[pt] Neste trabalho estuda-se um sistema de acompanhamento de alvos, também conhecido como sistema de rastreamento de alvos, do tipo pan-tilt atuado por motores de corrente contínua e fixo em um corpo em movimento. Para tanto é montada uma bancada de testes e implementa-se um programa de simulação. A modelagem para o programa é feita no domínio do tempo, permitindo a utilização de equações bastante complexas para representar o sistema, o que não é possível quando se utiliza modelos no domínio da freqüência. Apesar de se modelar o sistema com corpos rígidos, flexibilidades e amortecimentos estruturais devido aos redutores de velocidade são considerados. Erros nos sensores, folgas nos redutores, atritos seco e viscoso, limites de saturação para as correntes e tensões nas armaduras dos motores também são considerados. Um método para a inclusão dos atrasos de tempo para atualização dos sinais de controle e dados obtidos pelos sensores durante a integração numérica das equações de movimento é apresentado. Para controlar o sistema utilizam-se controladores que não requerem o modelo matemático da planta, tanto na bancada de testes como no programa de simulação. Três tipos diferentes de arquitetura de controle são propostas, chamadas neste trabalho de tipo 1, tipo 2 e tipo 3. A complexidade delas aumenta à medida que mais sensores estão disponíveis no sistema. A arquitetura do tipo 1 destina-se a sistemas onde se possui apenas sensores que fornecem os erros angulares de azimute e elevação do alvo. Se, além deste sensor, também houver sensores para medir as posições angulares relativas entre os elos do mecanismo usa-se a arquitetura do tipo 2. Se houver, ainda, sensores de velocidades angulares inerciais pode-se utilizar a arquitetura do tipo 3. Por fim são apresentados resultados de experimentos e simulações onde se compara o desempenho do sistema com cada tipo de arquitetura de controle. / [en] A study on a pan-tilt type target tracking system actuated by permanent magnet DC motors and assembled in a moving body is presented in this work. To achieve such objective, an experimental test bed is constructed and a simulation program is implemented. The mechanical model is derived and simulated in time domain. This approach allows using accurate non-linear equations to represent system behavior, otherwise infeasible in frequency domain. Although the system is modeled with rigid bodies, flexibility and structural damping due to the gearboxes are considered. Sensor errors, backlash in the gearboxes, dry and viscous friction, saturation limits for armature current and tension of the motors are also considered. A method to include the time delays for the control signal updates, as well as time delays due to sensor dynamic response, during the numerical integration of the equations of motion, is presented. Controllers that require no mathematical model of the plant are employed in the experimental test bed and in the simulation program. Three different control architectures are proposed, called in this work type 1, type 2 and type 3. Their complexity increases depending on the number of available sensors. The type 1 is applied to systems with only one sensor that provides the targets angular azimuth and elevation errors. If, besides this sensor, sensors to measure the relative angular positions between the mechanism links are available type 2 architecture is used. In addition, if sensors to measure inertial angular speeds are also available, type 3 architecture can be used. Finally, experimental and numerical results, comparing system performance with each control architecture are presented.

