A busca por uma plataforma mais eficiente ée uma importante estratégia na manutenção da competitividade na indústria aeronáutica. Mais especificamente na aviação comercial, a busca por estruturas mais leves, resistentes e de fácil manutenção ée a tradução desta eficiência desejada. Neste cenário, novos materiais com propriedades cada vez mais otimizadas desempenham um papel fundamental. As ligas de alumínio contendo lítio surgiram há algumas décadas; porém, ainda hoje, sua aplicação ée restrita. Com uma superioridade marcante em alguns aspectos em relação às ligas de alumínio convencionais mais utilizadas atualmente, esta classe de ligas apresenta algumas particularidades, por exemplo, custo, gestão das sobras e algumas propriedades específicas, que truncaram seu uso extensivo na indústria aeronáutica. Foram necessárias décadas de aperfeiçoamento na composição de elementos de liga e tratamentos térmicos e termomecânicos para que hoje estivessem disponíveis algumas ligas da chamada terceira geração, nas quais muitos destes problemas foram mitigados. Ainda assim, são grandes os desafios para a introdução desta classe de ligas em uma aeronave, desde a fase de projeto atée a estratégia de mercado para a compra e gestão de peças de reposição. Dentro deste contexto, o presente trabalho avaliou a aplicação da liga AA2198 de alumínio-lítio da terceira geração para aplicação em revestimentos de fuselagem de aeronaves, em substituição à liga AA2024. Foram considerados aspectos de projeto, avaliadas as propriedades mecânicas e realizadas operações de conformação plástica por estiramento utilizando-se chapas de 1,6 mm de espessura, concluindo-se que, nestes aspectos, a liga AA2198 pode substituir com vantagens a liga AA2024 devido a um conjunto superior de propriedades mecânicas e um comportamento similar em condições de processamento para obtenção de peças conformadas.

Esta tese fornece uma descrição bastante ampla do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas durante o processo de estiramento com punção hemisférico. Alguns dos parâmetros mais importantes que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, junto com algumas operações de conformação de chapas metálicas são discutidos. Além disso, neste trabalho, principalmente, é proposto um novo modelo analítico que incluí o atrito para avaliar as deformações limites no estiramento de chapas metálicas anisotrópicas com punção hemisférico. Esta nova formulação leva em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas através do emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. É indicado que o coeficiente de atrito presente depende mais fortemente da reprodução das condições de ensaio do que propriamente das propriedades plásticas dos materiais testados. Em geral, as deformações limites previstas pela teoria proposta estão em boa concordância com os resultados experimentais. A teoria explica satisfatoriamente à falha da chapa metálica, tanto para a região de estiramento como para a região de estampagem da curva limite de conformação, particularmente para materiais que apresentam a dependência da deformação limite 1 da razão de deformação , ou da deformação 2; em que d 1/d ou d 1/d 2 não é sempre maior do que zero. d 1/d ou d 1/d 2 pode ser igual ou menor que zero para uma faixa de materiais. Entretanto, para materiais de chapas que apresentam a dependência da deformação limite 1 da razão de deformação , ou da deformação 2, em que d 1/d ou d 1/d 2 é sempre maior que zero para a região de estiramento, a teoria proposta embora tenha apresentado boa concordância com a tendência de alguns dados experimentais para um grupo de materiais, não apresenta um comportamento geral eficiente. Adicionalmente, o modelo supõe que as relações no elemento de membrana próximo ao pólo, no estiramento com punção hemisférico, são dependentes de propriedades da chapa metálica, como da história do processo; e também sugere que o inicio da estricção local é controlada pelo cisalhamento. Finalmente, o papel da anisotropia é reinterpretado através da teoria desenvolvida, onde é demonstrado que a anisotropia do material da chapa aumenta a capacidade de deformação dos materiais das chapas metálicas anisotrópicas no estiramento com punção hemisférico. A avaliação dos diferentes comportamentos mecânicos das várias chapas analisadas, assim como a análise da adequação da teoria desenvolvida foi realizada com base em resultados anteriormente publicados na literatura.

Esta dissertação apresenta os cálculos e as premissas utilizadas para o desenvolvimento de uma planilha de análise estrutural de seções de vigas aeronáuticas. Serão descritos as fórmulas e os métodos usados para a análise de um grupo de seções escolhidas devido a sua grande utilização no meio aeronáutico. A planilha de análise desenvolvida tem como objetivo a análise rápida de seções, agilizando a tomada de decisão no dimensionamento estrutural. A análise leva em conta a combinação de tensões normais, devido à tração, compressão e momentos fletores; e tensões de cisalhamento, devido às forças cortantes e torção. Para diminuir o tempo de análise existe um banco de dados de materiais com as principais propriedades necessárias para a análise. A análise da flexão plástica de seções também foi implementada, opção que torna possível a redução de peso estrutural na fase de desenvolvimento. Os dados de saída são as tensões atuantes em diversos pontos da seção e suas respectivas margens de segurança.

