ROCHA, J. R. S. Modeling and numerical simulation of fluid flow and heat transfer of a steel continuous casting tundish. 2017. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-07-25T11:20:37Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_jrsrocha.pdf: 3666906 bytes, checksum: 42780d960166d0354f84586d96a51b44 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-08-02T18:42:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_jrsrocha.pdf: 3666906 bytes, checksum: 42780d960166d0354f84586d96a51b44 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-02T18:42:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_jrsrocha.pdf: 3666906 bytes, checksum: 42780d960166d0354f84586d96a51b44 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Currently, the continuous casting process is the most used technique to produce steel. Being an inherently component of the caster machine, the tundish has been designed to be not only an intermediate vessel between the ladle and the mold, but also a device to remove inclusions and a metallurgical reactor. Therefore, the tundish has an important role in the continuous casting process. The physical model for heat transfer and fluid flow into the tundish is very complex, thus analytical solutions are not available. Physical studies might present many difficulties for analyzing the process. Hence, Computational Fluid Dynamics (CFD) emerges as an attractive alternative. CFD is based on numerical approaches that are used to solve several classes of engineering problems. The main goal of the present study is to analyze the fluid flow and temperature fields into an actual tundish configuration that is used in continuous casting processes of a local steelmaker company. Based on the performed simulations, some modifications in the geometry of the tundish are proposed in order to improve the steel quality; these modifications make use of weirs and dams. For solving the governing equations arising from the physical model, the Ansys CFX software, which is based on the Element-based Finite-Volume Method (EbFVM) were used. Simulations were performed using water and steel as working fluids for a turbulent flow in a 3D tundish. The results were presented in terms of velocity and temperature fields and Residence Time Distribution (RTD) curves, which evaluated them qualitatively and quantitatively. / O processo de lingotamento contínuo é o processo mais utilizado na produção de aço atualmente. Sendo um importante componente da máquina de lingotamento, o distribuidor tem sido projetado para atuar não apenas como um reservatório entre a panela e o molde, mas também como um dispositivo para remoção de inclusões e servir como um reator metalúrgico. Logo, o distribuidor assume um papel de relevância no processo de lingotamento contínuo. O modelo físico que rege a transferência de calor e escoamento dentro do distribuidor apresenta grande complexidade, tornando a sua solução analítica indisponível. Estudos físicos podem apresentar várias dificuldades para a análise do processo. Portanto, a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) surge com uma alternativa viável. CFD é baseada em aproximações numéricas as quais são utilizadas para a solução de várias classes de problemas de engenharia. O principal objetivo do presente trabalho é analisar os campos de escoamento e temperatura no interior de um distribuidor o qual é utilizado nos processos de lingotamento contínuo de uma companhia siderúrgica local. Com base nas simulações realizadas, modificações na geometria do distribuidor são propostas com o intuito de aumentar a qualidade do aço. Essas modificações são feitas através do uso de diques e barragens. Para a solução das equações de conservação originadas do modelo físico, o programa Ansys CFX, o qual utiliza o Método dos Volumes Finitos baseado em Elementos (EbFVM), foi utilizado. As simulações foram feitas utilizando-se aço e água como fluidos de trabalho para um escoamento turbulento em um distribuidor tridimensional. Os resultados foram apresentados em termos de campos de velocidade e temperatura e curvas de Distribuição de Tempo de Residência (RTD) as quais serviram para analisá-los qualitativa e quantitativamente.