Os sistemas de freio a disco, quando comparados aos sistemas de freio a tambor atualmente utilizado em veículos comerciais, apresentam significativas vantagens como por exemplo: maior desempenho em função de temperatura e velocidade e melhor conforto de frenagem. Em contrapartida, a utilização destes, acaba por submeter os discos de freio a solicitações mecânicas e térmicas muito superiores às apresentadas em sistemas de disco de freio de veículos de passeio. Estas solicitações acabam por provocar o aparecimento de trincas térmicas nos discos de freio, as quais podem limitar a segurança do veículo, a durabilidade das pastilhas de freio e também do próprio disco de freio. A busca de soluções visando desenvolver pastilhas de freio menos propícias à geração de trincas térmicas vem sendo uma busca constante dos fabricantes de materiais de atrito. Contudo, os métodos de análise do potencial de geração de trincas térmicas costumam se caracterizar pelo grande tempo de execução e pela utilização de equipamentos de elevado custo operacional. Através da otimização de parâmetros de ensaio e o desenvolvimento de um procedimento em escala para avaliação de materiais de atrito quanto ao seu potencial de geração de trincas térmicas, este trabalho visa reduzir o tempo e os custos de desenvolvimento de materiais de atrito. Foram caracterizados diversos discos e sistemas de freio encontrados no mercado, assim como os procedimentos de ensaio existentes. Após isto, parâmetros de ensaio foram escolhidos para serem utilizados em forma de um procedimento de ensaio em escala, o qual utilizou um disco de freio com características físicas e químicas similares ao disco tomado com padrão de estudo. Foram ensaiados três materiais de atrito com características de geração de trincas conhecidas, a fim de validar o procedimento de ensaio em escala desenvolvido. Os parâmetros para a validação do procedimento de ensaio em escala levaram em conta: a freqüência de manchas térmicas na pista do disco de freio medidas com câmera de infravermelho; taxa de crescimento das trincas; e o tempo de ensaio e de vida útil do disco de freio. Além disto, foram estabelecidas relações entre a ocorrência de trincas térmicas em relação a características físicas dos materiais de atrito como compressibilidade, dureza e resistência mecânica. Como resultado deste trabalho, demonstramos que é possível utilizar, para o desenvolvimento de materiais de atrito, um procedimento em escala que utiliza parâmetros físicos similares aos do ensaio padrão, com a vantagem de apresentar um tempo de ensaio reduzido quando comparado com o ensaio padrão. Além disto, foi demonstrado que a geração de trincas térmicas está associada diretamente à característica de rigidez estrutural dos materiais de atrito que, somada a deformações e fluxos de calor não uniformes dos discos de freio, acabam por gerar o aparecimento de trincas térmicas na superfície de atrito dos discos de freio de veículos comerciais. / The disc brake systems, when compared with the drum brake systems currently used in heavy-duty vehicles, resent significant advantages, such as: better performance in relation to temperature and speed and better braking comfort. On the other hand, the use of those systems submits the brake discs to much higher mechanical and thermal stress than that in brake disc systems used in light vehicles. Such stress frequently causes thermal cracks in the brake discs, which can limit the safety of the vehicle, the durability of the brake pads and also of the brake disc itself. The search for solutions to develop brake pads less likely to generate thermal cracks has been carried out constantly by manufacturers of friction materials. However, the methods of analyzing materials for their potential to generate hermal cracks usually take a long time and involve the use of equipment with a high operational cost. Through the optimization of test parameters and the development of a procedure for small scale evaluation of friction materials in regard to their potential for generating thermal cracks, this study aims to reduce the time and cost of development of friction materials. Various discs and brake systems found in the market, as well as the existing test procedures, were characterized. After this, test parameters were chosen to be used in a small-scale test procedure, which used a brake disc with physical characteristics and a chemical composition similar to the disc used in the full-scale test. Three friction materials whose capability of generating cracks is well-known were tested in order to validate the small-scale test procedure. The parameters for the validation of the small-scale test procedure took into account: the frequency of thermal spots on the brake disc friction surface measured with an infrared camera; the rate of growth of the cracks; the test time and the life of the brake disc. In addition, relations between the occurrence of thermal cracks and the physical characteristics of the friction materials, such as compressibility, hardness and mechanical resistance, were established. As a result of this research, we have demonstrated that it is possible to use, for the development of friction materials, a small-scale test procedure with physical parameters similar to those of the full-scale test, but with reduced time when compared with the standard testing method. Besides, we have shown that the generation of thermal cracks is associated directly with the characteristic of structural rigidity of the friction materials, which, along with the deformations and non-uniform heat flows encountered in the brake disc, cause thermal cracks on the friction surface of the brake discs of commercial vehicles.

