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Previous issue date: 2011-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The finite element method has been traditionally applied in solving problems of elasticity and heat transfer, being widely used in cases with homogeneous isotropic materials. With the advent of new technologies, it has been more frequent to use components with more than one material, aiming to get the most out of each phase. A common example is the application of coating films, with optimal properties, on a substrate. These coating films may be homogeneous or functionally graded (FGM). The latter presents a continuous variation of properties through the geometry, allowing to reduce differences at the interface with the substrate. It is important to analyze the behavior of stresses along the interface between film and substrate, a region prone for the occurrence of failure. As current commercial finite element programs have limitations to handle FGM's, especially at the interfaces, one of the motivations of this dissertation is to develop a method for stress and flux nodal recovery, adequate to work with this type of material. The work presents the analysis of a component made of steel or aluminum coated with a titanium nitride film (homogeneous or FGM) under thermo-mechanical loading. The thermal part of the problem is set in an Eulerian description, leading to heat transfer by conduction and convection in the solid. The mechanical (elasticity) part is set in the usual Lagrangean description. A staggered thermo-mechanical approach is implemented and promising results are obtained. / O método de elementos finitos tem sido tradicionalmente aplicado na solução de problemas de elasticidade e transferência de calor, sendo amplamente utilizado em casos com materiais homogêneos e isotrópicos. Com o advento de novas tecnologias tem sido mais freqüente a utilização de componentes com mais de um material, onde se procura obter o máximo proveito de cada fase. Um exemplo comum é a aplicação de filmes de revestimento com propriedades ótimas sobre um substrato. Estes filmes de revestimento podem ser homogêneos ou funcionalmente gradados (FGM), sendo que o último tem variação continua de propriedades ao longo da geometria, permitindo atenuar diferenças na interface com o substrato. A análise do comportamento das tensões ao longo da interface entre filme e substrato é de suma importância, pois esta é uma região potencial para ocorrência de falhas. Dado que programas comerciais de elementos finitos atuais apresentam limitações para lidar com FGM s, principalmente na região de interface, uma das motivações desta dissertação é desenvolver um método de pós-processamento de tensões e fluxos capaz de trabalhar adequadamente com este tipo de material. O trabalho apresenta a análise de um componente de aço ou alumínio revestido com filme de nitreto de titânio (homogêneo ou funcionalmente gradado), sob carregamento termomecânico. A parte térmica do problema é descrita usando uma abordagem Euleriana, que resulta em condução de calor por convecção e condução no sólido. A parte mecânica (elasticidade) é descrita pela tradicional abordagem Lagrangeana. Um procedimento de solução termomecânica aninhada (staggered) é implementado e resultados promissores são obtidos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.udesc.br #179.97.105.11:handle/1796 |
| Date | 29 July 2011 |
| Creators | Odorczyk, Marcos Fernando |
| Contributors | Rojas, Pablo Andrés Muñoz |
| Publisher | Universidade do Estado de Santa Catarina, Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, UDESC, BR, Ciência dos Materiais |
| 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:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UDESC, instname:Universidade do Estado de Santa Catarina, instacron:UDESC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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