O desenvolvimento de métodos que permitam reproduzir numericamente o comportamento el de sistemas estruturais reais tem desa ado cientistas e pesquisadores a abordarem questões que vão além das condições de integridade do sistema. Neste sentido, uma série de novos parâmetros devem ser considerados durante um processo de otimização estrutural, zelando pela con abilidade em níveis aceitáveis enquanto que os custos esperados de falhas sejam minimizados. Aparentemente, os objetivos segurança e economia competem entre si, nesse contexto, a otimização do risco estrutural surge como uma formulação que permite equacionar este problema através do chamado custo esperado total. Nesta Tese, apresenta-se o desenvolvimento de uma técnica precisa para satisfazer os termos que compõem a função custo esperado total, isto é, uma técnica capaz de estimar a con abilidade de sistemas estruturais redundantes pela identi cação dos múltiplos modos de falha de uma maneira mais precisa que os métodos convencionais aproximados e de simulação. Além disso, análises inelásticas de estruturas de aço incluindo as não linearidades físicas e geométricas são consideradas utilizando o MCDG, além de leis constitutivas para prever o comportamento inelástico. Em posse destas informações, o algoritmo calcula o risco como sendo a probabilidade de falha multiplicada pela consequência econômica resultante desta falha. Ao risco são acrescentados os demais custos associados ao sistema estrutural, os quais não dependem dos parâmetros aleatórios do sistema e por isso denominados custos xos. Como produto, tem-se o custo esperado total, o qual corresponde a função objetivo do problema de otimização estrutural. Aplicações numéricas demonstram a precisão e e ciência da metodologia na avaliação da probabilidade de falha de problemas envolvendo funções de estado limite altamente não lineares com múltiplas regiões de falhas, assim como os efeitos causados pelas não linearidades físicas e geométricas nas análises probabil ísticas e na otimização do risco das estruturas. Os resultados demonstraram que, em relação às incertezas e consequências monetárias da falha, a estrutura ótima pode ser encontrada apenas pela formulação da otimização do risco, onde a con guração da estrutura e os limites de segurança são otimizados simultaneamente. A otimização do risco resulta numa estrutura ótima em termos mecânicos, custo esperado total e segurança. / The development of methods that allow to numerically reproduce the actual behavior of real structural systems has challenged scientists and researchers and urged them to address issues that extend beyond the integrity of a system. Therefore, a series of new parameters must be taken into account during the structural optimization process, looking for acceptable reliability levels while minimizing the expected failure costs. Apparently, safety and economy compete with each other, and in this context, structural risk optimization arises as a formulation that allows equating this problem through the so-called total expected cost. In this Thesis, an accurate technique is developed to satisfy the minimization of the total expected cost function i:e:; a technique that allows estimating the reliability of redundant structural systems by the identi cation of multiple failure modes in a more precise way than conventional approximation and simulation methods. Besides, inelastic analysis of steel trusses including both geometric and physical nonlinearities are considered using the generalized displacement control method, in addition to constitutive laws to predict the inelastic behavior. Based on this information, the algorithm calculates risk as the failure probability multiplied by the economic losses resulting from such failure. The other costs associated to the structual system are added to the actual risk and since they do not depend on system's random parameters, they are referred as xed costs. As result, one obtains the total expected cost, which corresponds to the objective function of the structural optimization problem. Numerical applications shows the accuracy and e ciency of the methodology in the evaluation of the failure probability of problems represented by high nonlinear limit state functions with multiple failure regions. It is also included the e ects of geometric and physical nonlinearities originated in the probabilistic analysis and risk optimization of truss structures. Results show that, in consideration of uncertainty and the monetary consequences of failure, the optimum structure can only be found by a risk optimization formulation, where structural con guration and safety margins are optimized simultaneously. Risk optimization yields a structure which is optimum in terms of mechanics and in terms of the compromise between cost and safety.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho apresenta uma modelagem matemática para o processo de aquecimento de um corpo exposto a uma fonte pontual de radiação térmica. O resultado original que permite a solução exata de uma equação diferencial parcial não linear a partir de uma seqüência de problemas lineares também é apresentado. Gráficos gerados com resultados obtidos pelo método de diferenças finitas ilustram a solução do problema proposto. / This work presents a mathematical model for the heating process on a body exposed to a punctual source of thermal radiation. An original result, that allows the construction of the exact solution for a non-linear partial differential equation by solving a sequence of linear problems, is also presented. Graphic images generated from the results obtained through the Finite Difference Method illustrate the solution of the proposed problem.

