Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-06-26Bitstream added on 2014-06-13T18:55:36Z : No. of bitstreams: 1 paula_rfv_me_guara.pdf: 4489543 bytes, checksum: bf27a767025cebd5edeeb1ddec07b192 (MD5) / Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito do jateamento e a diferença de três modos distintos de jateamento no comportamento em fadiga de molas de aço SAE 9254. Os seguintes métodos foram avaliados: molas sem jateamento; molas jateadas no processo P1 (jateamento a frio seguido de jateamento com a mola comprimida); molas jateadas no processo P2 (jateamento a quente seguido de jateamento com a mola comprimida) e molas jateadas no processo P3 (jateamento a quente seguido de jateamento com granalha fina). Foi avaliado o desempenho em fadiga das molas em três níveis diferentes de tensão aplicada, sendo que as molas para cada processo em estudo foram extraídas de um mesmo lote de arame. Foi observado que o método de jateamento P3 apresentou o melhor desempenho seguido do método de jateamento P2 e posteriormente do método convencional e o pior resultado foi das molas sem jateamento. Os resultados desta dissertação mostram que o jateamento pode aumentar de 3560 % a 15216 % a vida em fadiga das molas, dependendo do método de jateamento empregado, essa diferença no resultado do teste de fadiga é resultado do estado de tensões residuais compressivas na superfície das molas. A análise da fratura mostrou que o método de jateamento também influenciou no modo de falha das molas / The propose of this dissertation is to study the effect of shot peening method, comparing three different shot peening methods for suspension springs manufacture, it was performed fatigue test on the springs produced with steel grade SAE 9254. The following shot peening methods were evaluated: springs without shot peening; springs produced at P1 shot peening method (shot peening at ambient temperature followed by stress peening); springs produced at shot peening P2 method (hot shot peening followed by stress peening) and springs produced at shot peening P3 method (hot shot peening followed by shot peening with fine shot size). The fatigue tests were performed in three different stress levels, whereas all the springs used at this study are from the same lot. The P3 shot peening method, had a better fatigue life performance, followed by P2 shot peening method, the third better performance was the P1 shot peening method, and the worst results was the springs without shot peening process. It was concluded that the different results in fatigue life is due to residual stress condition at spring surface. The analysis performed at fracture origin showed that the springs broke due to different reason

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-12Bitstream added on 2014-06-13T19:07:18Z : No. of bitstreams: 1 monteiro_fl_me_guara.pdf: 2693716 bytes, checksum: 79334c2a393c7aaa40e71c0ef9ab7905 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Estudo de falha por fratura em eixo da laminadora de aros Leifeld, fabricado em aço de baixa liga e alta resistência, ABNT 4340, forjado, temperado e revenido, com dureza de 39 HRc, abordando aspectos de modelagem pelo método de elementos finitos, utilizando o programa Ansys e critérios de fadiga utilizando o diagrama de Goodman modificado como ferramenta de definição do limite de tensão alternada para fadiga e propostas de mudanças geométricas no eixo a fim de minimizar as tensões sobre a aba da árvore bem como eliminar a possibilidade de fratura por fadiga da mesma. O estudo procura mostrar de forma clara a montagem de um modelo sólido através de um software comercial e a interação com a realidade vivida na manutenção de fábrica, sendo que o estudo surgiu devido a falhas freqüentes e prematuras de árvores em máquinas de repuxamento de aros, de procedência alemã, usada para a fabricação de aros para pneu com câmara utilizados em caminhões e ônibus, máquina esta de propriedade da empresa Maxion Sistemas Automotivos S/A. / This is a fracture failure analysis of a Leifeld flow forming machine spindle, manufactured in a low alloy and high resistance, ABNT 4340 steel, forged, quenched and tempered with hardness of 39 HRc, approaching modeling aspects in finite elements method using the program Ansys and also approaching fatigue criteria using the diagram of Goodman modified as a tool for definition criterion of fatigue alternate stress limit and proposed of geometric changes in the spindle in order to minimize the tensions on the brim of it as well as to eliminate the fracture possibility for fatigue of the same. The study tries to show the assembly of a solid model in a clear way through a commercial software and the interaction with the reality lived in the factory maintenance, the study was proposed due the frequent and premature spindles failures in the flow forming machine, made in Germany, used for the production of rim for tire with tube used in trucks and buses, this machine is property of Maxion Sistemas Automotivos S/A company.

