Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In the present work, a methodology for numerical simulation of self-heating phenomenon in viscoelastic materials has been developed, with the aim of proposing and validating finite element models that can be applied to predict the thermomechanical behaviour of structures including viscoelastic materials. The model takes into account the dependence of the mechanical characteristics of the viscoelastic material with respect to frequency and temperature and allows to obtain the transient temperature field. For this purpose, the heat source calculation is computed based on the dissipated energy obtained from the harmonic response calculation as the structure is submitted to cyclic loading. The validation of the model and the adjustment of two initially unknown parameters, namely the film coefficient for natural heat convection and the ratio of the heat source over the mechanical power dissipated through viscoelastic effects, were carried out by comparison of the model-predicted responses to experimental results counterparts, the latter being obtained by the application of a cyclic load to a sample specimen by means of a universal test machine, and measuring the temperatures within the viscoelastic material of the dispositive using thermocouples. A curve-fitting procedure was developed using an optimization routine, in order to identify optimal set of values of h and b. For each test, the experimental results were compared to those obtained from the numeric model after the identification, thus allowing the evaluation of the accuracy and limitations of the proposed model procedure. / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia de simulação numérica do fenômeno de auto-aquecimento, tendo como objetivo a realização e a validação de um modelo a ser aplicado à predição do comportamento termomecânico de estruturas incluindo materiais viscoelásticos. O modelo de elementos finitos proposto leva em conta a dependência das propriedades mecânicas do material viscoelástico com relação à frequência e temperatura, e permite a obtenção do campo de temperatura em regime transitório. O cálculo da fonte de calor é baseado na energia de dissipação viscoelástica obtida por meio da resposta em regime harmônico da estrutura submetida a um carregamento cíclico. A validação do modelo proposto e o ajuste de dois parâmetros inicialmente desconhecidos, a saber, o coeficiente de transferência de calor por convecção natural e a razão da fonte de calor pela energia decorrente da dissipação viscoelástica, foram efetuados via confrontação com resultados experimentais, estes sendo obtidos aplicando-se cargas cíclicas sobre um corpo de prova por meio de uma máquina universal de ensaios e registrando a temperatura no material viscoelástico do dispositivo com auxílio de termopares. Um procedimento de ajuste de curvas via uma rotina de otimização foi desenvolvido para a identifição dos parâmetros. Para cada ensaio, os resultados experimentais e os correspondentes obtidos com o modelo numérico após a identificação foram comparados, permitindo avaliar a precisão e as limitações do procedimento de modelagem proposto. / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This work is dedicated to the development of a strategy for numerical-computational modeling and experimental verification of the self-heating phenomenon in viscoelastic materials with emphasis on the thermal runaway phenomenon taking into account the combined effects of dynamic loads and static preloads. The methodology of modeling by finite element allows us to consider the influence of frequency, temperature and static preload on the self-heating phenomenon of the linear viscoelastic materials. For this purpose, modifications are made that allow thermomechanical analysis of more complex viscoelastic structures, in addition the evaluation of introducing metal inserts in bulk material for reducing effects of self-heating. The validation of the proposed model and the identification of the physical parameters of thermal efficiency and heat transfer by natural convection, initially unknown, are obtained by comparison of the results of numerical simulations with the corresponding obtained through experimental tests for a specimen formed by a translational viscoelastic joint. The curve-fitting procedure is formulated as an inverse optimization problem through use of the Firefly Algorithm for minimizing the objective function defined as the square difference between the temperatures obtained from the simulations and the corresponding generated by the tests for each time instant. The accuracy and limitations of the model are evaluated by comparing the experimental and simulated temperature profile, allowing to verify the numerical evidence and the qualitative consistence of the results obtained with reported in the literature for the thermal runaway phenomenon for simple devices without effect preload. / Este trabalho é dedicado ao desenvolvimento de uma estratégia de modelagem numéricocomputacional e verificação experimental do fenômeno do autoaquecimento de materiais viscoelásticos com ênfase no fenômeno da fuga térmica levando-se em conta os efeitos combinados de cargas dinâmicas e pré-cargas estáticas. A metodologia de modelagem por elementos finitos permite considerar a influência da frequência, da temperatura e da pré-carga estática no fenômeno do autoaquecimento de materiais viscoelástico lineares. Para tanto, são feitas modificações que permitem a análise termomecânica de estruturas viscoelásticas mais complexas, além da avaliação da introdução de insertos metálicos no volume do material para a redução dos efeitos do autoaquecimento. A validação do modelo proposto e a identificação dos parâmetros físicos de rendimento térmico e de transferência de calor por convecção natural incialmente desconhecidos, são obtidos através da confrontação dos resultados das simulações numéricas com os correspondentes obtidos via ensaios experimentais para um corpo de prova formado por uma junta viscoelástica translacional. O procedimento de ajuste de curvas é formulado como um problema inverso de otimização via emprego da técnica Colônia de Vagalumes para a minimização da função objetivo definida como sendo a diferença quadrática entre as temperaturas obtidas das simulações e as correspondentes geradas pelos ensaios para cada instante de tempo. A precisão e as limitações do modelo são avaliadas pela comparação dos perfis simulados e experimentais de temperatura, possibilitando confirmar as evidências numéricas e a consistência qualitativa dos resultados obtidos com o reportado na literatura para o fenômeno da fuga térmica para dispositivos mais simples e sem o efeito da pré-carga. / Mestre em Engenharia Mecânica