Submitted by Rodrigo Botelho Dumont null (botelhodumont@hotmail.com) on 2017-02-01T18:36:09Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Rodrigo Dumont FINAL.pdf: 2885082 bytes, checksum: 1ce7aca2f53fea3c38a490103ddb8948 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-06T11:52:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dumont_rb_me_bauru.pdf: 2885082 bytes, checksum: 1ce7aca2f53fea3c38a490103ddb8948 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T11:52:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dumont_rb_me_bauru.pdf: 2885082 bytes, checksum: 1ce7aca2f53fea3c38a490103ddb8948 (MD5) Previous issue date: 2016-12-12 / Os solos não saturados são materiais multifásicos e de comportamento complexo que podem ser encontrados em depósitos de grande espessura onde são construídas as obras de engenharia civil. O entendimento do comportamento tensão-deformação/fluxo desses solos tem sido aprimorado com o desenvolvimento de experimentos e modelos constitutivos que são aplicados para a previsão de comportamentos e análises de desempenho das obras geotécnicas. Tais modelos têm sido utilizados para simular diversos resultados de ensaios de laboratório de solos não saturados compactados, porém, simulações de resultados de ensaios de campo em solos não saturados naturais ainda têm sido pouco exploradas. A proposta deste trabalho é simular numericamente o comportamento Hidro-Mecânico de um solo arenoso não saturado via método de elementos finitos em ensaios de prova de carga em placa. Os parâmetros constitutivos do solo são provenientes de resultados de ensaios de laboratório realizados com controle de sucção. O programa de elementos finitos Code_Bright foi utilizado para a simulação dos resultados dos ensaios das provas de carga em placa realizadas em campo. Os resultados obtidos numericamente demonstraram a capacidade do modelo constitutivo mecânico em reproduzir adequadamente os resultados dos ensaios. A partir dos resultados, constatou-se que os recalques são fortemente afetados pela variação da sucção, demonstrando o comportamento colapsível do solo diante de aplicação de tensões e mudanças de umidade e sucção. O parâmetro constitutivo mecânico po*, tensão de pré-adensamento isotrópica do solo saturado, influencia significativamente o comportamento do solo, assim como a magnitude do colapso por inundação. Os resultados demonstraram a importância da condição não saturada na previsão de comportamento e o quanto tal condição pode afetar o dimensionamento de fundações diretas em solo não saturado de comportamento colapsível. O trabalho oferece informações básicas no tocante à estimativa da tensão admissível considerando a variabilidade sazonal decorrente da sucção no solo. / Unsaturated soils are multiphase materials with complex behavior that can be found in large thickness deposits where civil engineering works are built. The understanding of the stress-strain/flow behavior of these soils has been improved with the development of experiments and constitutive models that are applied to behavior predictions and performance analysis of geotechnical works. Such models have been used to simulate several laboratory test results on compacted unsaturated soils, however, simulation of field test results on natural unsaturated soils have been little explored. This work aims to simulate numerically the Hydro-Mechanical behavior of an unsaturated sandy soil by finite element method in plate loading tests. Constitutive parameters of the soil come from the laboratory test results performed with controlled soil suction. The program Code_Bright was used to simulate plate loading test results. The results showed the capacity of the constitutive mechanical model to reproduce the test results. The settlements are strongly affected by the soil suction variation, demonstrating the collapsible behavior for stress, moisture content or soil suction changes. The constitutive mechanical parameter po*, preconsolidation stress for saturated condition, affected significantly the soil behavior, as well as the magnitude of the collapse by wetting. The results presented the great importance of the unsaturated status of the soil in prediction behavior and how this condition can affect the design of foundations in unsaturated soils with collapsible behavior. This study provides basic information concerning the estimation of admissible stress, taking the seasonal variability due to the soil suction.

