A falha devido à ocorrência de fadiga térmica de materiais utilizados como ferramentas para trabalho a quente é identificada durante serviço e ocorre devido ao acúmulo de dano localizado. O aço AISI H13 é comumente utilizado em ferramentas para a conformação a quente devido à sua boa tenacidade à fratura e resistência ao desgaste, e considerável resistência à perda de dureza a quente. Este trabalho teve como motivação estudar a relação entre a microestrutura do aço H13 e os carregamentos térmicos e mecânicos, que possam levar à falha de ferramentas para forjamento a quente. Para este estudo, fez-se uso de meios computacionais (simulação numérica) aliados aos conhecimentos de caracterização microestrutural e do comportamento mecânico dos materiais. Nesta abordagem, elabora-se uma malha na microestrutura do referido aço no software OOF2®, do NIST, e as análises são feitas a partir da aplicação do método dos elementos finitos com o emprego do software Abaqus®. Com isso, torna-se possível examinar o efeito de aspectos microestruturais, como a influência dos precipitados, na ocorrência de tensões e de deformações na microestrutura de forma a obter um mapeamento de regiões críticas ao dano e à falha na ferramenta de forjar a quente. Os estudos são baseados e comparados com trabalhos já publicados, e simulam carregamentos e variações de temperatura no material em questão de modo a verificar as condições que favorecem a nucleação de trincas por fadiga térmica. Como principais conclusões e contribuições obtidas da análise realizada, podem ser destacadas: (i-) as regiões críticas que vêm a propiciar a nucleação de trincas térmicas são os precipitados e as interfaces; (ii-) no campo de tensões, a propriedade das fases que exerce a maior influência é o módulo de elasticidade; (iii-) os diferentes coeficientes de expansão térmica das fases geram deformações térmicas mais elevadas e tensões compressivas nas interfaces; (iv-) as deformações térmicas nos precipitados são superiores às da matriz devido à influência no campo de tensões; (v-) em termos de tensões térmicas, o momento do ciclo térmico mais crítico para a matriz é o resfriamento; e (vi-) ao passo que, nos precipitados, a etapa mais crítica é o aquecimento. / Failure due to thermal fatigue can occur in hot working tool materials and its onset takes place in the regions where the highest stress and strain are reached. AISI H13 steel is often used as a hot working tool since it has good toughness and wear resistance, and also a sensible resistance to loss of hot hardness. This study was carried out by means of finite element method (FEM) combined with microstructural characterization and mechanical behavior of materials analysis. According to this approach, H13 steel microstructure, in which carbides could be observed, was meshed by means of OOF2® (NIST). Moreover, the ABAQUS® commercial FEM software was used to simulate thermal and mechanical loading applied in the tool throughout mechanical processing. The conducted analysis allowed to observe the effect of precipitates on stress-strain distribution at different temperatures and loads. Hence, critical regions, in which damage could be favored as well failure onset in the microstructure of the hot forging tool, are displayed. The investigation was based on and compared to literature results and it showed that it can be possible to design the microstructure of hot forging materials, in which an improvement in the thermal fatigue resistance could be improved. The main remarks and conclusions of this work are as follows: (i-) precipitates and interfaces are preferential regions to nucleation and growth of cracks, and they seem to work as stress concentrators; (ii-) modulus of elasticity of phases has the strongest influence in the stress fields of the microstructure; (iii-) the mismatch between thermal expansion coefficients of the phases leads to compressive stresses on interfaces and also the highest thermal strain; (iv-) thermal strains are higher on the precipitates than on the steel matrix; (v-) elastic-plastic properties of steel matrix influenced on thermal cycles. In addition, cooling is the most critical condition of thermal stresses by analyzing each thermal cycle in this phase; and (vi-) whereas the precipitates have elastic behavior, and the most critical step is the heating, in which the maximum temperature of the cycle is reached.