Orientador: Ricardo Machado Leite de Barros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação Física / Made available in DSpace on 2018-08-26T22:40:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kleiner_AnaFranciscaRozin_D.pdf: 1293444 bytes, checksum: dc07b2f9d69243f1fd5d0086d2731560 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O objetivo principal desta tese foi analisar o coeficiente de atrito requerido (RCOF) na marcha de idosos, pacientes com acidente vascular cerebral (AVC) e com doença de Parkinson (DP). Esta tese contém seis capítulos. No Primeiro Capítulo a revisão de literatura sobre Tribologia (o estudo do atrito) e RCOF na marcha é apresentada. Atrito é a resistência ao movimento durante o deslizar ou girar que acontece quando um corpo sólido se move tangencialmente sobre outro corpo com o qual esta em contato. Na marcha, o RCOF é o atrito requerido entre o sapato e o chão para realizar vários tipos de atividades. O Segundo Capítulo discute a metodologia para calcular o RCOF baseada nas forças de reação do solo (FRS). Para calcular o RCOF os dados de FRS durante a marcha são adquiridos. Para isso, o participante é instruído a andar descalço em sua velocidade preferida ao longo de uma passarela, sob a qual duas plataformas de força estão embutidas no chão da sala de coleta de dados. Após coletados, os dados de GRF são normalizados pelo peso corporal do sujeito e em função da percentagem da fase de suporte. Em seguida, o RCOF é calculado como a razão entre as componentes horizontais de FRS (resultante das FRS lateral e antero-posterior) e a FRS vertical. Com esta metodologia foram realizados os estudos apresentados nos Terceito, Quarto, Quinto e Sexto Capítulos desta tese. No Terceiro e no Quarto Capítulos são apresentadas investigações os efeitos de diferentes superfícies no RCOF durante a marcha normal e patológica. Para isso, o participante foi orientado a caminhar sobre as seguintes superfícies: 1) piso vinílico (HOV); 2) carpete; 3) revestimento vinílico (HTV); 4) mista (a primeira parte da passarela foi coberta por HOV e a segunda por HTV). Todas as quatro superfícies apresentavam coeficiente de atrito estático seguro (que varia 0,44-0,55) e são amplamente utilizadas em residências e instalações públicas. Os principais resultados destes estudos foram: na marcha descalça indivíduos saudáveis apresentaram diferenças no RCOF entre os tipos de superfície nas fases de contato inicial e apoio terminal. Além disso, o RCOF na marcha dos pacientes com AVC foi alterada na fase apoio terminal devido as quatro superfícies testadas. No Quinto e no Sexto Capítulos, a análise da curva do RCOF em pacientes com AVC e DP foi apresentada, respectivamente. O RCOF dos pacientes com AVC e DP apresentaram padrões diferentes aos do grupo controle. Em pacientes com AVC o contato inicial, a fase de rolamento e o apoio terminal são as fases mais críticas para a incidência de quedas. Os pacientes com DP apresentaram valores RCOF mais baixos durante o contato inicial e a fase de apoio terminal em comparação com o grupo controle. Estas análises representam a primeira tentativa de explorar as características da curva RCOF durante a análise da marcha; além disso, esta variável também pode ser utilizada na predição da queda dos pacientes com AVC e DP / Abstract: The main goal of this thesis was to analyze the required coefficient of friction (RCOF) on elderly, stroke and parkinsonian gait. This thesis is presented in six chapters. In the First Chapter the literature review of Tribology (the study of friction) and the RCOF during the gait are presented. Friction is the resistance to motion during sliding or rolling that is experienced when a solid body moves tangentially over another with which it is in contact. During the gait, the RCOF is the friction required at the shoe and floor interface to support different types of human activities. The Second Chapter discusses the methodology to calculate the RCOF based on the ground reaction forces (GRF). To calculate the RCOF the GRF data during the participant¿s gait analysis is acquired. For this the participant is ask to walk barefoot, at his or her selected speed, along a pathway, beneath which two force platforms embedded in the data collection room floor. After this the GRF data is normalized by the subject¿s body weight and it is expressed as a function of the percentage of the support phase. Then, the instantaneous RCOF is calculated as the ratio between the shear of the horizontal GRF components (resultant of lateral and anterior posterior GRF) and the vertical GRF. With this methodology the studies presented in the Third, Fourth, Fifth and Sixth chapters were design. The Third and the Fourth chapters the studies about the effects of flooring in RCOF during normal and pathological gait were discussed. For this, the participant was oriented to walk on the following flooring: 1) homogeneous vinyl (HOV); 2) carpet; 3) heterogeneous vinyl (HTV); 4) mixed (the first half part of the pathway were covered by HOV and the second by HTV). All the four surfaces presented safe static coefficient of friction (ranging from 0.44-0.55) and they are widely used in residences and public facilities. The main results of these studies were: in healthy subjects¿ barefoot gait, there were differences in the RCOF among the flooring types in the heel contact and toe-off phases. Moreover, the RCOF of stroke patients was altered on the toe off phase due to the four flooring tested. In the fifth and sixth chapters, studies about the instantaneous RCOF curve analysis in patients with Stroke and PD were presented respectively. The RCOF of patients with stroke and PD exhibited patterns that were different than those of the healthy subjects. In patients with stroke the initial contact, the mid stance and the terminal stance seem to be critical phases for the incidence of slips. The patients with PD performed lower RCOF values during the loading response and terminal stance phases in comparison with the control group. These analyses represent the first attempt to explore the RCOF curve parameters during the gait analysis; moreover, its might be used in the prediction of the real fall propensity of patients with stroke and PD / Doutorado / Biodinamica do Movimento e Esporte / Doutora em Educação Física

Orientador: Fernando Galembeck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Balestrin_LiaBeraldodaSilveira_M.pdf: 4255591 bytes, checksum: c4d0f9d5952dc35354bfb9f0d111643b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Quando dois materiais isolantes são atritados, ocorre a triboeletrização de suas superfícies, isto é, a formação de cargas estáticas, distribuídas em padrões fractais. Uma das hipóteses para explicar a eletrização de isolantes é a ocorrência de reações mecanoquímicas seguidas da transferência mútua de massa. Esta dissertação apresenta mapas de potencial elétrico de superfícies atritadas, que também foram examinadas por microscopia eletrônica de varredura (SEI, BEI) e microanálise EDX. Os resultados verificam a hipótese mecanoquímica associada à transferência de fragmentos poliméricos iônicos, sendo as reações iniciadas pela quebra de cadeias seguida da formação de várias espécies de alta energia e produtos de oxidação. Microanálises também detectaram a fixação de N2 nestas superfícies, evidenciando a participação da atmosfera e a formação de triboplasma. As imagens BEI revelam uma distribuição fractal de composição química consistente com a distribuição de fragmentos limitada por difusão, mas superior à dimensão fractal de distribuição de cargas. Esta diferença é atribuída à supressão de cargas devido a microdescargas elétricas desencadeadas por gradientes superiores à rigidez dielétrica do sólido ou do ar. As microdescargas diminuem os gradientes elétricos, mas, ao mesmo tempo, geram novas espécies muito reativas, aumentando a heterogeneidade química das superfícies. Essa dissertação descreve também alguns experimentos acerca da eletrização produzida por simples contato, obtendo-se padrões bem definidos com tempo de contato de 1 h, porém não revelam a transferência de fragmentos poliméricos mutuamente, sugerindo que o cisalhamento desempenhe um papel importante na transferência de fragmentos poliméricos eletrizados. Em um menor grau de aprofundamento, esta dissertação contempla outras consequências de cargas estáticas, como alterações no coeficiente de atrito / Abstract: Triboelectrification occurs when two insulators are rubbed, i.e. static charges are formed on the surface with a fractal distribution pattern. One of the hypotheses raised by the literature indicates that the electrification is accompanied by mutual mass transfer. This dissertation presents electric potential maps of rubbed surfaces, which were also examined by scanning electron microscopy (SEI, BEI) and EDX microanalysis. The results verify the hypothesis that the electrification is due to mechanochemical reactions associated with transfer of charged polymeric fragments. The reaction is initiated by breaking the chains, generating reactive species and oxidation products. Microanalysis also detected N2 fixation on these surfaces, evidencing the contribution of the atmosphere and the formation of triboplasma. The BEI images show a fractal distribution of chemical composition consistent with a fragment distribution limited by diffusion, but higher than the fractal dimension of the charge distribution. This difference is attributed to the suppression of charges due to electrical micro discharge triggered by gradients higher than the dielectric strength of solid or air. The micro discharges decrease electrical gradients, but at the same time, generates very reactive species further increasing the chemical heterogeneity of surfaces. This dissertation also describes some experiments about the electrification produced by single contact, resulting in well-defined patterns with a contact time of 1 h, but do not show the mutual transfer of polymeric fragments, suggesting that the shearing plays an important role in transferring electrified fragments. This work also includes other consequences of static charges, such as changes in the friction coefficient / Mestrado / Físico-Química / Mestra em Química

