Na busca de novos materiais que possuam boa resistência mecânica, baixo peso e de fácil manufatura, surgem os compósitos e os compósitos reforçados direcionando a uma ampla área de aplicações e estudos em desenvolvimento. Os materiais compósitos têm um vasto campo de aplicação, porém quando sujeitos a maiores esforços, não apresentam grande resistência e bom desempenho frente aos materiais metálicos. Os materiais compósitos quando reforçados com fibras multiplicam sua resistência consideravelmente, tornando-se um excelente substituto de materiais que possuem boa resistência mecânica como os metais, sendo um material resistente à oxidação. Em muitos casos os compósitos reforçados substituem os metais com um desempenho superior, como exemplo a aplicação de materiais reforçados com fibra de carbono. Este trabalho tem como objetivo criar uma plataforma para o desenvolvimento de um software para o cálculo otimizado das trajetórias das fibras em materiais compósitos, com fibras que venham a reforçar o mesmo e que venham a ser utilizados pela comunidade em diversas áreas como mecânica, medicina, elétrica, entre várias outras. / In the search of new materials, which have good mechanic strength, low weight and easy manufacturing, appear the composites and reinforced composites leading to an ample area of applications and studies in development. The composites materials have a vast field of application, however when subjected to a bigger effort, they do not show a great strength and a good development when compared to metallic materials. The composites materials when reinforced with fibers multiply their strength considerably, becoming an excellent substitute of materials, which have mechanic strength like metals, which in a strong material to corrosion. In many cases, the reinforced composites substitute the metals with a higher development, for example, like applications of reinforced materials with carbon fiber. This production has to objective, to create a platform to development of a software to a calculation optimization of course the fibers in a composite material, using fibers that come to reinforce it and are able to used by the community in many areas like mechanic, medicine, electric and among others.

Durante a vida operacional de uma aeronave, o revestimento da fuselagem é sujeito a falhas e danos estruturais. As falhas podem ser trincas que ocorrem devido a esforços aos quais o revestimento é submetido durante taxiamentos, decolagens, vôos e pousos da aeronave e danos que geralmente ocorrem devido a algum fator externo durante a operação e manutenção das aeronaves. Quando é verificado algum tipo de falha ou dano no revestimento, duas são as possibilidades para continuar com a aeronave operacional: análise para verificar se o dano é tolerável permanente ou temporariamente por um certo período de tempo ou ciclos de vôos ou instalação de um reparo estrutural. A análise para danos toleráveis deverá verificar se a estrutura possui ainda resistência residual e determinar os períodos de inspeção. Caso o dano ou falha na estrutura não seja tolerável, é necessário, então, a instalação de um reparo estrutural ou troca do painel. O reparo estrutural é feito de chapas metálicas ou de material composto unidas mecanicamente ao revestimento da aeronave através de rebites, prendedores ou até mesmo através de resinas estruturais. O reparo estrutural rebitado, apesar de aumentar a resistência da região danificada, gera concentradores de tensão que devem ser analisados, pois podem degradar a vida em fadiga e o comportamento da tolerância a dano.Este trabalho tem como objetivo principal apresentar os resultados de ensaio e análise estrutural de algumas configurações de reparos metálicos rebitados ao revestimento de aeronaves. Foram feitos ensaios de quatro configurações típicas de reparos que são comumente utilizadas durante a manutenção de aeronaves.

O presente trabalho surgiu da necessidade da Embraer de que o aplicativo WSDS (Wing Structure Design System) aumentasse seu nível de aderência ao processo de dimensionamento estrutural de asas realizado na empresa, através de uma análise estrutural mais acurada das espessuras dos painéis de revestimento da asa. Para solucionar esse problema utilizou-se recursos disponíveis no domínio dos Sistemas Especialistas, em uma abordagem de Engenharia Baseada no Conhecimento. Assim, para se armazenar parte do conhecimento da Embraer a respeito de dimensionamento estrutural de uma asa, esse trabalho desenvolveu e implementou o Sistema Baseado no Conhecimento chamado SASP (Structural Analysis of Skin Panels). Esse sistema refina o cálculo da espessura dos painéis de revestimento de uma asa realizado pelo PDO (Preliminary Design Optimization). Foram realizados estudos de caso com asas de duas aeronaves da Embraer. A análise dos resultados obtidos mostrou que há limitações na forma como o módulo PDO do WSDS realiza a busca por uma configuração mais leve para a estrutura da asa. O principal problema encontrado foi a forma como o PDO realiza as distribuições de esforços na seção transversal da baia, que utiliza um retângulo como aproximação da seção transversal das baias da asa. Os estudos de sensibilidade realizados com o SASP indicaram que são necessárias várias iterações para que o sistema alcance resultados mais acurados e que a escolha do correto método de análise do painel de revestimento tem grande influência no resultado final. O presente trabalho contribuiu também para desenvolvimento de um modelo generativo de asa, aproximando o resultado encontrado pelo PDO do resultado real, melhorando a precisão de análises preliminares realizadas pela Embraer.