Neste trabalho, desenvolveu-se um conformador de feixe, composto de um par de espelhos, para otimizar a sobreposição espacial entre o feixe de bombeamento e o feixe a ser amplificado, em um amplificador para laser de corante, o qual é bombeado transversalmente por um laser de vapor de cobre. Esse dispositivo utiliza um par de espelhos próximos, levemente inclinados, para transformar e homogeneizar o feixe de bombeamento. Usando os princípios da Óptica Geométrica e de Fourier foi possível simular numericamente o traçado de raio dentro do par de espelhos e o campo da radiação sobre o plano imagem da abertura da fenda de saída do par de espelhos. Neste trabalho apresentam-se e discutem-se os resultados teóricos e experimentais obtidos, os quais possuem uma boa homogeneização do perfil de intensidade indicando que este dispositivo é adequado para a transformar e homogeneizar feixes de laser na fenda de saída do par de espelhos.

Cerâmicas porosas têm sido aplicadas como isolantes térmicos, filtros, membranas, queimadores de gás, materiais para implantes ósseos, entre outros. A conformação de materiais porosos com amido está fundamentada nas propriedades de formação de gel em água, tornando possível seu uso como agente conformador e formador de poros. Esta técnica permite um adequado controle da porosidade do produto final, pois esta é relacionada com as características morfológicas dos grãos de amido. O presente trabalho consistiu na preparação de materiais cerâmicos porosos à base de alumina, a partir de suspensões contendo diferentes concentrações de amido e variando-se a temperatura sinterização. O estudo reológico das suspensões de alumina e amido foi realizado com o objetivo de se determinar a faixa de temperatura de gelatinização deste material, cujo valor encontrado foi de 55 a 60C. A microscopia óptica de luz polarizada (MOLP) permitiu o estudo do comportamento do amido em água sob aquecimento e a análise de imagens correlacionou o aumento da área total das partículas em função da temperatura, com os resultados de reologia. Estas micrografias mostraram que o aumento do tamanho das partículas de amido ocorreu devido à absorção de água do sistema, causando a diminuição da água livre para fluxo e, por estas razões, a viscosidade das suspensões aumentou. Além disso, esta técnica de microscopia possibilitou a análise qualitativa do mecanismo de consolidação da suspensão cerâmica pela técnica de conformação com amido. As peças cerâmicas sinterizadas obtidas foram caracterizadas quanto à sua massa específica e porosidade aparente, pelo princípio de Arquimedes, a microestrutura foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e diâmetro dos poros por porosimetria de mercúrio.

Este trabalho estuda as propriedades mecânicas de um painel com um reforçador longitudinal integrado, fabricado por VaRTM, sujeito a um carregamento de compressão no sentido do reforçador. Para isso, ensaios mecânicos, sustentados por normas internacionais, foram realizados em corpos de prova, extraídos de posições pré-determinadas ao longo do comprimento de infusão, para a obtenção das propriedades mecânicas do material, tais como resistência à compressão, resistência ao cisalhamento interlaminar e comportamento em impacto fora do plano, e ensaios de caracterização do material, como fração volumétrica de fibras e ultrassom, de forma que fosse possível validar o método de fabricação, comparando as propriedades mecânicas obtidas nos ensaios com os resultados encontrados na literatura. Ao final, é mostrado que o processo é válido para a fabricação de componentes em compósito. Porém, é dependente de variáveis de processo como, por exemplo, a temperatura de cura da resina, que influencia diretamente na resistência à compressão do material. O painel reforçado também apresentou um desempenho sob carregamento de compressão satisfatório, o que valida a sua produção pelo processo em questão.