O incêndio florestal é uma complexa combinação da energia liberada na forma de calor devido à combustão dos produtos oriundos da pirólise da vegetação e o transporte dessa energia para o ar e para a vegetação à sua volta. O primeiro é o domínio da química e ocorre na escala de moléculas e o segundo é o domínio da física e ocorre em escalas de até quilômetros. É a interação desses processos sobre uma ampla gama de escalas temporais e espaciais envolvidas no incêndio florestal que faz a modelagem do seu comportamento uma tarefa tão difícil. A propagação do incêndio através de vegetação rasteira e folhas mortas foi simulada numericamente usando a formulação física do WFDS. A abordagem utilizada foi tridimensional e transiente, e baseada em uma descrição dos fenômenos físicos que contribuem para a propagação de um incêndio de superfície através de uma camada de combustível. Neste cenário de incêndio, existem duas regiões: vegetação e ar, cada uma com suas propriedades físicas e químicas e, embora elas precisem ser integradas no mecanismo de solução, há diferentes fenômenos que ocorrem em cada uma. Na região de vegetação, a abordagem é representá-la como partículas submalha cercadas de ar. O caráter heterogêneo da vegetação, como sua natureza, folhagens, pequenos galhos, etc. foi levado em conta usando propriedades físicas médias características da floresta amazônica. Os fenômenos na região de vegetação são a evaporação da sua umidade, a pirólise e a transferência de calor por radiação e por convecção. Na região do ar, a combustão com chama ocorre em um ambiente turbulento, onde as transferências de calor por radiação e por convecção desempenham um papel significativo. Para incorporar a radiação dos gases de combustão, o modelo físico emprega o método de volumes finitos, que resolve a equação de transferência de calor por radiação como uma equação de transporte para um número finito de discretos ângulos sólidos, e que pode ser usado em uma ampla faixa de espessuras óticas e meios participantes. A combustão turbulenta para a fase gasosa é modelada com base no modelo Eddy Dissipation Concept (EDC). O modelo de combustão turbulenta adota a hipótese de reação química infinitamente rápida entre o combustível e o ar e é controlado apenas pela velocidade de mistura desses reagentes. Esse modelo representa bem a física de incêndios em ambientes ventilados, como é o caso dos incêndios florestais. Para incluir os efeitos do transporte turbulento é utilizado o método Large Eddy Simulation (LES), que calcula explicitamente as grandes estruturas turbulentas, mas trata a dissipação e a cascata inercial em escalas menores usando aproximações na escala submalha. As regiões de vegetação e ar trocam massa e energia. O comportamento da mistura gasosa resultante da degradação térmica da vegetação e das reações de combustão é regido pelas equações de Navier-Stokes. As equações que regem os modelos físicos são formuladas como equações diferenciais parciais que são resolvidas por métodos numéricos. O método utilizado para discretização das equações é o método de diferenças finitas em malha deslocada. O modelo numérico utilizado resolve as equações de Navier-Stokes para fluidos compressíveis usando o filtro de Favre. A dissipação de energia cinética é obtida através de um fechamento simples para a tensão turbulenta: o modelo de coeficiente constante de Deardorff. O transporte turbulento de energia e massa é contabilizado pelo uso, respectivamente, de números de Prandtl e de Schmidt turbulentos constantes. Os resultados das simulações do modelo físico descrito foram comparados aos dados experimentais obtidos em campo para a propagação do incêndio na floresta amazônica. Apesar da idealização das condições de combustível, vento e as incertezas dos dados experimentais, as previsões do modelo estão na mesma ordem de grandeza dos experimentos. As taxas de propagação do incêndio experimentais variam de 0,12 +/-0,06 a 0,35+/-0,07 m/min. Mesmo considerando-se o desvio padrão da taxa de propagação do incêndio experimental, os valores das taxas simuladas ficaram dentro do erro experimental somente em dois de sete casos. As simulações mostraram que os parâmetros importantes para o modelo são a área superficial por volume da vegetação, sua massa específica aparente e sua umidade. Como o coeficiente de absorção por radiação é função direta da massa específica aparente e da área superficial por volume da vegetação, esses parâmetros afetam o comportamento numérico do incêndio de superfície. De acordo com os resultados das simulações numéricas, a umidade da vegetação também tem importância no incêndio de superfície. A temperatura inicial da vegetação e a umidade do ar na faixa de variação analisada não influenciam a taxa de propagação do incêndio. As simulações também mostraram que o processo de radiação é muito importante, e afeta diretamente todos os demais processos e a taxa de propagação do incêndio. A convecção tem importância muito menor que a radiação na condição de ausência de vento externo. A coerência das taxas de propagação do incêndio experimental e numérica em função da massa específica aparente de material combustível e da umidade da vegetação foi investigada. O modelo numérico é coerente em todas as nove combinações de casos. Já o experimento é coerente em quatro combinações. Com