[pt] O fato que a dissolução de pequenas quantidades de polímero de cadeias moleculares longas em fluxo turbulento através dutos reduz drasticamente o atrito, é conhecido há muitos anos. No entanto, muitos aspectos fundamentais deste fenômeno ainda não são bem compreendidos, particularmente os mecanismos de interação entre o polímero e o solvente. O presente trabalho descreve os resultados de um estudo voltado para fornecer informações detalhadas sobre as características da turbulência no escoamento de água com aditivo polimérico através de tubos. Para isto, foram realizados experimentos para medir o campo instantâneo de velocidade em uma seção longitudinal de um tubo, empregando a técnica de Velocimetria de Partículas por Imagem, PIV, em sua versão bidimensional. As grandezas estatísticas turbulentas foram obtidas a partir de uma série de 2.500 campos instantâneos de velocidade medidos para cada configuração de escoamento caracterizada pelo número de Reynolds e pela concentração de polímero em água. Foram medidos campos de velocidade média, de flutuações de velocidade dadas por valores RMS e perfis de tensão turbulenta. Especial atenção foi dedicada ao projeto da seção de testes, de modo a minimizar as distorções de imagem junto à parede do tubo. Na região de visualização, a parede do tubo foi usinada com uma espessura de 500 μm para minimizar a refração óptica da superfície curva. Esta tubulação de paredes finas, em combinação com uma caixa de acrílico preenchida com água posicionada ao redor do tubo, permitiu medições de velocidade com a técnica PIV em posições a cerca de 250 μm da parede do tubo, o que equivale a menos de 10 unidades em coordenadas de parede. A análise dos campos de deslocamento das partículas traçadoras nas imagens capturadas empregou uma combinação da técnica PIV clássica com técnicas de acompanhamento de partículas, resultando em medidas com resolução espacial substancialmente melhorada. Os testes foram conduzidos para uma faixa de números de Reynolds de 23000 a 80000, e para 20 ppm de concentração de polímero Superfloc A110 em água. As medidas da queda de pressão indicaram reduções no coeficiente de atrito da ordem de 50%. Os resultados obtidos demonstraram que a presença do aditivo polimérico produz alterações na estrutura do escoamento turbulento junto à parede, o que se reflete em mudanças na camada de amortecimento do perfil de velocidade. / [en] The fact that dissolving a minuscule amount of long-chain polymer molecules in a turbulent pipe flow reduces drastically the frictional drag, has been known for many years. However, many fundamental aspects of this phenomenon are still not well understood, particularly the mechanisms of interaction between the polymer and the solvent. The present paper describes the results of an ongoing project aimed at providing detailed information on the turbulence characteristics of turbulent pipe flow of water with polymer additive. To this end, an experimental program was conducted for measuring the instantaneous longitudinal velocity field employing a two-dimensional Particle Image Velocimetry technique – PIV. Turbulence statistics were obtained from a series of approximately 2500 instantaneous velocity fields measured for each flow configuration characterized by the pipe Reynolds number and the polymer concentration. Profiles of Time-averaged velocity, RMS velocity fluctuations and turbulent shear stresses were measured. Special attention was dedicated to the test section design so as to minimize image distortions close to the pipe wall. At the visualization region, the pipe wall was machined to a thickness of 500 μm to minimize optical refraction of the curved surface. This thin-walled pipe in combination with a plexiglass box filled the water surrounding the pipe, allowed for PIV velocity measurements at approximately 250 μm from the pipe wall, which is equivalent to less than 10 wall units. A combination of classical PIV with particle tracking techniques was employed in the analysis of the particle displacements, what substantially enhanced the spatial resolution of the measurements. Tests were conducted for a Reynolds number range from 23000 to 80000, and for 20 ppm of Superfloc A110 polymer in water. Wall pressure measurements indicated reductions in the friction factor of the order of 50%. The results obtained demonstrated that the presence of the polymer additive alters the turbulence structure at the wall, what produces a shift in the buffer layer of the velocity profile.

