Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-01-29Bitstream added on 2014-06-13T20:55:47Z : No. of bitstreams: 1 000756231.pdf: 3428054 bytes, checksum: d0cdfa43da88169d40275d58b3369674 (MD5) / O presente trabalho apresenta um modelo matemático para a análise da conformação de chapas metálicas por dobramento considerando o atrito entre a ferramenta e a peça, com o objetivo de obter uma estimativa para a carga de conformação e do valor do coeficiente de atrito no processo de conformação por dobramento . O modelo foi desenvolvido com base nas teorias plásticas pelo método da energia de conformação utilizando o critério de escoamento de von-Mises, conforme apresentado por Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. Para a análise dos resultados, foram consideradas as propriedades geométricas que definem a peça e a matriz de conformação, bem como as propriedades do material. Os resultados teóricos para a tensão residual para o trabalho total de conformação, para a força de conformação e para o raio final de conformação são obtidos em função das propriedades geométricas do processo e das propriedades do material / The present work presents, a mathematical model for analysis the conformation of sheet metal folding considering the friction between the tool and workpiece to obtain an estimate for the conformation load and the value to coefficient friction. The model was developed based on the theories the energy method of the plastic deformation using the yield criterion of von Mises as presented by Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. For the analyze the results, were considered the geometric properties that define the workpiece, the conformation tool and the material properties. The theoretical background for the residual strain the total work of conformation, force of conformation and the forming results, are obtained according the process, the geometrical properties and material properties

Orientador: Ângelo Caporalli Filho / Co-orientador: Anselmo Monteiro Ilkiu / Banca: Peterson Luiz Ferrandini / Banca: Miriam de Lourdes Noronha Motta Melo / Resumo : O presente trabalho apresenta um modelo matemático para a análise da conformação de chapas metálicas por dobramento considerando o atrito entre a ferramenta e a peça, com o objetivo de obter uma estimativa para a carga de conformação e do valor do coeficiente de atrito no processo de conformação por dobramento . O modelo foi desenvolvido com base nas teorias plásticas pelo método da energia de conformação utilizando o critério de escoamento de von-Mises, conforme apresentado por Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. Para a análise dos resultados, foram consideradas as propriedades geométricas que definem a peça e a matriz de conformação, bem como as propriedades do material. Os resultados teóricos para a tensão residual para o trabalho total de conformação, para a força de conformação e para o raio final de conformação são obtidos em função das propriedades geométricas do processo e das propriedades do material / Abstract: The present work presents, a mathematical model for analysis the conformation of sheet metal folding considering the friction between the tool and workpiece to obtain an estimate for the conformation load and the value to coefficient friction. The model was developed based on the theories the energy method of the plastic deformation using the yield criterion of von Mises as presented by Chakrabarty, Mellor e Al-Qureshi. For the analyze the results, were considered the geometric properties that define the workpiece, the conformation tool and the material properties. The theoretical background for the residual strain the total work of conformation, force of conformation and the forming results, are obtained according the process, the geometrical properties and material properties / Mestre

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-05-17T13:36:13Z No. of bitstreams: 1 2016_KarenVivianaFabaraHernandez.pdf: 2185435 bytes, checksum: 0726fcb5f1846fde5cefba17fee5a10d (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-24T20:09:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_KarenVivianaFabaraHernandez.pdf: 2185435 bytes, checksum: 0726fcb5f1846fde5cefba17fee5a10d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-24T20:09:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_KarenVivianaFabaraHernandez.pdf: 2185435 bytes, checksum: 0726fcb5f1846fde5cefba17fee5a10d (MD5) / O presente trabalho investiga o comportamento tensão-deformação cíclico e em fadiga da liga de alumínio 7050-T7451. Corpos de prova de seção circular cheia foram submetidos a deformação uniaxial controlada com razão de deformação igual a -1 e 0,01. Nos ensaios com -1, observou-se