Este trabalho propõe uma metodologia simplificada de análise de freios de correntes parasitas usando uma abordagem mista que integra cálculo analítico e simulações usando o Método dos Elementos Finitos (MEF). O cálculo analítico é desenvolvido a partir dos trabalhos de Davies [3, 4] e fornece as expressões gerais para o fluxo por pólo e para a reação de armadura, em função de parâmetros geométricos, velocidade de rotação e torque desenvolvido. Também é implementada a análise do freio usando o MEF visando dois objetivos: * estudo e entendimento da indução de correntes em meios maciços ferromagnéticos que ocorre no freio, o que é facilitado pela visualização de linhas de campo e mapas de cores das grandezas de interesse; * obtenção de subsídios necessários para simplificar a aplicação das equações analíticas. Com as equações e os resultados das simulações obteve-se um método que permite calcular as curvas de torque do freio com precisão comparável à do MEF e com vantagens no que tange à rapidez de solução e flexibilidade de utilização.

Este trabalho propõe uma metodologia simplificada de análise de freios de correntes parasitas usando uma abordagem mista que integra cálculo analítico e simulações usando o Método dos Elementos Finitos (MEF). O cálculo analítico é desenvolvido a partir dos trabalhos de Davies [3, 4] e fornece as expressões gerais para o fluxo por pólo e para a reação de armadura, em função de parâmetros geométricos, velocidade de rotação e torque desenvolvido. Também é implementada a análise do freio usando o MEF visando dois objetivos: * estudo e entendimento da indução de correntes em meios maciços ferromagnéticos que ocorre no freio, o que é facilitado pela visualização de linhas de campo e mapas de cores das grandezas de interesse; * obtenção de subsídios necessários para simplificar a aplicação das equações analíticas. Com as equações e os resultados das simulações obteve-se um método que permite calcular as curvas de torque do freio com precisão comparável à do MEF e com vantagens no que tange à rapidez de solução e flexibilidade de utilização.

Este trabalho apresenta a aplicação de técnicas de Decomposição de Domínio e Processamento Paralelo na solução de grandes sistemas de equações algébricas lineares provenientes da modelagem de fenômenos eletromagnéticos pelo Método de Elementos Finitos. Foram implementadas as técnicas dos tipos Complemento de Schur e o Método Aditivo de Schwarz, adaptadas para a resolução desses sistemas em cluster de computadores do tipo Beowulf e com troca de mensagens através da Biblioteca MPI. A divisão e balanceamento de carga entre os processadores são feitos pelo pacote METIS. Essa metodologia foi testada acoplada a métodos, seja iterativo (ICCG), seja direto (LU) na etapa de resolução dos sistemas referentes aos nós internos de cada partição. Para a resolução do sistema envolvendo os nós de fronteira, no caso do Complemento de Schur, utilizou-se uma implementação paralisada do Método de Gradientes Conjugados (PCG). S~ao discutidos aspectos relacionados ao desempenho dessas técnicas quando aplicadas em sistemas de grande porte. As técnicas foram testadas na solução de problemas de aplicação do Método de Elementos Finitos na Engenharia Elétrica (Magnetostática, Eletrocinética e Magnetodinâmica), sejam eles de natureza bidimensional com malhas não estruturadas, seja tridimensional, com malhas estruturadas. / This work presents the study of Domain Decomposition and Parallel Processing Techniques applied to the solution of systems of algebraic equations issued from the Finite Element Analysis of Electromagnetic Phenomena. Both Schur Complement and Schwarz Additive techniques were implemented. They were adapted to solve the linear systems in Beowulf clusters with the use of MPI library for message exchange. The load balance among processors is made with the aid of METIS package. The methodology was tested in association to either iterative (ICCG) or direct (LU) methods in order to solve the system related to the inner nodes of each partition. In the case of Schur Complement, the solution of the system related to the boundary nodes was performed with a parallelized Conjugated Gradient Method (PCG). Some aspects of the peformance of these techniques when applied to large scale problems have also been discussed. The techniques has been tested in the simulation of a collection of problems of Electrical Engineering, modelled by the Finite Element Method, both in two dimensions with unstructured meshes (Magnetostatics) and three dimensions with structured meshes (Electrokinetics).

Este trabalho apresenta a aplicação de técnicas de Decomposição de Domínio e Processamento Paralelo na solução de grandes sistemas de equações algébricas lineares provenientes da modelagem de fenômenos eletromagnéticos pelo Método de Elementos Finitos. Foram implementadas as técnicas dos tipos Complemento de Schur e o Método Aditivo de Schwarz, adaptadas para a resolução desses sistemas em cluster de computadores do tipo Beowulf e com troca de mensagens através da Biblioteca MPI. A divisão e balanceamento de carga entre os processadores são feitos pelo pacote METIS. Essa metodologia foi testada acoplada a métodos, seja iterativo (ICCG), seja direto (LU) na etapa de resolução dos sistemas referentes aos nós internos de cada partição. Para a resolução do sistema envolvendo os nós de fronteira, no caso do Complemento de Schur, utilizou-se uma implementação paralisada do Método de Gradientes Conjugados (PCG). S~ao discutidos aspectos relacionados ao desempenho dessas técnicas quando aplicadas em sistemas de grande porte. As técnicas foram testadas na solução de problemas de aplicação do Método de Elementos Finitos na Engenharia Elétrica (Magnetostática, Eletrocinética e Magnetodinâmica), sejam eles de natureza bidimensional com malhas não estruturadas, seja tridimensional, com malhas estruturadas. / This work presents the study of Domain Decomposition and Parallel Processing Techniques applied to the solution of systems of algebraic equations issued from the Finite Element Analysis of Electromagnetic Phenomena. Both Schur Complement and Schwarz Additive techniques were implemented. They were adapted to solve the linear systems in Beowulf clusters with the use of MPI library for message exchange. The load balance among processors is made with the aid of METIS package. The methodology was tested in association to either iterative (ICCG) or direct (LU) methods in order to solve the system related to the inner nodes of each partition. In the case of Schur Complement, the solution of the system related to the boundary nodes was performed with a parallelized Conjugated Gradient Method (PCG). Some aspects of the peformance of these techniques when applied to large scale problems have also been discussed. The techniques has been tested in the simulation of a collection of problems of Electrical Engineering, modelled by the Finite Element Method, both in two dimensions with unstructured meshes (Magnetostatics) and three dimensions with structured meshes (Electrokinetics).

A sobreposição de frequências ultrassônicas a uma ferramenta em operações de perfuração, utilizando transdutores piezelétricos, resulta em melhorias na usinagem de metais, garantindo melhor acabamento (ausência de rebarba), redução do tamanho do cavaco e menor desgaste ferramental. A utilização desse tipo de técnica na perfuração de rochas reduz a carga axial e aumenta a velocidade do processo, possibilitando maior profundidade de perfuração, podendo vir a ser muito útil em pesquisas aplicadas à perfuração de reservas petrolíferas e exploração mineral. Este trabalho teve como objetivo simular e aplicar um transdutor piezelétrico ultrassônico de potência para perfuração de rochas e metais. Para as simulações numéricas duas técnicas foram utilizadas: o método dos elementos finitos (MEF) e o método das matrizes em cadeia (MMC). O MEF permitiu análises harmônicas e modais de forma rápida e precisa enquanto o MMC resultou em expressão analítica, possibilitando melhor compreensão dos parâmetros físicos e geométricos envolvidos na performance do transdutor. Ambos os métodos nortearam o projeto do protótipo a ser usado em ensaios de perfuração. Para a construção do protótipo, foi projetado um mandril para a fixação da broca, que foi adaptado a um transdutor de potência de 20 kHz. Ensaios de perfuração de rochas e de discos de alumínio foram realizados com o protótipo. A aplicação do protótipo à perfuração de rochas carbonáticas demonstrou redução no tempo de furação, quando comparada ao método convencional (sem aplicação de ultrassom). Na furação de discos de alumínio, a redução de rebarbas, quebra do cavaco durante a operação e melhor acabamento da peça, são conclusões evidentes das melhorias proporcionadas pela sobreposição de frequências ultrassônicas à broca. / Superposition of high frequency vibration in the tool, driven by a piezoelectric actuator, in a drilling machining process of metals results in some improvements such as finishing quality (without burr), reduction of tool wear and chip dimensions. Similar techniques applied in rock perforation reduce the axial load in the tool, which enhances the process velocity, resulting in deeper perforation. This might be useful in oil and mineral exploration, opening the feasibility of researches in this field. The aim of this work is to simulate and implement an ultrasonic piezoelectric transducer to perforate rocks and metals. Concerning numerical simulation, two techniques were performed: finite element method (FEM) and chain matrix method (CMM). FEM simulations provide fast and effective modal and harmonic analysis. CMM provide mathematical expressions, analytically exposing geometrical and physical parameters involved in the transducer performance. Both methods were the guide and basement for the prototype project, able to perform perforation experiments. For the construction of the prototype, a drill chuck were designed and adapted for a 20 kHz power ultrasonic transducer. Aluminum drilling and rock perforation experiments were carried out with this prototype. A lower perforation time was achieved in carbonate rocks when the ultrasound-aided method was used as opposed to the conventional method. Results in aluminum disks presented burr reduction, better part finishing and breakage of chips during operation. Those results evidently appoint some improvements due to the power ultrasonic superposition in the drilling process.