Em túneis, a deformação do maciço e a pressão do solo no revestimento dependem das tensões e características do maciço, das tensões do maciço, da geometria, da rigidez, do instante da colocação do revestimento. A variação das tensões no revestimento e as deformações são causadas pelo avanço da escavação e as propriedades dependentes do tempo do maciço rochoso e revestimento. O objetivo desta dissertação é apresentar um modelo numérico para a análise tridimensional de túneis em maciços rochosos no programa ANSYS. Ele constitui uma ferramenta para calcular um túnel, revestido de concreto em diferentes situações de rigidez do revestimento, processo construtivo e características do maciço. O processo de escavação e colocação do revestimento é simulado pelo método da ativação/desativação de elementos em etapas sequenciais. O maciço apresenta comportamento elástico na primeira parte, e posteriormente uma lei viscoplástica. O concreto projetado e o concreto pré-moldado do revestimento são modelados como elásticos na primeira parte, e posteriormente, como materiais viscoelásticos utilizando o modelo da cadeia de Maxwell e de Kelvin, propostos por Bazant. Ambos os modelos foram calibrados por comparação com o Código Modelo fib 2010. A simulação do túnel é realizada através da incorporação de sub-rotinas para o concreto viscoelástico no programa ANSYS. Para validar o modelo são feitas comparações dos resultados obtidos no programa ANSYS com a solução analítica, com o programa GEOMEC91 e com o Novo Método Implícito, dependendo do caso. Um estudo paramétrico em elasticidade é realizado com o código ANSYS variando alguns parâmetros relevantes. Na segunda parte, o mesmo túnel revestido é modelado com dois diferentes tipos de revestimento e os dois modelos de cadeia citados. Finalmente, é comparado o comportamento com o túnel experimental Kielder, do qual se tem dados disponíveis da instrumentação. A comparação destes dados com os resultados do programa ANSYS mostra uma aproximação muito boa. / Stabilizing underground openings such as tunnels excavated in rock mass remain a major concern of geotechnical engineers dealing with this kind of structures. In tunnels, the rock mass strain and the ground pressure on lining depend on the stress and characteristics of the rock mass as well as of the geometry, the stiffness and the moment of the lining installation. Pressure variation on lining and strain are caused by the advance of excavation and the time-dependent properties of the rock mass and lining. This dissertation describes the numerical implementation of constitutive laws in the numerical code ANSYS. It is performed a numerical simulation with 3D finite elements of a tunnel. The rock mass presents elastic behavior in the first part and then a viscoplastic law. The shotcrete and precast concrete are modeled as elastic in the first part and then viscoelastic material with the constitutive laws of the Maxwell and the Kelvin chain model, proposed by Bazant. So the characteristics of the viscoelastic concrete changes with time until the stabilization. Both chain models had to be calibrated by comparing with de fib Model Code 2010. The finite elements simulation is performed by incorporating subroutines for the viscoelastic concrete model in the ANSYS code. The method to simulate the tunnel excavations is by activating and deactivating elements in sequential steps. In the first part of the dissertation two validations are performed. The analytical solution and the deformation achieved on the stabilization in the ANSYS code are compared for the validation of an unlined tunnel. For a lined tunnel, with an elastic and viscoplastic rock mass and elastic lining, validation is performed by comparing the results of the GEOMEC91 code with the ANSYS code. The results show a very good approximation in viscoplasticity and agree perfectly in elasticity. Also a parametric study is undertaken with the ANSYS code varying some relevant parameters. In the second part, it is compared the same tunnel with the two different concrete lining and the two chain models. Finally, it is compared with the Kielder experimental tunnel, which in situ measured data is available. The comparison of this data with the results from the ANSYS code shows a very good approximation.

O interesse no desenvolvimento de sistemas eficientes de combustão para reduzir a poluição ambiental e aumentar a eficiência de queima tem chamado a atenção para a combustão em meios porosos inertes. A recirculação de calor, induzida pela matriz sólida a partir dos produtos quentes para os reagentes frios, aumenta a temperatura da chama melhorando a sua estabilidade e permitindo a utilização de combustíveis com baixo poder calorífico. Um estudo teórico recente mostra que uma chama estabilizada por um plano de estagnação imersa em um meio poroso pode, sob certas condições, estender os limites de inflamabilidade de uma mistura de ar e combustível. Por outro lado, o plano de estagnação é um problema que simula o efeito da taxa de deformação do escoamento sobre a estabilidade da chama, o que é relevante para várias configurações de queimador poroso. Portanto, o foco deste trabalho é o estudo da combustão em um queimador poroso com um plano de estagnação. Um experimento é conduzido com empacotamento de esferas, onde uma chama pode ser estabilizada por plano de estagnação devido a um anteparo. A razão de equivalência e a taxa de deformação são controladas pelos fluxos de ar e de combustível e da distância entre injetor e anteparo. A posição da chama é aproximadamente determinada pelo campo de temperaturas medidas por termopares. Complementarmente é realizada uma análise numérica simplificada do problema na qual se pode verificar o efeito da taxa de deformação sobre a estabilidade de chamas em queimadores porosos. Os resultados mostram que é possível estabilizar chamas no interior do meio poroso com plano de estagnação, porém, não foi possível atribuir um aumento de temperatura devido ao aumento da taxa de deformação. / The interest in developing efficient combustion systems to reduce environmental pollution and increase the burning efficiency has called attention to the combustion in inert porous media. The heat recirculation, induced by the solid matrix, from the hot products to the