base nas comparações entre cada dois casos experimentais e as respectivas simulações numéricas, nota-se que as taxas de propagação a partir das simulações numéricas foram mais coerentes que as experimentais. / Forest fire is a complex combination of energy released as heat due to the combustion of the products from the vegetation pyrolysis and the transport of this energy to the surrounding air and vegetation. The first is the domain of chemistry and occurs on the molecular scale, and the second is the domain of physics and occurs at scales up to kilometers. It is the interaction of these processes on a wide range of temporal and spatial scales involved in forest fires that makes modeling its behavior such a challenging task. The spread of fire through small plants and dead leaves was simulated numerically using WFDS physical formulation. The approach used was three-dimensional and transient, based on a description of the physical phenomena that contribute to the spread of a surface fire through a layer of fuel. In this fire scenario, there are two regions: vegetation and air, each one with its physical and chemical properties and, although they need to be integrated into the solution mechanism, there are different phenomena that occur in each one. In the vegetation region, the approach is to represent it as subgrid particles surrounded by air. The heterogeneity of the vegetation, such as its nature, leaves, twigs, etc. was taken into account by using average physical properties that are representative of the Amazon forest. The phenomena in the vegetation region are the evaporation of its moisture, pyrolysis, heat transfer by radiation and convection. In the air region, the flaming combustion occurs in a turbulent environment, and heat transfer by radiation and convection play a significant role. To incorporate the radiation from the combustion gases, the physical model employs the finite volumes method, solving the radiation transfer equation as a transport equation for a finite number of discrete solid angles, which can be used in a wide range of optical thicknesses and participating media. Turbulent combustion for the gaseous phase is modeled using the Eddy Dissipation Concept (EDC) model. The mixing controlled turbulent combustion model adopts the assumption of infinitely fast chemical reaction between the fuel and air. This model represents well the fire physics in ventilated areas, as is the case of forest fires. To include the turbulent flow effects, it is used the Large Eddy Simulation (LES) method, which explicitly calculates the large turbulent structures, but models the dissipation and inertial cascade using approximations in the sub-grid scale. The vegetation and air regions exchange mass and energy. The behavior of the gas mixture resulting from the vegetation thermal degradation and combustion reactions is governed by the Navier-Stokes equations. The equations governing the physical model are formulated as partial differential equations, which are solved by numerical methods. The method used for discretization of the equations is the finite difference method on a staggered grid. The numerical model solves the Navier-Stokes equations for compressible fluids using the Favre filter. Dissipation of kinetic energy is achieved through a simple closure for the turbulent stress: the constant coefficient Deardorff model. The turbulent transport of heat and mass is accounted for by use of constant turbulent Prandtl and Schmidt numbers, respectively. The physical model simulation results were compared to experimental data obtained in the field for the spread of fire in the Amazon forest. Despite of the idealized conditions of fuel, wind and the uncertainties of the experimental data, the model predictions and the experiments are in the same order of magnitude. Experimental rate of spread range from 0.12 +/- 0.06 to 0.35 +/- 0.07 m/min. Even considering rate of spread experimental standard deviation, simulated rate values were within experimental error only in two of seven cases. The simulations showed that the important parameters for the model are the vegetation surface area to volume ratio, its bulk density and moisture. As the radiation absorption coefficient is a direct function of vegetation bulk density and surface area to volume ratio, these parameters affect the numeric behavior of the surface fire. According to the numerical simulations results, vegetation moisture is also important in the surface fire scenario. Vegetation initial temperature and air humidity in the range analyzed does not influence the rate of spread. The simulations also showed that the radiation process is very important and directly affects all other processes and rate of spread. Convection heat transfer has much less significance than radiation heat transfer in the absence of external wind. The consistency of the experimental and numerical rate of spread, as a function of combustible material bulk density and vegetation moisture was investigated. The numerical model is consistent in all nine case combinations. The experiment is consistent in four cases. Based on comparisons between each two experiments and their numerical simulations, it is noted that the rate of spread variation from the numerical simulation is more consistent than the experimental one.

