A distorção em tratamento térmico é a maior causa dos problemas na indústria. Existem vários parâmetros que compõem esse fenômeno. Com o avanço da tecnologia, a medição de algumas variáveis intrínsecas ao fenômeno da distorção se tornou possível, auxiliando no melhor conhecimento do processo o que resulta na diminuição do retrabalho e sucata na indústria. A concretização de melhoria em processos produtivos já é uma realidade; que se tornou possível com a diminuição dos limites de padronização e com processos de produção bem definidos e simplificados. Estudos localizados em determinados produtos específicos, bem como os seus meios de resfriamentos estão em constante evolução, tornando possível a troca de informação e tecnologia, auxiliando na diminuição dos desperdícios e contribuindo para a mitigação dos impactos ambientais. Esse trabalho visa estudar as distorções produzidas em aços AISI 5160 e AISI 6150, com corpos de prova sensíveis a distorção, variando alguns fatores como, mudança em três níveis de temperatura e em três níveis de agitação em óleo mineral convencional; os quais fazem parte do processo produtivo na indústria. Variando as temperaturas do meio de resfriamento e a agitação do banho, é possível determinar com o auxílio estatístico, metalográfico, das curvas de resfriamento e das curvas das taxas de resfriamento quais são as variáveis que tem influência na distorção. Esses resultados mostraram que a agitação e a temperatura do meio líquido de resfriamento são parâmetros imprescindíveis de controle para uma uniformidade da têmpera para a obtenção das características desejáveis. / The heat treatment distortion is the biggest cause of problems at companies. There are many parameters which cause this phenomenon. Studies in specific products, as well as in the quenchants are always progressing what became possible the dissemination of information and also the technology, helping to decreasing of waste and to improve environment. With the technology improvement, distortion phenomenon has become well known, resulting in better control of variables decreasing scrap metal and rework. However, this subject still needs to be investigated. In his context, this work studies the distortion phenomenon in two different steels (AISI 5160 and AISI 6150) under variable conditions of the cooling. Mineral oil quenchant in three bath temperatures and three agitation levels were used in this work. Changing those parameters it was possible to determinate which conditions would promote worst results in terms of distortion. Statistics studies, cooling curves analysis and metallographic observation offered support for the obtained conclusion.

Este trabalho teve por objetivo estudar os efeitos da operação de torneamento na integridade superficial do aço inoxidável super-duplex ASTM A890 - Gr 6A. O foco do trabalho foram as operações de acabamento, porém também foram realizados alguns estudos com operações de desbaste, ambas utilizando planejamentos fatoriais completos com 2 níveis e 5 fatores. Os ensaios foram realizados em centros de torneamento com ferramentas de metal duro e tiveram como variáveis: a geometria da ferramenta / classe da pastilha, avanço, profundidade de corte, velocidade de corte e utilização ou não de fluido de corte. As respostas estudadas foram: análise microestrutural óptica e por difração de raios-X, medição de forças através de um dinamômetro piezoelétrico, rugosidade superficial, micro-dureza, tensão residual através de difração de raios-x e estabilidade dimensional. Os resultados não mostraram alterações microestruturais no material mesmo nas operações de desbaste que foram as mais severas. As outras respostas foram correlacionadas com os parâmetros de corte e a melhor combinação destes foi encontrada para a obtenção da melhor integridade superficial. O menor avanço (0,1mm/v), a menor velocidade de corte (110m/min) e a maior profundidade de corte (0,5mm) obtiveram os menores valores para a tensão residual, a menor rugosidade e o maior valor de micro-dureza. A correlação entre as respostas foi bastante difícil de ser estabelecida, uma vez que as interações tiveram grande influência nas análises, porém para algumas combinações estas correlações se mostraram possíveis de serem estabelecidas. / The objective of this work was to study the effects of the turning operations in the surface integrity in a super duplex stainless steel (SDSS) ASTM A890-Gr6A. The focus of the work was the finishing operations but some tests in rough operations were carried out. A complete factorial planning was used for both, with 2 levels and 5 factors. The tests were conducted on turning centers with carbide tools and the main input variables were: tool geometry / tool material class, feed rate, cutting depth, cutting speed and the cutting fluid utilization. The analyzed answers were: microstructure analysis by optical microscopy and x-ray diffraction, cutting measurements by a piezoelectric dynamometer, surface roughness, micro-hardness, residual stress by x-ray diffraction technique and dimensional stability. The results do not showed any changes in the microstructure of the material, even when the greater cutting values were used. All the other answers were correlated with the cutting parameters and the best combination of cutting parameters was founded for the best surface integrity. The smaller feed rate (0,1mm/v), smaller cutting speed (110m/min) and greater cutting depth (0,5mm) provided the smaller values for the tension residual stress, the smaller roughness and the greater micro-hardness. The correlation between all the answers was very difficult to analyze because there was great interaction between the factors, but for some data groups it was possible.

