A técnica de sinterização por plasma, também conhecida como processo SPS (Spark Plasma Sintering), é um processo para consolidação e sinterização de pós, em que corrente elétrica alternada pulsada e pressão de compactação são aplicadas simultaneamente aos componentes ferramentais (molde, punções, etc.). O molde utilizado neste processo tradicionalmente é cilíndrico, composto por grafite e permite a fabricação de amostras com geometria circular. Esse processo também possibilita a sinterização de um grande número de materiais, em especial, Materiais com Gradação Funcional (MGF). Tendo em vista os aspectos de geometria e composição da amostra, um projeto de otimização de moldes pode ser desenvolvido visando a fabricação de amostras com geometrias e gradação complexas. Com isso, é possível adequar a geometria do molde ao formato e composição da amostra que se deseja sinterizar, visando uma sinterização uniforme. Portanto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para projetos de moldes utilizados na sinterização por plasma. Esta metodologia consiste na implementação de um algoritmo de otimização baseado no Método de Otimização Topológica (MOT), considerando três tipos de abordagem: a primeira abordagem, a qual visa a geometria da amostra, busca obter um molde prismático considerando amostras com geometria arbitrária, como por exemplo quadrada, triangular ou em cruz, com o objetivo de uniformizar o campo de temperaturas na amostra: na segunda abordagem, que considera moldes para a fabricação de amostras (MGF, os moldes podem ser projetados de modo a produzirem um gradiente de temperatura, na direção axial, através da variação da espessura da parede do molde; a terceira abordagem considera um molde constituído por material compósito. Nesta última abordagem é proposto um novo conceito de molde, onde se busca trabalhar não apenas com a geometria, como também com a microestrutura do molde dada por um material anisotrópico. Para a implementação do algoritmo de otimização, um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), é desenvolvido considerando o processo SPS como um problema de acoplamento eletrotérmico. Na implementação do MOT utiliza-se um modelo de material baseado no SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) e Programação Linear Sequencial (PLS) para resolver o problema de otimização do molde. Todo algoritmo de otimização é implementado na linguagem própria do ambiente Matlab® e o pós-processamento, para verificação e validação dos resultados, é executado no software comercial Comsol®. / The Spark Plasma Sintering (SPS) technique is a powder consolidating and sintering process, in which pulsed DC electric current and pressure loads are applied simultaneously in the tool system components (graphite die, punchers, etc.) in order to perform the sintering process. Generally, a cylindrical graphite die is used for circular samples manufacturing and through this process the sinterization of a large number of materials, including Functionally Graded Materials (FGM), is possible. Considering the geometry and sample material aspects, an optimization die design technique can be developed based on the manufacturing of samples with complex geometry and gradation. Thus, it is possible to adjust the die geometry to the sample geometry or gradation in order to achieve a uniform sinterization. Therefore, the aim of this work is the development of a methodology to be applied in the design of dies used in SPS sintering process. This methodology consists of implementing an optimization algorithm based on the Topology Optimization Method (TOM), considering three approaches: in the first one a prismatic die is designed to process a sample with arbitrary geometry, for example square, triangular and cross sample; in the second approach the change of the die wall thickness is considered to achieve a predefined temperature gradient in the gradation direction of MGF samples and the third approach the same previous objective is considered, however the focus is the optimization of thermal conductive fibers. In the latest approach, a new die concept is proposed, where the objective is to optimize not only the die geometry but he microstructure considering a die composed by an anisotropic material. T implement the optimization algorithm a computational model based on the Finite Element Method (FEM) is developed considering the SPS process as an electrothermal coupled problem. In the TOM implementation a material model based on SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) is adopted and the Sequential Linear Programming is used to solve the optimization problem. The optimization algorithm is implemented using the Matlab® environment and the pos-processing, for verification and validation of the obtained results is carried out by using Comsol®.