Dissertação (mestrado) - Univesidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-15T19:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T13:03:41Z : No. of bitstreams: 1 180074.pdf: 5364904 bytes, checksum: 1271d4913bc5b62ef0752eb3b8d3a90d (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:25:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:45:17Z : No. of bitstreams: 1 138893.pdf: 37239543 bytes, checksum: 570b2f4fbbc53735855d781b6d9b5606 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T19:33:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 264419.pdf: 2788707 bytes, checksum: 3ba9803d8f0c094c076079be4240e61c (MD5) / Esse estudo identifica as curvas tensão x deformação a taxa constante através de ensaios axiais de impacto em corpos de prova de PVC e PP. O impacto é produzido por uma massa de 4,8 kg, deixada cair da altura necessária à obtenção da energia de impacto desejada. Seguindo orientações de normas, ensaios com energias de impacto de até 20 J foram feitos. No entanto, o equipamento disponível permite atingir energias em torno de 103 J, quando a massa é deixada cair de seu nível mais alto, 2,2 m, atingindo velocidade máxima de 6,57 m/s. Esse valor de velocidade restringe os ensaios aos classificados como de baixa velocidade. A teoria básica de elastoplasticidade é apresentada, descrevendo-se a metodologia aplicada no pacote comercial ANSYS 11.0 para solucionar o problema de plasticidade incremental. Uma breve explanação sobre as normas aplicáveis a componentes sujeitos a impacto é apresentada. Mostra-se a teoria de extensometria como um embasamento para a posterior análise experimental. Em um capítulo a parte, apresenta-se o tema principal que é a identificação das curvas tensão-deformação a taxa constante, bem como a metodologia utilizada para a obtenção dessas curvas. As curvas de material a partir das quais as curvas a taxa constante são derivadas também são apresentadas, assim como curvas complementares, como as curvas de plastificação dos materiais. Finalmente, simulações dos corpos de prova e de uma tampa defletora real de motor elétrico feita em polímero são mostradas, visando exemplificar a utilização das curvas experimentais. This study identifies the stress x strain curves at constant strain rate through axial impact tests in PVC and PP specimens. The impact is produced by a 4,8 kg mass dropped from the necessary height to obtain the desired impact energy. Following standard orientations, tests with impact energies up to 20 J were done. However, the available equipment allow to achieve energies about 103 J, when the mass is dropped from its highest level, 2,2 m, achieving maximum velocity of 6,57 m/s. This value of velocity restricts the tests into the so called low velocity ones. The basic elastoplasticity theory is presented, describing the methodology applied in the commercial package ANSYS 11.0 for solution of the incremental plasticity problem. A short explanation about the standards applicable to components subjected to impact is presented. Extensometer theory is shown as a foundation for posterior experimental analysis. In a specific chapter, the aim of this study is presented, which is the identification of the stress x strain curves at constant strain rate along with the methodology applied to obtain these curves. The material curves from which the constant strain rate curves are derived are shown too, as well as complementary curves, like material plastification curves. Finally, simulations of the tested specimens and a real electric motor fan cover made in polymer are shown, in order to exemplify the utilization of the experimental curves.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:53:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292558.pdf: 5036206 bytes, checksum: b89614059f67abf62a73749b1e887cd8 (MD5) / Este trabalho dá continuidade à linha de pesquisa em métodos ópticos de medição do Labmetro/UFSC, que propôs e vem desenvolvendo uma tecnologia inovadora em nível mundial para medir deslocamentos, deformações e tensões. Já foram investidos até o presente muitos recursos e esforços a fim de tornar viável a sua aplicação na indústria. Este trabalho contribui para a solução das principais limitações práticas ainda presentes, resultando em um interferômetro plano radial robusto e adequado à medição de nanodeslocamentos, microdeformações, tensões mecânicas e tensões residuais. As tecnologias aqui desenvolvidas são aplicadas no desenvolvimento de protótipos de dois novos sistemas de medição. A medição de tensões residuais requer ainda muitos avanços para atender maior gama de aplicações com confiabilidade suficiente. As soluções apresentadas neste trabalho trazem aperfeiçoamentos nesta direção. Para chegar a tais soluções, são aplicadas tecnologias multidisciplinares, envolvendo avançados conceitos de óptica, tecnologias atuais de eletrônica e informática, procedimentos estatísticos, tecnologias de processo de usinagem e de mecânica de precisão. A principal inovação introduzida com este trabalho é o desenvolvimento, validação e aplicação de um elemento óptico difrativo (DOE) especial para a geração da iluminação cônica, responsável pela sensibilidade do interferômetro plano radial. Com esta alteração, conseguiu-se um sistema óptico interferométrico invariante ao comprimento de onda do laser empregado na iluminação, tornado-o imune às instabilidades do comprimento de onda da fonte de iluminação que causavam a perda de correlação nas versões anteriores do sistema que usavam espelhos cônicos. Esta propriedade também permitiu o uso de lasers diodos de baixo custo e apresentando múltiplos modos com comprimento de coerência de pouco mais de 100 µm. Devido ainda ao baixo valor do coeficiente de expansão térmica do vidro do DOE, o sistema desenvolvido é praticamente insensível às variações de temperatura. O desenho compacto mantém o sistema pouco sensível a vibrações, tornando-o robusto para aplicações industriais e de campo. Com base no estudo conceitual e funcional da técnica são concebidos dois protótipos: um para medir tensões impostas e outro, mais completo, para medir tensões residuais. A análise de incertezas da técnica de medição de tensões residuais pelo furo cego revela grande sensibilidade ao erro da medição do diâmetro e à qualidade da forma do furo cego realizada para a medição de tensões residuais. Para aprimorar o desempenho na medição de tensões residuais o trabalho desenvolveu e validou um dispositivo de furação aperfeiçoado, com melhoria de guias e mancais, controle automatizado de avanço e medição óptica automatizada. O desempenho metrológico de cada protótipo foi determinado por calibração. Com base na calibração da medição de deslocamentos, e com base em uma análise de propagação de erros, foram estimadas as incertezas de medição de deformações, tensões e tensões residuais com o furo cego. / This work continues the Labmetro/UFSC research line on optical metrology. In this line, a worldwide innovative technology for measuring displacements, deformations and stress was proposed and is under development. Up to today, many resources and efforts already have been invested in order to make this development applicable to industry. This work contributes to the solution of the main practical limitations still present in this technology, resulting in a robust radial in-plane interferometer suitable for measuring sub micro displacements, microdeformations, mechanical and residual stresses. The knowledge developed in this work is applied in the development of two optical measurement system prototypes. Residual stress measurement by optical means still requires more improvements to meet a greater range of applications with sufficient reliability. The solutions presented in this thesis bring contributions in this direction. To reach such solutions a multidisciplinary approach, involving advanced concepts in optical engineering, current technologies of electronics and computing, statistical procedures, maching process technology and precision engineering, are applied. The main innovation introduced in this work is the development, validation and application of a new diffractive optical element (DOE) for conical illumination that configures a new interferometer with true radial in-plane sensibility. This new configuration made the interferometer invariant to the wavelength of the light source, making it immune to wavelength instabilities of the laser, which was the main problem that caused loss of correlation in earlier versions of the system with conical mirror. This property also allowed the use of low cost multimode laser diodes with just over 100 micrometers of temporal coherence length. Due to the low thermal expansion coefficient of the DOEs glass, the developed system is virtually insensitive to ambient temperature variations. The compact design keeps the system less sensitive to vibration, making it robust for industrial and/or field applications. Two prototypes were designed based on these new concepts: one for measuring mechanical stress and a more complete one, for measuring residual stresses. The inaccuracy for residual stresses measurement by the hole drilling technique reveals high sensitivity to the uncertainty of the diameter value and the shape quality of a blind hole drilled for residual stresses relieving. To improve the performance for the measurement of residual stresses an improved drilling device, with better guides and bearings, automatic depth control and a new optical diameter measuring procedure, was developed and validated in this work. The metrological performance of each prototype was determined by a careful displacement calibration. Based on this displacement calibration, an error propagation analysis was applied for all procedures and measurement uncertainties were estimated for deformations, stresses and residual stresses measurements with the blind hole method.