Peen forming é um processo de conformação plástica a frio de laminas ou painéis metálicos através do impacto de um jato regulado de pequenas esferas de aço em sua superfície, a fim de produzir uma curvatura pré-determinada. A aplicação da técnica de shot peening como um processo de conformação já é conhecida da indústria desde a década de 1940, mas a demanda crescente por produtos de grande confiabilidade tem impulsionado o desenvolvimento de novas pesquisas visando o seu aperfeiçoamento e automação. . O planejamento do processo de peen forming requer medição e controle de diversas variáveis relacionadas à dinâmica do jato de granalhas e à sua interação com o material a ser conformado. Conforme demonstrado por diversos autores, a velocidade de impacto é uma das variáveis que mais contribui para a formação do campo de tensões residuais que leva o material a se curvar. Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico simplificado que descreve o movimento de um grande número de pequenas esferas arrastadas por um fluxo de ar em regime permanente e sujeitas a múltiplas colisões entre si e com a peça a ser conformada. Simulações deste modelo permitiram identificar a correlação entre o campo de velocidades das granalhas e os demais parâmetros do processo. Mediante a aplicação da técnica de projeto de experimentos pôde-se estimar os valores dos parâmetros que otimizam o processo. Ao final, elaborou-se um algoritmo que permite realizar o planejamento de processos de peen forming, ou seja, determinar os valores desses parâmetros, de modo tal a produzir uma curvatura pré-determinada em uma placa metálica originalmente plana. / Peen forming is a plastic cold work process of shaping a metallic sheet or panel through the impact of a regulated blast of small round steel shots on its surface, in order to produce a previously desired curvature. The application of the shot peening as a forming process has been a known technique in the industry since the decade of 1940, but the increasing demand for products of high reliability have pushed the development of new research in order to enhance and automate it. Peen forming process planning requires the measurement and control of several variables concerning the dynamics of the shot jet and its interaction with the piece to be shaped. As previously shown by several authors, impact velocity is one of the variables that most contribute to the development of the residual stress field that causes the material to bend. In this article we present a simplified dynamical model describing the motion of a large number of small spheres (shot) dragged by an air flow in steady conditions and exposed to multiple collisions with each other and with the piece to be shaped. Computer simulations of this model allowed to identify correlations between the shot field velocity and the parameters of the process. Applying design of experiments techniques it was possible to estimate the value of parameters that optimize the process. It was, then, elaborated an algorithm that enables peen forming process planning, allowing the determination of the parameters, in order to make a predetermined bending in a metallic plate originally plane.