incoming cold reactants, increases the flame temperature and improves its stability, allowing for the use of fuels with low heat content. A recent study shows theoretically that a flame stabilized by a stagnation plane immersed in a porous medium may, under certain conditions, to extend the flammability limits of a mixture of fuel and air. On the other hand, the stagnation plane imposes a certain strain rate on the flow field, which is relevant to various porous burner configurations. Therefore, the focus of this work is the study of combustion in a porous burner with a stagnation plane. An experiment is conducted with packing bed of spheres where a flame can be stabilized against a stagnation plane. The equivalence ratio and the strain rate are controlled by the flows of air and fuel and the distance between the injector and the stagnation plane. The flame position is approximately determined by the temperature field measured by thermocouples. In addition, it is performed a simplified numerical analysis of the problem in which one can see the effect of the strain rate on the stability of flames in porous burners. The results show that it is possible to stabilize flames within the porous medium with stagnation plane, however, it has not been possible to assign a temperature increase due to the increased strain rate.

O estudo do comportamento reológico de fluidos não Newtonianos tem grande importância em diversas áreas da engenharia. O aumento na demanda destes fluidos por exemplo, no uso doméstico, pessoal e em processos químicos acarreta em dificuldades que vão desde o processo de sua mistura ao seu manuseio. Dentre os fluidos não Newtonianos estão os viscoelásticos, os quais exibem deformação aparente quando os níveis de tensões são inferiores ao limite de escoamento do material e, dentro desta classe, alguns ainda podem apresentam comportamento elástico quando submetidos à baixa taxa de cisalhamento. Juntamente com os efeitos elasto-viscoplásticos, os materiais podem apresentar comportamento tixotrópico, onde devido as tensões sua reestruturação não é instantânea. Na presente Tese, fez-se um estudo numérico a fim de analisar o problema especifico de escoamentos de fluidos elasto-viscoplásticos com comportamento tixotrópico em uma expansão planar abrupta na razão de aspecto 4 : 1. O modelo mecânico aplicado consiste de uma equação viscoelástica para o campo de tensões, uma evolutiva para o parâmetro de estrutura do material, bem como as equações de conservação de massa e momento. O modelo mecânico aplicado mostrou-se capaz de prever o comportamento tixotrópico. A aproximação numérica do modelo aplicado foi feita através do método estabilizado de elementos finitos, especificamente o método Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS), o qual foi implementado no código de elementos finitos para fluidos não Newtonianos em desenvolvimento no Laboratório de Mecânica dos Fluidos Aplicada e Computacional (LAMAC) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os fenômenos reológicos presentes no problema foram analisados a partir da influência da cinemática do escoamento, da elasticidade e da tixotropia, no nível de estruturação do material, na posição e tamanho das regiões não escoadas e na deformação elástica do material. Os resultados mostraram-se satisfatórios, pois condizem com os apresentados na literatura, apontando a boa predição do modelo mecânico aplicado bem como a robustez de sua implementação computacional. / The rheological behavior of non-Newtonian uids study is of great then importance in many areas of engineering. The increase in demand of these uids - for example, domestic use, personal and processes chemical - causes di culties ranging from the process of mixing it to handling. Among the non-Newtonian uids are viscoelastic, which exhibit apparent deformation when stress levels are lower than the yield limit of the material and, within this class, some still have elastic behavior when subjected to low shear rates. Together with the elastic-viscoplastic e ects, materials may exhibit thixotropic behavior, ie, due the restructuring strain is not instantaneous. In this thesis was made a numerical study to simulate the speci c problem of ow of elastic-viscoplastic uids with thixotropic behavior in abrupt planar expansion { common geometry in industrial systems associated with elastic-viscoplastic uids, whose ratio the aspect is 4:1. The mechanical behavior of most of these structured materials, are highly non-Newtonian, with this, there is need to make them more pseudoplastic, causing undesirable behaviors such as thixotropic which is a phenomenon somewhat characterized and modeled in the literature. The mechanical model applied is able to predict thixotropic behavior and is composed of a viscoelastic equation for the stress eld and an evolutionary to the material structure parameter in addition to the mass and momentum conservation equations. This mechanical model is approximated by a stabilized nite element model, called the Galerkin method of least squares (GLS). In order to study the rheological phenomena present in the problem is analyzed the in uence of the ow kinematics, elasticity and thixotropy in the level of structure of the material, in position and size of unyielded regions and the elastic deformation of the material. The results were satisfactory, since the the study of intensity the U the results agree with those reported in the literature pointing to good prediction of the mechanical model applied well as the hardiness of their computational implementation.The results of the elasticity showed quite spectacular behavior of unyielded regions of the material since for high values of relaxation time, the unyielded region of channel larger has the form of " ngers"because of the high exibility of the material along the line of symmetry of the channel. The results of the analysis of the elastic deformation show, that model correctly dosing the elasticity in the unyielded regions. The thixotropic e ects reported a slower structuring of the material with increasing characteristic time, in response to strain change caused by the expansion, results indicate that for high values of relaxation time, higher the distance between the unyielded regions of smaller channel and larger.