O objetivo principal deste trabalho é a paralelização de um modelo global de previsão do tempo em diferenças finitas com refinamento local. Este é baseado nas equações primitivas, e faz uso de uma discretização semi-Lagrangiana e semi-implícita em três níveis no tempo em uma malha de Lorenz na vertical e uma malha do tipo C de Arakawa na horizontal. A discretização horizontal é feita através de diferenças finitas de segunda ordem. A equação escalar elíptica tridimensional resultante é desacoplada em um sistema de equações bidimensionais do tipo Helmholtz, o qual é resolvido por meio de um método multigrid. O modelo de paralelização foi desenvolvido para máquinas com memória distribuída, fazendo uso de MPI para passagens de mensagens e baseado em técnicas de decomposição de domínio. O acoplamento apenas local dos operadores de diferenças finitas viabiliza a decomposição em duas direções horizontais. Evitamos a decomposição vertical, tendo em vista o forte acoplamento nesta direção das parametrizações de fenômenos físicos. A estratégia de paralelização foi elaborada visando o uso eficiente de centenas ou alguns milhares de processadores, dependendo da resolução do modelo. Para tal, a malha localmente refinada é separada em três regiões: uma grossa, uma de transição e uma fina, onde cada uma delas é dividida de forma independente entre um número de processadores proporcional ao número de pontos que cada uma armazena, garantindo assim um balanceamento de carga adequado. Não obstante, para resolver o sistema de equações bidimensionais do tipo Helmholtz foi necessário mudar a estratégia de paralelização, dividindo o domínio unicamente nas direções vertical e latitudinal. Ambas partes do modelo com paralelizações diferentes estão conectadas por meio da estratégia de transposição de dados. Testamos nosso modelo utilizando até 1024 processadores e os resultados ainda mostraram uma boa escalabilidade. / The main goal of this work is the parallelization of a weather prediction model employing finite differences on locally refined meshes. The model is based on the primitive equations and uses a three-time-level semi-implicit semi-Lagrangian temporal discretization on a Lorenz-type vertical grid combined with a horizontal Arakawa C-grid. The horizontal discretization is performed by means of second order finite differences. The resulting three-dimensional scalar elliptic equation is decoupled into a set of Helmholtz-type two-dimensional equations, solved by a multigrid method. The parallelization has been written for distributed-memory machines, employing the MPI message passing standard and was based on domain decomposition techniques. The local coupling of the finite difference operators was exploited in a two-dimensional horizontal decomposition. We avoid a vertical decomposition due to the strong coupling of physical parameterization routines. The parallelization strategy has been designed in order to allow the efficient use of hundreds to a few thousand processors, depending on the model resolution. In order to achieve this, the locally refined mesh is split into three regions: a coarse, a transition and a fine one, each decomposed independently. The number of allocated processors for each region is proportional to the number of the grid-points it contains, in order to guarantee a good load-balancing distribution. However, to solve the set of Helmholtz-type bidimensional equations it was necessary to change the parallelization strategy, splitting the domain only in vertical and latitudinal directions. Both parts of the model with different parallelizations are related by means the data transposition strategy. We tested our model using up to 1024 processors and the results still showed a good scalability.