A eficiência dos sistemas mecânicos é influenciada diretamente pelo coeficiente de atrito local, sendo este relacionado com os regimes de lubrificação. O coeficiente de atrito pode ser estudado usando o método de elementos finitos (MEF) com a finalidade de substituir ensaios experimentais e reduzir tempo de análise. Esta dissertação teve como objetivo desenvolver uma metodologia para avaliar o coeficiente de atrito em um par tribológico e seu efeito na eficiência por simulação numérica. Para esta modelagem foi definido um sistema composto por um par de engrenagens helicoidais. Em uma primeira análise, foi empregado o programa AVL Excite Power Unit, que utiliza a ferramenta MBD (Multi-Body Dynamic - Dinâmica de Multi-Corpos), possibilitando a simulação da transmissão com seus principais elementos em um modelo 1D, que leva em consideração a teoria da lubrificação elastohidrodinâmica (EHL). Também foi utilizado o programa Abaqus®, da Dassault Systèmes, para a criação de um modelo 3D, que considera o par engrenado e sendo necessário o desenvolvimento de uma subrotina para a aplicação do modelo de lubrificação da literatura. Em todas as simulações foram considerados condições de operação de um banco de provas e três diferentes acabamentos superficiais dos dentes das engrenagens em função do processo de fabricação: fresamento, retificação e polimento. Além da rugosidade, avaliou-se o efeito da velocidade angular nas perdas do sistema. O modelo 3D foi comparado com o modelo 1D e com resultados de eficiência de ensaios de banco de prova. O modelo 3D permitiu avaliar o coeficiente de atrito local na linha de contato do dente engrenado. Maiores velocidades angulares aumentaram a espessura de específica de filme, diminuindo assim o coeficiente de atrito e promovendo uma melhoria na eficiência do sistema. Os menores valores de coeficiente de atrito estão na região do diâmetro primitivo, onde o SRR é nulo. A velocidade angular influenciou mais do que a rugosidade. As análises dos modelos 1D e 3D indicaram que o modelo 1D superestima a eficiência da transmissão, enquanto que o modelo 3D apresentou resultados compatíveis com o banco de provas. / The efficiency of mechanical systems is influenced directly by the local friction coefficient, which is related to the lubrication regimes. The coefficient of friction can be studied using the finite element method (FEM) to replace experimental tests and reduce analysis time. This dissertation had the objective to develop a methodology to evaluate the coefficient of friction in a tribological pair and the effect on the efficiency by numerical simulation. In this model, a system composed of a pair of helical gears was defined. In a first analysis, the AVL Excite Power Unit software was used, which uses the tool MBD (Multi-Body Dynamic), enabling the simulation of the transmission with the main elements in a 1D model, which takes into account the theory of elastohydrodynamic lubrication (EHL). The Abaqus® software was used to create a 3D model, which considers the pair of helical gear and a developed subroutine for application of the literature lubrication model. In all simulations, the conditions of operation of a rig tests and three different surface finishes of the gear teeth were considered, depending on the manufacturing process: milling, grinding and polishing. Besides the roughness, the effect of angular velocity on the losses of the system was evaluated. The 3D model was compared with the 1D model and with the results of rig tests efficiency. The 3D model allowed to evaluate the coefficient of local friction in the contact line of the tooth. Higher angular velocities increased the film specific thickness, thus reducing the coefficient of friction and promoting an improvement in the efficiency of the system. The lowest values of coefficient of friction are in the region of the primitive diameter, there the SRR is zero. The angular velocity influenced more than the roughness. The analyzes of the 1D and 3D models indicated that the 1D model overestimates the transmission efficiency, while the 3D model presented results compatible with the rig tests.

