A resistência e a rigidez de materiais compósitos variam consideravelmente devido a mudanças no tipo de material, espessura das camadas, ângulo de orientação das fibras e seqüência das lâminas. O projeto de uma estrutura ótima pode ser obtido dada uma determinada condição de carga. Vários métodos de otimização determinísticos foram desenvolvidos para tratar esse problema. Algumas vezes a orientação ótima das fibras muda quando as condições de carga variam e o desempenho da estrutura é altamente afetado pelas variáveis de projeto e condições de carregamento. Dessa forma, a otimização deste tipo de estrutura utilizando a confiabilidade como restrição é um importante problema a ser tratado. Este trabalho trata do problema da otimização de estruturas de materiais compósitos laminados com restrição de confiabilidade utilizando algoritmos genéticos e redes neurais. A análise da estrutura é feita via elementos finitos e as tensões na direção dos eixos principais de cada lâmina são utilizadas para o cálculo do índice de confiabilidade da estrutura, sendo a função de estado limite o critério de Tsai-Wu para falha de materiais compósitos laminados. A análise de confiabilidade é feita através de um dos seguintes métodos: FORM com um ponto de linearização, FORM para sistemas em série, Monte Carlo Direto e Monte Carlo com Amostragem por Importância. O processo de otimização via Algoritmos Genéticos (com suas fases de geração, seleção e cruzamento dos indivíduos da população), é usado em conjunto com os métodos de determinação do índice de confiabilidade e análises por elementos finitos. Isto gera um alto custo computacional, o qual é contornado utilizando-se Redes Neurais do tipo Perceptron e Base Radial, treinadas para substituir a análise via elementos finitos, diminuindo consideravelmente o tempo de processamento. É mostrado por meio de diversos exemplos que esta metodologia pode ser usada sem perda de precisão e com economia de tempo de processamento até mesmo em exemplos fortemente não lineares. / Strength and stiffness of composite materials vary considerable due to changes in the material to be used, the thickness of each layer, the fiber orientation angles and the stacking sequence. The optimum structural design may be obtained for a specific load condition. Several optimization criteria were been developed to treat that problem. Sometimes the optimal fiber orientation angles are highly dependent on the load conditions and the structural performance is also influenced by the design variables and acting loads. Thus, structural optimization using a reliability index as a constraint is an important problem to be analyzed. This work deals with the problem of reliability based optimization of laminated composite structures, using genetic algorithms and neural networks. The analysis of the structure is carried out by finite elements and the stress in the direction of the principal axes of each lamina are used to the calculation of the reliability index of the structure, where the limit state function is the Tsai-Wu criterion assuming first ply failure. The reliability analyses are accomplished through one of the following methods: FORM with one linearization point, FORM for in-series systems, Direct Monte Carlo and Monte Carlo with Importance Sampling. The optimization process through Genetic Algorithms (with its phases of generation, selection and crossover of the individuals of the population), is used jointly with the reliability evaluation methods and analysis by finite elements. This leads to high computational costs, which are overcome using trained Neural Networks of the type Perceptron and Radial Base to substitute the analysis with finite elements, reducing considerably the processing time. Several examples are used to show that this methodology can be used without loss of accuracy and with large computational timesaving even for strongly non-linear problems.

