Engenharia Mecânica
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Dissertação Influência da distribuição de componentes sobre placas no projeto estrutural de equipamentos eletrônicos embarcados(2015) Buzzoleti, R. G.Todo equipamento eletrônico embarcado irá sofrer vibração em algum momento da vida. Se não for uma vibração ativa operacional, pelo menos durante o transporte alguma vibração irá ocorrer. Sendo a vibração a segunda grande fonte de falha em componentes eletrônicos (cerca de 20% segundo Steinberg, 2000), é de grande importância a sua compreensão para melhor proteger a eletrônica embarcada, principalmente, a que está submetida a severos níveis de vibração como em casos de aplicação em satélites. Normalmente, por diversas questões como acessibilidade, manuseio e manutenção, a eletrônica embarcada é composta basicamente de módulos (caixas ou invólucros) que acomodam as placas de circuito impresso nas quais são montados os componentes eletrônicos. As placas de circuito impresso são responsáveis por fornecer suporte mecânico aos componentes eletrônicos e prover a conectividade elétrica do circuito. Este trabalho tem o objetivo de estudar como a distribuição dos componentes sobre a placa afeta o seu comportamento dinâmico e, até que ponto, pode-se utilizar essa distribuição em benefício do projeto estrutural. Para isso, foi elaborado um modelo de elementos finitos onde foram obtidas as frequências naturais e os modos de vibrar da placa para 6 distribuições arbitrárias de massa. A fim de avaliar como a distribuição de massa é afetada em placas que tem maior massa adicionada, para cada distribuição de massa, a massa adicionada à placa foi aumentada em três etapas, 22,9% da massa da placa, 30,4% e 39,8%. O mesmo foi feito com a área dos suportes de fixação para avaliar como a sensibilidade da mudança da distribuição é afetada pela área de apoio. Na configuração inicial, a área dos suportes de fixação somava 5% da área da placa, posteriormente passou a ser 10% e 15%. Após a análise por elementos finitos foram realizados ensaios experimentais e os resultados dos mesmos foram comparados com os resultados da simulação e com outros resultados obtidos na bibliografia.Dissertação Simulação pelo método dos elementos finitos do processo de conformação por fluência com envelhecimento(2013) Brandão, F. M.A indústria aeroespacial busca sempre a melhoria contínua de seus produtos visando alcançar a menor relação entre peso e resistência mecânica, e isso acarreta no surgimento de inúmeros processos de fabricação, dentre os quais se destaca a conformação por fluência com envelhecimento, do inglês Creep Age Forming (CAF), também conhecido como Creep Forming ou Age Forming. Este processo é empregado na fabricação de painéis de asa e nele atuam simultaneamente três fenômenos: fluência, relaxação e envelhecimento artificial. Temperatura e tempo de processo são definidos para que a fluência não atinja o estágio terciário e para que a peça final atinja as propriedades mecânicas de interesse através do envelhecimento. Com isso o mecanismo de fluência é interrompido, fazendo com que haja o fenômeno de retorno elástico. O retorno elástico deve ser previsto e seu efeito ser compensado no ferramental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades mecânicas da liga Al 7050 e obteve-se experimentalmente o modelo de fluência que caracteriza o CAF. Com isso, utilizando o método dos elementos finitos simulou-se 2 geometrias propostas, determinando-se assim o retorno elástico, o campo de tensões atuantes e as tensões residuais após o processo.Dissertação Simulação do processo de conformação por fluência e envelhecimento aplicado a chapas de alumínio curvas com e sem reforço longitudinal(2012) Silva, Wallas Weiner daO processo de conformação de chapas de alumínio por fluência e envelhecimento, também conhecido como creep age forming - CAF tem sido utilizado na indústria aeroespacial para a fabricação de componentes de painéis com geometria complexa, principalmente painéis das asas de aeronaves. Através deste processo, é possível envelhecer e conformar o alumínio simultaneamente, melhorando as características mecânicas do material, especialmente do ponto de vista de fadiga, e reduzindo significativamente os custos de fabricação. O CAF baseia-se na complexa combinação de relaxação da tensão por fluência e endurecimento por envelhecimento. Uma das características deste processo é que os valores do retorno elástico costumam ser altos, e isso representa um grande desafio para a fabricação dos painéis. Portanto, faz-se necessário desenvolver métodos para se prever qual o valor total deste retorno elástico, para que se possa saber o formato da ferramenta que ao final do processo de fabricação forneça um produto com a geometria desejada. Neste trabalho busca-se desenvolver um modelo de elementos finitos para que se possa prever o retorno elástico e estudar o campo de tensões residuais na chapa. Foram criados dois modelos de elementos finitos - um com reforçador logitudinal e outro sem - para se investigar o efeito da geometria no valor do retorno elástico. Por fim, os resultados obtidos através da simulação numérica foram comparados com os resultados experimentais obtidos, e a validade deste método foi discutida criticamente. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios para a previsão do retorno elástico.Dissertação Simulação do processo de conformação superplástica pelo método dos elementos finitos(2010) Solosando, Sandro GuilhermeA superplasticidade é a capacidade que alguns materiais possuem de sofrer grandes deformações de maneira homogênea. É obtida em materiais de granulação fina e sob determinadas condições de processamento. As condições de processamento para se obter a superplasticidade são basicamente: baixas taxas de deformação e temperaturas superiores a metade da temperatura absoluta de fusão do material. Este trabalho tem como objetivo simular o processo de conformação superplástica pelo método dos elementos finitos. As simulações de superplasticidade foram realizadas em blanks de geometria circular e retangular e o material destes blanks foi a liga de alumínio 5083. Os blanks circulares foram utilizados tanto para a simulação de expansão livre quanto para a conformação de uma peça cônica; já o blank retangular foi utilizado para a obtenção de uma bandeja retangular. Dos modelos simulados foram obtidos os seguintes resultados: curva de pressão x tempo de conformação, redução da espessura da chapa, deformação plástica na espessura e força de fechamento das matrizes. Nas simulações de expansão livre e de conformação da peça cônica observou-se que as máximas pressão de conformação e força de fechamento das matrizes sofreram uma variação de 3,5% e 12%, nas simulações de expansão livre, e de 13,5% e 10,5%, nas simulações de conformação da peça cônica, quando a malha de elementos finitos foi refinada. Também observou-se que a variação da espessura não foi influenciada quando o refinamento da malha foi realizado nestes modelos. Além disso, notou-se que os valores de redução da espessura, obtidos na simulação de conformação da bandeja retangular, apresentaram uma diferença de até 59% quando comparados com dados experimentais propostos por Luckey, Friedman e Weinmann (2007)- Implementação do modelo unificado de comportamento mecânico para a simulação do creep age forming(2016) Oliveira, M. C.A conformação por fluência com envelhecimento (CFE) foi desenvolvida para atender as novas demandas do mercado aeronáutico, tornando o produto mais competitivo por causar redução nos custos de fabricação e principalmente por gerar um componente com baixa tensão residual. O processo ocorre em ligas de alumínio com a combinação dos processos de conformação e tratamento térmico, em que o tempo da conformação por fluência com envelhecimento é determinado para o material atingir as propriedades mecânicas desejadas. No início da conformação é imposta uma deformação de caráter elástica, que é reduzida durante o processo devido ao aumento da deformação por fluência e ao relaxamento de tensão. No final do processo ao retirar a carga aplicada no componente acontece o retorno elástico devido à parcela de deformação elástica remanescente. O método dos elementos finitos tem sido aplicado no estudo da conformação por fluência com envelhecimento, principalmente para prever o retorno elástico. Contudo para realizar a simulação é necessário definir no programa de elementos finitos o modelo de comportamento mecânico do material durante a conformação. Sendo assim, este trabalho visa implementar um modelo de comportamento mecânico da conformação por fluência com envelhecimento, através de uma sub-rotina inserida no programa MSC. Marc ®. As simulações foram realizadas em matrizes com uma curvatura e de dupla curvatura, e o material do blank foi a liga AA2124. Nas simulações observou-se a relaxação de tensão, deformação por fluência, tensões principais e o retorno elástico. Comparando os resultados experimentais da deformação por fluência publicados por Zhang et al. (2013) e os resultados computacionais, foi observado que o modelo da conformação por fluência com envelhecimento não apresentou um bom ajuste. O retorno elástico determinado para as duas geometrias foi elevado e teve influência dos dados de entrada do modelo da CFE na sub-rotina. A partir dos resultados, conclui-se que a sub-rotina realizou corretamente a simulação da conformação por fluência com envelhecimento e pode ser aplicada no estudo da conformação.
- Aplicação de otimização paramétrica no desenvolvimento de um transdutor de seis eixos para rodas de veículos de competição(2016) Gouvêa, A. L. S.A determinação das forças atuantes no chassis do veículo provenientes das iterações da roda com o pavimento são de extrema importância para aprimorar o comportamento dinâmico de um veículo. No entanto, sua definição analítica é extremamente complexa devido à alta influência de fenômenos não lineares, tais como a histerese do pneu, além das características estatísticas pertinentes das irregularidades do pavimento. Por isso, torna-se necessária a utilização de dispositivos para a aquisição de dados sobre as forças atuantes. Assim, este trabalho apresenta detalhes de modelamento, construção e calibração em uma célula de carga apta a obter os seis carregamentos influentes nas rodas do veículo Baja – Society of Automotive Enginners (SAE) do Centro Universitário da Fundação Educacional Inaciana Padre Saboaia de Medeiros (FEI). O objetivo central deste desenvolvimento é determinar os parâmetros ótimos na concepção de um transdutor dedicado a rodas. Para isto, é imprescindível a elaboração de um modelo numérico capaz de descrever deslocamentos, deformações e tensões atuando na célula de carga durante a operação. Para a estruturação do problema em estudo, inicialmente são apresentados os principais conceitos da mecânica dos sólidos, da extensometria e de elementos finitos, além de uma análise crítica das metodologias existentes, necessários para a formação do conhecimento fundamental para a elaboração do trabalho. Somente então, é postulada a metodologia, na qual este projeto se baseia, que consiste na aplicação de uma otimização paramétrica com o intuito de se obter a máxima sensibilidade na aquisição das forças atuantes no transdutor, sujeito a restrições mecânicas e geométricas. Finalmente, com o projeto validado, constrói-se um modelo físico com a finalidade de comprovar experimentalmente, em campo, os resultados gerados pela simulação numérica.