O presente trabalho possui o objetivo de avaliar a aplicabilidade da metrologia em uma ferramenta de estampagem incremental de chapas. Para o estudo foi confeccionada uma ferramenta de estampagem com rebaixos em seu corpo cilíndrico para a fixação dos sensores que mediram a deformação relativa. As análises apresentadas nesta pesquisa representam os cuidados e processos necessários ao uso de extensômetros aliado a um processo de fabricação mecânica. No presente estudo define-se a calibração de um sistema de medição da deformação superficial da ferramenta de estampagem com auxílio da Extensometria. Para validar os resultados obtidos pelos métodos da instrumentação das medidas das deformações e forças no processo de estampagem incremental foram utilizados os métodos de Cálculos Analíticos e Simulação Numérica por meio de softwares de Elementos Finitos. No método de medida se considerou parâmetros que podem comprometer os valores medidos tais como a medida da temperatura utilizando equipamentos termovisor. Além disso, foram realizados 04 (quatro) ensaios preliminares com o intuito de avaliar a medição de forma satisfatória nos eixos X e Y do processo de estampagem incremental, efetuando análises das forças nesses eixos em tração e compressão. A estampagem incremental ocorreu por meio de um total de 09 (nove) Ensaios variando-se ângulo de parede (ψ) e espessura das chapas (s0). Os experimentos baseiam-se na variante de estampagem incremental denominada Estampagem Incremental de Ponto Simples (SPIF – Single Point Incremental Forming). Para a execução dos testes práticos foram utilizados recursos de hardware como Ponte Wheatstone, extensômetros, Termovisor, Centro de Usinagem CNC, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além de recursos de software CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System), Análise de Elementos Finitos. E recursos de cálculos analíticos como forma comprobatória de resultados. A partir dos procedimentos executados junto com aparato tecnológico foi possível efetuar as análises e medições das forças na ferramenta de estampagem incrementa com referência aos eixos X e Y. Demonstrando neste a aplicabilidade de extensometria para leitura e análise de forças no processo de ISF. / This present work has the objective of assessing the applicability of instrumentation science in an incremental forming tool. For this study was made a tool with recesses on its cylindrical body as a means of fixing the strain sensors. The study presented demonstrate some of the warning and processes required the use of Strain Gages combined with a mechanical manufacturing process. In the present study is defined as an acceptable calibration measuring system with the aid of Extensometry. To validate the results obtained by the methods of instrumentation measurements of the deformations and forces in incremental sheet forming process were used Analytical Calculations and Numerical Simulation using Finite Elements. The measurement method was considered parameters that can compromise the measured values such as temperature measurement devices using thermometer. In addition, we conducted four (04) preliminary tests in order to evaluate the measurement system in satisfactory form with measured variables such as X and Y axes. We analyses the traction and compression forces in both axes. After the preliminary step, was performed a total of nine (09) tests with incremental sheet forming process, varying wall angle (ψ) and the thickness (s0). The experiments are based on the Single Point Incremental Forming - SPIF. For the implementation of the practical tests were used hardware resources such as CNC Machining Center, Wheatstone Bridge, Strain Gauges, Thermal Imager, incremental matrix and incremental forming tool. Besides, we used softwares such as CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System) and Finite Element Analysis. From the technological procedures perform with apparatus was possible do carry out the analyzes and measurement of forces in incremental sheet forming tool increases about to the axes X and Y. Demonstrating the applicability of the extensometry for reading and analyzing forces in the ISF process.