Orientador: Raquel Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_SergioAugustoMelloda_D.pdf: 3060293 bytes, checksum: 3514c54e017be522e62c07231642a540 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: As tecnologias para produção das chapas denominadas ¿Medium Density Fiberboard¿ (MDF), confeccionadas com fibras de madeiras de reflorestamento de baixo custo e resinas fenólicas provenientes de uréia, representam para vários setores industriais uma possibilidade de agregar valores às espécies com pouco interesse comercial, possibilitando para os seguimentos industriais investimento promissores. Um aspecto importante a ser considerado sobre a utilização de resinas fenólicas na confecção de chapas MDF é que produzem emissões tóxicas poluidoras da natureza e nocivas ao ser humano. Dentro deste contexto, de acordo com o ¿Protocolo de Quioto¿ de 1997, os países industrializados precisam diminuir suas emissões combinadas de gases de efeito estufa em pelo menos 5 % até 2012. Considerando-se as exigências do ¿Protocolo de Quioto¿, este trabalho objetivou avaliar o desempenho de chapas MDF confeccionadas com poliuretana (PU) derivada do óleo de mamona, pois este produto apresenta baixos teores de toxidez sendo classificado como não poluente e não tóxico ao ser humano. A caracterização das chapas foi realizada considerando-se a utilização do equipamento de ultra-som da Marca Steinkamp modelo BP7 com transdutoes de 45 kHz e a realização de ensaios físicos e mecânicos propostos pela EuroMDFBoard - EMB. A avaliação desenvolveu-se em três fases distintas: 1. Na fase I foram realizados estudos exploratórios com o objetivo de verificar as características do PU sendo utilizado como adesivo para confecção de chapas de Pinus caribaea. Nesta fase foram confeccionadas chapas com 5 e 10 % de PU3070, que de acordo com a caracterização física e mecânica observou-se que as chapas apresentaram resistências compatíveis com as exigências da EMB, entretanto, a forte exalação de solvente inviabilizou seu manuseio do PU3070. 2. Na fase II foram confeccionadas chapas com fibras de Pinus caribaea e Eucalyptus grandis com uma nova síntese de adesivo, denominada neste trabalho de PU7030. A caracterização física e mecânica determinou valores de resistências compatíveis com as exigências da EMB. Entretanto, verificou-se a necessidade de se ajustar o teor de umidade a temperatura e a pressão de prensagem. 3. Na fase III novas chapas foram confeccionadas com fibras de Pinus caribea e Eucalyptus grandis modificando-se o teor de umidade, a temperatura e a pressão de prensagem. Com o resultado da caracterização física e mecânica, observou-se que as alterações nas umidades, temperatura e pressão de prensagem propiciaram resistências compatíveis com a EMB, com vantagens de utilização de menores teores de PU7030 e diminuição na temperatura de prensagem, representando economia no consumo de energia. Outro aspecto muito importante estudado neste trabalho foi a caracterização das chapas utilizando ensaios não-destrutivos. Neste caso foram realizadas medições, por meio de equipamento de ultra-som, utilizando-se transdutores de faces exponenciais e planas aplicados nas direções x, y e z das chapas. A partir das medições dos tempos de propagação das ondas ultra-sônicas determinaram-se as velocidades das ondas e as constantes dinâmicas das chapas. Estas variáveis foram comparadas com as propriedades de resistência das chapas obtidas nos ensaios estáticos. Em seguida desenvolveu-se análise estatística buscando-se avaliar as correlações entre os resultados de ensaios não-destrutivos e destrutivos tendo sido possível concluir que a utilização dos métodos de ensaios não-destrutivos é viável para inferir sobre as propriedades físicas e mecânicas das chapas. Com relação à utilização da PU7030, concluiu-se que essa poliuretana possibilita a substituição da resina fenólica na confecção das chapas MDF / Abstract: While employing low cost reforestation lumber, the technologies of the fabrication of fiber plates denominated ¿Medium Density Fiberboard¿ (MDF) offer to several industrial sectors the opportunity to aggregate worth to species with little or no commercial interest, opening to them the possibility of promising profitable investments. However, the phenolic resins used in the production of MDF plates are well-known pollutants to the environment and therefore harmful to the human beings in such a way that environmentally friendly alternatives have been eagerly sought. According to that, the present work has been aimed to evaluate the physical, chemical and mechanical properties of MDF manufactured with Polyurethane Adhesive (PU) derived from Castor Oil, due to the low toxicity and to the non-polluting characteristics of the resulting adhesive. The characterization of the plates has been accomplished with the help of Steinkamp BP7 ultrasonic