O presente trabalho trata de uma análise comparativa das diferentes soluções de projeto para painéis de revestimento de asa, tendo como objetivo o projeto preliminar dos painéis de revestimento da asa de um avião militar de treinamento proposto pela Embraer e desenvolvido por um grupo de alunos do Programa de Especialização em Engenharia (PEE). Estudaram-se as três principais soluções de projeto, praticadas atualmente pela indústria aeronáutica: painéis de revestimento de chapa com reforçadores cravados, revestimento usinado com perfis reforçadores integrados e painéis de revestimento de material composto. Todo o desenvolvimento do projeto leva em conta aspectos referentes às características da aeronave, requisitos estruturais (tensões, estabilidade e fadiga), processos de fabricação (peças primárias e montagens), peso, manutenção e etc. As análises estruturais necessárias para a obtenção das dimensões preliminares e concepção inicial dos painéis de revestimento foram baseadas no método de elementos finitos, com o auxilio de diversas ferramentas computacionais específicas.

A adesão do revestimento é uma propriedade crítica quando se trata de ferramentas de corte. O uso de brocas helicoidais de aço rápido revestidas com TiN propiciam o uso de velocidades de corte mais altas e velocidades de avanço maiores que as velocidades usadas com ferramentas sem revestimento. Contudo, uma adesão adequada é bastante importante, pois a ferramenta com revestimento com adesão insuficiente se comporta pior que aquela sem revestimento. A formação de partículas duras e abrasivas, resultantes da destruição prematura do revestimento, acelera o desgaste das superfícies que estão em contato de deslizamento. Uma nova técnica de limpeza e texturização de superfícies usando um feixe de laser, que antecede a aplicação do revestimento, foi aplicada a um conjunto de brocas e seu desempenho foi comparado àquele de outro conjunto de brocas convencionais sem texturização. No processo, um laser pulsado e de alta taxa de repetição provoca uma texturização advinda da formação de poças líquidas. Após a solidificação, ocorre a formação de microestruturas que permitem uma melhor ancoragem do revestimento. Utilizando como parâmetros de avaliação o número de furos e o desgaste de flanco, os grupos foram avaliados na furação do aço carbono e inoxidável. Os resultados mostram um significativo aumento da vida das brocas texturizadas antes do revestimento.

Uma técnica óptica de medidas de pressão conhecida por Tinta Sensível à Pressão (Pressure Sensitive Paint -PSP) surge na década de 80 para revolucionar as medidas de campo de pressão. Já muito desenvolvida nos grandes centros de pesquisa do mundo, fornece resultados com boa precisão e alta resolução espacial, o grande avanço em relação às tomadas de pressão convencionais. Desde seu surgimento o desenvolvimento da técnica PSP é contínuo, contando com grandes conquistas na formulação das tintas, mas o seu crescimento deve-se principalmente aos avanços tecnológicos em equipamentos como as câmeras CCD e os computadores que permitiram adquirir imagens em grande quantidade e com precisão, além da facilidade e rapidez no tratamento de dados. O objetivo principal deste trabalho é entender o funcionamento da técnica PSP e aplicá-la desenvolvendo procedimentos experimentais para o Laboratório FENG, complementando suas técnicas de medidas de pressão. O trabalho foi dividido em duas partes, onde primeiramente trabalhou-se com as calibrações a priori avaliando-se o sistema PSP, principalmente o comportamento da tinta. Nesta fase verificaram-se algumas limitações do aparato experimental, como a baixa coleção de elétrons pela câmera CCD o que interfere diretamente na incerteza final das medidas, introduzindo um erro mínimo de 0,74% nas medidas de intensidade luminosa. E a dependência da tinta PSP à temperatura, o que também influencia em grande parte os resultados das medidas dos campos de pressão. Numa segunda fase realizaram-se experimentos com um jato de ar inclinado atingindo uma placa plana e os resultados foram comparados aos de tomadas de pressão convencionais distribuídas ao longo da placa. As maiores variações de pressão medidas na placa ficaram entre 3000Pa à 5500Pa e forneceram resultados em relação as medidas brutas do sistema PSP com incerteza absoluta na ordem de 1000Pa ( 25%). Quando foi utilizado para comparação das medidas o resultado do sistema PSP suavizado por um filtro mediana, bastante representativo das medidas brutas, as incertezas diminuíram para cerca de aproximadamente 400Pa ( 10%), chegando a um mínimo de 225Pa ( 3%). Um resultado bastante aquém comparado com incertezas absolutas da ordem de 22Pa já obtidas por pesquisadores no exterior. Esses resultados mostraram que ainda há muito a se fazer para obter-se medidas de pressão precisas com o sistema PSP para fluxos de baixa velocidade. Essa melhora demanda principalmente investimentos no aparato experimental, tornando-o cada vez mais sensível e capaz de medir pequenas variações nas intensidades luminosas decorrentes de pequenas variações de pressão próximas a pressão atmosférica. Um resultado importante e que pode ser usado na prática são os mapas de pressão fornecidos pela alta resolução espacial do método e que apesar das incertezas envolvidas nas medidas descrevem bem o comportamento do fluxo de ar decorrente do escoamento medido.

