Este trabalho comprovou a eficácia do processo de roleteamento profundo no aumento da vida em fadiga em eixos submetidos ao ensaio de fadiga sob tensão axial. Uma pesquisa bibliográfica extensa foi realizada para o entendimento do comportamento físico do fenômeno encruamento, onde esta pesquisa abrangeu a metalurgia, plasticidade e elasticidade dos materiais, processos de geração de tensão residual e ensaios destrutivos e não destrutivos para obtenção de valores reais. O corpo de prova utilizado, em relação ao corpo de prova padronizado, foi modificado para simular o efeito do entalhe como concentrador de tensões. Corpos de prova sem o tratamento mecânico de roleteamento e corpos de prova com o tratamento foram submetidas ao ensaio de fadiga de tensão axial e de difração de raios-X, a fim de comparar o ganho do processo de roleteamento profundo. Com os resultados dos ensaios de fadiga foi possível obter as curvas Wöhler, "S-N", pertinentes aos dois diferentes grupos de amostras: com e sem o tratamento de roleteamento profundo. Simulações pelo Método dos Elementos Finitos foram usadas também para tentar reproduzir os efeitos da tensão residual compressiva sobre a vida em fadiga assim como os resultados obtidos nos ensaios de fadiga e difração de raios-X. / This project has proved the effectiveness of the deep rolling process in the increasing of fatigue life on shafts submitted to axial stress fatigue test. A deep literature research has done for understanding of the physic behavior of the hardening phenomenon, where this research included metallurgy, plasticity and elasticity of materials, generation of residual stress processes and destructive and nondestructive tests to obtain the real values. The specimen used, comparing to the standard one, had been changed to simulate the notch effect as stress concentrator. Specimen with and without rolling mechanical treatment have submitted to axial stress fatigue test and X-rays diffraction test, to compare the gain of the deep rolling process. With the results of fatigue tests, became possible to obtain the Wöhler curves, "S-N", from each different groups of specimens: with and without the deep rolling treatment. Simulations by Finite Element Method have also used to try reproducing the compressive residual stress effects under the fatigue life, like the obtained results from fatigue and X-rays diffraction tests.

O problemas do impacto em corpos elásticos está massivamente presente na indústria e no funcionamento de grande parte dos equipamentos domésticos. Entender e dominar este fenômeno é fundamental não somente a indústria mecânica mas a todas as outras que nela se apóiam. Neste trabalho são apresentados estudos básicos sobre impacto longitudinal, transversal e propagação de ondas de tensão elástica. São introduzidos conceitos de análise modal, amortecimento, não linearidade e transformada discreta de Fourier, empregada em análise de sinais. O método dos elementos finitos foi a principal ferramenta matemática empregada. Com ele foi possível a construção das superfícies de tensão equivalente máxima, capazes de representar diversas situações de impacto que podem ocorrer a uma determinada geometria. A compilação deste trabalho, em suma, visa a compreensão geral do fenômeno do impacto e da posição nele ocupada pelas grandezas físicas massa, velocidade e tensão. O conhecimento de como estas grandezas estão relacionadas permite projetar um sistema dinâmico com mais inteligência. / The impact problem in elastic bodies is present in industry and working of most domestic equipaments. The knowledge and understanding of this phenomenon is of fundamental importance to the mechanical industry and their dependents. This work presents basic studies about longitudinal and transversal impact and elastic stress propagation. The concepts of modal analysis, damping, nonlinearities and discrete fourier transform, employed in signal analysis, are introduced. The finite element method was the main mathematical tool used here. It allowed the construction of the surface of maximum equivalent stress, which represents many crashes situations that can occur in certain model. In summary, this work intends the general comprehension of the impact phenomenon and the existing relation among mass, velocity and generated stresses. This comprehension allows to project dynamic systems with more intelligence.

O estudo comparativo da distribuição de tensões de von Mises em dente endodonticamente tratado, com dois formatos de retentores intra-radiculares, pré-fabricado cilíndrico/escalonado e fundido cônico, foi realizado pelo método dos elementos finitos em modelos tridimensionais de caninos superiores com geometria axi-simétrica e restaurados com coroas metalocerâmicas, aplicando-se uma carga oblíqua de 100N com 45 º de inclinação em relação ao seu longo eixo. Os resultados indicaram uma discreta diferença nos dois modelos (formatos) de retentores. O pino escalonado neutralizou mais as cargas no sentido corono-apical e no pino cônico ficou evidenciado o efeito de cunha. / The aim of this study was to compare the von Mises stress distribution on a human canine teeth endodontically treated and restored with two types of post and core. The analysis was made using the three dimensional Finite Element Analysis method. For the analysis was created and axy-simetric structure of the teeth, including a porcelain fused to metal crown, a cement layer, and the periodontal structures. The model was analyzed when a 100N load was applied on the surface of the crown with 45º angulation with the long axis of the teeth. The results showed that both models exhibit little difference, the “stair shape” post system neutralized the axial loads, and the conical shape post showed a wedge effect on the apical third of the root.

O objetivo deste trabalho é analisar a distribuição das tensões residuais que resultam da combinação das variações volumétricas resultantes dos gradientes térmicos e das transformações de fase que ocorrem durante a têmpera de cilindros de aço AISI/SAE 1045, 4140 e 4340. O modelo matemático usado para este objetivo utiliza o programa AC3 de modelagem de tratamentos térmicos (curvas de transformação, curvas de resfriamento, microestrutura e a dureza do material), para alimentar um modelo de elementos finitos, considerando acoplamento termo-mecânico e comportamento não linear elasto-plástico, para previsão de tensões residuais em cilindros de aço AISI/SAE 1045, 4140 e 4340 temperados em água. São apresentados, também, os resultados de observações metalográficas e perfis de dureza que confirmam qualitativamente as previsões do programa AC3. A verificação do modelo numérico por elementos finitos foi efetuada através da medição das tensões residuais nos cilindros de aço com o emprego da técnica de difração de raios X. A simulação numérica, através do método dos elementos finitos comprova, nos três casos estudados, a existência de tensões residuais de compressão na região superficial após o processo de têmpera e indica de maneira quantitativa e qualitativa que as tensões mais significativas são as tangenciais. Os resultados obtidos a partir do modelo numérico mostraram uma aderência significativa em comparação com os resultados experimentais. / The aim of this work is to analyze the distribution of residual stresses resulting from combination of volumetric changes due to heat gradients and phase changes occurring during the quenching process of AISI/SAE 1045, 4140 and 4340 steel cylinders. The mathematical model used for this objective uses the AC3 program for modeling thermal treatments (transformation curves, cooling curves, microstructure and material hardness), whose results were fed into a finite element model, considering thermal-mechanical coupling and non-linear elastic-plastic behavior for forecasting of residual stresses in AISI/SAE 1045, 4140 and 4340 steel cylinders quenched in water. The observed microstructures and measured hardness confirmed qualitatively the previsions of the AC3 program. The results of finite element modeling were compared to experimental measurements of residual stresses measured at the surface, using X-Ray diffraction techniques. The finite element numerical simulation shows, for the three studied cases, the presence of compressive residual stresses in the surface region after a quenching process and indicates qualitatively and quantitatively that the most significant stresses are the tangential ones. The results obtained from the numerical model showed a significant adherence in comparison with the experimental results.