O uso da simulação via método de elementos finitos (MEF) tem sido de suma importância para o desenvolvimento de processos de conformação hidrostática de tubos (CHT). Sua utilização reduz o método de tentativa e erro na definição do processo e grandes ganhos de produtividade são auferidos. Neste trabalho, a simulação via MEF em conjunto com o desenvolvimento analítico existente na literatura foi utilizada para o desenvolvimento de um método projeto de uma ferramenta simples para a CHT em matriz aberta e para uso em prensa comum. Obtida a ferramenta, foi possível a um baixo custo ser determinado experimentalmente os limites de conformação, o caminho de deformação e as dimensões do tubo expandido sendo possível compara-los com os resultados simulados via MEF. Esta comparação de resultados experimentais e simulados validou o procedimento de simulação e o método de projeto da ferramenta. Quanto ao carregamento, com a ferramenta obtida foram expandidos tubos por dois carregamentos distintos: só pressão e pressão e carga axial simultâneos permitindo assim comprovar a eficácia do segundo carregamento para a obtenção de razões de expansão maiores. Quanto às simulações, executadas em um programa comercial, elas foram desenvolvidas também para ambos os carregamentos. Ainda nestas simulações duas maneiras de aplicar-se a pressão foram avaliadas. Para a determinação dos limites de conformação do tubo fez-se uso da técnica denominada Circle Grid Analisys. Foi escolhido para estudo um tubo extrudado de aço inoxidável AISI 316 L submetido a tempera de solubilização. O método de projeto desenvolvido, numa primeira tentativa, utilizou como dado de entrada as propriedades do Aço AISI 316 L obtidos para chapas o que levou a diferenças entre os resultados simulados e experimentais. Assim foi necessário determinar-se as propriedades do aço AISI 316 L para a condição de tubo extrudado. Para a direção circunferencial utilizou-se o método de ensaios denominado Ring Hoop Tension Test, e para o sentido longitudinal o foi utilizado um ensaio de tração usual. Foram determinados inclusive os coeficientes de anisotropia. Com estes dados novas simulações, considerando a anisotropia do material, foram realizadas. Um aprimoramento do método de projeto foi realizado, sendo construída uma segunda versão da ferramenta para a CHT. Assim os novos resultados simulados foram obtidos e foram comparados com os resultados experimentais e os erros diminuíram significativamente. Como resultado final, para esta segunda versão de simulações, de projeto e ferramenta, os erros dos valores obtidos via simulação via MEF, no diâmetro e na espessura ficaram ao redor de 10%, assumindo o resultado experimental como padrão. Quanto ao limite de conformação os resultados simulados diferiram dos experimentais, porém o estado de deformação e os caminhos de deformação situaram-se no mesmo quadrante no plano das deformações (Curva CLC) para os dois carregamentos. Finalmente, quanto ao diâmetro externo do tubo para os dois carregamentos, o tubo em aço Inoxidável AISI 316 L atingiu diâmetros até 12,9% maiores para expansão por pressão e carga axial em relação àqueles expandidos somente por pressão, os quais foram assumidos como padrão. / The simulation using the finite elements method (FEM) has been of utmost importance for the tube hydroforming (THF) processes development. It reduces the try and error method in the process definition and great profits are gained. In this work, the FEM simulation together with the existing analytical THF theory in the literature was used to develop a process and a simple tool design for the THF, in open die arrangement and to be used in a common press. Gotten this tool, it was possible in a low cost, determine experimentally the forming limits, the strain paths and the evolution of geometry for a tube and then make it possible compares these experimental results with the simulated results obtained by FEM. This comparison of experimental and simulated results validated the simulation procedure and the tool design method. Relate the loads applied during the THF, two distinct load cases were possible: only pressure and simultaneous pressure and axial load, thus allowing proving the effectiveness of the second load case in obtain bigger expansion ratios. Relate to the simulations, they were run in commercial software and also the two load cases were simulated. Additionally in these simulations, two ways to apply the pressure had been evaluated. In the experiments, in the forming limits determination, the Circle Grid Analysis technique was used. A seamless stainless cold finished AISI 316 L solution annealed and quenched tube was chosen for evaluation. The tool design method, in a first attempt, uses the AISI 316 L steel properties obtained from sheets. Big differences between the FEM simulated and experimental results was gotten. Thus, it was necessary execute tensile tests in order to obtain the AISI 316 L steel properties for the seamless stainless cold finished, solution annealed condition. In such a way, a tensile tube test method called Ring Hoop Tension Test was used, to determined AISI 316 L steel properties in the transversal direction and a common tensile test was used for the longitudinal direction. Also, for both directions, anisotropy coefficients were also determined. With these new material properties set, new simulations including the anisotropy and a new improved tool design method were carried through, resulting in a new and improved tool version. Thus, new experiments were performed and compared with the new simulated results and the errors had diminished significantly. As final result, the errors in the diameter and in the thickness had been around of 10%, assuming the experimental result as standard. Relate the forming limits the results had differed, however the strain state and the strain path had been placed the same quadrant in a strain plane graphic (FLD diagram) for both load cases. Finally, relate to the tube expansion ratio, the tube external diameter increase 12,9% greater for tube expansion under pressure and axial load assuming the tube expansion under only pressure as standard.