A sobreposição de frequências ultrassônicas a uma ferramenta em operações de perfuração, utilizando transdutores piezelétricos, resulta em melhorias na usinagem de metais, garantindo melhor acabamento (ausência de rebarba), redução do tamanho do cavaco e menor desgaste ferramental. A utilização desse tipo de técnica na perfuração de rochas reduz a carga axial e aumenta a velocidade do processo, possibilitando maior profundidade de perfuração, podendo vir a ser muito útil em pesquisas aplicadas à perfuração de reservas petrolíferas e exploração mineral. Este trabalho teve como objetivo simular e aplicar um transdutor piezelétrico ultrassônico de potência para perfuração de rochas e metais. Para as simulações numéricas duas técnicas foram utilizadas: o método dos elementos finitos (MEF) e o método das matrizes em cadeia (MMC). O MEF permitiu análises harmônicas e modais de forma rápida e precisa enquanto o MMC resultou em expressão analítica, possibilitando melhor compreensão dos parâmetros físicos e geométricos envolvidos na performance do transdutor. Ambos os métodos nortearam o projeto do protótipo a ser usado em ensaios de perfuração. Para a construção do protótipo, foi projetado um mandril para a fixação da broca, que foi adaptado a um transdutor de potência de 20 kHz. Ensaios de perfuração de rochas e de discos de alumínio foram realizados com o protótipo. A aplicação do protótipo à perfuração de rochas carbonáticas demonstrou redução no tempo de furação, quando comparada ao método convencional (sem aplicação de ultrassom). Na furação de discos de alumínio, a redução de rebarbas, quebra do cavaco durante a operação e melhor acabamento da peça, são conclusões evidentes das melhorias proporcionadas pela sobreposição de frequências ultrassônicas à broca. / Superposition of high frequency vibration in the tool, driven by a piezoelectric actuator, in a drilling machining process of metals results in some improvements such as finishing quality (without burr), reduction of tool wear and chip dimensions. Similar techniques applied in rock perforation reduce the axial load in the tool, which enhances the process velocity, resulting in deeper perforation. This might be useful in oil and mineral exploration, opening the feasibility of researches in this field. The aim of this work is to simulate and implement an ultrasonic piezoelectric transducer to perforate rocks and metals. Concerning numerical simulation, two techniques were performed: finite element method (FEM) and chain matrix method (CMM). FEM simulations provide fast and effective modal and harmonic analysis. CMM provide mathematical expressions, analytically exposing geometrical and physical parameters involved in the transducer performance. Both methods were the guide and basement for the prototype project, able to perform perforation experiments. For the construction of the prototype, a drill chuck were designed and adapted for a 20 kHz power ultrasonic transducer. Aluminum drilling and rock perforation experiments were carried out with this prototype. A lower perforation time was achieved in carbonate rocks when the ultrasound-aided method was used as opposed to the conventional method. Results in aluminum disks presented burr reduction, better part finishing and breakage of chips during operation. Those results evidently appoint some improvements due to the power ultrasonic superposition in the drilling process.