Na última década, muitas minas a céu aberto têm alcançado alturas de 600 metros ou mais, algumas com perspectiva em projeto de alcançar mais de 1100 m. A literatura especializada revela que os mecanismos de ruptura para taludes altos ainda não são bem entendidos. Existem dúvidas tanto em relação aos mecanismos de ruptura, como quanto à estimativa da resistência do maciço rochoso em tal escala. Recentemente, há uma tendência crescente da aplicação de análises numéricas para estudar a estabilidade de taludes altos, mas ainda não se consegue reproduzir todos os fenômenos envolvidos. Análises reportadas na literatura consideram apenas a configuração final da cava, sem levar em conta o processo evolutivo da escavação, e o dano induzido ao maciço decorrente deste processo. Este trabalho analisa este efeito e suas conseqüências na avaliação da segurança. Realizaram-se análises bidimensionais de tensão-deformação em taludes de rocha. Tais análises foram realizadas com modelos elástico linear e elasto plástico de amolecimento da coesão e de endurecimento do atrito, considerando a mobilização não simultânea das componentes de resistência no critério de Mohr-Coulomb, e a danificação do maciço rochoso. Avaliação preliminar da segurança de um talude hipotético mostrou que estas considerações são muito importantes. Foram considerados a altura do talude, o ângulo do talude e as tensões in situ. 0 histórico de tensões modifica os parâmetros de resistência do maciço ao longo do talude por danificação. A região do pé do talude, em cada estágio de escavação, está sujeita a concentração de tensões induzidas que geram danificação ao maciço nestas áreas. A danificação em regiões do pé do talude pode explicar o inicio do processo de rupturas do tipo progressivo. / Along the last decade, many open pit mines have reached up to 600 meters or more in height, and some of them are planned to reach more than 1100 meters. The specialized literature shows that the failure mechanisms for high rock slopes are not well understood as yet. Doubts exist in relation to failure mechanisms, as well as to rock mass strength estimation in such scale. In recent years, there is a growing trend for the use of numerical analyses in order to study high rock slope stability, but they are not capable to reproduce all the phenomena involved. Analyses reported in the literature consider only the final configuration of the open pit, without taking into consideration the excavation evolution process, and damage induced to the rock mass resulting from this process. This work analyzes this effect and its consequences on the slope safety evaluation. Two dimensional stress strain analyses in rock slopes are described. Such analyses were conducted with linear elastic model and elasto plastic strain cohesion softening - friction hardening model considering the non-simultaneous mobilization of the strength components in the Mohr-Coulomb criterion, by including the rock mass damage. An approximate safety evaluation of a hypothetical slope shows that these considerations are very important. The stress path modifies the rock mass strength parameters close to the slope face by damage. The regions of the slope toe at each excavation stage are subjected to induced stress concentration causing damage to rock. This damage can explain the beginning of the progressive failure mechanism.

O modelo cam-clay modificado foi aplicado aos resultados experimentais obtidos para um solo arenoso típico da cidade de São Carlos. Os ensaios de compressão triaxial foram conduzidos em equipamento moderno, com instrumentação interna, segundo distintas trajetórias de carregamento. Verificou-se que os resultados obtidos em termos de modelagem foram satisfatórios, principalmente quando a tensão octaédrica (p\') foi diminuida durante os carregamentos. Nesse caso, tanto em termos de modelagem como de resultados experimentais, houve expansão de volume do solo. Com o aumento da tensão octaédrica, verificou-se a ocorrência de compressão volumétrica do solo. Observou-se que o modelo apresenta uma previsão de deformações axiais maiores do que as observadas experimentalmente nas trajetórias de -30, -50, 30, 40, 50, 60, 120 graus e no ensaio triaxial convencional com \'sigma\' 3 = 100 kPa. Além disso, determinou-se a superfície inicial de plastificação do solo utilizando-se dois critérios que tenderam a fornecer valores de tensão de cedência aproximadamente iguais, notando-se que a condição de fluxo associado não é obedecida. / The modified cam-clay model was used to model experimental results of a sandy soil from São Carlos - SP. Triaxial compression tests were performed using Bishop - Wesley cell with internal transducers to measure axial and radial strains. It was observed that the model fairly fitted experimental results, specially when medium effective stress (p\') is reduced during loading. In this case, both the model and the experimental results, showed volume increase. When (p\') increases the model and the tests showed a tendency to give volumetric compression, although the values were differents. The model yielded strains larger than that measured in the tests when the stress-paths were of -30, -50, 30, 40, 50, 60, 120 degrees and in axial compression test with 100 kPa of confining pressure. Besides that, initial yield surface of soil was calculated from test results using two different criteria which gave about the same yield stress and it is show that normality rule was not satisfied in this soil.