As formulações baseadas na mecânica do contínuo, embora precisas até certo ponto, por vezes não podem ser utilizadas, ou não são conceitualmente corretas para o entendimento de fenômenos em escalas reduzidas. Estas limitações podem aparecer no estudo dos fenômenos tribológicos em escala nanométrica, que passam a necessitar de novos métodos experimentais, teóricos e computacionais que permitam explorar estes fenômenos com a resolução necessária. Simulações atomísticas são capazes de descrever fenômenos em pequena escala, porém, o número necessário de átomos modelados e, portanto, o custo computacional - geralmente torna-se bastante elevado. Por outro lado, os métodos de simulação associados à mecânica do contínuo são mais interessantes em relação ao custo computacional, mas não são precisos na escala atômica. A combinação entre essas duas abordagens pode, então, permitir uma compreensão mais realista dos fenômenos da tribologia. Neste trabalho, discutem-se os conceitos básicos e modelos de atrito em escala atômica e apresentam-se estudos, por meio de simulação numérica, para a análise e compreensão dos mecanismos de atrito e desgaste no contato entre materiais. O problema é abordado em diferentes escalas, e propõe-se uma abordagem conjunta entre a Mecânica do Contínuo e a Dinâmica Molecular. Para tanto, foram executadas simulações numéricas, com complexidade crescente, do contato entre superfícies, partindo-se de um primeiro modelo que simula o efeito de defeitos cristalinos no fenômeno de escorregamento puro, considerando a Dinâmica Molecular. Posteriormente, inseriu-se, nos modelos da mecânica do contínuo, considerações sobre o fenômeno de adesão. A validação dos resultados é feita pela comparação entre as duas abordagens e com a literatura. / Formulations based on continuum mechanics are generally accurate in a macroscale level, but sometimes cannot be used, or it is not conceptually correct to use for the understanding of small scale phenomena. These limitations may be observed in the study of tribological phenomena at the nanoscale, which may consequently require new experimental, theoretical and computational methods in order to analyze these phenomena with the required resolution. Atomistic simulations may describe phenomena at small scale, but the required number of atoms to be modeled, i.e. the computational cost, usually becomes very high. Moreover, simulation methods associated with continuum mechanics (such as the Finite Element Method - FEM) are more interesting in relation to computational cost, but they are not accurate for atomic scale studies. The combination of these two approaches can then enable a more realistic understanding of tribological phenomena. This work discusses the basic concepts of friction and models for friction at atomic scale. This work also presents studies, by means of numerical simulation, for the analysis of friction and wear mechanisms in the contact of materials. The problem is approached considering different scales, and basing the analysis both on Continuum Mechanics and Molecular Dynamics (MD). For both methods, numerical simulations with increasing complexity were conducted to reproduce the contact between surfaces, starting from an initial model that simulates the effect of crystalline defects during the MD analysis of pure slip. In a second stage, adhesion phenomenon were implemented through continuum mechanics models. The validation of the models and the coupling between the two approaches were conducted by comparison with literature.

Este trabalho dedica-se ao estudo de métodos para detecção e quantificação do atrito em válvulas de controle. Tais válvulas são, em geral, o elemento final em malhas de controle de processos industriais. A presença de atrito nessas válvulas pode elevar a variabilidade da malha de controle, causando perdas de qualidade do produto, aumento nas paradas para manutenção e impactos econômicos significativos. Muitos estudos foram realizados visando diagnosticar e medir o atrito. Neste trabalho, serão implementadas algumas técnicas propostas na literatura para detecção e quantificação de atrito em válvulas de controle. Para avaliar seu desempenho, serão apresentadas comparações dos resultados obtidos em simulação e ensaios em bancada com válvulas reais. / This work will study methods for detection and quantification of friction in control valves. These valves are the main final elements of control loops in industrial processes. The presence of friction can increase the variability of the control loop, causing loss of product quality, increase need of maintenance and significant economical impacts. Many studies have been presented in order to diagnose and measure the friction. In this work, some techniques proposed in the literature will be implemented. In order to evaluate its performance, it will be presented some comparisons of the results obtained from simulation and laboratory experiments.

As vibrações em máquinas estão relacionadas à transferência de energia associada a dois efeitos devido ao atrito: a dissipação de energia e a auto-excitação. A dissipação de energia reduz e a auto-excitação aumenta a quantidade de energia de um sistema. Na dinâmica dos sistemas com atrito ocorrem os ciclos limite adere-desliza e movimentos caóticos que podem prejudicar o funcionamento das máquinas. Para o controle desses sistemas torna-se necessária uma estratégia de compensação do atrito. Em geral, não considera-se a influência da dinâmica do sistema oscilante sobre sua fonte de energia ou excitação externa. Em problemas práticos de engenharia, a representação mais realista dessa influência é denominada de sistema não-ideal ou de potência limitada (máquina não-ideal). Neste trabalho, considera-se a dinâmica e o controle de um sistema auto-excitado pelo atrito interagindo com sua fonte de energia. O comportamento dos sistemas ideal e não-ideal são investigados através de simulação numérica e apresentam-se resultados de uma estratégia de controle chaveado para posicionamento e para seguimento de trajetórias periódicas, com compensação robusta do atrito, e a análise de estabilidade pelo método de Lyapunov. / The vibrations of machines are related to energy transference associate to two effects due to the friction: the energy dissipation and the self-excitation. The energy dissipation decrease and the self-excitation increase the system energy quantity. In dynamics of systems with friction occurs the stick-slip limit cycles and chaotic motion that can damage the machine working. For the control of that systems become necessary an compensation strategy of friction. In generally, are not considering the dynamical influence of oscillating system undergo their energy source or external excitation. In engineering practice problems, the more realistic representation of this influence is called non-ideal system or limited power supply (non-ideal machine). This work considers the dynamics and control of a self-excited system due to the friction interacting with their energy source. The behavior of ideal and non-ideal systems are investigated through numerical simulation and results of a switching control strategy for positioning and periodic trajectories tracking, with robust compensation of friction, and the stability analysis by the Lyapunov method are presented.