equipment using 45 kHz transducers and the physical and mechanical tests recommended by Euro MDF Board - EMB. The work has been developed along three distinct phases. Initially a better understanding of the characteristics of the polyurethane adhesive derived from castor oil has been acquired. It has been learnt that the adhesive exhibits the main characteristic of a monocomponent synthesis, stabilized by air humidity. During that phase, plates with 5% and 10% of polyurethane adhesive have been manufactured, called Adhesive PU3070 in this work, corresponding to 30% of solids and 70% of solvents. The properties of the plates manufactured with this synthesis have been determined and it has been found that although they have met EMB demands, the strong exhalation of solvent has ruled out its usage for MDF manufacture. As for the second phase, fiber plates have been produced with a new synthesis, called Adhesive PU7030, that is, 70% of solids and 30% of solvents. Again mechanical properties have satisfied EMB regulations. However, during the tests, it has been noticed that in order to control the quality of the final product, a fine adjusting to the values of some important Variables in the manufacture process, such as humidity level, temperature and pressing pressure, would be necessary. Accordingly, in the last phase, using Pinus caribea as fiber material, three experimental conditions have been elaborated, one for each controlled Variable, and repeated again for Eucalyptus gandis. Resulting from the adjusting of the variables, it has been observed that during the manufacture process, plates using much less adhesive than the former standards still have satisfied EMB demands fully, with advantages of a significant decrease in the pressing temperature and the corresponding energy savings. The characterization of the plates using non-destructive tests has been an important feature of the present work. Measurements have been performed in the plates by means of ultrasound equipment, using exponential as well as plane face transducers. From the readings, the propagation times of the ultrasonic waves have been evaluated, allowing to the determination of the propagation velocity of the ultrasonic waves through the material and consequently its dynamic parameters, which have been correlated to the mechanical properties of the plates, by means of a suitable statistic model. It has been concluded from the results that non-destructive test methods could as well be employed for the characterization of the physical and mechanical properties of the plates / Doutorado / Construções Rurais / Doutor em Engenharia Agrícola

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gouvea_AdrianadosReis_M.pdf: 936019 bytes, checksum: 2509e5d6c5977816a1830afe11bcd691 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é apresentada uma análise, através do uso do método dos elementos de contorno, de problemas estáticos em um modelo de estado plano para materiais anisotrópicos. A formulação de elementos de contorno é desenvolvida usando soluções fundamentais para elasto-estática e são utilizados apenas elementos quadráticos contínuos (3 nós por elementos). A formulação desenvolvida é aplicada no cálculo de tensões e deslocamentos de estruturas planas de materiais compósitos laminados submetidos a cargas no plano da estrutura. São estudados também os critérios de falha para materiais compósitos, abordando dois critérios quadráticos: o critério de Tsai-Hill e o critério de Tsai- Wu. São utilizados métodos de otimização para encontrar os valores ótimos dos ângulos de orientação das fibras que maximizem a resistência da estrutura. Para a otimização de problemas de uma variável é usado o método da Seção Áurea e para problemas de várias variáveis é usado o método Simplex Modificado. A função objetivo para os dois casos é o critério de falha. As variáveis de projeto são os ângulos de orientação das fibras nas diversas lâminas do laminado. Os resultados obtidos são comparados com resultados disponíveis na literatura e mostram uma boa concordância / Abstract: This work presents an analysis, using the boundary element method, of static problems in a plain state model in anisotropic materiaIs. The boundary element formulation is developed using basic solutions for elasto-statics and only continuous quadratic elements (three nodes per element) are used. The developed formulation is applied to compute the stress and displacements of laminated composite structures plain submitted to loads in the structure plane. It is studied also the failure criteria for composite materials, considering two quadratic criteria: the Tsai-Hill criterion and the Tsai-Wu criterion. Optimization methods are used to find optimum values for the fibres orientation angles that maximize the strength of the structure. For optimization problems of one variable, the Golden