O presente trabalho tem por finalidade discutir a avaliação da exposição ocupacional às vibrações de corpo inteiro segundo os critérios estabelecidos pelo Anexo 1 da Norma Regulamentadora 09, pela Diretiva Europeia 2002/44/EC e pela ACGIH, avaliando as diferenças entre os indicadores envolvidos e a sua conexão com os estudos recentes ligados ao tema. Para tal, o modelo dinâmico que representa um ônibus é submetido a diferentes perfis de estrada, utilizando os parâmetros de densidade espectral de potência apresentados na ISO 8608 (1995). Os indicadores da exposição (e os espectros de frequência, no caso da ACGIH) são avaliados, de forma a verificar a aceitabilidade da exposição. O modelo dinâmico utilizado para representar o ônibus é também analisado, considerando diferentes situações de exposição. Além disso, resultados de trabalhos experimentais são avaliados segundo os diferentes critérios legais, a fim de permitir a análise do comportamento dos indicadores em um maior número de situações de exposição. Os resultados mostram a importância da realização da avaliação de acordo com os requisitos legais e a necessidade de utilizar o previsto na Norma Regulamentadora 09 durante a etapa de projeto de novos equipamentos, de forma que seus usuários sejam expostos a menores níveis de vibração. Além dos riscos à saúde, a exposição ocupacional a vibrações acima dos limites legais enseja o pagamento de adicional de insalubridade, com consequências financeiras consideráveis para as empresas que utilizam máquinas e equipamentos inadequados. / This study aims to discuss the assessment of occupational exposure to whole-body vibration according to the criteria established by Annex 1 of Regulatory Standard 09, European Directive 2002/44/EC, and ACGIH, evaluating the differences between the measures and their connection with recent studies related to the topic. To this end, the dynamic model of a bus is subjected to different road profiles, using the Power Spectral Density parameters presented in ISO 8608 (1995). Exposure indicators (and the frequency spectra in the case of ACGIH) are evaluated to verify the acceptability of exposure. The dynamic model of the bus is also analyzed considering different exposure situations. Besides, results of experimental work are evaluated according to different legal criteria, to analyze the behavior of the indicators in a greater number of situations. The results show the importance of assessment made in compliance with the legal requirements, and the need to apply the provisions of the Regulatory Standard 09 during the design stage of new equipment, so that their users are exposed to lower levels of vibration. In addition to the health risks, the workers exposure to vibration levels above the exposure limit values entails the payment of insalubrity premium, with considerable financial consequences for companies using that equipment and vehicles.

Veículos, em geral, estão submetidos a carregamentos variáveis aleatórios devido a excitação da pista. Este tipo de carregamento faz com que as tensões atuantes variem com o tempo até que ocorra a falha da estrutura, sendo esta falha denominada fadiga. A fadiga é o principal modo de falha de componentes mecânicos e para evitá-la devemos determinar a durabilidade de um produto durante o seu desenvolvimento. O cálculo de durabilidade pode ser realizado no domínio do tempo, através da contagem de ciclos de tensão, ou no domínio da frequência, através da estimativa da distribuição de probabilidade de ocorrência de determinado nível de tensão. A abordagem espectral apresenta menor esforço computacional e melhor entendimento do comportamento dinâmico. Este trabalho apresenta o comparativo entre a metodologia no domínio do tempo e da frequência, bem como entre dois métodos espectrais. Um componente utilizado em implementos rodoviários foi analisado para demonstrar a aplicabilidade do método espectral. / Vehicles in general suffer random variable loadings caused by road excitation. In this loading, stress varies with time until the structures collapses. This failure mode is known as fatigue. Fatigue is the main failure cause of mechanical components and to avoid it we must determine the endurance of the product during its design stage. Life calculations can be solved in time domain using a cycle counting method or in frequency domain by the probability distribution estimation of the stress cycles. The spectral approach reduces the computational efforts and provides a better understanding of the dynamic behavior. This work presents a comparative study between time and frequency domain methodologies, as well as between two spectral methods. A component of a semi-trailer is analyzed to show the applicability of the spectral methods.

