que as curvas de escoamento de tamanho macro podem ser aplicadas a peças de tamanho meso. O atrito medido pelo ensaio de anel de atrito mostrou que os valores de atrito de tamanho micro tem um pequeno valor maior que para tamanho macro. Os valores de força de extrusão calculada e medido no ensaio para peças de tamanho meso tem boa aproximação com diferença de 3,2% para o aço inoxidável. Para peça de tamanho micro, a diferença entre o valor medido e o calculado aumenta chegando a diferença de 995% para o corpos de prova de aço comum. / This thesis presents the study about microforming, in this case microextrusion of the four different materials, an SAE 1020 steel, an AISI 304 stainless steel, an AA6531 aluminum and a C34000 brass. To evaluate the size effect about microextrusion process, two sizes of specimens were used, with a ∅ 4 mm and another with ∅ 1 mm. For each size of specimen, three extrusion angles were used, 30 °, 45 ° and 60 °. The first part of the work was to materials characterizations with chemical and metallographic analysis. Following the materials characterization, the flow stress curves was made using the compression test with two sizes of specimens. The friction was determined using the friction ring test with the three different size. Calibration curves were performed using the software SIMUFACT . The extrusion tests were performed in a universal testing machine capable of capturing such as force and displacement data. A mathematical model was used to compare the extrusion force it was calculated and the force measured in microextrusion. The results indicate that the flow stress curves of macro size can be applied to meso sizes. The ring friction test indicate that the friction values of the micro size has a small value greater than macro size. The extrusion force calculated and measured in the test to meso size has good approximation with a difference of 3.2% in the stainless steel. To pieces of the micro size, the difference between the measured and calculated force increases 995% for the samples of SAE 1020 steel.