Este trabalho é uma continuação à pesquisa e desenvolvimento de materiais para aplicação em turbinas a gás e câmaras de combustão do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Diversas pesquisas já foram realizadas no DCTA permitindo desenvolver e caracterizar revestimentos, como forma de barreira térmica, para serem aplicados sobre componentes em superligas à base de níquel. Este trabalho tem como objetivo realizar a validação do banco de dados termodinâmicos do software ThermoCalc por meio da comparação de características microestruturais (como fases presentes, suas composições e quantidades) e ensaios experimentais, assim como inserir nessa plataforma dados complementares para que se possa empregar a termodinâmica computacional como ferramenta versátil, prática e de elevada confiança. Ressalta-se que as informações disponíveis nesses bancos darão subsídios para posterior seleção de revestimentos a serem utilizados na fabricação de turbinas de Motores-Foguete a Propelente Líquido (MFPL). Foram confeccionadas amostras contendo ZrO2-Nb2O5, Y2O3-Nb2O5, e ZrO2-Nb2O5-Y2O3. Realizou-se ensaios de massa específica e densidade, indentação, DTA e MEV, com os quais foi possível estabelecer a composição de 16% em mol de Y2O3 e 16% em mol de Nb2O5 como sendo as melhores concentrações de óxidos aditivos à zircônia, promovendo uma estabilização total da fase tetragonal à temperatura ambiente. A otimização dos binários ZrO2-Nb2O5 e Y2O3-Nb2O5 foi concluída, mostrando-se adequada e coerente com os resultados reportados na literatura. O trabalho é inovador e complexo, contudo, com o conhecimento adquirido até então, é possível realizar uma primeira seleção, com qualidade, dos materiais para revestimentos.

O objetivo do presente trabalho é avaliar a eficiência de diferentes revestimentos como proteção contra processos de erosão de substratos de resina epóxi reforçados com fibras de vidro e kevlar, utilizados em estruturas aeronáuticas. Dez diferentes revestimentos baseados em chapa de liga de alumínio 2024-O, tintas poliuretano e epóxi cerâmica e um filme incolor de poliuretano, utilizados em diferentes combinações, foram avaliados como proteção contra o processo de erosão, quando submetidos ao jateamento com microesferas de vidro. Neste trabalho foi projetado e construído um dispositivo para os ensaios de erosão. Parâmetros como a forma das partículas das microesferas de vidro, distância, velocidade e ângulo de impacto foram considerados durante os ensaios de erosão. A avaliação dos diferentes revestimentos em estudo foi realizada por medidas de variação de massa e de rugosidade superficial dos corpos-de-prova. Análises por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura também foram realizadas para caracterizar o processo de erosão. Os resultados mostraram que as tintas poliuretano e epóxi cerâmica apresentaram comportamentos similares. Entretanto, a eficiência de ambas as tintas foi aumentada em cerca de cinco vezes após os corpos-de-prova terem sido recobertos com o filme incolor de poliuretano. Os melhores resultados foram obtidos nos revestimentos obtidos na configuração chapa de alumínio 2024-O/tintas de poliuretano ou epóxi cerâmica/ filme incolor de poliuretano, com um aumento na resistência à erosão em torno de 12 vezes.