O presente trabalho foi desenvolvido com objetivo de analisar, comparar e validar, pelos métodos de simulação numérica e experimental, o comportamento do processo de perfuração por puncionamento para o aço AISI4140. Esse estudo será a base para a fabricação de eixos vazados em aerogeradores de energia como, em substituição a eixos maciços usualmente obtidos por fundição. O processo de perfuração por puncionamento é relativamente simples quando comparado com processos de perfuração mais elaborados, como cortes à laser, eletroerosão, usinagem, etc. No desenvolvimento e otimização do processo de perfuração para aplicação nos referidos eixos, surge, como auxílio, o processo de perfuração por puncionamento assistido por simulação computacional pelo Método dos Elementos Finitos - FEM. Neste estudo os corpos de prova, os punções e todo ferramental do processo de perfuração em si, foram modelados computacionalmente no “software” “Simufact.Forming 12.0”, avaliando-se as melhores formas e geometrias dos punções para o processo de puncionamento. Na simulação numérica foi utilizado o aço presente na biblioteca do referido “software” que corresponde ao aço AISI4140. Os resultados presentes na análise do processo computacional de perfuração por puncinamento mostraram que os punções de geometria estreita são os que apresentaram as menores forças para perfuração dos corpos de prova quando comparados às outras geometrias (denominadas de inclinada e pontuda). Para os estudos experimentais, o ferramental proposto foi confeccionado e montado para a devida comparação com os resultados obtidos a partir da simulação computacional. Os experimentos práticos bem como as simulações computacionais, foram montados para corpos de prova cilíndricos a 1100 ºC sendo perfurados por punções a uma velocidade de 3,7 mm/s. De acordo com os dados de força e deslocamento medidos pelo equipamento de aquisição de dados, pela célula de carga e pelo transdutor potenciométrico (LVDT), pôde-se realizar uma análise e estimativa das forças máximas que cada punção exerceu sobre as peças puncionadas. Os resultados das simulações computacionais demonstraram uma variação de 14% a 23% maiores das forças máximas de puncionamento, quando comparadas com as experimentais. Este resultado mostra que o “software” de simulação computacional pode prever, com boa aproximação, a força máxima de perfuração por puncionamento dos punções com diferentes formas e geometrias. O processo de perfuração por puncionamento pode ser considerado uma forma alternativa de perfuração para confecção de furos em corpos cilíndricos que, posteriormente, serão usados para manufatura de eixos vazados pelo processo de forjamento em matriz aberta. / This work was developed in order to analyze, compare and validate the methods of numerical and experimental simulation, the behavior of punching a punching process for AISI4140 steel. This study will be the basis for the manufacture of hollow shafts in wind turbine energy as a substitute for solid shafts usually obtained by casting. The puncturing by puncturing process is relatively simple compared to more elaborate drilling processes such as laser cutting, spark erosion, machining, etc. The development and optimization of the drilling process for use in these axes, emerges as an aid, the drilling process by punching assisted by computer simulation by Finite Element Method - FEM. In this study the samples, the punches and tooling throughout the drilling process itself, were computationally modeled on the "software" "Simufact.Forming 12.0", evaluating the best ways and geometries of the punches for the punching process. In numerical simulation was used this steel in the library of that "software" which is the AISI4140 steel. The results presented in the analysis of the computational process of drilling by puncinamento shown that close geometry punctures are those who had the lowest forces for drilling of the specimens when compared to other geometries (called inclined and pointed). For experimental studies, the proposed tooling was made and assembled for due comparison with the results obtained from computer simulation. Practical experiments and computer simulations were assembled cylindrical specimens at 1100 ° C being pierced by a punch of 3.7 mm / s. According to the data of force and displacement measured by the data acquisition equipment, the load cell and the potentiometric transducer (LVDT), it was possible to conduct an analysis and estimate of the maximum forces exerted on each punch punched parts. The results of computer simulations have demonstrated a variation of 14% to 23% higher maximum puncture forces of, when compared with the experimental. This result shows that the "software" of computer simulation can predict with good approximation, the maximum force of drilling by punching the punches of different shapes and geometries. The punching process for punching can be considered an alternative form of drill for making holes in cylindrical objects, which subsequently will be used to manufacture hollow shafts by forging process in an open array.