Submitted by RODRIGO FRANCISCO BORGES LOURENÇO null (rodrigoborges@unirv.edu.br) on 2017-02-09T19:40:07Z No. of bitstreams: 1 Rodrigo Borges - Finalizado.pdf: 3257098 bytes, checksum: c3df8350bb0c44864dd0a646a065458f (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-02-14T16:25:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lourenco_rfb_me_ilha.pdf: 3257098 bytes, checksum: c3df8350bb0c44864dd0a646a065458f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T16:25:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lourenco_rfb_me_ilha.pdf: 3257098 bytes, checksum: c3df8350bb0c44864dd0a646a065458f (MD5) Previous issue date: 2017-01-24 / São diversos os equipamentos de engenharia que apresentam vibrações mecânicas, e estas podem ser observadas em forma de acelerações, deslocamentos e velocidade. Os primeiros estudos envolvendo vibrações foram direcionados aos fenômenos naturais e modelagem matemática de sistemas vibrantes, então, começou a aplicação desses estudos em equipamentos de engenharia. Vibrações mecânicas, na maioria dos sistemas dinâmicos, são consideradas como algo indesejado e podem ser danosos. Porém, existem situações que são utilizadas para melhorar o funcionamento e desempenho de máquinas. São diversas as causas de vibrações em sistemas de engenharia, neste trabalho, destaca-se as vibrações causadas por impacto. Quando componentes destes sistemas impactam entre si, causando ruídos de curta duração, são caracterizados como sistemas tipo vibro - impacto. Podem ser citados diversos equipamentos com essas características, como rolos compactadores de solo, martelos de impacto, perfuratrizes de solo, etc. Neste trabalho, demonstra-se o comportamento dinâmico de um sistema vibro – impactante. Para análise deste sistema, foram desenvolvidos códigos computacionais, através do software Octave. No diagrama de estabilidade de Lyapunov, verificou-se que, pontualmente o sistema se apresenta de forma estável. A partir da variação da frequência de excitação, foi observado através dos históricos no tempo, espectros de frequência, mapas de Poincaré e planos de fase, um comportamento periódico e estável, com situações diversas de respostas. Ao analisar a evolução temporal dos expoentes de Lyapunov, para todas as condições de velocidade e deslocamento impostas, o sistema se apresentou de forma caótica. Implementou-se um controlador linear ótimo ao sistema, afim de atenuar as vibrações nas regiões de operação nas quais o sistema é instável. Comprovou-se que a estratégia de controle linear ótimo (LQR, do inglês Linear Quadratic Regulator) demonstra eficiência para este tipo de situação e pode ser utilizada na redução de danos, evitando prejuízos econômicos, perdas biológicas e materiais. / There are several engineering equipment’s that present mechanical vibrations, and these can be observed in the form of displacement, acceleration, and speed. The first studies involving were directed to the natural phenomena and mathematical modeling of vibrations systems, then the application of these studies began in engineering equipment. In most dynamic systems Mechanical vibrations are considered to be unwanted and can be harmful. However, there are situations that are used to improve the operation and performance of machines. There are several causes of vibrations in engineering systems. In this work, the vibrations caused by impact are highlighted. For components of these systems impacting each other, causing short - term noise, they are characterized as vibro-impact systems. Various equipment with these characteristics can be mentioned, such as soil compacting rollers, impact hammers, soil drills, etc. In this work the dynamic behavior of a vibro-impacting system is demonstrated. For the computational analysis of this system, were implemented codes using the software Octave. In the Lyapunov stability diagram, is was verified that, the system presents is stable. From the variation of the excitation frequency, a periodic and stable behavior was observed through time histories, frequency spectrump, poincaré maps and phase planes, with different situations of responses. When analyzing the time evolution of the Lyapunov is exponents, for all imposed conditions of velocity and displacement, the system appeared chaotic. An optimum linear controller was implemented in the system in order to attenuate the vibrations in the operating regions in which the system is unstable. It was verified that the Linear Quadratic Regulator (LQR) demonstrates efficiency for this type of situation and it can be used to reduce damages, avoiding economic, biological, and material losses.