Section method is used and for problems of several variables the Modified Simplex method is used. The objective function for both cases is the failure criteria. Design variables are fibres orientation angles of all lamina of the laminate. Results are compared with other results from literature and show a good agreement / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:45:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi investigado o processamento e propriedades mecânicas e tribológicas do compósito cerâmico Al2O3- NbC com o objetivo de desenvolver um compósito cerâmico com melhores propriedades do que a alumina pura. Como material para comparação foi utlizado a alumina que é uma cerâmica tradicionalmente aplicada onde é necessária elevada resistência mecânica e ao desgaste. A composição Al2O3-0,5%wtY2O3-20%wtNbC, que origina o compósito, passou por moagem e mistura em moinho tipo atrittor e secagem em evaporador rotativo. O pó obtido foi caracterizado quanto a distribuição granulométrica e morfologia. A alumina seguiu a rota tradicional de moagem e mistura em moinho de bolas, secagem em spray dryer; e mesma caracterização realizada para o compósito. Foi realizado estudo da sinterização em dilatômetro para os dois materiais com intuito de determinar as condições ideais de sinterização. Por meio de prensagem uniaxial seguida de prensagem isostática a frio foram confeccionadas amostras na forma de discos e pinos. Os materiais densos foram obtidos por sinterização normal sendo que a alumina ao ar e o compósito em atmosfera de argônio. As fases formadas no dois materiais foram determinadas por difração de raios X. As microestruturas foram estudas em microscópio eletrônico de varredura nas superfícies polidas e atacadas. Entre as propriedades mecânicas foram medidas o módulo elástico, a dureza e a tenacidade à fratura por meio de impressões Vickers. O compósito desenvolvido apresentou valores superiores em todas estas propriedades em relação a alumina. O estudo do comportamento tribológico foi realizado por meio do deslizamento de pinos, com extremidade cônica, de alumina e do compósito cerâmico sobre discos de alumina. Os ensaios foram realizados com a velocidade de 0,4m/s e com carregamento, por meio de peso morto, de 10N sob diferentes níveis de umidade relativa ( 26,8; 48 e 76,3%). O coeficiente de atrito cinético médio, assim como a taxa de desgaste, diminuiu em todos os ensaios com o aumento da umidade relativa, para os dois materiais. Este comportamento foi relacionado com a formação de uma camada na interface de contato entre as superfícies do pino e do disco de hidróxido de alumínio. O compósito demostrou maior resistência ao desgaste em todas as condições tribológicas estudadas. O compósito cerâmico desenvolvido claramente possui boas perspectivas como um novo material cerâmico em importantes aplicações técnicas. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09021.pdf: 10882829 bytes, checksum: e229b5d74e10881ea73228929632ad10 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:45:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07617.pdf: 22753763 bytes, checksum: 9d2426117677d278e6cd36853da9f970 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Tendo como vantagem a elevada resistência ao choque térmico da zircônia:magnésia e a alta condutividade iônica da zircônia:ítria, compósitos dessas cerâmicas foram preparados por meio da mistura, em diferentes concentrações, de eletrólitos sólidos de ZrO2: 8,6 mol% MgO e de ZrO2: 3 mol% Y2O3, compactação e sinterização. A caracterização microestrutural foi feita por meio de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A análise do comportamento térmico foi feita por dilatometria. As propriedades elétricas foram estudadas por meio de espectroscopia de impedância. Foi feita uma montagem experimental para monitorar a resposta elétrica gerada em função do teor de oxigênio a altas temperaturas. Os principais resultados mostram que os compósitos cerâmicos são parcialmente estabilizados nas fases monoclínica, cúbica e tetragonal, e apresentam comportamento térmico similar ao apresentado por eletrólitos sólidos de zircônia:magnésia de dispositivos sensores de oxigênio. Além disso, os resultados de análise de espectroscopia de impedância mostram que a adição da zircônia:ítria melhora o comportamento elétrico da zircônia:magnésia, e que resposta elétrica gerada é dependente do teor de oxigênio a 1000 °C, mostrando ser possível construir sensores de oxigênio utilizando compósitos cerâmicos. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:03/07331-0