um pequeno amolecimento cíclico do material para amplitudes de deformação superiores a 0,85%. Para amplitudes de deformação inferiores a 0,85% o material não exibiu encruamento cíclico. A análise dos laços de histerese estabilizados indica que o material investigado exibe comportamento não-Masing para amplitudes de deformação inferiores a 0,6%. Nos ensaios com 0,01 observou-se um pequeno endurecimento cíclico do material para amplitudes de deformação acima de 0,5%. Para amplitudes de deformação inferiores a 0,5% o material não exibiu encruamento cíclico. Observou-se ainda que a tensão média de tração observada no primeiro ciclo de carregamento sofre um relaxamento, sendo este mais pronunciado nos primeiros ciclos de carregamento. Foram determinadas as propriedades cíclicas do material presente no interior e próximo à superfície da placa laminada utilizada para fabricação dos corpos de prova. Não foi observada uma variação significativa das propriedades cíclicas ao longo da espessura do bloco. A correlação entre as vidas observadas e as estimadas com a relação de Smith, Watson e Topper foi bastante satisfatória (todos os dados dentro de uma banda de fator 2). _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The cyclic stress-strain and fatigue behaviors of aluminum alloy 7050-T7451 are investigated in this work. Solid cylindrical specimens were subjected to strain-controlled uniaxial loading with strain ratio equal to -1 and 0.01. For , small cyclic softening of the material was observed for strain amplitudes greater than 0.85%. For strain amplitudes less than 0.85%, no cyclic hardening/softening was observed. The stabilized hysteresis loops of the material exhibit non-Masing behavior for strain amplitudes less than 0.6%. For 0.01, small cyclic hardening was observed in the material for strain amplitudes greater than 0.5%. For strain amplitudes less than 0.5%, no cyclic hardening/softening was observed. No significant variation of the cyclic properties along the thickness of the alloy 7050 plate was observed in the range of fatigue lives investigated (10105 cycles to failure). The mithWatsonTopper (SWT) parameter can satisfactorily correlate all the fatigue experiments on 7050-T7451 conducted in this study.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-18T05:26:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 188949.pdf: 5968310 bytes, checksum: ef80d9785157f6035c40d4c523380617 (MD5) / O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático capaz de simular numericamente o ensaio de compressão uniaxial de prismas de blocos de concreto e de material cerâmico. O método dos elementos finitos foi utilizado para obter a resposta estrutural dos prismas de alvenaria. A interface foi incluída no modelo para representar os planos de menor resistência entre o bloco e a argamassa. Para o material sob compressão, usou-se o critério de plastificação de Drucker-Prager com endurecimento isotrópico e, para a tração, o modelo de fissuração distribuída. O comportamento não-linear das interfaces, foi modelado por meio do critério de atrito de Coulomb. Para validar o modelo foram estudados seis tipos de prismas: prismas simples de concreto com argamassamento total e lateral, prismas simples de material cerâmico com argamassamento total, prisma grauteado de concreto com argamassamento total e lateral e prismas grauteado de material cerâmico com argamassamento total. A análise foi considerada tridimensional, dentro do regime de pequenas deformações, utilizando-se elementos finitos quadráticos de 20 nós para discretizar o contínuo e elementos finitos de 16 nós para representar as interfaces. Os métodos adotados para resolver o problema não-linear foram o incremental-iterativo, o método de Newton-Raphson convencional e restringido, o método do arco e o método das bisseções (line-search method). Comparou-se os resultados obtidos pelo programa com os resultados experimentais, obtendo-se uma boa concordância entre ambos.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T09:28:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T01:19:04Z : No. of bitstreams: 1 144612.pdf: 3701153 bytes, checksum: 88c3158666acefea5c9ddce759930c13 (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T11:55:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:56:40Z : No. of bitstreams: 1 152861.pdf: 17511239 bytes, checksum: 6db73728cdb2669832191f40f39b377a (MD5) / Concepção, projeto e avaliação de um sistema portátil para a medição de tensões residuais em campo, que combina o método do furo com holografia eletrônica. Combinado robustez e praticidade, o medidor apresenta elevado grau de automação e miniaturização, o que viabiliza sua utilização na medição de peças de geometrias diversas, tanto