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um simulador numérico para o transporte convectivo-reativo, não linear, de oxigênio, em oxigenadores de sangue, compostos por fibras ocas. O modelo computacional possui caráter bi-dimensional e obtém para a condição de regime permanente, a condição de saída do sangue, frente a uma condição de entrada especificada. Os parâmetros de entrada do sangue são: vazão, temperatura, pH, PCO2 , PO2 e concentração de hemoglobina. Já os parâmetros de entrada do gás são, basicamente: vazão, temperatura, umidade relativa, frações molares de oxigênio e gás carbônico. O simulador numérico também contempla a simulação do transporte de gás carbônico, uma vez que a afinidade da oxihemoglobina é afetada pelo pH local do sangue, que depende principalmente do conteúdo local de CO2 no sangue. O simulador baseia-se num coeficiente global de transporte de massa obtido a partir de resultados experimentais em sangue bovino. As equações utilizadas para o transporte de oxigênio e gás carbônico estão parametrizadas em função da temperatura, o que permite simular o desempenho do oxigenador em circulações extracorpóreas tanto em normo como em hipotermia. O modelo computacional foi desenvolvido para a geometria de escoamento de sangue externo a um feixe de fibras, com o gás escoando no interior das mesmas, com uma única passada de ambos os fluidos. O modelo foi aplicado para dois tipos de geometrias: feixe de fibras alinhadas e feixe de fibras em quicôncio. Adicionalmente, avaliou-se a viabilidade da predição do transporte de massa no sangue, calibrando-se o simulador numérico a partir de ensaios em água. Como principais resultados do trabalho desenvolvido, temos: 1) A modelagem utilizada para o transporte convectivo-reativo no sangue mostrou ser adequada para a calibração do simulador numérico desenvolvido. Desta forma, obteve-se uma estimativa precisa dos coeficientes locais de transporte de massa para o oxigênio e o gás carbônico. 2) A obtenção da distribuição de pH, ao longo do oxigenador, demonstrou que valores de pH alcalino elevado são observados no trajeto do sangue, na vizinhança do local de entrada de gás. 3) O simulador numérico obtido pode ser utilizado como uma ferramenta computacional de auxílio no projeto de oxigenadores de sangue. 4) Os testes com água são pouco eficientes na calibração do simulador, uma vez que, para isto, é necessário o conhecimento das difusividades de oxigênio e gás carbônico no sangue, as quais são modificadas pela ocorrência de intensificação. / A numeric simulator was developed to predict the non-linear, convective-reactive, oxygen transport in hollow fibers blood oxygenators. The bidimensional computational model calculates, at the steady state condition, the blood outlet for a specified inlet condition. The blood flow inlet parameters taken into account are: flow, temperature, pH, PCO2 PO2 and hemoglobin concentration. The gas flow inlet parameters are: flow, temperature, relative humidity, molar fractions of oxygen and carbonic gas. The numeric simulator also simulates the CO2 transport, as the oxyhemoglobin affinity is affected by the pH local value, which depends mostly on CO2 local blood content. The simulator is calibrated against experimental data which allows the determination of the global mass transport coefficient for oxygen and CO2. Oxygen and CO2 blood content equations are explicitly temperature dependent to allow the simulation of both normothermic and hypothermic cardiopulmonary bypass. The computational model was tested for in-line and staggered fibers bundles. In addition, it was evaluated the advantages of simulator calibration from water tests. The principal results are: 1) The convective-reactive transport modeling showed to be adequate to the calibration of the numeric simulator. 2) Local values for pH, PCO2 and PO2 were obtained along the blood path. This analysis shows that very alkaline pH values occur at the blood path at the gas inlet side of the fiber bundle. 3) The numeric simulator can be used as a computational tool to support blood oxygenators development. 4) The water tests are not effective in the prediction of blood mass transport once different values for the oxygen and CO2 blood diffusivities were used to correlate blood-water results according to fiber bundle type, which is in agreement with other results, that point out that, at blood, intensification phenomena modifies blood gases diffusivities.