O presente trabalho aborda um estudo sobre o fenômeno de biestabilidade em escoamentos transversais turbulentos sobre dois cilindros lisos paralelos, com razão de espaçamento, p/d, de 1,26, utilizando abordagem numérica e experimental. Nas comparações consideram-se o domínio computacional e a seção de testes experimental equivalentes. As análises comparam escoamentos turbulentos com números de Reynolds subcríticos, variando entre Re = 17000 e Re = 26000, além disto, uma análise laminar comparativa com Re = 167 é executada. Nas avaliações experimentais utilizam-se velocidades médias e flutuações de velocidade, adquiridas com a técnica de anemometria de fio quente, exploram-se também dados de flutuações de pressão obtidos com microfones condensadores posicionados na parede do canal aerodinâmico. Para comparação experimental e numérica executam-se leituras de pressões estáticas ao longo do canal aerodinâmico. Os sinais temporais das aquisições são analisados estatisticamente com médias e momentos, transformada de Fourier e transformada de ondaletas para caracterização e identificação do fenômeno biestável. Na avaliação numérica é executada a solução das equações de Navier-Stokes, utilizando a simulação LES (Large Eddy Simulation) com modelo Smagorinsky-Lilly dinâmico para sub-malha e a simulação URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) com o modelo de turbulência k ω – SAS (Scale Adaptive Simulation). Os resultados das duas abordagens são comparados utilizando as médias de valores, comportamento temporal e valores do número de Strouhal. O estudo de qualidade de malha, com o método GCI (Grid Convergence Index), é aplicado nas malhas utilizadas em URANS. Para a validação da simulação LES, aplica-se análise de quantidade de energia cinética resolvida comparando com resultados experimentais e uma metodologia para verificação da solução descrita na literatura, com a qual um comparativo entre duas simulações LES com diferentes malhas é executado. Nos resultados numérico e experimental observam-se a presença da biestabilidade e nota-se o comportamento não simultâneo da mesma ao longo dos cilindros. Este comportamento é observado nas análises numérica e experimental. A formação assimétrica das esteiras também é estudada e atribuída à interação entre os vórtices das esteiras, já que, inicialmente, os desprendimentos dos mesmos são simétricos. Na investigação do escoamento entre os cilindros a presença da perturbação da velocidade média é observada, mas a mesma não apresenta relação direta com a troca biestável. A alteração do patamar da velocidade média, neste caso, é resultado da influência da troca de modos que acontece nas esteiras. A biestabilidade também é observada na flutuação de pressão, de forma similar ao comportamento obtido com flutuações de velocidade nos estudos da literatura. No comparativo entre os dois métodos numéricos observa-se boa concordância nos resultados obtidos utilizando URANS com modelo k ω – SAS em relação aos observados com LES, sendo possível prever os principais comportamentos, mesmo com a aplicação da lei de parede na região entre cilindros na simulação URANS. / This paper reports a study on the bistable phenomenon in turbulent crossflow over two parallel smooth cylinders with spacing rate, p/d, 1.26 using numerical and experimental approaches. In the comparisons, the computational domain and experimental tests section are considered equivalents. Turbulent flows with subcritical Reynolds numbers ranging between Re = 17000 and Re = 26000 are compared and, in addition, a comparative laminar analysis with Re = 167. In the experimental evaluations the mean velocity and fluctuations velocities are used and acquired with the hot-wire anemometry technique, exploiting also pressure fluctuations data, obtained with condenser microphones positioned in the wall of the aerodynamic channel. For experimental and numerical comparisons, the static pressure over the aerodynamic channel using pressure taps is executed. The temporal signals from the acquisitions are analyzed statistically with mean and moments, Fourier transform and wavelet transform for characterization and identification of the bistable phenomenon. In the numerical evaluation performed, the Navier-Stokes equations are solved using LES simulation (Large Eddy Simulation) with Smagorinsky-Lilly dynamic model for sub-grid and URANS simulation (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) with the turbulence model k ω – SAS (Scale Adaptive Simulation). The results of the two numerical approaches are compared using the mean values, temporal behavior and values of the Strouhal number. The mesh quality study is executed using the GCI (Grid Convergence Index) for the mesh used in URANS. To validate the LES simulation, the amount of solved kinetic energy is compared with experimental amounts. For verification of the LES solution a method described on literature is used, in which a comparison between two LES simulations with different meshes is performed. In the numerical and experimental results, the presence of bistability were observed and in addition the non-simultaneous behavior of the phenomenon over the cylinder was identified in both analyzes. The wakes asymmetric formation was also studied and attributed to the interaction between the vortices of the wakes, since initially the detachments are symmetrical. In the investigation of the flow between the cylinders, the presence of the average velocity disturbance is observed, but it does not have direct relation with the bistable switch. The change in the average velocity level, in this case, is the result of the switching modes influence from the change in the wakes. The bistability is observed also in pressure fluctuation, similar to the behavior obtained with velocity fluctuations in the literature. Comparing the two numerical methods were observed good agreement in the results obtained using URANS with model k ω - SAS in relation to those observed with LES, being possible to predict the main behaviors, even with the application of wall law in the region between cylinders for the URANS simulation.