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:43:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301208.pdf: 4594701 bytes, checksum: f581a07c8bbacccd5087a4a7da726cdc (MD5) / A variabilidade nos valores das flechas de vigas de concreto armado pode ser atribuída a incertezas nas propriedades dos materiais, nas dimensões dos elementos e na história do carregamento. Outras fontes de incertezas são os erros de modelos nos procedimentos de cálculo, as condições de contorno, o desenvolvimento de fissuras devidas à retração e a variação de temperatura e incertezas em relação ao tempo de aplicação das cargas devidas à construção e instalação de elementos não estruturais. Um modelo determinístico é usado para calcular as flechas imediatas e diferidas das vigas de concreto armado. O modelo utiliza uma teoria consistente para a análise da curvatura e deslocamentos das vigas de concreto armado em estado de fissuração. Nesse modelo é considerada a contribuição do concreto entre as fissuras, efeito também conhecido como tension-stiffening. Os resultados do procedimento determinístico são verificados com os resultados de ensaios de flechas em vigas disponíveis nos trabalhos da área em estudo. Uma simulação pelo Método de Monte Carlo é utilizada para calcular probabilidades de falha em serviço e a variabilidade das flechas em uma série de vigas dimensionadas de acordo com a norma brasileira. Um estudo paramétrico é feito para determinar a influência de cada uma das variáveis aleatórias de projeto nesta variabilidade. Os resultados analisados demonstram que a variabilidade dos valores das flechas pode ser grande e depende basicamente da relação entre o momento aplicado e o momento de fissuração, da taxa de armadura e também da relação entre a carga acidental aplicada e a carga permanente. Foi verificado que este procedimento de dimensionamento da norma brasileira produz índices de confiabilidade não uniformes. / The variability of reinforced concrete beams deflections can be attributed to uncertainties in the material properties, the dimensions of the elements, the reinforcement and the applied loads. Other sources of uncertainties are the errors of the model used in the calculation procedures, the boundary conditions and the development of cracks due to shrinkage and temperature changes and uncertainty regarding the time of application of loads during construction and installation of non-structural elements. A deterministic model is employed in order to calculate the immediate and time-dependent deflections using a finite element approach. The model uses a consistent theory for the analysis of curvature and deflections of reinforced concrete beams in the cracking stage. The model considers the contribution of concrete between cracks, effect known as tension stiffening. The results of the deterministic model are compared with the test data in the literature. A simulation procedure using the Monte Carlo method is used to evaluate the variability of deflections and probabilities of serviceability failure for reinforced concrete beams and slabs sized according to brazilian code. A parametric study is carried out in order to determine the influence of each one of the random design variables on this variability. The results demonstrate that the variability of the deflection values can be large and is basically dependent on the relation between the applied moment and the cracking moment, the reinforcement ratio and also in the slenderness ratio of the beam or slab. It was found that the serviceability requirements of the code produce non-uniform reliability indexes