Este trabalho apresenta a caracterização geoambiental de solos de uma área contaminada, localizada no município de Santo André, Estado de São Paulo, Brasil. O objetivo foi determinar parâmetros experimentais para permitir o estudo de alguns aspectos do transporte do pesticida organoclorado Hexaclorociclohexano (HCH). A área de estudo contém células com cerca de 30.000 toneladas de um material contendo HCH em elevadas concentrações. As investigações de campo demonstram que há concentrações de HCH na água subterrânea. Em 2011, foram coletadas amostras deformadas e indeformadas de solo em quatro diferentes pontos superficiais da área contaminada, e posteriormente uma amostra composta da camada de solo de alteração de rocha (SAR), a fim de responder a questionamentos quanto à mobilidade do contaminante na área. A caracterização geoambiental, baseada em ensaios laboratoriais, foi realizada por meio das seguintes análises: análise granulométrica, limites de Atterberg, densidade específica, porosidade, umidade do solo, curva de retenção de água no solo, condutividade hidráulica, ensaio de adsorção, pH, condutividade elétrica, capacidade de troca catiônica (CTC), teor de matéria orgânica e teor de voláteis. O solo superficial da área é heterogêneo e a capacidade de adsorção dos solos analisados foi menor do que o esperado. Esta caracterização subsidiou o estudo de fluxo e transporte do HCH, por meio de simulação numérica, utilizando o programa Hydrus 1D. As simulações tiveram dois objetivos diferentes: no primeiro foi avaliado os resultados da simulação em comparação à situação atual no campo; no segundo foi avaliada a sensibilidade do transporte em função da alteração dos parâmetros obtidos experimentalmente Ks; Kd; s e (Van Genuchten); e dos parâmetros obtidos na literatura. Os resultados permitiram concluir que o modelo Hydrus 1D consegue representar a contaminação do HCH no solo. O parâmetro de degradação na água foi essencial para chegar em ordens de grandeza de concentrações próximas das identificadas em campo. Os parâmetros de degradação, difusividade, dispersividade e condutividade hidráulica são os que mais afetam os resultados finais de concentração do HCH na água subterrânea e, portanto, merecem atenção maior durante as futuras investigações. / This paper presents the geoenvironmental characterization of soils from a contaminated site, located in Santo André, São Paulo State, Brazil. The objective was to determine experimental parameters to allow the study of some aspects of transport of the organochlorine pesticide hexachlorocyclohexane (HCH). The study site contains trenches with about 30,000 tons of a material containing high concentrations of HCH. The site investigations show that there are HCH concentrations in groundwater. In 2011, disturbed and undisturbed soil samples were collected at four different surface points of the contaminated site, and then a sample of soil from rock alteration layer (SAR) was also composed for characterization in order to answer questions concerning the mobility of contaminant in the site. The environmental characterization based on laboratory tests, was performed by the following analyzes: grain size distribution, Atterberg limits, specific gravity, porosity, moisture content, water retention curve, hydraulic conductivity, pH, electrical conductivity, cation exchange capacity (CEC), organic matter content and volatile content. The surface soil of the area is heterogeneous and the adsorption capacity of the soils analyzed were lower than expected. This characterization allowed the study of flow and transport of HCH through numerical simulation using the Hydrus 1D software. The simulations had two different goals, the first was evaluated the simulation results compared to the current situation in the field. In a second step the sensitivity of transport due to the change of the parameters obtained experimentally Ks; Kd; s and (Van Genuchten); and parameters obtained from the literature. The results showed that the Hydrus 1D model simulates HCH contamination in soil. Water degradation parameter was essential to get orders of magnitude similar to those identified in field concentrations. The degradation, diffusivity, hydraulic conductivity and dispersivity parameters are those that most affect the final results of concentration of HCH in groundwater and therefore deserve more attention in future investigations.