O presente trabalho refere-se à modelagem fenomenológica da transferência de movimento das bolhas de ar para o meio líquido, simulação com integrações numéricas de Equações Diferenciais Parciais (EDP\'s) e comparação com resultados experimentais de viscosidades turbulentas. Esse tipo de modelo com transporte turbulento se faz necessário para avaliar a natureza dos escoamentos, seja em situação enquanto em monitoramento de recursos hídricos ou em operações nos tratamentos de efluentes líquidos. Foram obtidas soluções para o caso laminar e turbulento considerando modelo kappa-epsilon para um volume de controle com geometria cartesiana bidimensional. O método de resolução das equações parciais usado foi o dos volumes finitos. Os valores das viscosidades turbulentas calculadas convergiram com valores muito próximos dos encontrados experimentalmente num período de tempo de 5 (cinco) segundos, após esse período de tempo, os resultados divergiram muito dos experimentais, mesmo com grande refino de malha, o que sugere mudança de estratégia na proposição do modelo de turbulência. / The present work refers to the phenomenological modeling of the air bubbles transfer movementto the liquid phase, numerical simulation with integrations of Ordinary Differential Equations (ODEs) and Partial Differential Equations (PDE\'s), compared with experimental results. Such models contribute to the turbulent transport, which are needed to assess the nature of the flows, in situations while monitoring water resources or in operations of wastewater treatment. Solutions were obtained considering the case laminar or turbulent using kappa-epsilon model. The calculated kinematic viscosities values diverged greatly from experimental results, suggesting the necessity of strategy changes in the proposed turbulence model.

Os sedimentos transportados por cursos de água, quando depositados nos reservatórios, podem lhes causar danos, como redução do seu volume de água, prejuízos à navegação, danificação de turbinas e bloqueio de tomadas de água e comportas. Para que medidas preventivas possam ser tomadas nesse sentido, a capacidade de predizer taxas de sedimentação e sua distribuição não-uniforme em reservatórios é muito importante, ainda em sua fase de projeto. Este trabalho compreende a construção e o assoreamento de uma armadilha de sedimentos em laboratório, bem como a utilização de um programa computacional para reprodução numérica do assoreamento. A comparação satisfatória entre resultados experimentais e simulados, tanto para o padrão do escoamento no interior da armadilha quanto para a deposição de sedimentos, permitiu avaliar o programa MIKE 21C como ferramenta útil no estudo e na estimativa do assoreamento de reservatórios / Sediment transport in alluvial rivers may cause serious problems to reservoirs, such as decrease in storage volume, impairment of navigability, damage to hydropower turbines, and blockage of gates and intakes. The capacity of predicting sedimentation and its non-uniform distribution inside reservoirs is very important, still in their phase of planning and design. This work comprehends the construction of a sand trap in a laboratory and its experimental sedimentation, as well as the use of a computational program to reproduce numerically the experiment. The satisfactory comparison between experimental and numerical results, for the flow pattern inside the trap and for the sediment deposition, validated the program MIKE 21C as a useful tool in the study and prediction of reservoir sedimentation

O fenômeno da transferência de massa entre dois meios é altamente dependente da concentração do componente a ser transferido e da velocidade na camada limite de troca. A medida de velocidade na superfície da água em uma interface ar/água ainda não é realidade devido a falta de instrumental adequado. Procurando sanar este obstáculo, esta pesquisa propôs o desenvolvimento de uma sonda ótica para medida de turbulência na superfície da água em um tanque agitado por grade oscilante. O funcionamento desta sonda foi investigado e suas medidas comparadas a medidas realizadas pelo instrumento microADV, de forma a verificar se o parâmetro medido pelo novo instrumento era relacionado à componente vertical da velocidade próximo à superfície. O comportamento do escoamento no tanque foi modelado com o uso do software Open-FOAM, visando uma maior compreensão do fenômeno. A pesquisa resultou na modelação do escoamento e no desenvolvimento de um dispositivo auxiliar que possibilita o uso do microADV em medidas próximas à superfície livre. A comparação das medidas adquiridas pela sonda ótica e