O custo de qualquer produto forjado para indústria automobilística é altamente influenciado pelos custos envolvidos durante o projeto e construção das ferramentas de conformação. Idealmente, essas ferramentas devem durar um número significativo de ciclos de conformação, de forma a diluir seu custo no maior número de peças possível. Diversos parâmetros afetam o comportamento do desgaste das ferramentas, sendo que as indústrias de forjados abordam as questões tribológicas de formas distintas. Além disso, um mal entendimento desses parâmetros pode levar a um desgaste de ferramenta prematuro. Esse trabalho analisa o efeito da rugosidade no desgaste de punções de conformação a frio. O tribossistema adotado é a segunda operação de uma prensa mecânica horizontal e consiste em um punção de aço M2 endurecido em movimento relativo contra uma peça de aço SAE 10B22 normalizado. Foram fabricados quinze punções com três níveis de rugosidade e seus desgastes foram medidos após 52.000 e 102.000 ciclos de conformação. Um perfilômetro óptico 3D e um microscópio eletrônico de varredura foram utilizados para acessar as características superficiais dos punções, antes e após dos lotes de produção. Também foram realizadas análises na contra-peça e no meio interfacial \"óleo\". Os resultados obtidos mostraram que os punções de maior rugosidade falharam prematuramente enquanto os punções polidos e os de rugosidade intermediária apresentaram desgaste equivalentes. Considerando que o processo de polimento contribui significativamente para o custo de fabricação dos punções, espera-se que uma forjaria que consuma tais ferramentas em larga escala obtenha grandes benefícios econômicos com o presente trabalho. / The cost of any forged product for the automotive industry is highly influenced by the costs involved during the design and manufacturing of the forging tools. Ideally, these tools shall withstand a significant number of forging cycles, in order to distribute their manufacturing cost in as many parts as possible. There are several parameters that affect the tool wear behavior and forging companies have different approaches to address the tribological issues. Moreover, a misunderstanding of these parameters may lead to an undesirable premature tool wear. This work analyses the effect of roughness on the wear of cold forming punches. The adopted tribosystem is the second stage of a horizontal press and consists of a punch of M2 hardened steel in relative movement against a working piece of SAE 10B22 normalized steel. Fifteen punches were manufactured with three roughness levels and their wear was measured after 52.000 and 102.000 forging cycles. A 3D optical profiler and a Scanning Electronic Microscope (SEM) were used to access the surface characteristics of the punches before and after the production batches. Analysis of the counter body as well as of the interfacial element (oil) were also conducted. The results showed that all punches with higher roughness failed prematurely, while the polished ones as well as the intermediate ones presented equivalent wear. Considering that the polishing process contributes significantly to the manufacturing cost of the punches, it is expected that a forgery that consumes those tools in large-scale can get great economic benefits with this work.

