Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent times, much research effort has been undertaken aiming at the development of the so-called
smart materials, understood as those that exhibit coupling between two or more physical domains in
such a way that, when stimulated externally, they undergo controlled variations of some of their
properties, such as viscosity, stiffness, volume or electrical conductivity. The degree of maturity of the
technology of smart materials and structures is confirmed by numerous examples of applications
found in industrial products. The present work is dedicated to the study of shape memory alloys, which
are considered as being some of the most promising smart materials in terms of potentiality for
industrial innovation. Those materials present the capacity of, once submitted to external loads,
recovering their original form and dimensions through the application of thermal cycles or by removing
the load. This behavior is due to two effects exhibited by those materials: shape memory and
pseudoelasticity. The present dissertation reports the study carried-out by the author concerning some
of the most relevant constitutive models intended for the description of the thermomechanical behavior
of shape memory alloys, based on assumed transformation kinetics and on internal variables with
constraints. The understanding of such models is considered to be essential for the development of
modeling procedures of intelligent devices. After the description of the potentiality of applications of
the shape memory alloys in the context of the smart material and structures technology and the
assessment of the most relevant phenomenological aspects, specially the underlying phase
transformations, the formulations of some constitutive models, chosen among those considered to be
the most representative ones, are described, namely: models with assumed transformation kinetics
(Tanaka, Liang-Rogers, Brinson, and Boyd-Lagoudas models) and models based on internal
variables with constraints (modified Fremond and Savi and coauthors models). Numerical simulations
are carried-out with the aim of evaluating the main features of the models considered and validating
the numerical implementations by comparisons with results extracted from the literature. Afterwards,
the analytical developments and numerical simulations regarding the incorporation of the Liang-
Rogers model in a single-degree-of-freedom vibrating system are presented, enabling to evaluate the
interest in using shape memory alloys for the purpose of vibration control. The study reported herein
has been developed in the context of the National Institute of Science and Technology of Smart
Structures in Engineering, leaded by the Structural Mechanics Laboratory Prof. J.E.T. Reis, of the
School of Mechanical Engineering of the Federal University of Uberlândia, which is dedicated to the
study of the foundations and applications of intelligent materials to various problems of engineering as
well as to multidisciplinary problems. / Ultimamente tem-se investido grande esforço em pesquisas com vistas ao desenvolvimento dos
chamados materiais inteligentes, entendidos como aqueles que exibem acoplamento de dois ou mais
domínios físicos, de modo que, quando externamente estimulados, sofrem alterações controladas de
algumas propriedades como a viscosidade, volume, rigidez, resistência elétrica e condutividade. O
grau de amadurecimento da tecnologia de materiais e estruturas inteligentes é comprovado pela
existência de numerosos exemplos de utilização em produtos industriais. O presente trabalho é
dedicado ao estudo das ligas com memória de forma (shape memory alloys), que são considerados
como um dos materiais inteligentes mais promissores no tocante às inovações industriais. Trata-se de
materiais que possuem a capacidade de, uma vez submetidos a cargas externas, recuperar sua
forma e dimensões originais quando sujeitos a ciclos térmicos apropriados ou quando o carregamento
é retirado. Esses materiais apresentam duas propriedades especiais que os diferenciam dos outros
materiais, a memória de forma, propriamente dita, e a pseudoelasticidade. O presente memorial
reporta o estudo desenvolvido pelo autor acerca de alguns dos principais modelos constitutivos que
foram desenvolvidos para a representação do comportamento termomecânico de materiais com
memória de forma. A compreensão destes modelos é essencial para o desenvolvimento de
procedimentos de modelagem de dispositivos inteligentes. Após a descrição das potencialidades de
aplicação no contexto da tecnologia de estruturas inteligentes e da fenomenologia subjacente ao
comportamento das ligas com memória de forma, notadamente as transformações de fase austenitamartensita,
apresentam-se as formulações de alguns modelos constitutivos, selecionados dentre
aqueles considerados os mais representativos, incluídos em duas categorias distintas, a saber:
modelos com cinética de transformação assumida (modelos de Tanaka, de Liang-Rogers, de Brinson,
e de Boyd-Lagoudas) e modelos baseados em variáveis internas (modelos de Fremond modificado e
de Savi e colaboradores). Em seguida, são apresentados resultados de simulações numéricas
realizadas com o objetivo de avaliar as principais características dos modelos estudados e validar as
implementações realizadas mediante confrontação com resultados extraídos da literatura. Por fim,
são apresentados os desenvolvimentos analíticos e simulações numéricas realizadas para
incorporação do modelo de Liang-Rogers em um sistema vibratório de um grau de liberdade, que
permitiu comprovar o potencial de utilização dos materiais com memória de forma para o controle de
vibrações. O estudo realizado se insere nas atividades desenvolvidas no âmbito do Instituto Nacional
de Ciência e Tecnologia de Estruturas Inteligentes em Engenharia, sediado pelo Laboratório de
Mecânica de Estruturas Prof. José Eduardo Tannús Reis - LMEst, da Faculdade de Engenharia
Mecânica da UFU, que se dedica ao estudo dos fundamentos e aplicações de materiais inteligentes
em diversos tipos de problemas de engenharia e problemas multidisciplinares. / Mestre em Engenharia Mecânica
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14952 |
| Date | 29 April 2011 |
| Creators | Pinto, Aurélio Alves |
| Contributors | Rade, Domingos Alves, Lima, Antônio Marcos Gonçalves de, Paula, Aline Souza de |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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