Capítulo 1. Objetivos: Medir e comparar o perfil de tensão residual da cerâmica de recobrimento aplicada sobre infraestruturas em zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria (Y-TZP), em um compósito de alumina/zircônia (ZTA) e em uma alumina policristalina (AL). Material e Métodos: Os perfis de tensão residual de cada um dos materiais foi medido por meio do método \"hole-drilling\" em discos de 19 mm de diâmetro e 2,2 mm de espessura (0,7 mm de infraestrutura + 1,5 mm de porcelana de cobertura) .Resultados: Os espécimes de AL exibiram tensões de compressão que aumentaram numericamente com a profundidade, enquanto que as tensões compressivas mudaram para tensões de tração no interior das amostras de Y-TZP. As amostras de ZTA exibiram tensões de compressão na superfície, decrescendo com a profundidade até 0,6 mm, tornando-se compressivas novamente próximo à infraestrutura. Conclusão: O ZTA não apresentou tensões de tração em nenhum ponto ao longo da espessura da cerâmica de recobrimento. A AL apresentou um perfil de tensão residual mais favorável, gerado pelas tensões compressivas. A Y-TZP apresentou o perfil mais desfavorável, por apresentar tensões de tração próximo à infraestrutura. Capítulo 2. Objetivos: 1) Comparar os coeficientes de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (n), de uma zircônia tetragonal policristalina estabilizada por ítria, obtidos por meio de dois ensaios de fadiga: cíclica e dinâmica. 2) Verificar o efeito da frequência usada no ensaio de fadiga cíclica no tempo de vida característico. Material e Métodos: Espécimes em forma de barras (25 mm x 4 mm x 3 mm) foram confeccionadas de acordo com as recomendações do fabricante. Os ensaios de fadiga dinâmica (n=70) e de fadiga cíclica (n=75) foram realizados por meio de resistência à flexão em quatro pontos para a obtenção dos parâmetros de crescimento de trincas subcrítico (SCG). O ensaio de fadiga cíclica também foi realizado em duas frequências (2 e 10 Hz), utilizando valores de tensão máxima entre 350 e 600 MPa. Todos os espécimes fraturados foram inspecionados em microscópio eletrônico de varredura para que fosse identificada a origem da fratura. Os dados de fadiga dinâmica foram analisados por meio das fórmulas apresentadas na ASTM C 1368-00. Os dados de fadiga cíclica foram analisados por meio da estatística de Weibull e por meio de análise tipo \"General Log Linear Model\". Resultados: A Y-TZP apresentou valores dos parâmetros de SCG obtidos no ensaio de fadiga dinâmica de ?fo = 667 MPa e n = 54. Os parâmetros de Weibull obtidos a partir dos resultados do mesmo ensaio foram de m = 7,9, ?0 = 968,9 MPa e ?5% = 767 MPa. Os parâmetros de Weibull obtidos no ensaio de fadiga cíclica foram estatisticamente semelhantes para as duas frequências utilizadas, o m* foi de 0,17 para 2Hz e de 0,21 10Hz; os tempos de vida característicos (?, em número de ciclos) foram de 1,93 x 106 e 40.768, respectivamente para 2 e 10 Hz. O valor de n obtido na fadiga cíclica foi de 48 e 40, nas frequências de 2 e 10 Hz, respectivamente. Não foi observado o efeito da frequência da aplicação da tensão, do nível de tensão, nem da interação dos dois no tempo de vida da Y-TZP, quando analisados pelo General Log Linear Model. Conclusão: Os coeficientes de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (n) obtidos por meio de fadiga cíclica e dinâmica foram semelhantes para a Y-TZP testada. Os extensos intervalos de confiança obtidos nos ensaios de fadiga cíclica indicaram não haver efeito da frequência usado nesse método de fadiga nos tempos de vida característicos da Y-TZP testada. / Chapter 1. Objective: was: to measure and compare the residual stress profile in the veneering ceramic layered on three different polycrystalline ceramic frame-work materials: Y-TZP, alumina polycrystalline (AL) and zirconia toughened alumina (ZTA).Materials and Methods. The stress profile was measured with the hole-drilling method in bilayered disk samples of 19 mm diameter with a 0.7 mm thick Y-TZP, AL or ZTA framework and a 1.5 mm thick layer of the corresponding veneering ceramic. Results: The AL samples exhibited increasing compressive stresses with depth, while compressive stresses switching into interior tensile stresses were measured in Y-TZP samples. ZTA samples exhibited compressive stress at the ceramic surface, decreasing with depth up to 0.6 mm from the surface, and then becoming compressive again near the framework. Conclusions: Y-TZP samples exhibited a less favorable stress profile than those of AL and ZTA samples. Chapter 2. Objectives: 1) To compare the stress corrosion coefficient (n) of a Y-TZP, obtained by two fatigue tests: cyclic and dynamic and 2) Evaluate the effect of frequency used in the cyclic fatigue test in the characteristic lifetime. Methods: Bar shaped specimens (4 mm x 25 mm x 3 mm) were prepared according to the manufacturer\'s recommendations. The dynamic fatigue test (n = 70) and cyclic fatigue (n = 75) were performed by four-point bending to obtain the slow crack growth parameters (n) .The cyclic fatigue test was also conducted in two frequencies (2 and 10Hz), using stress levels between 350 and 600 MPa. All fractured specimens were inspected by SEM so that the origin of the fracture were identified. The dynamic fatigue data were analyzed using the formulas given in ASTM C 1368-00. Cyclic fatigue data were analyzed using Weibull statistics and by the Log General Linear Model. Results: The material showed values of parameters obtained in the SCG assay dynamic fatigue ?fo = 667 and n = 54. The Weibull parameters obtained from the same test results were m = 7.9, ?0 = 968, 9 and ?5% = 767. The Weibull parameters obtained by cyclic fatigue were statistically similar for the two frequencies used, the m* was 0.17 (2 Hz) and 0.21 (10 Hz); characteristic lifetimes (?) were 1.93 x 106 and 40768, respectively. The n value obtained by cyclic fatigue was 48 and 40 at frequencies of 2 and 10 Hz, respectively. There was no effect of the frequency, the stress level or the interaction of the two in the Y-TZP lifetime, when analyzed by General Log Linear Model. Conclusion: The n values obtained by cyclic and dynamic fatigue tests were similar to Y-TZP tested. The extensive confidence intervals obtained in cyclic fatigue tests showed no effect of frequency used this method in fatigue characteristic lifetimes of the Y-TZP tested.

A concepção deste trabalho está ligada ao desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS) para RF na faixa de frequências de ondas milimétricas. Dentro deste contexto, o Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) do Laboratório de Microeletrônica (LME) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) já fabricou RF MEMS que tiveram resultados bastante promissores. No entanto, para obtenção de melhores resultados, é necessária a otimização eletromecânica destes dispositivos e para isso é necessária a extração de suas propriedades mecânicas. Assim, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para extração do módulo de elasticidade e tensão residual em MEMS, através da simulação e fabricação de microestruturas específicas para este fim. As técnicas de nanoindentação, frequência de ressonância, raio de curvatura e M-TEST foram estudadas. As microestruturas fabricadas foram cantileveres e pontes feitas de alumínio e cobre. Foram realizadas simulações no software ANSYS para prever as frequências de ressonância e as tensões de pull-in das estruturas antes de serem fabricadas. O módulo de elasticidade do alumínio extraído através da nanoindentação foi de 75,6 ± 4,1 GPa, e o do cobre extraída através da técnica de frequência de ressonância foi de 123 ± 12 GPa. A tensão residual do cobre foi extraída através da técnica de medição do raio de curvatura e foi de -199±105 MPa. O trabalho está vinculado ao projeto Jovem Pesquisador FAPESP (2011/18167-3). / The approach of this work is linked to the development of microelectromechanical systems (MEMS) for RF in the frequency range of millimeter waves. Within this context, the Group of New Materials and Devices (GNMD) of the Laboratory of Microelectronics (LME) of the Polytechnic School of the University of São Paulo (EPUSP) has already manufactured RF MEMS which have had very promising results. However, to obtain better results, it is necessary the electromechanical optimization of these devices through the extraction of their mechanical properties. Thus, this work has the objective of developing a methodology for the extraction of the Young\'s modulus and residual stress in MEMS, through the simulation and fabrication of specific microstructures for this purpose. The techniques of nanoindentation, resonance frequency, radius of curvature and M-TEST were studied. The fabricated microstructures were cantilevers and bridges in aluminum and copper materials. Simulations were performed in the ANSYS software to predict the resonance frequencies and the pull-in voltages of the structures before they were fabricated. The Young\'s modulus of aluminum extracted through nanoindentation was 75,6 ± 4,1 GPa, the resonance frequency of copper extracted by the technique of the same name was 123 ± 12 GPa and the residual stress of copper was extracted through the technique of measuring the radius of curvature and was -199±105 MPa. The work is linked to the project Jovem Pesquisador from FAPESP (2011/18167-3).