Materiais com comportamento adequado em temperaturas elevadas e ambientes agressivos tornaram-se uma necessidade científica, tecnológica e economicamente viável nos dias de hoje. A literatura relata estudos que têm sido realizados, independente de objetivos comerciais, para o aprimoramento na obtenção de novas ligas e, principalmente, para a reavaliação de ligas comerciais já existentes, por meio da aquisição de dados em condições de maior severidade. Neste trabalho de doutorado, dá-se continuidade às pesquisas já iniciadas nos estudos de fluência da liga Ti-6Al-4V, estudando-se a influência do tratamento superficial de Implantação Iônica por Imersão em Plasma (IIIP) com diferentes tempos de implantação para a modificação das propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, com intuito de se obter melhorias nas propriedades tribológicas e na resistência à fluência do material. A liga selecionada (Ti-6Al-4V) foi submetida ao tratamento de IIIP para a implantação de íons de nitrogênio, objetivando-se a formação de uma camada superficial de TiN. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de espectrometria Auger, Raman, desgaste, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, rugosidade superficial (AFM) e nanoindentação. A liga também foi submetida a ensaios de fluência nas temperaturas de 500, 600 e 700C na modalidade de carga constante. Estudos completos de ensaio de fluência da liga refratária Ti-6Al-4V tratada com implantação iônica por imersão em plasma são escassos na literatura. Pelos resultados obtidos comprova-se a formação de nitretos superficiais nas amostras. Os valores de rugosidade e dureza superficial aumentam quanto maior o tempo de implantação, devido à formação de TiN, diminuindo analogamente o seu coeficiente de desgaste. As amostras com IIIP de 3 e 8 horas apresentam uma menor resistência à fluência quando comparadas com as amostras sem tratamento. Esta menor resistência à fluência é comprovada pela maior taxa de fluência estacionária e à diminuição do tempo de fratura do material, podendo estar relacionada à formação de nitreto de titânio na superfície do material. Devido ao aumento da dureza superficial, promovem um comportamento mais frágil à liga, diminuindo a sua resistência à fluência. Nas amostras com tempo de implantação de 2 horas, a fina camada de nitreto formada não alterou de forma o comportamento dúctil da liga, agindo como uma proteção à oxidação da liga quando submetida em temperaturas elevadas e melhorando seu desempenho em fluência. A correlação dos valores de expoente de tensão e energia de ativação para a região estacionária sugere que o mecanismo de fluência nesse trabalho está associado à escalagem e escorregamento de discordâncias.

Operações de revestimento são amplamente utilizadas em diversos setores industriais, tais como químico, agrícola, alimentício e farmacêutico. Dentre as principais razões para a aplicação de revestimento em partículas destacam-se fatores estéticos, proteção e o controle da taxa de dissolução de substâncias químicas. Este trabalho teve por objetivo investigar o revestimento de sólidos farmacêuticos em leito fluidizado. Inicialmente foram realizados ensaios fluidodinâmicos visando à definição de parâmetros operacionais nos quais ocorre uma operação estável do sistema. Definidas condições de operação estável, realizaram-se ensaios de revestimento de grânulos contendo um fármaco modelo (paracetamol), empregando-se uma composição à base de Eugradit RS30D. Nesta etapa investigou-se a influência da vazão de ar de fluidização, do diâmetro das partículas, da temperatura do ar de fluidização e da vazão de suspensão de revestimento na fração revestida, Wrt; na eficiência do revestimento, ; e no índice de aglomeração, Agl. Ensaios de liberação in vitro foram realizados no sentido de se avaliar a alteração das propriedades de liberação do fármaco devido ao revestimento aplicado. Os resultados obtidos evidenciaram que um tempo maior de processo levou à formação de um filme de revestimento mais espesso, modificando o perfil de dissolução do fármaco. Amostras de grânulos revestidos em condições selecionadas foram submetidas a um tratamento térmico, que consistiu na armazenagem do produto em estufa à 40 oC por intervalos de tempo que variaram de 1 a 96 horas sendo, posteriormente, realizados ensaios de dissolução. Verificouse que, nas condições experimentais utilizadas, o tratamento térmico do grânulo revestido não influenciou na velocidade liberação do fármaco, independentemente do período de armazenagem. / Coating operations are widely used in several industrial sectors, such as the chemical, agricultural, food and pharmaceutical. Among the reasons for particle coating application, the aesthetic, protection against the environment and the control of the dissolution rate of chemical substances are prominent. The aim of this work was to investigate the fluidized bed coating of pharmaceutical solids. Initially, hydrodynamic tests were carried out in order to define the operating parameters which lead to a stable system operation. After selection of the conditions of stable operation, coating experiments of granules containing a model drug (acetaminophen), with a coating composition based on Eudragit RS30D were started. In this stage, it was investigated the effects of the flow rate of the fluidizing air, mean particle diameter, inlet temperature of the fluidizing air, and the feed flow rate of the coating suspension on the coating fraction, Wrt; on coating efficiency, ; and on agglomerating index, Agl. In vitro dissolution tests were performed to evaluate the modification of the drug release properties due to the coating application. The results showed that the thickness of the coating layer is dependent of the processing time, leading to a modification on drug release profiles. Samples of the coated granules obtained at selected conditions were submitted to a thermal treatment, which consisted of the product storage in an air circulated oven at 40 oC during 1 to 96 hours time intervals. After the thermal treatment the granules were submitted to dissolution tests. It was verified, in the experimental conditions used, that the thermal treatment of the coated granules do not influenced the drug release rate, independently of the storage period.