O presente trabalho consiste basicamente no desenvolvimento de um programa de engenharia denominado SAJ (sistema de análise de juntas) capaz de realizar uma análise detalhada do comportamento de dois dos diversos tipos de juntas coladas existentes, a junta simples colada (\"single lap joint\") e a junta dupla colada (\"double lap joint\"). Sendo que foram analisadas juntas coladas com aderentes de material compósito ou, então, compostas de aderentes de compósitos e metal. O programa de engenharia desenvolvido possibilita o cálculo das tensões, dos esforços e dos deslocamentos nessas juntas. Para validar o referido programa, os resultados obtidos do mesmo foram confrontados com os resultados obtidos para condições semelhantes utilizando \"softwares\" comerciais de elementos finitos e de cálculo de juntas. Após a validação do programa, são apresentados alguns estudos de fatores que influenciam na resistência da junta colada, verificando a influência do comprimento de \"overlap\" (sobreposição), a rigidez do adesivo e a espessura da camada adesiva. Também é apresentada uma análise de falha dos aderentes de compósito evidenciando assim, as potencialidades e limitações desta ferramenta computacional para a área de desenvolvimento de produto. / This work consists on the development of software called SAJ which can analyze a bonded joint behavior in detail, not only for single lap joint, but also, for double lap joint. These joints could be made of composite/composite materials or metal/composite as adherentes. The software developed can calculate the joints stresses, loads and displacements. The results obtained are compared to the results obtained using commercial software and the same problems proposed. After the validation of SAJ, some studies were performed in order to determine how some characteristics affect the joint stresses distribution as overlap length, adhesive elastic modulus, adhesive thickness and a failure analysis of composite adherents showing the potential and limitation of this computational tool for the product development area.

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Medeiros_IuryZottele_M.pdf: 3756653 bytes, checksum: 16ee5515887e880053bfa81297f49352 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Atualmente as fibras ópticas microestruturadas (FOMs) estão sendo cada vez mais exploradas por possuírem geometricamente um maior grau de liberdade em seu projeto, além da possibilidade do uso de materiais não usados em fibras convencionais, proporcionando características ópticas antes inalcançáveis. Sendo assim, através do uso do programa para obtenção de modos de propagação pelo método dos elementos finitos totalmente vetorial disponível no grupo do Prof. Dr. Hugo E. H. Figueroa, foram apresentadas técnicas de simulação em FOMs multimodais, as quais foram implementadas em FORTRAN e adicionadas ao programa principal. Neste trabalho também foi estudado os esforços mecânicos gerados pelo o uso de diferentes materiais na constituição da FOM em seu processo de fabricação. Tais esforços são conhecidos como tensão residual térmica e proporcionam variações anisotrópicas dos índices de refração dos meios que compõem as FOMs. Primeiramente o cálculo das tensões residuais foi feito analiticamente para uma geometria generalizada de FOM, e então tratando-as como uma pertubação no modo propagante analisado anteriormente pelo programa de análise modal. Por ultimo foi implementado um código para o cálculo estimativo da birrefringência de fase e de grupo levando em conta os esforços mecânicos induzidos no processo de fabricação, portanto o objetivo final foi alcançado / Abstract: Nowadays micro-structured optical fibers (MOFs) are being increasingly exploited since they have a greater geometrical flexibility in its project, in addition to the possibility of using un-conventional materials, providing optical features unreachable before. Therefore, a full-vectorial finite element modal solver developed by Prof. Dr. Hugo E. H. Figueroa's group was used, since it has already proved its efficiency. New techniques for multimodal MOFs simulation were presented, they were implemented using FORTRAN and then added to the main program to make the search for the propagation constants easier. Mechanical stress was also studied. It is generated by the use of different materials whithin the MOF constitution, in its manufacturing process. These stresses are known as thermal residual stresses and they provide variations of the anisotropic refractive indexes of the MOFs media. First, the calculation of the residual stresses was done analytically for a general geometry of MOF, and then they were treated as perturbations in the propagating mode, discussed previously by the full-vectorial finite element modal solver. Finally a code was implemented to estimate the phase and group birefringence, considering the mechanical stresses induced in the manufacturing process, therefore the ultimate goal was achieved / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