A técnica de sinterização por plasma, também conhecida como processo SPS (Spark Plasma Sintering), é um processo para consolidação e sinterização de pós, em que corrente elétrica alternada pulsada e pressão de compactação são aplicadas simultaneamente aos componentes ferramentais (molde, punções, etc.). O molde utilizado neste processo tradicionalmente é cilíndrico, composto por grafite e permite a fabricação de amostras com geometria circular. Esse processo também possibilita a sinterização de um grande número de materiais, em especial, Materiais com Gradação Funcional (MGF). Tendo em vista os aspectos de geometria e composição da amostra, um projeto de otimização de moldes pode ser desenvolvido visando a fabricação de amostras com geometrias e gradação complexas. Com isso, é possível adequar a geometria do molde ao formato e composição da amostra que se deseja sinterizar, visando uma sinterização uniforme. Portanto, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para projetos de moldes utilizados na sinterização por plasma. Esta metodologia consiste na implementação de um algoritmo de otimização baseado no Método de Otimização Topológica (MOT), considerando três tipos de abordagem: a primeira abordagem, a qual visa a geometria da amostra, busca obter um molde prismático considerando amostras com geometria arbitrária, como por exemplo quadrada, triangular ou em cruz, com o objetivo de uniformizar o campo de temperaturas na amostra: na segunda abordagem, que considera moldes para a fabricação de amostras (MGF, os moldes podem ser projetados de modo a produzirem um gradiente de temperatura, na direção axial, através da variação da espessura da parede do molde; a terceira abordagem considera um molde constituído por material compósito. Nesta última abordagem é proposto um novo conceito de molde, onde se busca trabalhar não apenas com a geometria, como também com a microestrutura do molde dada por um material anisotrópico. Para a implementação do algoritmo de otimização, um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), é desenvolvido considerando o processo SPS como um problema de acoplamento eletrotérmico. Na implementação do MOT utiliza-se um modelo de material baseado no SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) e Programação Linear Sequencial (PLS) para resolver o problema de otimização do molde. Todo algoritmo de otimização é implementado na linguagem própria do ambiente Matlab® e o pós-processamento, para verificação e validação dos resultados, é executado no software comercial Comsol®. / The Spark Plasma Sintering (SPS) technique is a powder consolidating and sintering process, in which pulsed DC electric current and pressure loads are applied simultaneously in the tool system components (graphite die, punchers, etc.) in order to perform the sintering process. Generally, a cylindrical graphite die is used for circular samples manufacturing and through this process the sinterization of a large number of materials, including Functionally Graded Materials (FGM), is possible. Considering the geometry and sample material aspects, an optimization die design technique can be developed based on the manufacturing of samples with complex geometry and gradation. Thus, it is possible to adjust the die geometry to the sample geometry or gradation in order to achieve a uniform sinterization. Therefore, the aim of this work is the development of a methodology to be applied in the design of dies used in SPS sintering process. This methodology consists of implementing an optimization algorithm based on the Topology Optimization Method (TOM), considering three approaches: in the first one a prismatic die is designed to process a sample with arbitrary geometry, for example square, triangular and cross sample; in the second approach the change of the die wall thickness is considered to achieve a predefined temperature gradient in the gradation direction of MGF samples and the third approach the same previous objective is considered, however the focus is the optimization of thermal conductive fibers. In the latest approach, a new die concept is proposed, where the objective is to optimize not only the die geometry but he microstructure considering a die composed by an anisotropic material. T implement the optimization algorithm a computational model based on the Finite Element Method (FEM) is developed considering the SPS process as an electrothermal coupled problem. In the TOM implementation a material model based on SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) is adopted and the Sequential Linear Programming is used to solve the optimization problem. The optimization algorithm is implemented using the Matlab® environment and the pos-processing, for verification and validation of the obtained results is carried out by using Comsol®.

Este trabalho tem a finalidade de analisar a compatibilidade do gabarito dos caminhões brasileiros com a geometria das interseções urbanas de uma cidade de médio porte. Foi utilizado um Sistema de Informações Geográficas para a elaboração de rotas de menor caminho, dentro da área de estudo. Foram realizados levantamentos de campo para a reconstituição da geometria das interseções. Em seguida, através de um programa de simulação cada conversão necessária foi analisada para saber se havia a possibilidade de realização da manobra, dentro das rotas de menor caminho. / This work has the objective of analyzing the template compatibility, of Brazilian trucks with the urban intersections geometry in a medium-sized city. It was used a Geographic Information System to elaborate the shortest path within the study area. Field data were carried out for reconstitution of the intersections geometry. Next, each necessary conversion was analyzed, through a simulation program in order to know if the trucks were able to negotiate the curves in the shortest path routes.

Este trabalho tem a finalidade de analisar a compatibilidade do gabarito dos caminhões brasileiros com a geometria das interseções urbanas de uma cidade de médio porte. Foi utilizado um Sistema de Informações Geográficas para a elaboração de rotas de menor caminho, dentro da área de estudo. Foram realizados levantamentos de campo para a reconstituição da geometria das interseções. Em seguida, através de um programa de simulação cada conversão necessária foi analisada para saber se havia a possibilidade de realização da manobra, dentro das rotas de menor caminho. / This work has the objective of analyzing the template compatibility, of Brazilian trucks with the urban intersections geometry in a medium-sized city. It was used a Geographic Information System to elaborate the shortest path within the study area. Field data were carried out for reconstitution of the intersections geometry. Next, each necessary conversion was analyzed, through a simulation program in order to know if the trucks were able to negotiate the curves in the shortest path routes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3387.pdf: 2954742 bytes, checksum: 792e30cc93d7f68d7c0f647b0d217541 (MD5) Previous issue date: 2010-12-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / This work deals with a production scheduling problem that appears in the aeronautics industry, involving special structures called assembly fixtures, composed of several workstations in parallel to assemble parts of the aircrafts. Tasks should be scheduled to be performed in these workstations in order to minimize the quantity of manpower needed to do the assembly and determine the production capacity of the assembly fixture, which means minimizing the makespan (the total time needed to finish the tasks). However, in addition to the usual constraints such as due dates and precedence among tasks, there are also constraints that prevent two tasks to be performed at the same time in two adjacent workstations on the assembly fixture. The assembly and the teams who work there are in continuous improvement of assembling processes, according to the cumulative production increases and the learning curve is traversed. The learning curve was divided in four stages with specific characteristics in each. Mixed integer linear programming models are proposed to represent the production scheduling problem of each stage, based on practical cases studies of assembly fixtures scheduling in an aeronautics company. Those models are solved using a modeling language and optimization software. The solutions are analyzed and compared and based on then, it is evaluated how the learning curve affects the airplane production over time and it is shown, in the results, that there exists potential of improvement in the use of assembling resources, using production scheduling and levelling the resources. / Este trabalho aborda um problema de programação da produção que ocorre na indústria aeronáutica, envolvendo estruturas especiais de montagem chamadas gabaritos, compostas de diversos postos de trabalho em paralelo para montar partes das aeronaves. Tarefas devem ser programadas para serem executadas nestes postos de trabalho de maneira a minimizar a quantidade total de mão de obra necessária para realizar a montagem em questão e determinar a capacidade de produção do gabarito, ou seja, minimizar o makespan (tempo total para executar as tarefas). Porém, além das restrições usuais, como prazos de entrega das tarefas e precedências entre as tarefas, existem também restrições que impedem que duas tarefas possam ser executadas ao mesmo tempo em dois postos de trabalho adjacentes no gabarito. A montagem e as equipes que nela trabalham estão em melhoria contínua dos processos de montagem, conforme a produção acumulada aumenta e a curva de aprendizagem é percorrida. A curva de aprendizagem foi dividida em quatro fases com características específicas em cada uma. Propõem-se modelos de programação linear inteira mista para representar o problema de programação em cada uma das fases, com base em estudos de casos práticos de programação de gabaritos de montagem de uma empresa aeronáutica. Estes modelos são resolvidos utilizando-se uma linguagem de modelagem e um software de otimização. As soluções encontradas são analisadas e comparadas e com base nelas, avalia-se como a curva de aprendizagem afeta a produção de aviões ao longo do tempo e demonstra-se que existe potencial de melhoria no uso dos recursos de montagem, utilizando programação da produção e nivelamento dos recursos.