em laboratório quanto em ambientes industriais. Os detalhes construtivos dos dois módulos constituintes do sistema são descritos. A análise dos resultados de medição obtidos e também a avaliação operacional são efetuadas. Futuras melhorias no sistema são apontadas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T14:27:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252389.pdf: 1472355 bytes, checksum: 412b31d495cb7686236d8dabd313c113 (MD5) / O grande interesse desenvolvido pelos termoplásticos, sobretudo na fabricação de peças e componentes estruturais, é devido às suas boas propriedades mecânicas e capacidade de substituir os metais em certas aplicações. Porém estes materiais possuem um comportamento mecânico muito mais complexo que os materiais metálicos, com deformação não linear quando solicitados, alta sensibilidade a variações de velocidade de deformação e de temperatura. Devido a estas características, os termoplásticos necessitam modelos específicos para a sua simulação numérica, capazes de representar adequadamente a relação de tensão e deformação, taxa de deformação, temperatura, etc. na faixa de análise. Este trabalho trata do estudo, desenvolvimento e implementação de um conjunto de modelos constitutivos que conjugam características viscoelásticas e viscoplásticas de forma a permitir a simulação do comportamento não linear encontrado em materiais poliméricos sob grandes deformações a diferentes velocidades de deformação. A formulação utilizada está baseada numa estrutura variacional, na qual a atualização da tensão e das variáveis internas a cada incremento de carga é realizada mediante um princípio de mínimo. Esta formulação faz uso de uma decomposição espectral das quantidades de medida de deformação, fato que permite a utilização de potenciais isotrópicos arbitrários, cuja escolha depende do tipo de aplicação desejada. A formulação foi implementada em um código acadêmico de elementos finitos em C++ para avaliação de desempenho dos modelos, apresentando resultados satisfatórios. Estes resultados foram comparados e validados com os resultados equivalentes obtidos para casos de deformação simples (tração uniaxial/ cisalhamento) implementados no código livre GNU Octave. Nos exemplos numéricos foram testados diversos potenciais e parâmetros, onde foi possível representar o típico fenômeno de estricção com propagação ao longo de todo o corpo de prova de materiais termoplásticos. Os mesmos bons resultados foram obtidos para os exemplos numéricos de tração uniaxial e cisalhamento, onde foi possível verificar a representatividade do típico comportamento de amolecimento e encruamento simplesmente alterando os potenciais e seus parâmetros.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244979.pdf: 5545649 bytes, checksum: 72c9dd038ad5e0eb4be28582a14998bc (MD5) / O porcelanato é formado por uma mistura de argilominerais, quartzo e feldspatos. Corresponde à classe de revestimento com melhor desempenho técnico. É constituído basicamente por 50-65% de fase vítrea, 10-25% de quartzo, <10% de mulita, 0-10% feldspatos não fundidos, 3-7% de porosidade fechada. A produção de porcelanato normalmente se faz por conformação por prensagem, a partir de matériasprimas finamente moídas, homogeneizadas por via úmida e granuladas por atomização. A queima ocorre em ciclos rápidos entre 40 e 60 min, com temperaturas máximas entre 1180 e 1220ºC. A etapa de resfriamento do ciclo de queima é realizada o mais rapidamente possível e com escasso controle. A única precaução tomada é reduzir a velocidade de resfriamento durante a transformação alotrópica do quartzo. Normalmente associa-se o desenvolvimento das propriedades mecânicas do porcelanato com os mecanismos de reforço atribuídos às porcelanas, mas dificilmente relacionando quais fatores que apresentam maior relevância. No presente trabalho, o desenvolvimento das propriedades mecânicas do porcelanato foi estudado com base na avaliação do desenvolvimento das tensões residuais macroscópicas e microscópicas. Diferentes magnitudes de tensões macroscópicas foram desenvolvidas por distintas velocidades de resfriamentos e alterando-se a composição de partida (caulinita, quartzo e albita). Os efeitos provocados pelas tensões microscópicas foram analisados alterando-se a composição de partida e o tamanho de partícula do quartzo. As tensões residuais macroscópicas foram medidas pelo método de relaxação de deformações por corte incremental e as tensões microscópicas por difração de raios X. A resistência mecânica e a tenacidade à fratura, método SENB, foram medidas por flexão em três pontos de apoio em máquina universal de ensaios mecânicos. Os resultados demonstraram que o porcelanato desenvolve têmpera quando submetido a resfriamento