O objetivo deste trabalho é otimizar placas de materiais compósitos laminados com reforçadores, aproveitando-se do efeito de tensões residuais térmicas em problemas de estabilidade elástica e de freqüências naturais não amortecidas. Na maioria dos casos, a complexidade do problema não permite que somente o bom senso de engenharia seja suficiente para identificar configurações favoráveis ao enrijecimento elástico e geométrico. Técnicas de otimização são necessárias, portanto, para determinar projetos que tirem o melhor proveito da presença das tensões térmicas. A placa é modelada por elementos finitos lagrangianos isoparamétricos bi-cúbicos, baseados na formulação de Reissner-Mindlin. Aproximações dos autovalores via quociente de Rayleigh (RQA) são utilizadas para otimizar o desempenho da placa que opera em determinada faixa de temperatura. Expressões analíticas de sensibilidade das matrizes geométricas térmicas e de pré-carga são deduzidas para o cálculo da sensibilidade dos autovalores com relação às alturas das lâminas. Uma estratégia é proposta para reduzir o número de análises. Problemas de maximização de autovalor sujeitos a restrições de massa e/ou modos e de minimização da massa, com restrições de autovalor, são resolvidos. Abordagens para definir um projeto que deva atuar em diferentes temperaturas de operação são apresentadas. Os resultados numéricos mostram que os projetos ótimos são fortemente influenciados pelas tensões residuais térmicas, especialmente se as estruturas forem mais delgadas.

A concepção deste trabalho está ligada ao desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS) para RF na faixa de frequências de ondas milimétricas. Dentro deste contexto, o Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) do Laboratório de Microeletrônica (LME) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) já fabricou RF MEMS que tiveram resultados bastante promissores. No entanto, para obtenção de melhores resultados, é necessária a otimização eletromecânica destes dispositivos e para isso é necessária a extração de suas propriedades mecânicas. Assim, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para extração do módulo de elasticidade e tensão residual em MEMS, através da simulação e fabricação de microestruturas específicas para este fim. As técnicas de nanoindentação, frequência de ressonância, raio de curvatura e M-TEST foram estudadas. As microestruturas fabricadas foram cantileveres e pontes feitas de alumínio e cobre. Foram realizadas simulações no software ANSYS para prever as frequências de ressonância e as tensões de pull-in das estruturas antes de serem fabricadas. O módulo de elasticidade do alumínio extraído através da nanoindentação foi de 75,6 ± 4,1 GPa, e o do cobre extraída através da técnica de frequência de ressonância foi de 123 ± 12 GPa. A tensão residual do cobre foi extraída através da técnica de medição do raio de curvatura e foi de -199±105 MPa. O trabalho está vinculado ao projeto Jovem Pesquisador FAPESP (2011/18167-3). / The approach of this work is linked to the development of microelectromechanical systems (MEMS) for RF in the frequency range of millimeter waves. Within this context, the Group of New Materials and Devices (GNMD) of the Laboratory of Microelectronics (LME) of the Polytechnic School of the University of São Paulo (EPUSP) has already manufactured RF MEMS which have had very promising results. However, to obtain better results, it is necessary the electromechanical optimization of these devices through the extraction of their mechanical properties. Thus, this work has the objective of developing a methodology for the extraction of the Young\'s modulus and residual stress in MEMS, through the simulation and fabrication of specific microstructures for this purpose. The techniques of nanoindentation, resonance frequency, radius of curvature and M-TEST were studied. The fabricated microstructures were cantilevers and bridges in aluminum and copper materials. Simulations were performed in the ANSYS software to predict the resonance frequencies and the pull-in voltages of the structures before they were fabricated. The Young\'s modulus of aluminum extracted through nanoindentation was 75,6 ± 4,1 GPa, the resonance frequency of copper extracted by the technique of the same name was 123 ± 12 GPa and the residual stress of copper was extracted through the technique of measuring the radius of curvature and was -199±105 MPa. The work is linked to the project Jovem Pesquisador from FAPESP (2011/18167-3).