A pesquisa voltada para a retroanálise de taludes de mineração está se tornando cada vez mais importante. As dimensões das atuais cavas de mineração visam sempre obter a melhor relação entre custo, benefício e segurança. Isso exige que por vezes o trabalho ocorra próximo destes limites. Neste trabalho o estudo de retroanálise consiste em um talude misto composto por aluvião e rocha em uma mineração de carvão localizada no município de Arroio dos Ratos, RS. O objetivo foi realizar um estudo de retroanálise onde se utilizou dois métodos de análise método dos Elementos Finitos (MEF) e o método do Equilíbrio Limite (EL). A metodologia adotada foi dividida em três fases: uma etapa de campo, para coleta do material e dados geométricos do talude, uma etapa de laboratório para caracterizar todo o material e a última etapa computacional onde foram gerados os modelos e simulações numéricas através dos softwares comerciais da empresa RocScience, sendo eles o SLIDE e o RS2. Os resultados encontrados mostraram que a porção do talude composta por aluvião apresentava seis camadas intercaladas de areias bem graduadas e argilas de média a alta plasticidade. Em relação as simulações, observou uma diferença entre o MEF e EL devido ao grande número de camadas presentes no talude e a interação entre elas. Foram criados quatro diferentes cenários para observar o comportamento do talude, com presença e ausência de água. O MEF mostrou uma superfície de ruptura próxima a encontrada porem com a presença de água o Fator de Segurança (FS) sofreu uma grande depreciação. O EL considerou uma superfície de ruptura satisfatória, nas simulações com presença de água FS sofreu uma depreciação mínima mesmo com máxima saturação de água no talude. Apesar das diferenças ambos os métodos são confiáveis mas devem ser usados de forma adequado ao tipo de problema existente. Situações mais simples e com taludes mais homogêneos o EL trona-se mais indicado, para problemas de maior complexidades e interações entre camadas o MEF se mostrou satisfatório e com boa resposta. O resultados através do MEF se aproximaram mais da situação real encontrada em campo. / A research focus on retro analysis on mine slopes is becoming increasingly important. The dimensions of current mining caves aim to always obtain the best cost benefit ratio as well as the highest safety level. This demands that the work sometimes is done within these limits. In this paper the study of retro analysis is made up of a mixed slope composed of alluvial and rocks, in a coal mine in Arroio dos Ratos, RS. The goal was to carry out a retro analysis study using two analysis methods: The Finite Element Method (FEM) and Limit Equilibrium analysis (LE). The methodology adopted was split into three phases: a field stage for the sample collection and slopes geometric , a laboratory stage to classify all the material and a final computacional stage were model and numerical simulations were created by way of commercial software, Slide and RS2, by RocScience. The results showed that the portion of the slope composed of alluvium had six layers interspersed with well graded sands and high plasticity clays. The simulations observed a difference between the FEM and LE due to the number of layers present in the slope and the interaction among them. Four different scenarios were created in order to observe the behavior of the slope. The FEM presents surface failure similar to one found in the field. The LE always takes into consideration the overall critical surface which is not observed in the field, it also show high security factor levels above one 1.3 that does not reflect a real situation since the slope is collapsed. In spike of the differences, both methods are reliable but they must be used according to the existing problems. For simpler situations with homogeneous slopes LE is recommended while move complex problems and interactions among lawyers calls for FEM.