microADV mostram que, apesar de as medidas da sonda terem relação com a turbulência no tanque, este parâmetro turbulento apresenta fraca correlação com a medida da componente vertical da velocidade. / The mass transfer phenomena is highly dependent on the concentration of the component to be transferred and the velocity on the exchange layer. The velocity measurement at the surface of the water in an air / water interface is not yet a reality due to lack of appropriate instruments. In order to overcome this obstacle, this research proposed the development of an optical probe to measure turbulence on the surface of water in an oscillating grid tank. We investigated the operation of the proposed probe comparing its measurements to measurements made by microADV to check the relation between the parameter measured by the new instrument and the vertical velocity near to the surface. The flow behavior in the tank was MODELLED using the software OpenFOAM seeking a greater understanding of the phenomenon. The research resulted in the modeling of the flow in the tank and the development of an auxiliary device that allows the use of microADV in near-surface measurements. Although the probe measurement have relation with the turbulence in the tank, the comparison of measurements acquired by the optical probe and microADV shows the turbulent parameter presenting weak correlation to the measurement of the vertical velocity.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-05T14:15:06Z No. of bitstreams: 2 TESE Nayra Vicente.pdf: 6766112 bytes, checksum: f86cc3020d7d4206f08a4438b250092c (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T14:15:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Nayra Vicente.pdf: 6766112 bytes, checksum: f86cc3020d7d4206f08a4438b250092c (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-04-30 / PRH-26, Agência Nacional de Petróleo, Petrobrás S/A / Compactação é um mecanismo relevante em muitos problemas da engenharia geotécnica e de reservatórios, no qual as deformações do meio poroso e o deslocamento dos fluidos no seu interior estão diretamente relacionados. Na indústria de petróleo este mecanismo tem sido abordado devido aos eventos ocorridos no passado que trouxeram grandes consequências econômicas (ex. Mar do Norte - Ekofisk). A compactação, em alguns trabalhos, é apontada como um fenômeno geomecânico resultante de processos físico-químicos na interação rocha mineral-fluido. Neste caso, o fluido é um agente de degradação que enfraquece rocha/solo e compromete seu comportamento mecânico segundo a resistência e rigidez, como caracterizado no efeito water-weakening. Apesar de ser um assunto ainda em discussão, alguns estudos apontam a pressão capilar (sucção) como um parâmetro chave da interação rocha-fluido para este “enfraquecimento”. Além da ação capilar outros mecanismos têm sido utilizados para explicar o fenômeno water-weakening na circunstância da compactação e subsidência, como o intemperismo químico. No entanto, para o entendimento de problemas que envolvem múltiplas físicas é necessário modelos matemáticos capazes de representar os processos simultâneos que ocorrem neste problema. Neste contexto, estudam-se aqui problemas acoplados hidro-mecânico e hidro-mecânico-químico envolvendo o mecanismo de compactação capilar e química pelo efeito do enfraquecimento do solo/rocha devido às interações rocha fluido, abrangendo o fenômeno water-weakening. Para modelar numericamente este enfraquecimento, variáveis associadas à capilaridade e ao processo químico serão consideradas na relação tensão-deformação do modelo constitutivo mecânico. A ferramenta numérica utilizada para as simulações foi o código em elementos finitos CODE-BRIGHT (COupled DEformation BRIne Gas and Heat Transport), formulado para problemas acoplados THMC (termo-hidro-mecanico-quimico). Como modelo constitutivo adotou-se o BBM (Modelo Básico de Barcelona), que é um modelo elasto-plástico que considera o efeito da sucção, introduzindo uma modificação para descrever as deformações plásticas decorrentes do efeito químico, representando a degradação química. Esta proposta foi baseada no modelo químico-elastoplástico de Castellanza e Nova (2004), aplicados a rochas e solos cimentados. Para validação do modelo proposto foram simulados ensaios divulgados na literatura. O modelo foi utilizado também para analisar um exemplo de compactação em reservatório de petróleo e aquífero, no qual foi possível observar que as deformações irreversíveis podem ocorrer tanto devido ao efeito da pressão (pressão capilar/sucção) e estado de tensão bem como, pelo ataque químico aos minerais.