São realizadas análises teóricas e experimentais do atrito nos processos de forjamento a frio, através do ensaio de compressão do anel. Os modelos de atrito de Amonton-Coulomb (μ), atrito interfacial (m) e de Levanov (f) são investigados com auxílio de softwares comerciais de simulação de processos de forjamento. Diferentes condições de lubrificação foram aplicadas para o aço baixa liga 16MnCr5 e a liga de alumínio AA6351 nas condições recozido e encruado. O atrito foi analisado, utilizando os softwares MSC.Superforge e Qform, em função dos resultados obtidos e as condições de lubrificação e estado do material. Valores paramétricos do atrito adquiridos através de correlação teórico-experimental são condizentes com a literatura, indicando a relação do atrito com o material de trabalho, inclusive com seu grau de encruamento. Os modelos de atrito m e f apresentaram maior sensibilidade com relação ao estado do material. / Experimental and theoretical analyses of friction in cold forging process are evaluated by means of the ring compression test. Friction models from Amonton- Coulomb (μ), interfacial friction (m) and Levanov’s model (f) are investigated by aid of numerical simulation software. Different lubricants are applied for low carbon steel alloy 16MnCr5 under annealed and work-hardened conditions. Friction is analyzed by means of lubricant and material conditions using MSC.Superforge and Qform numerical simulation softwares. Acquired frictional parameter values obtained by theoretical-experimental correlation agree with literature, showing friction’s relationship with workpiece material and its hardening level. Friction models m and f presented better sensitivity when concerning the material’s hardening level.

Tradicionalmente, admite-se que o concreto é um material resistente ao fogo por ser incombustível e apresentar baixa condutividade térmica (elevada capacidade de isolamento térmico). No entanto, quando exposto a altas temperaturas, experimenta vários problemas: a deterioração das propriedades térmicas e mecânicas, o dano causado pela restrição às deformações térmicas e a possibilidade de ocorrência de desplacamentos. Neste contexto, as modelagens computacionais, especialmente através do método dos elementos finitos, têm adquirido cada vez mais importância. Através da simulação do comportamento das estruturas de concreto sob altas temperaturas um dado problema pode ser estudado em diferentes cenários, geometrias, propriedades dos materiais, carregamentos e condições de vinculação. Neste trabalho foi desenvolvido um programa computacional para a simulação do comportamento termomecânico não linear de estruturas planas de concreto armado sob a ação de altas temperaturas através do método dos elementos finitos. O programa realiza, em sequência, para cada incremento de tempo, as análises térmica e mecânica. O campo de temperaturas, determinado na análise térmica, é considerado na determinação das propriedades dos materiais, consideradas na análise mecânica. Na análise mecânica, utilizou-se o modelo de fissuras discretas para a representação do comportamento frágil do concreto sob a ação dos esforços de tração. O modelo de armadura incorporada foi empregado para a representação mecânica da armadura. Foi desenvolvida uma analogia térmica ao modelo mecânico de armadura incorporada para a consideração da contribuição do aço na transferência de calor. Os resultados do programa foram comparados com valores experimentais disponíveis na literatura. Primeiramente, realizou-se a análise térmica de seções de concreto de diferentes formas. Após, foi analisado o comportamento termomecânico de uma laje armada em uma só direção. As respostas obtidas tiveram boa aproximação em todas as comparações executadas. / Traditionally, it is admitted that concrete is a fire-resistant material due to its incombustible nature and low thermal conductivity (high insulating capacity). However, when exposed to high temperatures, it experiments a number of problems: deterioration of its thermomechanical properties; damage caused by the restricted thermal deformations; and the possibility of spalling. In this context, computational modelings, especially through the Finite Element Method, have gained increasing importance. Through the simulation of the behavior of concrete structures under high temperatures, a given problem can be studied in different scenarios, geometries, material properties, loadings, and boundary conditions. In this work a computational program for the simulation of non-linear thermo-mechanical behavior of reinforced concrete plane structures under the action of high temperatures through the Finite Element Method was developed. The program executes, in a sequence, for each time increment, thermal and mechanical analyses. The temperature field, determined in the thermal analysis, is considered in the determination of the material properties that are considered in the mechanical analysis. In the mechanical analysis, the smeared cracking model to represent the fragile behavior of concrete under the action of tension stresses was used. The embedded model was used in the mechanical representation of the reinforcement. A thermal analogy of the mechanical embedded model for reinforcement bars to the steel contribution in the heat transfer was developed. The program results were compared with experimental values available in the literature. Firstly, a thermal analysis of the concrete sections was carried out in different ways. Next, the thermo-mechanical behavior of a one-way reinforced slab was analyzed. The obtained responses had a close agreement in all comparisons conducted.