rápido. Esse processo é controlado pelas mesmas variáveis da têmpera em vidros planos, constituindo dessa forma um importante mecanismo de reforço microestrutural. Paralelamente à têmpera ocorre um processo de deterioração da microestrutura que foi quantificado matematicamente através de uma equação proposta, que associa a deterioração com o crescimento do tamanho do defeito natural de Griffith. Essa deterioração mostrou ser o principal fator que distingue as propriedades mecânicas de diferentes composições. As maiores resistências mecânicas foram obtidas para aquelas misturas que associam tensão macroscópica juntamente com o efeito de reforço provocado pelas partículas de quartzo e proteção microestrutural,, contra essa deterioração, através da interconexão dos cristais de mulita. As diferenças observadas nas tensões sobre as partículas de quartzo estão relacionadas com variações na natureza da interface (sílica amorfa ou mulita/vidro de caulinita ou vidro de albita), e não podem ser associadas indistintamente com o aumento da energia de fratura sem levar em consideração os efeitos deletérios que as fases de baixo coeficiente de expansão térmica causam à matriz vítrea. A metodologia proposta para a determinação da tensão residual microscópica sobre as partículas de quartzo, juntamente com a análise dilatométrica, comprovaram que o quartzo nas composições de porcelanato está parcialmente desconectado e que este fenômeno é controlado pelo comportamento anisotrópico da célula unitária. Desse modo, o quartzo apresenta dois diâmetros críticos a partir dos quais as partículas se desprendem parcial ou totalmente da matriz. The porcelain tile is composed by clay minerals, quartz and feldspars. It is the best ceramic tile considering the technical properties. Basically it is constituted by 50-60% glassy phase, 10-25% quartz, <10% mullite, 0-10% non-fused feldspar and 3-7% of close porosity. Manufacturing is normally done by dry pressing from fine wet grid raw materials which are spray-dried. Sintering is carried out by fast firing, i.e., 40-60 min, and maximum temperature between 1180 and 1220ºC. Cooling stage is done as fast as possible, with a lack of specific control. Only a little decrease is done on the cooling rate during the quartz allotropic transition. The mechanism of developing mechanical properties of porcelain tile is normally associated with that of technical porcelain, but it is not so evident what the most relevant mechanism is. In the present work, the mechanical properties of porcelain tile was evaluated based on the developing of macroscopic and microscopic residual stress. Different levels of macroscopic residual stress were produced by changing the cooling rate and the initial composition (kaolinite, quartz, albite). The effect of microscopic residual stress was evaluated by changing the initial composition and the particle size of quartz. The macroscopic residual stress was measured by deformation-relaxation method with incremental cuts and the microscopic residual stress by x-ray diffraction. The mechanical strength and fracture toughness, SENB method, was measured by three points bending using a universal test machine. The results show that porcelain tile develops tempering when submitted to fast cooling rate. This process is controlled by the same factors of those in float glass, them it can be considered a kind of reinforcing mechanism. As the tempering occurs, a microstructural deterioration also occurs, which was quantified by a proposed model based on an increasing of the Griffith flaw size. This deterioration is the most important mechanism that differs the mechanical properties all the studied composition. The high strength was obtained for those compositions with macroscopic residual stress, matrix reinforced by quartz particles, but with no deterioration during fast cooling. The deterioration was least for those microstructures where interconnected mullite crystal was observed. The observed changing in microscopic residual stress on the quartz particles was related with changes in the interface nature (amorphous silica, mullite/ kaolinite glass or albite glass) and can not be directly associated with matrix reinforced by increasing the fracture energies without considering the deleterious effect of those low thermal expansion phases. The proposed methodology for determination of microscopic residual stress under quartz particle together with dilatometric experiments, could confirm that the quartz particles in porcelain tile are partially disconnected. This phenomenon is controlled by anisotropic behavior of the quartz unit cell. In this way, the quartz presents two critical diameters and the particles can be completely or partially disconnected.