O presente trabalho visa apresentar informações que viabilizem a fabricação de componentes de rolamentos com limites superiores de resistência à fadiga, com a intenção de proporcionar uma vida útil maior ao rolamento, e, também, a otimização da fabricação das peças, dispensando em alguns casos o processo final e usual de retificação, o que implica uma redução de custos. As motivações deste estudo são a geração de altas tensões residuais compressivas no torneamento duro-seco a altas velocidades, a aplicação do RMB como técnica de medição das tensões residuais em aço 100CrMn6 e a otimização da qualidade/custos na fabricação de rolamentos. Para atingir essas metas, será estudada a influência dos parâmetros da usinagem (velocidade de corte (Vc), avanço (a), penetração (p) e desgaste da ferramenta (VB)) na geração das tensões residuais superficiais (sR) e sobre as forças de torneamento (Fc, Fa, Fp), em anéis internos de rolamentos cônicos de aço DIN 100CrMn6 endurecidos termicamente, procurando-se estabelecer uma correlação entre o desgaste da ferramenta e os referidos esforços e tensões residuais. Na etapa experimental, será utilizado um planejamento fatorial completo para executar os ensaios e medições projetadas. No ensaio de torneamento, serão medidas as forças de corte utilizando-se, para isso, um dinamômetro piezoelétrico. Em seguida, serão efetuadas medições de rugosidade. Também será realizado o estudo da microestrutura através da análise metalográfica. As tensões residuais serão medidas utilizando-se o método do furo-cego com extensometria elétrica, e as medidas das alterações microestruturais superficiais serão realizadas pela técnica do Ruído Magnético de Barkhausen (RMB). Serão correlacionados os valores de tensão residual obtidos pela técnica do furo com o RMB. / The present work presents information for the manufacturing of ball bearings components with higher limits of resistance to fatigue, enabling a longer useful life and also the optimization of the production of the pieces, making the usual and final process of grinding unnecessary, which would result in a costs reduction. The motivations of this study are the generation of compressive high residual stress in the hard-dry turning at high speeds, the application of the MBN as technique of measurement of the residual stress in steel 100CrMn6, and the optimization of the quality/costs in the manufacturing of ball bearings. In order to achieve these purpose, the work will study the influence of the machining parameters (cutting speed (Vc), feed rate (a), depth of cut (p), and wear of tool (VB)) in the generation of the superficial residual tensions and also the turning forces (Fc, Fa, Fp), in internal conical rings of ball bearings of steel 100CrMn6 thermally hardened, seeking to find a correlation between the stress of the tool and the referred efforts. In the experimental phase, a complete factorial planning will be used to perform the tests and measurements projected. In the turning tests, the cutting forces will be measured using a piezoelectric dynamometer. After that, measurements of superficial roughness will be performed. Also, the study of the microstructure will be made through the metallographic analysis. The residual tensions will be measured using the strain gage hole-drilling method and the measurement of the superficial microestrutural alterations will be carried out using the technical of the magnetic Barkhausen noise (MBN). The values of residual tension obtained by the hole-drilling will be correlated with the RMB.

Peen forming é um processo de conformação plástica a frio de laminas ou painéis metálicos através do impacto de um jato regulado de pequenas esferas de aço em sua superfície, a fim de produzir uma curvatura pré-determinada. A aplicação da técnica de shot peening como um processo de conformação já é conhecida da indústria desde a década de 1940, mas a demanda crescente por produtos de grande confiabilidade tem impulsionado o desenvolvimento de novas pesquisas visando o seu aperfeiçoamento e automação. . O planejamento do processo de peen forming requer medição e controle de diversas variáveis relacionadas à dinâmica do jato de granalhas e à sua interação com o material a ser conformado. Conforme demonstrado por diversos autores, a velocidade de impacto é uma das variáveis que mais contribui para a formação do campo de tensões residuais que leva o material a se curvar. Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico simplificado que descreve o movimento de um grande número de pequenas esferas arrastadas por um fluxo de ar em regime permanente e sujeitas a múltiplas colisões entre si e com a peça a ser conformada. Simulações deste modelo permitiram identificar a correlação entre o campo de velocidades das granalhas e os demais parâmetros do processo. Mediante a aplicação da técnica de projeto de experimentos pôde-se estimar os valores dos parâmetros que otimizam o processo. Ao final, elaborou-se um algoritmo que permite realizar o planejamento de processos de peen forming, ou seja, determinar os valores desses parâmetros, de modo tal a produzir uma curvatura pré-determinada em uma placa metálica originalmente plana. / Peen forming is a plastic cold work process of shaping