Neste trabalho é realizado um estudo teórico-experimental do processo de forjamento a quente em matriz fechada de peças tubulares, denominadas comercialmente por flanges. O material utilizado para fabricação das peças é a liga de alumínio AA 6351. Normalmente, tais peças são forjadas a partir de billets maciços e os furos centrais são, posteriormente, usinados. Desta forma, este trabalho visa o estudo do uso de billets vazados em substituição aos maciços minimizando a perda de material e força necessária para o forjamento que podem ser relativamente significativos dependendo do peso, geometria da peça, e tamanho do lote produzido. O processo de forjamento foi planejado e executado com auxilio de softwares, onde o projeto do ferramental foi realizado em programa de CAD 3D da empresa SolidWorks, e a simulação numérica computacional, aplicada para predizer o comportamento do material no final do forjamento, no programa Simufact. Forming 11.0. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como a estimativa da força necessária para forjar a peça em estudo, preenchimento da matriz, escoamento do material e as deformações finais. Utilizam-se cálculos analíticos, baseados na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP), para estimar a força necessária para o forjamento. Os resultados obtidos experimentalmente validam a utilização de métodos numéricos e analíticos para desenvolvimento de processos de forjamento. Os resultados de força obtidos utilizando o modelo matemático da Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) foram os que mais se distanciaram da força real necessária para o forjamento, no caso do billet maciço foi de 2706 kN, enquanto que a força utilizada no experimento foi de 3432 kN e com a utilização do billet vazado a força calculada pela TEP foi de 2579 kN e a real foi de 2451 kN. Já a simulação indica valores necessários de 2432 kN para o billet vazado e 2814 kN para o billet maciço. Conclui-se, então, que com a utilização de billets vazados a força para o forjamento e o material utilizado são inferiores, assim, comprovando sua vantagem em relação ao processo de fabricação convencional. / In this paper is done a theoretical-experimental study of the hot forging process in closed die of tubular components, commercially known as flanges. The material used for the manufacture process of the pieces is AA6351. These pieces are usually forged from massive billets and the central holes are subsequently machined. In this way, this paper aims the use of hollow billets instead of the massive ones, minimizing the loss of material and strength used in forging that can be relatively significant depending on the weight, geometry of the piece and size of the batch produced. The forging process was planned and done with the help of software where the tooling project is performed in CAD 3D from Solidworks, and the computer numerical simulation applied to predict the material behavior at the final of the forging process in Simufact Forming 11.0. Data as strength, die filling, material draining and final deformation are analyzed by computer numerical simulation. Analytical calculation, based on the Plasticity Elementary Theory (TEP), are performed in order to estimate the necessary strength for the forging process. The results, experimentally obtained, validate the use of numerical and analytical methods in forging process development. The strength results obtained using the mathematical model of Plasticity Elementary Theory, were the farthest from the real required strength used in forging. As with the massive billet, the strength was 2706 kN while the strength used in the experiment was 3432 kN and using de hollow billet the estimated strength calculated by the TEP was 2579 kN while the real one was 2451 kN. Yet, the simulation indicates required values of 2432 kN for the hollow billet and 2814 kN for the massive billet. We can therefore conclude that when using hollow billets the strength required in forging and the used material are inferior, thus proving its advantage in relation to the conventional manufacture process.