Calgranulina C (S100A12) é membro da família das proteínas S100 \"EF-hands\" que complexam cálcio. A S100A12 humana é expressa predominantemente por granulócitos e é superexpressa em compartimentos inflamatórios. Níveis séricos elevados de S100A12 são encontrados em pacientes acometidos por distúrbios inflamatórios, neurodegenerativos, metabólicos e neoplasias. A S100A12 intracelular existe como um homodímero anti-paralelo. Cada monômero é composto por um \"EF-hand\" clássico, C-terminal (HI - LI - HII), e um \"EF-hand\" N-terminal, o pseudo \"EF-hand\" (HIII - LIII - HIV). Os \"motifs\" são conectados pela região do \"hinge\" (LII). A Calgranulina C também liga íons zinco e cobre em uma região formada pelas duas subunidades do dímero. Mudanças nas concentrações citosólicas de íons regulam uma grande variedade de processos celulares, e as proteínas que complexam íons são moléculas importantes na transdução do sinal, diferenciação e controle do ciclo celular. O mecanismo pelo qual a Calgranulina C modula o curso do processo inflamatório está relacionado à interação com o receptor para produtos finais de glicosilação (RAGE). Para obter detalhes sobre os mecanismos envolvidos nas etapas de sinalização celular das quais a S100A12 participa, nosso objetivo foi qualificar e quantificar a atividade conformacional dos domínios da S100A12 induzida por variações de parâmetros termodinâmicos intensivos, como mudanças nas concentrações de íons. Além disso, nós investigamos os detalhes da interação entre S100A12 e RAGE para elucidar a região do receptor com a qual a S100A12 interage e quais são os resíduos envolvidos nesta interação. Para os estudos da influência da presença de íons na dinâmica conformacional da S100A12, simulações de dinâmica molecular foram realizadas usando o pacote de simulação GROMACS com o campo de força OPLS-AA, no \"ensemble\" NVT. As estruturas iniciais usadas foram as estruturas cristalográficas da S100A12 (PDB ID: 2WCE e 1E8A). Estas foram submetidas a diferentes concentrações de cloreto de sódio, cálcio e zinco em sistemas separados e solvatados com o modelo de água \"SPC\". Nossos resultados sugerem que em baixas concentrações de Ca2+, o LI permanece ocupado pelo Na+. No período entre ondas de Ca2+, este íon tem acesso à proteína exclusivamente pelo LIII (no EF-2). A medida em que há presença de Zn2+, esse contribui para a saída do Na+ do LI, evento que envolve a participação do resíduo Asp25, permitindo que o LI se abra e descomplexe o Na+. Além disso, devido a alta deformabilidade estrutural, a HIII é muito influenciada pelos íons Na+ e Ca2+, sendo que em determinadas concentrações, ambos levam a perda parcial desta hélice e da HIIa (\"Hinge-Region\") e ao aumento da flexibilidade desta região, embora apenas o Ca2+ seja capaz de se complexar, via HIII, a região próxima ao LIII. Com relação aos estudos com o RAGE, foram realizados estudos de \"docking\" molecular e simulações de SMD (\"Steered Molecular Dynamic\"). A análise dos nossos resultados, sugere que a interação da S100A12 com o RAGE ocorre tanto no domínio V, quanto no domínio C1 do RAGE e depende da região de conexão entre estes domínios. Também, observamos que estados oligoméricos maiores, por exemplo, hexâmeros de S100A12 (PDB ID: 1GQM), têm possibilidades maiores de interação com RAGE e que nestes casos, as regiões relevante da interação envolvem, de acordo com nossos resultados, porções N e C-terminal da HI e C-terminal da HIV da S100A12. / Calgranulin C (S100A12) is a member of the S100 family of EF-hand calcium-binding proteins. Human S100A12 is predominantly expressed by granulocytes and is markedly overexpressed in inflammatory compartments. Elevated serum levels of S100A12 are found in patients suffering from various inflammatory, neurodegenerative, metabolic, and neoplasic disorders. Intracellular S100A12 exists as an anti-parallel homodimer. Each monomer is composed of a C-terminal, classic EF-hand (HI - LI - HII), an N-terminal, pseudo EF-hand (HIII - LIII - HIV). The motifs are linked by the hinge-region. Calgranulin C also binds zinc and copper ions in a site formed by both subunits of dimer. Changes in cytosolic ions concentrations regulate a wide variety of cellular process, and ions-binding proteins are the key molecules in signal transduction, differentiation, and cell cycle control. The mechanism by which calgranulin C modulates the course of inflammatory process is related to its interaction with the receptor for advanced glycated products (RAGE). In order to obtain details about the mechanism involved in cell signaling steps in which S100A12 participates, our goal was to qualify and quantify the activity conformational of S100A12 domains, induced by variations of intensive thermodynamic parameters, as changes in the concentration of ions. Furthermore we investigated the details of the interaction between S100A12 and RAGE in order to elucidate the region of the receptor which interacts with S100A12 and what are the residues involved in this interaction. In order to access the influence of the presence of ions over the conformational dynamics of S100A12, molecular dynamics simulations were performed using the GROMACS suite with the OPLS-AA force field and NVT ensemble. The initial structures used were experimentally determined by X-ray crystallography (PDB ID: 2WCE and 1E8A). They were separately submitted to different concentrations of sodium, calcium and zinc chloride and solvated with the SPC water model. Our results suggest that at low concentrations of Ca²?, LI remains occupied by Na?. During calcium-waves, it can reach the protein exclusively through LIII (in EF-2). As the Zn²? concentration rises, it contributes to the Na? unbinding from LI, an event that involves the residue ASP-25, which allows LI to open and the Na? to unbind. Furthermore, because of its high structural deformability, HIII is strongly influenced by both Na? and Ca²? ions which, in certain concentrations, leads to partial loss of this helix and of HIIa (Hinge-Region) and increases in the flexibility of this region, although only Ca²? is able to bind, through HIII, to the region near LIII. Regarding the RAGE studies, molecular docking essays and SMD (Steered Molecular Dynamics) simulations were performed. Our data analysis suggests that the interaction between S100A12 and RAGE takes place through both V and C1 RAGE domains and depends upon the interdomain region. Additionally, we observed that higher oligomeric states, e.g. S100A12 hexamers (PDB ID: 1GQM), have more interaction possibilites with RAGE and that, according to our results, in this case the interacting region of S100A12 comprises the N- and C-terminal portions of HI and Cterminal of HIV.

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