Tem sido observado, de longa data, que ensaios de carregamento dinâmico e provas de carga estática realizados em estacas cravadas após diferentes intervalos de tempo da cravação mostram que podem ocorrer variações nas suas capacidades de carga ao longo do tempo, que em certos casos levam ao aumento da resistência do solo e em outros casos resultam na diminuição da resistência do solo. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica do fenômeno de ganho, com o tempo, de resistência de estacas cravadas em solos argilosos conhecido por efeito \"set-up\", cujos principais mecanismos são explicados por teorias relacionadas à variação das pressões neutras, geradas ao redor das estacas durante a cravação. O método adotado nas análises envolve conceitos da teoria da expansão da cavidade cilíndrica, onde o objetivo principal é entender o comportamento de estacas cravadas em solos argilosos, nos quais o efeito \"set-up\" é normalmente mais acentuado. Os fenômenos pertinentes são avaliados através de análises teóricas, usando o método de Randolph, e numéricas, recorrendo ao método dos elementos finitos. Estas análises foram validadas através de modelagens numéricas comparadas a dados de campo apresentados por ETC (Earth Technology Corporation), sendo observada boa aderência entre os dados de campos e os resultados das estimativas teóricas. A aplicação desta metodologia permite estimar variações tanto das tensões radiais efetivas quanto dos atritos laterais unitários em função do tempo, levando em conta dois parâmetros mais relevantes, a saber, resistência não-drenada e coeficiente de adensamento primário horizontal. Comparações são feitas a ensaios de carregamento dinâmico realizados em estacas cravadas em uma obra da Baixada Santista (SP). Os resultados obtidos mostram uma dispersão no ganho das resistências das estacas analisadas, mas com variações dentro de uma faixa de valores relativamente estreita. Além disso, revelam valores teóricos de \"set-up\", relativo a parcela de atrito lateral, em um intervalo entre 2,0 e 2,5 aproximadamente, 20 dias após a cravação. Apesar das dispersões encontradas, inerentes a este tipo de estudo, considera-se que os resultados obtidos significam um importante passo para melhor entendimento do efeito \"set-up\". / For a long time, it has been observed that load tests performed on driven piles show that there may be variations in load capacity over time, which in some cases lead to an increase in soil resistance and in other cases result in decrease of soil resistance. In this study, a review is presented about the mechanisms that lead to the gains in pile load capacity with time, known as \"set-up\", whose main mechanisms are explained by theories related to the excess porepressures generated around the piles during installation. The presented method involves the theory of cylindrical cavity expansion, where the main objective is to understand the behavior of driven piles in clayey soils, in which \"Set-up\" is usually more pronounced. The relevant phenomena are evaluated by theoretical analysis, based in Randolph\'s method, and numerical analysis, using the finite element method. These analyzes were validated through numerical analysis compared to field data presented by ETC (Earth Technology Corporation). Good agreement has been observed between field data and the theoretical results. The methodology allows to estimate variations in both the effective radial stress and the unit friction resistance over time, considering two main parameters, undrained shear strength and horizontal coefficient of consolidation. Comparisons are made to dynamic load tests conducted on driven piles located in Santos Coastal Plane (\"Baixada Santista\"), in São Paulo - Brazil. A dispersion in the results of the load capacities has been observed, but within a relatively narrow range of values. In adittion, the theoretical values of lateral \"set-up\" were obtained in a range between 2,0 and 2,5 approximately 20 days after installation. Knowing that dispersions are inherent to this type of study, it is considered that the results imply an important step to a better understanding of the \"set-up\".