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-22T21:38:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226784.pdf: 5654487 bytes, checksum: 94799dd30ebe8636553958bf964c437f (MD5) / Neste trabalho foi feita uma avaliação da eficácia do martelamento para a redução das distorções e o alívio de tensões em soldas envolvendo aços ferríticos e austeníticos. Para isto, foram utilizados quatro tipos eletrodos revestidos: E-7018, E-316-16, E-502-15 e E-505-15. A escolha destes metais de adição foi especialmente em função das diferenças metalúrgicas que existem entre eles, abrangendo assim desde um aço austenítico até aços com transformação martensítica. A metodologia escolhida para avaliar as tensões residuais foi a da distorção angular. A distorção foi medida em corpos de prova soldados sem martelamento e em corpos soldados e martelados em dois momentos diferentes depois de depositado cada cordão, isto para verificar os resultados do martelamento a dois níveis de temperatura diferentes. Os resultados do martelamento foram avaliados quanto à profundidade do encruamento e aos efeitos metalúrgicos nos metais de solda. Com isso pode-se concluir que: a) a deformação superficial, ou seja, a mossa impressa pelo processo de martelamento, atinge pequenas profundidades menores que 200 microns, sendo de fácil remoção por processos simples de esmerilhamento; b) o processo de martelamento mostrou-se eficaz para alívio de tensões principalmente para o metal de adição E-7018, tanto o executado a alta como o a baixa temperatura, não se notou diferença metalúrgica nos cordões que foram martelados e depois receberam o calor dos passes de solda subseqüentes; c) o metal de adição E-316L-16 mostrou-se muito sensível ao encruamento por deformação, atingindo altos valores de dureza, assim como uma grande profundidade de encruamento não sendo, portanto, adequado utilizar o martelamento nesse material; d) a transformação martensítica nas soldas realizadas com eletrodos E-502-15 e E-505-15 produziu uma forte redução da distorção angular, o que dificultou a comparação dos resultados obtidos com o martelamento em relação às tensões.

No presente trabalho, foi implementada uma formulação de otimização topológica com o objetivo de encontrar o mínimo volume de estruturas contínuas bidimensionais, em estado plano de tensão, sujeitas à restrição de tensão de von Mises. Foi utilizado o Método dos Elementos Finitos para discretizar o domínio, com o elemento não conforme de Taylor. A tensão foi suavizada, calculando-se um valor de tensão para cada nó do elemento. O fenômeno da singularidade foi contornado através do método de relaxação da tensão, penalizando-se o tensor constitutivo. Foi usada uma única medida de tensão global, a normap, resultando na redução do custo computacional do cálculo das sensibilidades. As sensibilidades da função objetivo e da restrição de tensão foram calculadas analiticamente. O problema de otimização topológica foi resolvido por um algoritmo de Programação Linear Sequencial. Os fenômenos da instabilidade de tabuleiro e da dependência da malha foram contornados pela utilização de um filtro de densidade linear. A formulação desenvolvida foi testada em 3 casos clássicos. No primeiro deles, foi testada uma viga curta em balanço, submetida a 3 diferentes tipos de penalização da função objetivo, obtendo-se uma estrutura com 27% do volume inicial, com reduzido número de elementos com densidades intermediárias. No segundo caso, foi testada a mesma estrutura submetida à flexão, chegandose a uma topologia bem definida no formato de duas barras, com 16,25% do volume inicial. No terceiro caso, em que foi utilizado um componente estrutural em formato de “L”, justamente por favorecer o surgimento de concentração de tensão em sua quina interna, o otimizador gerou uma estrutura bem definida, permanecendo, contudo, uma pequena região de concentração de tensão na topologia final. / A topology optimization formulation to search for the minimum volume of twodimensional linear elastic continuous structures in plane stress, subject to a von Mises stress constraint, was implemented in this study. The extended domain was discretized using Taylor nonconforming finite element. Nodal values of the stress tensor field were computed by global smoothing. A penalized constitutive tensor stress relaxation method bypassed the stress singularity problem. A single p-norm global stress measure was used to speed up the sensitivity analysis. The sensitivities of the objective function and stress constraints were derived analytically. The topology optimization problem was solved by a Sequential Linear Programming algorithm. A linear density filter avoided the checkerboard and the mesh dependence phenomena. The formulation was tested with three benchmark cases. In the first case, a tip loaded short cantilever beam was optimized using a sequence of three different objective function penalizations. The converged design had approximately 27% of the initial volume, with a small proportion of intermediate densities areas. In the second case, the same domain was subjected to shear, resulting a well defined two-bar design, with 16.25% of the initial volume. In the third case, an L-shape structure was studied, because it has a stress concentration at the reentrant corner. In this last case, the final topology was well-defined, but the stress concentration was not completely removed.