a metallic sheet or panel through the impact of a regulated blast of small round steel shots on its surface, in order to produce a previously desired curvature. The application of the shot peening as a forming process has been a known technique in the industry since the decade of 1940, but the increasing demand for products of high reliability have pushed the development of new research in order to enhance and automate it. Peen forming process planning requires the measurement and control of several variables concerning the dynamics of the shot jet and its interaction with the piece to be shaped. As previously shown by several authors, impact velocity is one of the variables that most contribute to the development of the residual stress field that causes the material to bend. In this article we present a simplified dynamical model describing the motion of a large number of small spheres (shot) dragged by an air flow in steady conditions and exposed to multiple collisions with each other and with the piece to be shaped. Computer simulations of this model allowed to identify correlations between the shot field velocity and the parameters of the process. Applying design of experiments techniques it was possible to estimate the value of parameters that optimize the process. It was, then, elaborated an algorithm that enables peen forming process planning, allowing the determination of the parameters, in order to make a predetermined bending in a metallic plate originally plane.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Nowadays, welded structures are widely employed in engineering design. Generally, these structures have internal stresses (residual stresses) generated by the thermal cycle to which these parts are submitted during welding process. In many cases, these stresses are not minimized by means of thermal treatment. Thus, one must take into account the residual stresses in the design of welded components. However, computation of residual stress field is not an easy task and, besides, it is important to evaluate the quality of welded components. Therefore, by using the advantage of the fact that the stress state influences the mechanical behavior of components and structures (stress stiffening effect), it was proposed to evaluate the viability of a methodology to control the quality of welded components, by means of dynamic responses. This way, it was verified experimentally the sensitivity of vibrating natural frequencies to welding residual stress in different structures. It was confirmed that thin structures are more sensitive to the stress stiffening effect. To evaluate this effect numerically, a procedure to simulate welding was validated by using experimental data from literature. This procedure was used to obtain the residual stress field. This stress field is included in a modal analysis to verify the modifications of natural frequencies. Numerical results were compared to experimental results obtained here, showing a good agreement. It was also proposed to use the electromechanic impedance technique to evaluate the stress stiffening effect. An analysis of the results shows the possibility of use the stress stiffening effect to implement a methodology for quality control of welded components. / Atualmente, estruturas soldadas encontram-se amplamente aplicadas em projetos de engenharia. Normalmente, estas estruturas apresentam tensões internas (residuais) devidas ao ciclo térmico ao qual são submetidas durante a soldagem. Em muitos casos, estas tensões não são minimizadas por meio de tratamento térmico, havendo assim a necessidade de inclusão destas em projeto. Entretanto, a determinação do campo de tensões residuais não é tarefa fácil e, no caso de uma produção em série, é importante avaliar a qualidade do componente confeccionado. Sendo assim, aproveitando o bem conhecido fato de o comportamento mecânico de componentes e estruturas sofrer influência do estado de tensão (enrijecimento por tensão), propõe-se avaliar a viabilidade de uma metodologia de controle de qualidade de peças soldadas por meio de respostas dinâmicas. Desta forma foi verificada experimentalmente a sensibilidade das freqüências naturais de vibração ao estado de tensões residuais de soldagem em diferentes estruturas. Confirmou-se que estruturas esbeltas são mais sensíveis ao enrijecimento por tensões residuais de soldagem. Com a finalidade de avaliar este efeito numericamente, um procedimento para simulação da soldagem foi validado utilizando-se dados experimentais da literatura. Na seqüência, utilizou-se tal procedimento para, após a determinação das tensões residuais de soldagem, realizar uma análise modal e avaliar as alterações nas freqüências naturais de vibração (e conseqüentemente o efeito do enrijecimento por tensão). Os resultados numéricos foram confrontados com os resultados experimentais obtidos neste trabalho, apresentando uma boa concordância. Finalizando o trabalho, propõe-se utilizar a técnica da impedância eletromecânica para avaliar o enrijecimento por tensão. Uma avaliação dos resultados mostra ser possível utilizar o enrijecimento por tensão para implementar uma metodologia para controle de qualidade de componentes soldados. / Doutor em Engenharia Mecânica