Orientador: Angelo Caporalli Filho / Coorientador: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Valdir Alves Guimarães / Banca: Gilbert Silva / Resumo: Os processos tradicionais de produção de tubos API 5CT N80Q envolvem processos de bobinamento e desbobinamento, conformação por dobramento, soldagem, etapas de usinagem e expansão dos diâmetros interno e externo, tratamentos térmicos de têmpera e revenimento e endireitamento. Essas etapas são responsáveis por introduzir tensões residuais no material constituinte do tubo. Estas tensões residuais podem alcançar valores próximos aos do limite de escoamento do material base do tubo, podendo produzir distorções geométricas, falhas prematuras, baixa resistência à corrosão, e diminuição na sua capacidade de absorção de cargas em trabalho. O método mais utilizado para alívio de tensões é o tratamento térmico. Porém, a aplicação de vibrações mecânicas, (Vibratory Stress Rielif) para reduzir e redistribuir as tensões residuais em estruturas conformadas a frio e em estruturas soldadas, tem sido utilizada com sucesso em várias partes do mundo, principalmente nos Estados Unidos, China e Canada. Para verificar a viabilidade deste processo, como um método alternativo para o alivio de tensões, selecionamos um tubo API 5CT 80NQ, com diâmetro de 178 mm com 8,05 mm de espessura e 3000 mm de comprimento. Os ensaios de vibração foram executados na frequência de ressonância do tubo, através de um indutor de vibração montado no seu comprimento médio, dentro de um intervalo de tempo correspondente ao seu peso. Comparando os valores de tensões residuais existentes no tubo antes e após o trat... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The traditional production processes API 5CT N80Q pipes involve coiling and uncoiling processes the plate, conformation by bending, welding, machining steps and expansion of its internal and external diameters, heat treatment of quenching and tempering and straightening. These steps are responsible for introducing residual stresses in the material of the tube. These residual stresses can reach values close to the yield strength of the pipe's base material and may produce geometric distortions, premature failure, low corrosion resistance and reduction its capacity of absorption loads in the work. The most widely used method for relieving stress is the heat treatment. The application of mechanical vibrations, Vibratory stress relief ( VSR), to reduce and redistribute the residual stresses in cold shaped structures and welded structures, has been used with success in various parts of the world, especially the United States, China and Canada. Thus, the mechanical vibration, Vibratory stress relief (VSR), can prove to be an interesting process to relieve stress in the tubes. To verify the feasibility of this process, as an alternative method for the relief of stresses, we selected an API 5CT 80NQ tube with a diameter of 178 mm, with 8.05 mm thickness and 3000 mm in length. Vibration tests were performed in pipe resonance frequency, via a vibration-inducing mounted at its mid-length, within a time corresponding to their weight. Comparing the values of residual stress existing in the tube before and after the vibration treatment achieved a mean reduction of 16 % in the amount thereof. For the mechanical characterization of the pipe, before and after the vibration process, the following tests were conducted according to API standard 5CT 2001: Charpy 'V',... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre