Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:19:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-22T05:35:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 204528.pdf: 2200898 bytes, checksum: 18283a33d2ef479cbf8c961493bf3cf4 (MD5) / Na produção de um artigo têxtil, as fibras são convertidas em fios e estes em tecido de malha que segue para o processo de beneficiamento (alvejamento e tingimento) e acabamento. Nestes processos várias modificações acabam ocorrendo nas fibras em conseqüência da atuação de forças resultantes dos processos de paralelização, torção e estiramentos, mas também, devido a forças resultantes dos processos físico-químicos que ocorrem no contato das fibras com a água e reagentes químicos (inchamento, cristalização, hidrólise, oxidação, etc.) e a secagem dos produtos têxteis nas diversas etapas do processo produtivo. Com estas resultantes de força o artigo têxtil pode ter uma alteração dimensional (encolhimento, distensão ou torção) fazendo com que o produto final não tenha os padrões de qualidade das dimensões requeridas e seja rejeitado. O algodão é uma fibra de origem vegetal muito utilizada na fabricação de tecidos de malhas para a fabricação de artigos a serem usados diretamente sobre a pele, por possuir propriedades físicas que conferem um alto conforto ao usuário. Contudo, em contraste com esta excelente propriedade, os tecidos de malha de algodão são suscetíveis a alterações dimensionais ou baixa estabilidade dimensional. Neste trabalho busca-se a compreensão do fenômeno físico e mecânico que ocorre no processo de relaxamento do tecido de malha em algodão, através de ensaios realizados em 2 (duas) importantes empresas têxteis de Santa Catarina, para daí traçar um paralelo sobre trabalhos até então já realizados nesta área e propor um modelo para a predição da alteração dimensional dos tecidos de malha em algodão. Este aspecto é de grande importância na Indústria Têxtil sendo a obtenção de correlações para predizer a alteração dimensional em função das variáveis do processo e dos equipamentos utilizados no processamento do artigo têxtil uma importante contribuição deste trabalho.

Neste trabalho, examinamos detalhadamente um procedimento de análise, introduzido em [21] e desenvolvido em [11] e [18], para a investigação dos erros em malhas arbitrárias, decorrentes de métodos discretos (diferenças finitas e elementos finitos) de segunda ordem para problemas de Sturm-Liouville regulares, com condições de contorno tipo Dirichlet, Neumann ou Robin (ou combinações destas). Esta análise nos permite obter estimativas finas sobre erros de solução e derivadas de primeira e segunda ordens. Aplicamos o procedimento em detalhe para o exame do método mimético discutido em [21] e do método de elementos finitos considerado em [18] e [11] (método de Galerkin com elementos seccionalmente lineares). Em particular, fenômenos de supraconvergência em ambos os métodos são observados e explicados facilmente a partir das estimativas desenvolvidas. / In the present work, we give a detailed discussion of the errar analysis intraduced in [21], and further developed in [11] and [18], of 2nd-order discrete methods (both finite-difference and finite element methods are considered here) for one-dimensional Sturm- Liouville problems with separated boundary conditions of Dirichlet, Neumann, or Robin type (or combinations of these). Such an analysis yields very precise estimates for both solution and derivative errors in the approximations. Application is given to the analysis of the mimetic method discussed in [21], and the standard 2nd-order Galerkin method [18], [11] with piecewise linear elements. In particular, supraconvergence effects are clearly explained based on the estimates obtained by the theory.

Este trabalho apresenta um conjunto de técnicas para a modelagem paramétrica e geração de malhas de superfícies para uso em sistemas de análise e simulações numéricas pelo Método dos Elementos Finitos. Foram desenvolvidos algoritmos para a geração paramétrica de superfícies, para a determinação das curvas de interseções entre superfícies e para a geração de malhas em superfícies curvas e recortadas. Foram implementas linhas e curvas paramétricas básicas, a partir das quais são geradas superfícies paramétricas de vários tipos que proporcionam uma grande flexibilidade de modelamento geométrico. Curvas e superfícies são geradas e manipuladas de forma interativa. São apresentadas técnicas que simplificam a implementação de linhas e superfícies paramétricas. Foi desenvolvido um algoritmo para determinar as curvas de interseção entre superfícies paramétricas, que são utilizadas como linhas de recorte (trimming lines) para obter geometrias complexas e compostas de várias superfícies. O algoritmo desenvolvido emprega técnicas de subdivisão adaptativa, por quadtrees, em função da curvatura local das superfícies. Primeiramente, obtém-se uma aproximação das curvas de interseção no espaço 3D, através da aproximação por triângulos. Os resultados iniciais são refinados e projetados sobre as duas superfícies envolvidas com algoritmos que permitem obter grande precisão. As curvas de interseção finais são mapeadas nos espaços paramétricos das duas superfícies, porém com uma parametrização única, o que facilita a junção com superfícies adjacentes Um algoritmo de geração de malha foi desenvolvido para gerar malhas triangulares de qualidade sobre as superfícies curvas e recortadas. O algoritmo utiliza um processo de subdivisão adaptativa por quadtrees, similar ao utilizado no algoritmo de interseção, para definir tamanhos de elementos em função da curvatura local. Em seguida, aplica-se um algoritmo tipo advancing front para gerar a malha sobre a superfície. Os algoritmos foram implementados e testados em um ambiente gráfico interativo especialmente desenvolvido para este trabalho. São apresentados vários exemplos que comprovam a eficiência das técnicas e algoritmos propostos, incluindo exemplos de matrizes de conformação mecânica para uso com código de análise METAFOR, análise de sensibilidade para otimização de pré-formas e de modelagem de superfícies compostas recortadas com geração de malhas de qualidade, para uso em análise por Elementos Finitos ou como contorno para geração de elementos tridimensionais.

Neste trabalho, examinamos detalhadamente um procedimento de análise, introduzido em [21] e desenvolvido em [11] e [18], para a investigação dos erros em malhas arbitrárias, decorrentes de métodos discretos (diferenças finitas e elementos finitos) de segunda ordem para problemas de Sturm-Liouville regulares, com condições de contorno tipo Dirichlet, Neumann ou Robin (ou combinações destas). Esta análise nos permite obter estimativas finas sobre erros de solução e derivadas de primeira e segunda ordens. Aplicamos o procedimento em detalhe para o exame do método mimético discutido em [21] e do método de elementos finitos considerado em [18] e [11] (método de Galerkin com elementos seccionalmente lineares). Em particular, fenômenos de supraconvergência em ambos os métodos são observados e explicados facilmente a partir das estimativas desenvolvidas. / In the present work, we give a detailed discussion of the errar analysis intraduced in [21], and further developed in [11] and [18], of 2nd-order discrete methods (both finite-difference and finite element methods are considered here) for one-dimensional Sturm- Liouville problems with separated boundary conditions of Dirichlet, Neumann, or Robin type (or combinations of these). Such an analysis yields very precise estimates for both solution and derivative errors in the approximations. Application is given to the analysis of the mimetic method discussed in [21], and the standard 2nd-order Galerkin method [18], [11] with piecewise linear elements. In particular, supraconvergence effects are clearly explained based on the estimates obtained by the theory.

Este trabalho apresenta um conjunto de técnicas para a modelagem paramétrica e geração de malhas de superfícies para uso em sistemas de análise e simulações numéricas pelo Método dos Elementos Finitos. Foram desenvolvidos algoritmos para a geração paramétrica de superfícies, para a determinação das curvas de interseções entre superfícies e para a geração de malhas em superfícies curvas e recortadas. Foram implementas linhas e curvas paramétricas básicas, a partir das quais são geradas superfícies paramétricas de vários tipos que proporcionam uma grande flexibilidade de modelamento geométrico. Curvas e superfícies são geradas e manipuladas de forma interativa. São apresentadas técnicas que simplificam a implementação de linhas e superfícies paramétricas. Foi desenvolvido um algoritmo para determinar as curvas de interseção entre superfícies paramétricas, que são utilizadas como linhas de recorte (trimming lines) para obter geometrias complexas e compostas de várias superfícies. O algoritmo desenvolvido emprega técnicas de subdivisão adaptativa, por quadtrees, em função da curvatura local das superfícies. Primeiramente, obtém-se uma aproximação das curvas de interseção no espaço 3D, através da aproximação por triângulos. Os resultados iniciais são refinados e projetados sobre as duas superfícies envolvidas com algoritmos que permitem obter grande precisão. As curvas de interseção finais são mapeadas nos espaços paramétricos das duas superfícies, porém com uma parametrização única, o que facilita a junção com superfícies adjacentes Um algoritmo de geração de malha foi desenvolvido para gerar malhas triangulares de qualidade sobre as superfícies curvas e recortadas. O algoritmo utiliza um processo de subdivisão adaptativa por quadtrees, similar ao utilizado no algoritmo de interseção, para definir tamanhos de elementos em função da curvatura local. Em seguida, aplica-se um algoritmo tipo advancing front para gerar a malha sobre a superfície. Os algoritmos foram implementados e testados em um ambiente gráfico interativo especialmente desenvolvido para este trabalho. São apresentados vários exemplos que comprovam a eficiência das técnicas e algoritmos propostos, incluindo exemplos de matrizes de conformação mecânica para uso com código de análise METAFOR, análise de sensibilidade para otimização de pré-formas e de modelagem de superfícies compostas recortadas com geração de malhas de qualidade, para uso em análise por Elementos Finitos ou como contorno para geração de elementos tridimensionais.

Estruturas de dados (ED) topológicas oferecem diversas vantagens quando se deseja executarumadeformação sobreumamalha. Essas EDs permitem movimentar os nós da malha sem modificar sua topologia, são relativamente simples de seremimplementadas e também são passíveis de serem incorporadas a um ciclo simulação/deformação de forma completamente automática e eficiente. O primeiro objetivo deste trabalho é a concepção de uma ED topológica para representação de malhas elásticas. Tais malhas podem ser do tipo superficial ou volumétrica, e ainda simples ou mista. Para melhor desempenho, confiabilidade e menor consumo de memória, deseja-se que a ED seja implícita quanto à representação de componentes incidentes e adjacentes dos elementos presentes na malha. Outro objetivo deste trabalho é abordar o problema de geração de malhas em domínios arbitrários definidos por uma função implícita. O método proposto é uma extensão do algoritmo de Partição da Unidade Implícita (PUI). Para isso, o método proposto é baseado numa abordagem de preenchimento de superfícies. Este método proposto gera adaptativamente tetraedros em diferentes níveis de refinamento de acordo com o nível de detalhe presente na região do domínio. Diferentemente de trabalhos anteriores, esta característica é feita naturalmente sem necessitar de uma estrutura auxiliar. Para este fim, usa-se uma estrutura algébrica chamada de triangulação Ja1 que é capaz de lidar com tais refinamentos. Além do mais, a triangulação Ja1 permite que se percorra a estrutura simplesmente através de regras algébricas que é uma outra vantagem do método proposto / Topological data Structures (DS) oer several advantages when performing a deformation on a mesh. These DSs allow movement throughout the mesh without modifying its topology, are relatively simple to implement, and there is always the possibility of merging it to simulation/deformation cycle on a completely automatic and ecient form. The main goal of this work is to design and implement a topological DS to represent elastic meshes. These meshes can be either of surface or volume kind, and even simple or mixed. For better performance, more reliability and lower memory consumption, it is necessary that the DSs allow the representation of incident and adjacent components of a given element to be implicit. The second objective to this work is to tackle the problem of mesh generation on arbitrary domains defined by implicit functions. The proposed method is an extension to the algorithm of Partition of Unity Implicits (PUI). For this the proposed method is based on an isosurface stung approach. It adaptively generates the tetrahedra in dierent levels of refinement accordingly to the level of detail presented by the regions of the domain. Dierently to previous work, this feature is done naturally without the aid of an auxiliary data structure. To this end, we use an algebraic structure, named Ja1 triangulation, which is capable of dealing with such refinements. In addition, the Ja1 triangulation permits traversing through the mesh by simply using algebraic rules which is another advantage to the proposed method

Dois métodos distintos são descritos e implementados. O primeiro método, proposto por Ruppert, possui garantias teóricas de qualidade quando a fronteira do domínio obedece certas restrições. O segundo método, proposto por Persson, possibilita um maior controle na densidade dos elementos que discretizam o domínio. As vantagens, desvantagens e particularidades de cada um dos métodos são descritas e detalhadas / Two distinct methods are described and implemented. The first method, proposed by Ruppert, has theoretical guarantees on the quality of elements when the domain boundaries respect certain restrictions. The second method, proposed by Persson, makes it possible to have greater control over the density of the elements that make up the domain. The advantages, disadvantages and specific points about each method are described and detailed

Os tecidos de malha, principalmente os que são compostos com um percentual de algodão, apresentam algumas características tais como absorção de umidade, flexibilidade e toque agradável. Estas características têm sua origem no processo de fabricação do setor de malharia. Porém, em contraste com estas excelentes propriedades, um dos principais problemas nas roupas produzidas com estes tecidos de malha é a instabilidade dimensional. Este problema é hoje uma das maiores ameaças ao incremento do uso de tecidos de algodão para confecção de roupas externas. A literatura apresenta uma métrica, conhecida como fator de cobertura (FC), que é o resultado da combinação de duas variáveis fundamentais na malharia: título de fio e comprimento do ponto. Os estudos observados nesta pesquisa relatam a sua importância por permitir prever as características da qualidade dos tecidos de malha. Porém, é percebida a sua limitação quando aplicado em estruturas de malhas diferenciadas e inclusive em diversas malhas básicas com mais de um tipo de fio. Neste contexto, a presente dissertação tem por objetivo apresentar um novo modelo de cálculo para atender esta previsibilidade e auxiliar os profissionais envolvidos na tomada de decisão para aprovação ou reprovação nos desenvolvimentos dos tecidos de malha. Desta forma, foi realizado um estudo que buscou corrigir e ampliar a abrangência deste cálculo. Na revisão bibliográfica verificaram-se todas as variáveis que influenciam no processo físico/mecânico de fabricação dos diversos tipos de estruturas dos tecidos de malha, como também foram analisados os principais estudos nos quais este fator de cobertura foi aplicado. Um levantamento diagnóstico realizado em diversas empresas apontou a situação atual em termos de conhecimento, aplicação e necessidade do FC no processo de desenvolvimento dos tecidos de malha. Após verificação dos aspectos levantados a respeito do FC, confrontando as pesquisas de campo e bibliográfica, buscou-se uma solução para reduzir o elevado índice de insucessos e atrasos no lançamento de novos produtos. Desta forma, através do estudo das variáveis e da inclusão de todos os fios e regulagens envolvidas na estrutura da malha, concebeu-se um novo cálculo para o grau de cobertura da malha baseado no fator de cobertura de Grosberg. Posteriormente, foi elaborada uma ferramenta computacional aplicada em planilha eletrônica onde o cálculo é conduzido automaticamente após inserção dos dados necessários. Em seguida, foi elaborado um estudo comparativo entre o FC e o índice de proporcionalidade de cobertura (IPC) novo cálculo para testar a operacionalidade e a funcionalidade dos mesmos e da ferramenta proposta. Todos os participantes responderam um questionário referente às percepções sobre o modelo e a ferramenta. Por fim, a validação do IPC ocorreu por meio de análise de alguns tecidos de malha com o objetivo de investigar se os valores gerados no cálculo refletem a realidade dos resultados da qualidade obtidos na empresa. O resultado deste estudo indicou que o modelo de cálculo proposto apresenta maior confiabilidade, representatividade e assertividade no desenvolvimento dos novos tecidos de malha. Com isto, pode-se afirmar que os objetivos da dissertação foram atendidos e positivos. / The jersey fabric, mostly those are compounded of a cotton percentage, they present some characteristics, such as humidity absorption, flexibility and soft surface. These characteristics have their origins in the knitting production sector in the production process. However, the contrast with these properties, one of the main problems with the clothes made with these jersey fabrics is the dimensional instability. This Problem is today one of the biggest threat on the increase about the cotton fabric using to the manufactory of external clothes. The literature shows us a metric, known as covering factor (CF) which is the result of matching between the two fundamental varieties in the knitting: the yarn title and the sewing length. The studies observed in this research shows its importance, however, the application is just in the basic jersey fabric products or they show its concept in the research made over the fabric dimensional instability. In this context, this presentation has the objective to show the study of the application on a new covering factor calculus standard to predict the jersey fabric quality characteristics. This pattern has the objective of helping in the approving or reproving decision about the jersey fabric developments, correlating this factor with the quality characteristics like the width, length, thickness, weight by area, sewing density, resistance, and elasticity. This way was made a study about to correct and enhance this calculus. In the bibliographic revision it was checked all the varieties that had influence in the physic/mechanic process in the manufacturing of the many jersey fabric structures as were analyzed the most important studies as which ones this covering factor was applied. A diagnostic inventory was made in many companies and showed that the currently situation about knowledge application and necessity of the covering factor in the jersey fabric development process. After checking the aspects about the CF comparing the field researches and bibliographic, a solution was searched to reduce the high level failing indexes and the new products delays. In This way a new calculus was conceived for the knitting covering factor based on the Grosberg´s covering factor. After this, was elaborated a computer tool applied on an electronic table where the entire calculus is done automatically after input the necessary data. After this, was elaborated a calculus comparative study between the CF and the proportion covering index (PCI) to test the operability and the functionality of the model and the tool proposed. All the participants answered a quiz referring to the perceptions about the model and the tool. Finally, PCI validity occurred about the analyzes from some jersey fabrics with the objective of investigating if the results generated on the calculus reflected the reality of the quality results obtained at the company. The result of this study indicated that the model of the calculus proposed showed a bigger liability, representatively, and accuracy in the developing of the new jersey fabrics. With this we can confirm that the objectives of this dissertation were reached and positives.

Os tecidos de malha, principalmente os que são compostos com um percentual de algodão, apresentam algumas características tais como absorção de umidade, flexibilidade e toque agradável. Estas características têm sua origem no processo de fabricação do setor de malharia. Porém, em contraste com estas excelentes propriedades, um dos principais problemas nas roupas produzidas com estes tecidos de malha é a instabilidade dimensional. Este problema é hoje uma das maiores ameaças ao incremento do uso de tecidos de algodão para confecção de roupas externas. A literatura apresenta uma métrica, conhecida como fator de cobertura (FC), que é o resultado da combinação de duas variáveis fundamentais na malharia: título de fio e comprimento do ponto. Os estudos observados nesta pesquisa relatam a sua importância por permitir prever as características da qualidade dos tecidos de malha. Porém, é percebida a sua limitação quando aplicado em estruturas de malhas diferenciadas e inclusive em diversas malhas básicas com mais de um tipo de fio. Neste contexto, a presente dissertação tem por objetivo apresentar um novo modelo de cálculo para atender esta previsibilidade e auxiliar os profissionais envolvidos na tomada de decisão para aprovação ou reprovação nos desenvolvimentos dos tecidos de malha. Desta forma, foi realizado um estudo que buscou corrigir e ampliar a abrangência deste cálculo. Na revisão bibliográfica verificaram-se todas as variáveis que influenciam no processo físico/mecânico de fabricação dos diversos tipos de estruturas dos tecidos de malha, como também foram analisados os principais estudos nos quais este fator de cobertura foi aplicado. Um levantamento diagnóstico realizado em diversas empresas apontou a situação atual em termos de conhecimento, aplicação e necessidade do FC no processo de desenvolvimento dos tecidos de malha. Após verificação dos aspectos levantados a respeito do FC, confrontando as pesquisas de campo e bibliográfica, buscou-se uma solução para reduzir o elevado índice de insucessos e atrasos no lançamento de novos produtos. Desta forma, através do estudo das variáveis e da inclusão de todos os fios e regulagens envolvidas na estrutura da malha, concebeu-se um novo cálculo para o grau de cobertura da malha baseado no fator de cobertura de Grosberg. Posteriormente, foi elaborada uma ferramenta computacional aplicada em planilha eletrônica onde o cálculo é conduzido automaticamente após inserção dos dados necessários. Em seguida, foi elaborado um estudo comparativo entre o FC e o índice de proporcionalidade de cobertura (IPC) novo cálculo para testar a operacionalidade e a funcionalidade dos mesmos e da ferramenta proposta. Todos os participantes responderam um questionário referente às percepções sobre o modelo e a ferramenta. Por fim, a validação do IPC ocorreu por meio de análise de alguns tecidos de malha com o objetivo de investigar se os valores gerados no cálculo refletem a realidade dos resultados da qualidade obtidos na empresa. O resultado deste estudo indicou que o modelo de cálculo proposto apresenta maior confiabilidade, representatividade e assertividade no desenvolvimento dos novos tecidos de malha. Com isto, pode-se afirmar que os objetivos da dissertação foram atendidos e positivos. / The jersey fabric, mostly those are compounded of a cotton percentage, they present some characteristics, such as humidity absorption, flexibility and soft surface. These characteristics have their origins in the knitting production sector in the production process. However, the contrast with these properties, one of the main problems with the clothes made with these jersey fabrics is the dimensional instability. This Problem is today one of the biggest threat on the increase about the cotton fabric using to the manufactory of external clothes. The literature shows us a metric, known as covering factor (CF) which is the result of matching between the two fundamental varieties in the knitting: the yarn title and the sewing length. The studies observed in this research shows its importance, however, the application is just in the basic jersey fabric products or they show its concept in the research made over the fabric dimensional instability. In this context, this presentation has the objective to show the study of the application on a new covering factor calculus standard to predict the jersey fabric quality characteristics. This pattern has the objective of helping in the approving or reproving decision about the jersey fabric developments, correlating this factor with the quality characteristics like the width, length, thickness, weight by area, sewing density, resistance, and elasticity. This way was made a study about to correct and enhance this calculus. In the bibliographic revision it was checked all the varieties that had influence in the physic/mechanic process in the manufacturing of the many jersey fabric structures as were analyzed the most important studies as which ones this covering factor was applied. A diagnostic inventory was made in many companies and showed that the currently situation about knowledge application and necessity of the covering factor in the jersey fabric development process. After checking the aspects about the CF comparing the field researches and bibliographic, a solution was searched to reduce the high level failing indexes and the new products delays. In This way a new calculus was conceived for the knitting covering factor based on the Grosberg´s covering factor. After this, was elaborated a computer tool applied on an electronic table where the entire calculus is done automatically after input the necessary data. After this, was elaborated a calculus comparative study between the CF and the proportion covering index (PCI) to test the operability and the functionality of the model and the tool proposed. All the participants answered a quiz referring to the perceptions about the model and the tool. Finally, PCI validity occurred about the analyzes from some jersey fabrics with the objective of investigating if the results generated on the calculus reflected the reality of the quality results obtained at the company. The result of this study indicated that the model of the calculus proposed showed a bigger liability, representatively, and accuracy in the developing of the new jersey fabrics. With this we can confirm that the objectives of this dissertation were reached and positives.