Com o avanço tecnológico dos computadores e o desenvolvimento de programas de simulação de fluidos, propiciando resultados cada vez mais sofisticados e eficazes, ocorreu uma redução significativa no tempo e nos custos computacionais para conceber veículos mais seguros e com menos agressão ao meio ambiente, devido ao seu menor consumo de combustível. Contudo, mesmo com o uso da Dinâmica dos Fluidos Computacional bastante disseminado, ainda são divergentes as informações sobre o nível de concordância esperado entre os resultados obtidos, por meio da simulação, quando comparada com os resultados medidos experimentalmente. Este trabalho apresenta uma sequencia metodológica para determinação das forças de arrasto sobre um veículo de transporte de pessoas (ônibus), de maneira a transmitir a compreensão dos fenômenos que envolvem o problema, a sequencia necessária de simulações e conceitos que devem ser atribuídos para obtenção de respostas coerentes. Primeiramente é abordada a análise de problemas com respostas experimentais disponíveis e assim validando a metodologia de simulação para cada parâmetro abordado, domínio, malha, discretização da camada limite e modelos de turbulência. Com base nas definições destes parâmetros são realizadas as simulações de um problema em escala real do escoamento de fluidos sobre um ônibus. A metodologia empregada para estimar os parâmetros de simulação é apresentada em forma de uma sequencia de cálculos, de fácil utilização. Os resultados demonstram que o uso do método numérico na criação de veículos pode ser ampliado, com significativa redução de ensaios experimentais. A análise numérica apresentada ratifica a metodologia numérica como importante ferramenta para aprimorar o projeto de veículos, com menor coeficiente de arrasto e maior estabilidade aerodinâmica, com isto proporcionando a redução do consumo de combustível, somados com benefícios secundários significativos, tais como, baixo acúmulo de sujeira, melhorando a visibilidade, ruído aerodinâmico reduzido e até menor fadiga do condutor. / The technological advancement of computers and the development of fluid simulation software providing results increasingly sophisticated and effective, has resulted in a significant reduction in time and computational cost to develop safer vehicles with less harm to the environment due to its lower fuel consumption. However, even with quite widespread Computational Fluid Dynamics use, there is still conflicting information on the expected level of agreement among the results obtained by simulation, when compared with the experimentally measured results. This work presents a methodological sequence to determine the drag force on a vehicle for people transportation (bus ), in order to convey the understanding of phenomena involving the problem , the required sequence of simulations, and concepts that should be assigned to obtain coherent answers. At first, one approaches the analysis of problems with available experimental answers, thus validating the simulation methodology for each parameter approached, domain , mesh ,discretization of the boundary layer and turbulence models. Based on the definitions of these parameters, simulations of an actual scale problem of fluid flow on a bus are performed. The methodology used to estimate the simulation parameters is presented in the form of a sequence of calculations easy to use. The results show that the use of the numerical method for creating vehicles can be expanded with a significant reduction in experimental tests. The numerical analysis presented confirms the numerical methodology as an important tool to upgrade the design of vehicles, with lower drag coefficient and greater aerodynamic stability, thus providing a reduction of fuel consumption, added to significant secondary benefits, such as low dirt accumulation, improving visibility, reduced aerodynamic noise and even less driver fatigue.