O ensaio SPT (Standard Penetration Test) é um dos ensaios geotécnicos mais utilizados no Brasil e em grande parte do mundo, para determinar o índice NSPT. Esse índice é usado para estimar, através de correlações empíricas, parâmetros do solo, capacidade de suporte, recalque de fundações, etc. Pelo fato destas correlações não terem nenhum fundamento científico, pesquisadores têm procurado desenvolver métodos racionais de análise, baseados em energia. Com esses métodos pode-se determinar a eficiência do ensaio SPT, que é uma importante característica utilizada nas análises dos resultados do ensaio. As quantidades de energia envolvidas no ensaio SPT são determinadas através do método EFV. Para tanto, é necessária a utilização de hastes instrumentadas com acelerômetros e células de carga durante a realização dos ensaios. Com os sinais de força e aceleração foram determinadas as quantidades de energia, força de reação dinâmica experimental do solo, forças de reação teórica estática e dinâmica e tensões atuantes no amostrador. Neste trabalho, como os sinais de força e aceleração foram registrados em uma seção instrumentada logo acima do amostrador, a eficiência do sistema pode ser determinada de acordo com a definição proposta por Aoki e Cintra (2000), e incluindo a correção sugerida por Odebrecht (2003). Nesta pesquisa foi desenvolvido um sistema de extrator de amostras, constituído de uma base, um cilindro hidráulico e uma célula de carga, para quantificar experimentalmente a força de atrito interno para posteriormente determinar as demais tensões que atuam no amostrador e o parâmetro a de Aoki, o qual é a razão entre o atrito interno e o atrito externo entre o solo e o amostrador. / The Standard Penetration Test (SPT) is one of the in-situ geotechnical tests most used in Brazil, as well as in many parts of the world. Through empirical correlations, the NSPT index is used to estimate parameters of the soil, carrying capacity, discharge of foundations, etc. Because these correlations have no scientific basis, researchers have developed rational methods of analysis, based on energy concepts. Using these concepts, the efficiency of the SPT, which is essential in the analysis of the test results, can be assessed. The amounts of energy involved in the SPT test are evaluated by the EFV method. Therefore, it is necessary instrumented rods with accelerometers and load cells for performing the tests. With force and acceleration records, amounts of energy, experimental dynamic reaction force of the soil, theoretical static and dynamic reaction forces and stresses acting on the sampler were assessed. In this work, as the force and acceleration signals were recorded at an instrumented section just above the sampler, the system efficiency could be determined according to the definition proposed by Cintra and Aoki (2000), including the energy corrections suggested by Odebrecht (2003). In this study, a sample extractor system consisting of a base, a hydraulic cylinder and a load cell was designed. The objective of this equipment is to experimentally quantify the internal friction force, allowing evaluating the stresses acting on the sampler. Also, the Aoki\'s a parameter, which is the ratio of internal friction and external friction between the ground and the sampler, could be calculated.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we used the density functional theory to study InAs and InP nanowires and InAs/InP nanowire heterostructures. Initially we studied the structural, electronic and mechanical properties of InAs and InP nanowires as a function of the diameter and the influence of external mechanical stress on the electronic properties of these systems. Our results show that all analyzed properties change with increasing quantum confinement. Further, the application of an external stress along the nanowire axis reveals a direct to indirect band gap transition for compressive strain in very thin nanowires. We have also studied the quantum confinement effects on the effective masses of charge carriers in InAs nanowires grown in different crystallographic directions. We found the electron and hole effective masses increase with decreasing diameter independently of the growth direction. However, in the range of the studied diameters, the hole effective mass is significantly smaller to the corresponding one at the bulk system. From the study of the stability and electronic properties of the cadmium and zinc doped