A formação e propagação de fissuras é um fenômeno observado em diversos materiais utilizados na engenharia, como concreto, metais, cerâmicas e rochas. Tendo em vista a grande influência que fissuras têm no comportamento global da estrutura o objetivo deste trabalho consiste na implementação de um modelo de fissura com descontinuidades fortes incorporadas a fim de analisar o processo de fratura em materiais quase-frágeis. A descontinuidade no campo de deslocamentos (descontinuidade forte) é representada através da introdução de graus de liberdade adicionais no interior do elemento finito, sendo esta abordagem denominada enriquecimento elementar (E-FEM). Nestes modelos a fissura pode se propagar em qualquer direção dentro do elemento finito, evitando a necessidade de redefinição da malha em cada etapa, além de fornecer resultados relativamente independentes da malha de elementos finitos utilizada. Por serem internos a cada elemento finito, os graus de liberdade adicionais podem ser eliminados da solução global por condensação estática. Desta forma as descontinuidades são definidas em nível de elemento e o modelo pode ser facilmente implementado em códigos computacionais existentes. O modelo implementado foi proposto por Dvorkin, Cuitiño e Gioia (1990), o qual pertence à classe de modelos com formulação assimétrica estaticamente e cinematicamente consistente (SKON). Esta formulação é caracterizada por garantir o movimento de corpo rígido entre as partes do elemento além de assegurar a continuidade de tensões na linha de fissura, resultando numa matriz de rigidez assimétrica. Diferentes relações constitutivas podem ser utilizadas para descrever o comportamento das regiões com e sem fissura. Portanto, para a região não fissurada, utilizouse um modelo constitutivo elástico linear e para a região fissurada foi analisada a performance de dois modelos constitutivos distintos: linear e exponencial. A capacidade de representar o comportamento de elementos estruturais fissurados foi ilustrada através de exemplos de tração e flexão comparados com outros modelos de fissura existentes e com resultados experimentais. Em relação aos modelos constitutivos para a linha da fissura, o modelo linear não se mostrou adequado por superestimar as tensões de pico além de apresentar um ramo de amolecimento mais frágil. Já o modelo exponencial mostrou-se bastante eficiente representando de forma correta o comportamento de materiais quase-frágeis. / The formation and propagation of cracks is a phenomenon observed in many materials used in engineering, such as concrete, metals, ceramics and rocks. In view of the influence of cracks in the global behavior of the structure, the aim of this work is the implementation of an embedded strong discontinuity model in order to analyze the fracture process in quasi-brittle materials. The discontinuity in the displacement field (strong discontinuity) is represented by the introduction of additional degrees of freedom within the finite element. This approach is called elemental enrichment (E-FEM). The embedded models allow the propagation of crack in any direction within the finite element, avoiding the need of remeshing and providing objective results (mesh independent). The additional degrees of freedom are introduced into the finite element, then these degrees can be eliminated from the global solution by static condensation and the model can be easily implemented in existent computational codes. The model used here was proposed by Dvorkin, Cuitiño and Gioia (1990), which belongs to the statically and kinematically optimal non-symmetric (SKON) formulation. In this formulation, the kinematics that allows for relative rigid body motion and the enforcement of the traction continuity are introduced at element level, resulting a non-symmetric formulation. Different constitutive relations can be used to describe the behavior of the zones with and without cracks. For the zone without cracks it was used a linear elastic model and for the cracked zone it was analyzed the behavior of two different constitutive models: linear and exponential. The ability of the model to represent the behavior of cracked structural elements was illustrated by bending and tensile tests and the results were compared with numerical and experimental data. Regarding the constitutive models for the fracture zone, it was concluded that the linear model was not suitable because it overestimated the maximum stress and promoted a britller softening. In contrast, the exponential model proved to be very efficient to represent the behavior of quasi-brittle materials.