Este trabalho tem como propósito analisar o modelo matemático baseado na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) para o Forjamento em Matriz Aberta (FMA) de tarugos cilíndricos com o intuito de obter um eixo vazado para a utilização em aerogeradores. Foram realizadas simulações computacionais pelo Método dos Elementos Finitos (FEM) com efeito de comparação, utilizando o software Simufact.Forming 11.0. Foi exposto a sequência de cálculos e as interações realizadas para a construção de um modelo matemático a partir da TEP. Esse modelo matemático foi aplicado para os dois primeiros recalques em um tarugo cilíndrico vazado. Ambos os recalques foram executados no processo de Forjamento em Matriz Aberta. Tanto com o procedimento matemático baseado na TEP, quanto na simulação numérica baseado no FEM, foram obtidos os valores de distribuição de deformações, de distribuição de tensões e de forças de compressão requeridos pela prensa de forjamento para ambos os recalques. Com a conclusão dos experimentos físicos foi constatado que os valores das forças obtidos pela Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) e pelo Método dos Elementos Finitos (FEM) variaram aproximadamente entre 5 a 15% em relação aos valores experimentais, possibilitando fazer comparações com variações e alterações na metodologia do processo. Observou-se que as regiões que apresentaram maiores concentrações de deformações equivalentes e tensões na direção z pelo modelo matemático (TEP) coincidiram com as regiões de maiores concentrações encontradas no software de simulação numérica (FEM). Desta forma, estima-se para a geometria estudada que a TEP pode ser empregada como uma ferramenta de simulação eficiente no processo de Forjamento em Matriz Aberta. / This paper aims to analyze the mathematical model based on the Plasticity Elementary Theory (TEP) for the Open Die Forging of cylindrical billets in order to get a hollow shaft for using in wind generator. Computer simulations were performed by the Finite Element Method (FEM) with purpose of comparison, using the software Simufact.Forming 11.0. It was exposed the calculations sequence and performed interactions to make a mathematical model from the TEP. This mathematical model was applied for the first two upsetting in a hollow cylindrical billet. Both upsetting were executed in the process of Open Die Forging. Both the mathematical method based in the TEP as the numerical simulation based in the FEM, it were obtained the value of the strains distribution, the stresses distribution and the compressive force required by the forging press for both upsetting. With the physical experiments concluded, it was found that the forces values obtained by the TEP and by the FEM ranged approximately between 5 and 15% compared to the experimental values, allowing make comparisons with variations and changes in the process methodology. It was observed that regions where showed higher concentrations of equivalent strains and stresses in the z direction by the mathematical model (TEP) coincided with the regions of higher concentrations found numerical simulation software (FEM). It’s demonstrated for the geometry studied that the TEP can be employed as a simulation efficient tool in the process of Open Die Forging.

Escoamentos sobre superfícies côncavas, como os que ocorrem no intradorso de uma pá de turbina, estão sujeitos à instabilidade centrífuga. A esse tipo de configuração atribui-se possibilidade de transição à turbulência devido a formação dos vórtices de Görtler. Estudos são propostos no sentido de identificar possível influência do gradiente de pressão nos mecanismos de desenvolvimento desses vórtices e sua interação com outras perturbações na transição. O processo de investigação dá-se numericamente por meio do desenvolvimento e uso de um código numérico paralelizado e de alta ordem de precisão. Resultados obtidos caracterizam o gradiente de pressão adverso como mais instável se comparado ao caso neutro ou favorável. Variações no gradiente de pressão não se mostram eficientes no processo de controle da instabilidade. Ao gradiente adverso atribui-se antecipação da região de saturação dos vórtices. Ressalta-se ainda a natureza desestabilizadora do gradiente adverso quanto aos mecanismos de amplificação dos modos varicoso e sinuoso associados à instabilidade secundária. / Flows over concave surfaces are subjected to centrifugal instability and may transition to turbulence. Studies are conducted to identify the role of the external pressure gradient on the development of the Görtler vortices and their interaction with other flow disturbances. Numerical simulations are carried out by the development and use of an in-house parallel code with highorder of accuracy. Adverse pressure gradient configurations are observed to be more unstable than the neutral and favourable ones. Pressure gradient variations do not prove to be an efficient way to control the centrifugal instability. The destabilizing behaviour that is observed by the adverse pressure gradient justifies its influence on the anticipation of the saturation of the primary vortices and growth of the sinuous and varicose secondary modes.