InAs nanowires, we show that the Cd impurity prefers to be at the core region, whereas Zn impurity is found to be equally distributed along the nanowire diameter. The analysis of the electronic properties of these systems show that these impurities introduce shallow acceptor levels in the band gap, enabling a p-type behavior of these nanowires. Finally, we determined (i) the structural, electronic and mechanical properties of axially and radially modulated InAs/InP nanowire heterostructures for a specific diameter and (ii) the structural and electronic properties of radial InAs/InP nanowire heterostructures as a function of the diameter and composition. From (i), our calculations showed the analyzed properties have an intermediate value between those for the pure InAs and InP nanowires with similar diameters. In particular, the presence of an InP shell covering the InAs nanowires enhances the InAs electron mobility, as compared to the uncapped InAs nanowires. In addition, for the radial heterostructure, the conduction and the valence band alignments favor a type-I heterojunction, while for the axial heterostructure a transition from a type-I to a type-II heterojunction could occur at this range of diameters. From (ii), we observed that for nanowire heterostrutures of similar diameters, the variation of their structural and electronic properties with the composition possesses significant deviations from the linear behavior, which are dependent of the nanostructure diameter. The conduction band offset is approximately zero and the valence band offset decrease regardless of diameter and composition of the heterostructure. / Neste trabalho realizamos um estudo teórico, baseado na teoria do funcional da densidade, em nanofios de InAs e InP e em heteroestruturas de nanofios InAs/InP. Inicialmente estudamos a variação das propriedades estruturais, eletrônicas e mecânicas com o diâmetro em nanofios de InAs e InP, e as possíveis alterações nas propriedades eletrônicas destes sistemas sob a influência de uma tensão mecânica externa. Nossos resultados mostram que todas as propriedades analisadas são alteradas com o aumento do confinamento quântico. Além disso, a aplicação de uma tensão externa ao longo do eixo de crescimento dos fios leva a uma transição de gap direto para indireto nos nanofios de menores diâmetros. A seguir, avaliamos os efeitos do confinamento quântico na massa efetiva dos portadores de carga em nanofios de InAs crescidos em diferentes direções cristalográficas. Encontramos que as massas efetivas dos elétrons e dos buracos aumentam com a redução do diâmetro, independentemente da direção de crescimento dos nanofios. Contudo, no intervalo de diâmetro estudado, a massa efetiva dos buracos nos nanofios é significativamente menor do que a massa efetiva dos buracos no cristal. Do estudo da estabilidade e das propriedades eletrônicas de nanofios de InAs dopados substitucionalmente com cádmio e zinco observamos que, independentemente do diâmetro dessas nanoestruturas, as impurezas de Cd são mais estáveis quando estão no centro do nanofio, enquanto que as impurezas de Zn se distribuem quase que uniformemente ao longo do diâmetro do fio. Do ponto de vista eletrônico, observamos que estas impurezas introduzem níveis aceitadores rasos no gap de energia desses materiais possibitando um comportamento tipo-p desses nanofios. Por fim, determinamos: (i) as propriedades estruturais, eletrônicas e mecânicas de heteroestruturas axiais e radiais de nanofios InAs/InP para um determinado diâmetro; e (ii) as propriedades estruturais e eletrônicas de heteroestruturas radiais InAs/InP como uma função do diâmetro e da composição. Em (i), nossos resultados mostram que as propriedades analisadas possuem valores intermediários entre aqueles dos nanofios de InAs e InP de mesmo diâmetro. Em particular, observamos que a presença de uma camada de InP sobre nanofios de InAs aumenta significativamente sua mobilidade eletrônica quando comparada com a de um nanofio de InAs puro. Além disso, na heteroestrutura radial, o alinhamento das bandas de condução e das bandas de valência favorece uma heteroestrutura do tipo I, enquanto que na heteroestrutura axial, uma transição de uma heteroestrutura do tipo I para uma heteroestrutura do tipo II poderá ocorrer neste intervalo de diâmetros. Em (ii), para as heteroestruturas com diâmetros similares, observamos que a variação de suas propriedades estruturais e eletrônicas com a composição possui desvios significativos do comportamento linear, sendo estes dependentes do diâmetro dessas nanoestruturas. O descasamento da banda de condução é aproximadamente nulo enquanto que o descasamento da banda de valência diminui independente do diâmetro e da composição da heteroestrutura.