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O processamento de materiais cerâmicos, a partir de pirólise de polímeros precursores, tem sido intensivamente pesquisado no decorrer das últimas décadas, devido às vantagens que esta via proporciona, como: temperaturas de processo inferiores as das técnicas convencionais; controle da estrutura em nível molecular; possibilidade de síntese de grande variedade de compostos cerâmicos; obtenção de peças semi-acabadas; etc. O processo de pirólise controlada de polímero e carga ativa (AFCOP-active filler controlled polymer pyrolysis) possibilita a síntese de compósitos cerâmicos, por meio de reação entre cargas adicionadas (óxidos, metais, intermetálicos, etc.) e produtos sólidos e gasosos, provenientes da decomposição polimérica. Com base neste processo, no presente trabalho foram confeccionadas amostras de alumina, contendo adições de 10 e 20% em massa, de polímero precursor polissilsesquioxano. Estas foram pirolisadas a 900°C e tratadas termicamente em temperaturas de 1100, 1300 e 1500ºC, empregando-se taxa de aquecimento de 5°C/ min. e atmosfera de N2. As amostras foram caracterizadas em relação à densidade aparente, porosidade e dureza, após cada etapa de tratamento térmico. As transformações estruturais foram analisadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho. As amostras tratadas até 1300°C resultaram em compósitos de alumina e oxicarbeto de silício, enquanto as tratadas a 1500°C, formaram compósitos de mulita e alumina. Na amostra da composição com 20% de polímero, se observou início de densificação em torno de 800°C e alta taxa de retração foi obtida a 1400°C. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Cerâmicas elétricas de Ba2In2O5 foram preparadas pelo método convencional de mistura de óxidos, e pela mistura e cristalização dos nitratos metálicos, para verificar o efeito do tamanho inicial das partículas na transição de fase ordemdesordem e na condutividade elétrica. Foram feitas substituições utilizando os cátions Gd3+ e Er3+, para verificar o efeito destes cátions na condutividade elétrica do indato de bário. Foi também preparado o óxido de índio pela técnica de complexação de cátions, e as nanopartículas obtidas foram caracterizadas por diversas técnicas. As principais técnicas de caracterização utilizadas foram: análise térmica, espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios X convencional e utilizando radiação síncrotron, espalhamento de raios X a baixos ângulos, espectroscopia de energia dispersiva, espectroscopia Raman e medida da condutividade elétrica por espectroscopia de impedância. Os principais resultados mostraram que os tratamentos térmicos de calcinação e sinterização exercem forte influência na obtenção da fase Ba2In2O5. Fases espúrias são facilmente formadas no Ba2In2O5 também decorrentes da interação deste com a umidade. Um menor tamanho inicial de partículas favorece a redução na temperatura de transição de fase de segunda ordem. A introdução do Er, em teores relativamente baixos, produziu aumento na condutividade elétrica e simultânea redução na temperatura de transição de fase. Altos teores de Er e Gd dão origem a múltiplas fases. Na decomposição térmica do citrato de índio é formado um composto intermediário. A calcinação do citrato de índio produziu um material particulado com tamanho nanométrico, mesmo para temperaturas de até 900 ºC. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:01/14033-0

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho, pós magnéticos nanoestruturados de PrxFe94-xB6 (x = 6, 8, 10 e 12) foram preparados a partir da combinação do processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR) e moagem de alta energia entre uma liga em estado bruto de fusão (Pr14Fe80B6) e Fe-α em pó. As nanopartículas produzidas apresentaram propriedades magnéticas e microestruturais comparáveis aos estudos realizados em hipertermia. O tempo ideal para obtenção de nanopartículas magnéticas é de 5 horas (a 900 rpm). Foi constatado que quanto maior o tempo de moagem, maior o percentual de carbono nas partículas (0,05 - 3,43 % C). O carbono é proveniente do ácido oléico adicionado como surfactante na etapa de moagem. Os nanocompósitos obtidos exibiram forças coercivas entre 80 Oe (6,5 kAm-1) e 170 Oe (13,5 kAm-1), e momentos magnéticos variando entre 81 - 129 Am2kg-1. A partir da difração de raios X foram identificadas apenas duas fases em todas as amostras: Fe-α e a fase magnética Pr2Fe14B. Nanopartículas isoladas com diâmetro aproximado de 20nm foram analisadas. Todas as composições estudadas apresentaram aquecimento proveniente da exposição a um campo magnético alternado (f = 222 kHz e Hmax ~3,7 kAm-1) comparáveis aos reportados na literatura. As variações de temperaturas (ΔT) dos pós foram: 51 K referente à composição de Pr6Fe88B6, 41 K para Pr8Fe86B6, 38 K no composto com 10% at. Pr (Pr10Fe84B6) e 34 K em Pr12Fe82B6. As taxas de absorção específicas estimadas foram de 201 Wkg-1 para a composição Pr6Fe88B6, 158 Wkg-1 para a composição Pr8Fe86B6 e 114 Wkg-1 para as composições Pr10Fe84B6 e Pr12Fe82B6. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP