O uso de buchas em suspensões de veículos é uma forma tradicional de reduzir vibrações, ruídos da estrada e aumentar o conforto de condução. No entanto, o processo de projeto de buchas depende demasiadamente de dados experimentais e históricos devido à complexidade dos elastômeros utilizados. O uso de softwares CAE nesse processo é dificultado por essa complexidade, uma vez que a hiperelasticidade presente nos elastômeros só pode ser descrita usando modelos hiperelásticos como Mooney-Rivlin, Ogden e Yeoh, que utilizam um conjunto de parâmetros para descrever o comportamento constitutivo do elastômero. Esses parâmetros podem ser determinados usando procedimentos de ajuste de curvas (curvefitting) que dependem de dados de teste, que nem sempre estão disponíveis e aumentam os custos de desenvolvimento. A maneira tradicional de simular uma bucha consiste em obter a geometria e as propriedades do material, modelá-la em um software de elementos finitos (FEA), aplicar condições de contorno e analisar os resultados. Essa abordagem foi executada durante este trabalho, no entanto, durante a pesquisa, alguns obstáculos foram enfrentados. Por exemplo, o comportamento constitutivo do elastômero precisa ser calibrado usando dados experimentais disponibilizados pelo fornecedor, mas esses dados são frequentemente difíceis de obter devido às limitações dos fornecedores, bem como às limitações físicas, como a variabilidade da rigidez do borracha de lote para lote, onde elastômeros com a mesma dureza Shore A apresentam diferentes rigidezes. Esses problemas podem ser evitados usando uma análise inversa em vez do método direto tradicional. O presente trabalho propõe uma rotina de otimização trust region dog-leg que utiliza uma interação MATLAB-ABAQUS para encontrar os parâmetros hiperelásticos para uma determinada geometria com base em dados experimentais. A metodologia foi aplicada a modelos de exemplo, como modelos 3D e axissimétricos de buchas automotivas, utilizando diferentes tipos de dados. Obteve-se resultados que mostraram uma minimização da discrepância e, portanto, forneceu parâmetros que poderiam descrever o comportamento constitutivo observado nos dados experimentais ou pseudo-experimentais.

O satélite NanoMIRAX/Cron-1 é um CubeSat 2U, cuja carga útil é o experimento Localizador de Explosões Cósmicas de Raios X (LECX), capaz de captar emissões de raios gama (GRB) entre 30 e 200 keV com 53°×53° de campo de visão. Para os objetivos da missão, o experimento deve ficar a maior parte do tempo apontado para o Espaço, evitando a superfície da Terra. O satélite é equipado com sensores GPS, magnetômetros e sensores solares. O objetivo desse trabalho é projetar e comparar o desempenho de controle de atitude utilizando torqueadores magnéticos ou rodas de reação para o detumbling e o controle de zona limite. O modo detumbling visa diminuir a velocidade angular do satélite. O controle de zona limite busca impedir que o LECX seja direcionado para a Terra, maximizando a área de busca. A modelagem do movimento orbital e de atitude do satélite foi validada em simulações numéricas. Comparou-se o desempenho dos atuadores magnéticos em diferentes abordagens para o controle de zona limite, levando em consideração a magnetização e desmagnetização desses dispositivos. Para as rodas de reação o desempenho foi avaliado para diferentes disposições das rodas com um controle PD. Ao final foi analisado o desempenho de um controle híbrido para um modelo 3U, no qual as rodas de reação realizam o controle de zona limite e os magnetorqueadores desaceleram as rodas. Com essa estratégia é possível realizar não somente o controle da zona limite como também apontamento para uma orientação desejada.

Com o crescimento da participação da energia eólica na matriz energética brasileira e mundial, os investimentos em pesquisas são constantemente realizados pelas empresas para o desenvolvimento de novos aerogeradores.

 Durante a operação do aerogerador, a pá está submetida a ventos de alta velocidade, que podem provocar fenômenos indesejados caso o projeto não esteja considerando variáveis importantes, como as vibrações de flexão e torção provocadas pelo movimento de rotação durante a passagem de ar pelas lâminas da pá.

 Este fenômeno pode causar acoplamento das frequências naturais de vibração e que se não for levado em consideração gera efeitos de Interação Fluido Estrutura, causando sérios prejuízos ao operador e fabricante, além de colocar em risco a vida de pessoas durante a operação.

Durante as primeiras etapas do projeto de uma pá eólica é necessário determinar as frequências naturais, além dos modos de vibração. Logo, o objetivo do presente trabalho de mestrado é desenvolver a primeira versão de um código computacionalno software Mathematica para análise de autovalores de pás de turbinas eólicas com comportamento flexotorcional.

A pá do aerogerador é modelada como uma viga de Euler-Bernoulli de seção transversal variando ao longo de seu comprimento, porém, para os cálculos são usadas as propriedades médias, tornando a pá uma viga prismática. Ao girar com uma dada velocidade de rotação, a estrutura sofre deformações flexotorcionais. O princípio de Hamilton é usado para obter a equação de movimento da pá.

A pá é analisada numa primeira etapa como uma viga sem movimento de rotação (viga estacionária), logo após, a rotação foi adicionada. O problema de autovalores foi resolvido analiticamente, baseando-se no trabalho de Dokumaci (1987), e numericamente, usando dois métodos, de Modos Assumidos e Ritz-Galerkin, ambos apresentados no livro de Meirovitch (2001). Ademais, um estudo paramétrico foi feito a fim de determinar os parâmetros com maior influência nas características de vibração natural da pá.

Neste trabalho de mestrado aborda-se a estabilidade e o comportamento dinâmico de um tubo viscoelástico disposto na vertical, engastado no topo e livre no extremo inferior, descarregando fluido interno. O sistema é não conservativo devido a que o escoamento atua como uma fonte fornecedora de energia. O tubo é visto como uma estrutura esbelta com pequenas deflexões de modo que a teoria de vigas de Euler-Bernoulli é adoptada. O material viscoelástico do tubo se comporta de acordo com o modelo de dissipação de energia de Kelvin-Voigt. Aqui, aborda-se o paradoxo de perda de estabilidade por amortecimento, um tema de interesse científico. O escoamento interno é estacionário, incompressível e uniforme com velocidade constante. A equação diferencial de movimento do sistema é obtida pela abordagem Newtoniana, através do equilíbrio dinâmico dos elementos de tubo e fluido, e é adimensionalizada introduzindo os parâmetros adimensionais de massa, velocidade do fluido, viscoelasticidade e de gravidade. A equação de movimento é discretizada pelo método de Galerkin, assumindo como solução aproximada o somatório dos produtos de duas funções, uma espacial e outra temporal, as funções espaciais são os modos de vibração livre do tubo engastado e as funções temporais são harmônicas que definem a amplitude da vibração do tubo. Aborda-se a análise de estabilidade pelo estudo das frequências naturais, obtidas a partir da solução da equação característica do sistema, as quais são apresentadas no diagrama de Argand onde é possível identificar as regiões de instabilidade, a velocidade crítica, além de prever o tipo de movimento do tubo. Conduziu-se um estudo de sensibilidade da velocidade crítica variando os parâmetros adimensionais que caracterizam o sistema. Finalmente, apresenta-se a resposta dinâmica do sistema obtida pela transformada de Laplace, para casos específicos de interesse. Os resultados mostram o efeito estabilizador e desestabilizador do material viscoelástico, para velocidades acima da crítica a instabilidade por flutter, e que a viscosidade do meio externo ao tubo aumenta o tempo de transição à instabilidade.

Nas aplicações de realidade aumentada (RA) o mundo real pode interagir com o virtual através de processamento e sobreposição de imagens. Este conceito vem sendo cada vez mais utilizado no que se diz respeito a aplicações da industria 4.0 como robótica móvel em conjunto com gêmeos digitais. Explorando esta técnica que está em constante crescimento, foi proposto neste artigo a criação de um sistema para visualização em tempo real da odometria de um robô móvel diferencial autônomo,  utilizando RA. A ideia central é demonstrar, de maneira aplicada, o uso da RA em conjunto com a robótica móvel permitindo a visualização de dados, antes ocultos, ao usuário. Para realização do desafio proposto foram explorados kits de desenvolvimento de software RA como Unity e Vuforia para criar uma aplicação modular que permite o uso em conjunto com um robô diferencial utilizando protocolos de comunicação UDP sendo que tanto o chassi do robô quanto a placa de circuito e aplicativo foram todos projetados e desenvolvidos do zero pela equipe. Ao final, foram apresentados os resultados iniciais deste projeto assim como implementações futuras.

No projeto e avaliação de estruturas submetidas a esforços dinâmicos é comum utilizar
m´métodos determinísticos para prever seu comportamento e garantir sua segurança. Tais
m´métodos, porém, possuem limitações, uma vez que não consideram as incertezas inerentes
aos carregamentos e aos materiais estruturais. Cargas dinâmicas de origem ambiental
como ventos, sismos e ondas são processos intrinsecamente aleatórios, assim como as
propriedades dos materiais empregados nos elementos estruturais, tornando m´métodos
determinísticos pouco abrangentes. Por outro lado, a análise de confiabilidade considera
essas incertezas, e promove uma avaliação mais completa da performance estrutural,
fornecendo a probabilidade de violação de um estado limite. A imprevisibilidade das ações,
a variabilidade nas propriedades dos materiais e as imprecisões dos modelos analíticos
podem trazer um impacto significativo `a integridade e `a segurança de edifícios, pontes,
barragens etc. Portanto, a análise precisa e eficiente dessas estruturas ´e essencial para
garantir sua confiabilidade e a segurança dos usuários. O objetivo deste trabalho ´e
explorar os conceitos da teoria da confiabilidade estrutural e desenvolver programas em
linguagem MATLAB® para análise de confiabilidade de estruturas submetidas a esforços
dinâmicos, incorporando m´métodos para análise dinâmica de estruturas a m´métodos de análise
de confiabilidade, como a simulação de Monte Carlo e m´métodos transformação. Espera-se
que os programas desenvolvidos neste estudo possam servir como ferramentas para
engenheiros e pesquisadores que precisem determinar a probabilidade de falha de estruturas,
auxiliando-os tanto em novos projetos quanto na avaliação de estruturas existentes.

O controle de forma de estruturas metálicas vem ganhando espaço nas pesquisas aeronáuticas. Sua aplicação nas asas de aeronaves já indicou gerar ganhos significativos no desempenho dos veículos aéreos. Este trabalho utiliza um controlador linear do tipo LQR (Regulador Linear Quadrático) para controlar a forma de uma placa engastada-livre-livre-livre através de atuadores piezoelétricos. Utiliza-se o modelo de placa linear.
A deflexão da placa é considerada suficientemente pequena. Desta forma, apenas a componente transversal da deflexão é considerada neste trabalho. As equações governantes do movimento são obtidas utilizando-se o princípio de Hamilton. As equações diferenciais parciais assim obtidas são discretizadas utilizando-se o método das diferenças finitas.
As equações governantes do movimento discretizadas e em malha fechada são simuladas numericamente utilizando um integrador num´erico do tipo Runge Kutta de quarta ordem. O controle LQR é aplicado nessas equações. Os tipos de controladores ótimos investigados são os de rastreamento e de regulação, com horizonte finito e infinito respectivamente. O modelo matemático para a placa linear tem controlabilidade total e o erro
em regime permanente das simulações realizadas foi reduzido de forma significante em todos os cenários. Os resultados aqui apresentados demonstram a viabilidade da técnica de controle ótimo para esse tipo de sistema dinâmico nas condições apresentadas e cria uma base para o estudo de sistemas mais complexos no que diz respeito a não linearidades no modelo matemático ou a adição de limites do valor do sinal de controle, por exemplo.

A otimização em função do consumo de combustível é sempre algo de extrema importância para qualquer conceito e projeto de engenharia. Na área de astrodinâmica, em uma missão espacial, transferências orbitais que possam ser otimizadas sempre demonstram sua relevância. Assim, manobras orbitais que usam campos gravitacionais, chamadas de manobras Swing-By oferecem uma alternativa vantajosa em alguns contextos para diminuição do consumo de combustível para uma transferência orbital. Dessa forma, neste trabalho, foi estudada a parametrização de Swing-By ótima, considerando determinadas órbitas iniciais de um satélite artificial terrestre, para que, usando a gravidade da Lua, realize-se uma manobra proposta, utilizando o método Patched Conics, para mudança dos dois ângulos de seu plano orbital (Inclinação da órbita e ascensão reta do Nodo Ascendente - ARNA). Em seguida, compara-se a eficiência energética de tal manobra, com a eficiência energética dos métodos mais usuais para realizar a mesma transferência, aqui denominado “Método Clássico” ou “Manobra Clássica”. Os resultados mostraram que a metodologia proposta é vantajosa em relação à manobra clássica em termos de consumo de combustível para diversas condições de valores iniciais.

O domínio do tempo é a alternativa mais amplamente escolhida em testes de fadiga mecânica para representar completamente eventos aleatórios em vários canais simultâneos, como uma interação entre a suspensão do veículo e o solo. A razão para isso é a possibilidade de uma reprodução completa desses eventos físicos em uma bancada de teste, sem nenhuma matemática adicional, simplificação e/ou pós-processamento. Ou seja, o conjunto de entrada de cargas/deslocamentos obtido em ensaio de campo é o mesmo executado em equipamento de teste de laboratório. A principal desvantagem dessa abordagem é a longa duração de teste e o alto custo do equipamento. Os hardwares necessários para esses testes são complexos, compostos por servo atuadores, a fim de incitar uma determinada quantidade de carga em uma janela de tempo. O tempo necessário para completar o teste também é longo, pois consiste na mesma duração da prova multiplicada pelo número de repetições para atingir o desempenho de fadiga. Os testes de bancada de fadiga no domínio da frequência, por outro lado, são alternativas potenciais para superar essas desvantagens. Ou seja, requerem equipamentos menos sofisticados, uma vez que exigem apenas atuadores simples em vez de servos atuadores e a duração do teste é reduzida, pois o comprimento total do evento é substituído por repetições constantes e dano constante. Este trabalho propõe e explora um novo método que utiliza o resultado estimado da fadiga estrutural como ponto de partida e, através da solução de um problema de otimização, determina quais cargas/deslocamentos as causaram no domínio da frequência. O objetivo é auxiliar futuros desenvolvimentos em testes de fadiga, suplantando os testes no domínio do tempo sem perder a correlação com eventos físicos.

O presente trabalho refere-se à identificação e análise das questões estruturais em pás de motores aeronáuticos, referentes à possível ocorrência do chamado Fenômeno da Localização de Modos de Vibração em Pás em Turbinas Aeronáuticas. Este envolve a distribuição da energia vibracional em modelos de turbinas em que um grande número de subsistemas nominalmente idênticos (as Pás) se acoplam pelo rotor em que estão fixados. Desta forma, foi adotada uma análise considerando, primeiramente, um modelo ideal, onde temos características, como comprimento, rigidez, angulação das pás, etc., dadas como idênticas para todos os subsistemas. Nesse caso, os modos de vibração se estendem a todo o conjunto de pás. A seguir, considera-se o modelo por uma visão mais real, variando certos elementos deste (neste trabalho, o foco se concentrou em variar em uma primeira análise, o comprimento das pás, em segunda análise, sua rigidez e, por fim, a angulação das mesmas). Demonstra-se que, neste tipo de modelo mais real, o Fenômeno da Localização de Modos de Vibração em Pás em Turbinas Aeronáuticas aparece e deve ser considerado, desprezado que foi no modelo ideal. Nesse fenômeno, a energia de vibração acaba se localizando em apenas parte do sistema, às vezes numa só pá. Para essas análises, foi utilizada a linguagem Matlab num programa baseado no Método os Elementos Finitos para identificação dos modos de vibração de um sistema cíclico como são pás de turbinas, gerando gráficos para possibilitar uma melhor visualização da presença deste fenômeno e da comparação entre os modelos real e ideal.

A emissão do gás carbônico (CO2) é a principal causa do efeito estufa. Assim, além da direta redução das emissões, é necessário o avanço na direção do emprego de tecnologias de Captura, Aprisionamento e Utilização do Carbono (CCSU). Tanto nos processos de transporte, como em ciclos de potência, a utilização do CO2 em estado supercrítico proporciona equipamentos mais eficientes e compactos. No entanto, as propriedades próximas ao ponto crítico são altamente não lineares, tornando o projeto uma tarefa desafiadora. Com relação ao comportamento estrutural, a maioria das falhas de turmomáquinas estão relacionadas à fadiga, que possui como principal causa instabilidades dinâmicas geradas por vibrações. Então, com o objetivo de reduzir o risco de falha, uma metodologia de projeto para identificar possíveis condições de ressonância foi desenvolvida. Considerou-se análises modais pré-estressadas levando em conta os efeitos de enrijecimento estrutural, flexibilização e o efeito giroscópico, além de ferramentas de identificação de ressonância, como Diagrama de Campbell, equações de Kushner e diagrama SAFE. Assim, com todo o procedimento de análise estabelecido, um processo de otimização estrutural baseada em metamodelagem foi realizado. A técnica de Kriging para geração de superfícies de resposta foi utilizada para obter os metamodelos. Estratégias de otimização mono e multidisciplinar foram empregadas. Em ambas, a condição livre de ressonância foi escolhida como objetivo e, na abordagem com múltiplas disciplinas, restrições de projeto estrutural foram utilizadas. Comparações entre diferentes funções objetivo também foram feitas. Os resultados mostraram que é possível realizar análises modais pré-estressadas, considerando todos os efeitos de rotação, além do uso de ferramentas de identificação de ressonância como parte de um processo de otimização. Os casos de validação demostraram também que as ferramentas computacionais foram capazes de representar os principais efeitos que agem em discos rotativos com pás. A otimização multidisciplinar tornou o processo de projeto mais robusto, obtendo geometrias que atingiram tanto o objetivo de mitigar o risco de ressonância, como reduziu a massa e os níveis de tensão. Por tanto, consolidando a metodologia para ser empregada em trabalhos futuros, como em compressores centrífugos reais que operam com CO2 em estado supercrítico.

Os CubeSats têm se tornando cada vez mais utilizados na indústria aeroespacial,
principalmente devido aos seus padrões pré-definidos de projeto, o que os torna mais
acessíveis e facilita o desenvolvimento e pesquisa, tanto para estudantes e
universidades, quanto para empresas de grande porte. Ainda assim, durante o seu
lançamento ao espaço, os CubeSats estão sujeitos a cargas externas como qualquer
outro satélite, como por exemplo, vibrações estruturais. Este trabalho propõe a
aplicação do MOT para o desenvolvimento de estruturas de CubeSat capazes de
vibrar em diferentes faixas de frequência, através do controle das suas frequências
naturais e da redução de massa. A metodologia desenvolvida é implementada em dois
estudos de caso, um teórico preliminar, com base em um modelo desenvolvido
através das especificações propostas pela Universidade Politécnica do Estado da
Califórnia, e um segundo estudo de caso, com base no CubeSat da equipe Sirius da
Universidade Federal do ABC. No primeiro caso buscou-se o desenvolvimento de uma
metodologia geral para a otimização topológica e no segundo caso a sua
implementação em um modelo real pré-existente. A modelagem utilizada é baseada
no método dos elementos finitos (MEF) e as simulações são executadas com o uso
do software Abaqus/CAE. Os desenhos técnicos foram realizados com o software
CATIA V5. Os resultados obtidos, por meio dessas simulações, mostram que a
otimização via software necessita também de uma análise crítica do projetista, de
modo a validar as respostas obtidas e propor melhorias. A metodologia desenvolvida
traz modelos com erros na ordem de 5% para a faixa de frequência idealizada, além
de uma redução de peso de aproximadamente 15%.

Neste trabalho é apresentado estudos de dinâmica de contato de um veículo submersível híbrido operado de forma remota (VSHOR) com a intenção de observar e controlar a interação (força do sistema de propulsão) entre uma superfície de contato e o VSHOR. Para computar a força de contato que surge durante a interação entre as esteiras do veículo e a superfície, será empregado o método dos multiplicadores de Lagrange.

A principal atividade do veículo é efetuar a medição de espessuras de chapas utilizadas na construção de cascos de navio e inspeção de estruturas submarinas, para a execução desta atividade o VSHOR é equipado com um conjunto de esteiras, que permitem o deslocamento do veículo sobre a estrutura e através de sensores ultrassom, inspecionar o objeto. Para executar tal atividade, o veículo necessita estar em constante contato com o objeto em que se deseja inspecionar, para descrever está atividade, serão propostos modelos matemáticos com os dois modos de operação do veículo (movimento livre e restrito) que leva em consideração a transição de movimento entre os dois modos.

Para o controle da condição de movimento livre do sistema, aplicou-se a metodologia de controle não linear SDRE ( State-Dependent Riccati Equation ) com a finalidade de controlar a posição e velocidade do veículo. Para a condição de contato (movimento restrito) troca-se a metodologia de controle para o controle de força, com a finalidade de controlar a amplitude da força de empuxo gerado através dos propulsores verticais e garantir que o veículo fique constantemente em contato com o objeto que se deseja inspecionar.

A dinâmica de sistemas mecânicos que possuem um ou mais tanques de propelente líquido é estudada desde meados do século passado até os dias de hoje devido, principalmente, ao efeito slosh presente na dinâmica do fluido. Esse efeito é caracterizado pelo movimento do líquido confinado em um tanque e pode influenciar adversamente a dinâmica e o controle de atitude do veículo. Diversos autores estudaram a dinâmica desses sistemas acoplados, mas nem todos consideraram na modelagem matemática aspectos da dinâmica do sistema que o aproximam de uma aplicação real, tais como o caráter subatuado deste e as não linearidades das equações governantes do movimento. O objetivo deste trabalho é modelar matematicamente um satélite estabilizado em 3-eixos e implementar uma lei de controle não linear para o controle de atitude do veículo, considerando o efeito slosh no propelente líquido na obtenção das equações governantes de movimento. Para tal, são apresentadas as modelagens matemáticas do sistema veículo-fluido para dois movimentos distintos: planar e tridimensional. No primeiro, o regulador linear quadrático (LQR) é utilizado para o controle de atitude, enquanto no segundo, a lei de controle não linear denominada linearização por realimentação parcial complementada por uma lei de controle linear do tipo proporcional-derivativo (PD) é considerada. As simulações numéricas para os dois movimentos investigam a influência da variação de três parâmetros: volume de propelente líquido, coeficiente de amortecimento do fluido e valor da constante de gravidade. Conclui-se, a partir dos resultados, que as leis de controle utilizadas são capazes de controlar a atitude do veículo para todas as variações de parâmetros, tanto para o movimento planar como para o movimento tridimensional. As simulações em malha aberta indicam que uma investigação mais detalhada de uma singularidade presente no modelo matemático no movimento tridimensional é necessária, uma vez que essa singularidade afeta o tempo de simulação das equações governantes. Os resultados obtidos são importantes para a compreensão do acoplamento satélite-fluido e podem ser utilizados em discussões acerca das modelagens matemáticas e dos projetos de controladores de satélites que consideram as não linearidades nas equações governantes do movimento.

Este trabalho aborda o desenvolvimento de variante não convencional do Método dos Elementos Finitos para problemas planos lineares, baseado na combinação do Método dos Elementos Finitos Generalizados Estável (MEFGE) com a Formulação Híbrido Misto de Tensão (FHMT). Para a FHMT, três campos de aproximação estão envolvidos: tensões e deslocamento no domínio e deslocamento no contorno do problema. Na abordagem combinada FHMT-MEFGE o enriquecimento do campo do domínio da tensão é fornecido pelo produto das funções enriquecedoras polinomiais e a Partição da Unidade (PU). Vale ressaltar que a estrutura de enriquecimento nodal no MEFGE é diferente da aplicada no Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). Além disso, o recurso do chamado enriquecimento nodal disponível pelo MEFGE e pelo MEFG amplia conceitualmente a base de aproximação do campo de tensão da FHMT, sem a necessidade de introduzir novos pontos nodais no domínio. As simulações numéricas da FHMT-MEFGE foram implementadas usando rotinas no FORTRAN® e MATLAB® e, principalmente, no Python. O desempenho desta nova abordagem (FHMT-MEFGE) é ilustrado e comparado com resultados da versão clássica do Método dos Elementos Finitos (MEF). Por fim, serão apresentadas também as implementações desenvolvidas em Python para problemas planos dentro da plataforma SCIEnCE. Destaca-se também que o desenvolvimento da FHMT no SCIEnCE foi a maior contribuição deste trabalho, pois sua versatilidade permite o estudo de diversos problemas e a fácil aplicação dos dois tipos de enriquecimentos, MEFG e MEFGE, com diferentes funções polinomiais nos nós desejados.

Neste trabalho, estudam-se modelos que representam fundações do tipo rasas apoiadas diretamente sobre o solo que suportam sistemas mecânicos geradores de carregamento periódicos, ou mais especificamente, máquinas do tipo rotativas desbalanceadas.

Os objetivos gerais do trabalho são: propor melhores modelos para análise da interação máquina-fundação e melhores modelos para análise da interação solo-fundação. Para esses propósitos serão consideradas a análise de modelos não-ideais e a teoria elástica de semi-espaço.

Pretende-se desenvolver a análise de modelos físicos das interações máquina-fundação e solo-fundação. A seguir, serão formulados os modelos matemáticos referentes aos modelos físicos propostos, via Equações de Lagrange, para então resolvê-los numericamente.

Por fim, o principal objetivo específico será a avaliação da conveniência ou não do emprego desses novos modelos em vez dos usualmente empregados na prática da engenharia.

A manufatura aditiva de peças metálicas é uma tecnologia que possibilita a fabricação dos produtos camada a camada, com base no conceito de adição de material. A principal vantagem desta técnica consiste na ampliação da viabilidade de desenvolvimento de geometrias com alta complexidade associada à baixa geração de resíduos. No entanto, a tecnologia de fusão em leito de pó a laser (FLPL) ainda enfrenta um entrave técnico para se tornar referência no cenário industrial, relativo ao inadequado acabamento superficial dos produtos. Assim, adotam-se etapas de pós-processamento para o cumprimento de exigências de melhores rugosidades e tensões residuais como, por exemplo, o fresamento. A capacidade deste processo em aprimorar a qualidade superficial de materiais fabricados por métodos convencionais é conhecida, bem como a necessidade da adequada seleção dos parâmetros de corte para que o resultado almejado seja efetivamente obtido. No entanto, devido aos defeitos intrínsecos ao processo FLPL, como a presença de poros ou partículas não fundidas no produto, combinados à possível anisotropia mecânica do material construído em diferentes orientações e às alterações de desempenho induzidas por tratamentos térmicos, o efeito do fresamento sobre peças produzidas por fusão em leito de pó ainda requer investigações complementares. O aço maraging possui uma matriz martensítica rica em níquel e apresenta um alto desempenho mecânico, principalmente, após o tratamento de envelhecimento. Em virtude destas propriedades, esse material está presente em componentes estruturais da área aeroespacial, ferramental e automotiva e, portanto, requer o atendimento a exigências rígidas de aplicação. Neste contexto, o presente trabalho investigou os efeitos das orientações de construção horizontal (HOR), rotacionada em 45º (R45) e vertical (VER) na manufatura por fusão em leito de pó, em conjunto com o tratamento térmico de envelhecimento (480 ºC por 3h) e a alteração da velocidade de corte e do avanço por dente no fresamento sobre a rugosidade média (R_a) e tensões residuais superficiais do aço maraging. Com base na caracterização da densidade, microdureza, fases e microestrutura, além de ensaios de tração e operações de fresamento, os principais efeitos das orientações de construção e do tratamento térmico, capazes de influenciar o desempenho mecânico do material e o mecanismo de formação de cavaco durante o fresamento, foram identificados. A R_a pôde ser reduzida entre 17 e 95%, dependendo dos parâmetros de processo, considerando a obtenção de resultados médios entre 0,37 μm e 2,82 μm. Mudanças no comportamento das tensões residuais superficiais também foram observadas nas amostras R45 e VER, obtendo-se tensões compressivas de até - 717 MPa para amostra VER após o envelhecimento e fresamento com f_z = 0,02 mm/dente e v_c = 150 m/min. Com isso, foi confirmada a efetividade do fresamento para o acabamento do aço maraging manufaturado por FLPL, além da relevância do planejamento dos parâmetros de corte para que a qualidade superficial dos produtos atenda as especificações com este pós-processamento

O presente trabalho visa a implementação de um código computacional em MATLAB® usando o método meanline para prever o desempenho de rotores de compressores centrífugos e propor diferentes geometrias para cada um dos quatro estágios de um trem de compressão típico em uma plataforma de petróleo, cada estágio com relação de pressões igual a 2.85. Gás carbônico em estado supercrítico, S-CO₂, é considerado como fluido de trabalho e as equações de estado de Span e Wagner são utilizadas para determinar as propriedades termodinâmicas do fluido. O código meanline prevê parâmetros do rotor tais como ângulos da pá, parâmetros de desempenho que incluem temperatura total, pressão total e eficiência isentrópica, a partir das informações da entrada como pressão total, temperatura total e velocidade de rotação da máquina. O código foi validado utilizando ar e S-CO₂ como fluidos de trabalho apresentando erro máximo de 2.39% para o compressor com ar e 3.65% para o compressor com S-CO₂. A otimização é aplicada ao código usando o algoritmo genético NSGA-II, cuja função objetivo é a maximização da eficiência isentrópica, obtida através da variação de onze dados de entrada. O conjunto código-otimizador foi capaz de propor as referidas geometrias do trem de compressão, apresentando eficiência isentrópica dos rotores iguais a 94.29%, 94.07%, 92.59 e 90.4% para o primeiro, segundo, terceiro e quarto estágios respectivamente.

Mecanismos flexíveis realizam determinadas funções a partir da deformação elástica de seu corpo, evitando assim o uso de juntas, pinos e rolamentos. Isso evita montagem e problemas como o atrito entre componentes. Mecanismos flexíveis possuem grande aplicação em aparelhos que envolvem mecânica de precisão devido à sua alta precisão dada pelo menor desgaste e pelas folgas reduzidas. Na engenharia biomédica, mecanismos flexíveis têm grande aplicação no projeto de instrumentos cirúrgicos, facilitando a esterilização devido ao número reduzido de componentes. Dada a sua aplicação em microescala, mecanismos flexíveis podem ser usados na fabricação de MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Outra possível aplicação é na fabricação de LEMS (Lamina Emergent Mechanisms), que são mecanismos fabricados de materiais planos com movimento que emerge de seu plano. Nesse trabalho, o projeto de mecanismos flexíveis também é utilizado para desenvolver um metamaterial, que é uma estrutura projetada para ter propriedades extremas não encontradas na forma natural dos materiais. Neste caso a propriedade desejada é o coeficiente de Poisson negativo, que define uma estrutura auxética. O método da otimização topológica (OT) tem se mostrado o mais genérico e sistemático para o projeto de mecanismos flexíveis. Consiste em um método que distribui material dentro de um domínio de modo a extremizar a função objetivo especificada. Nesse trabalho a OT é realizada em domínios discretizados em elementos de barras (ground structure), onde as áreas das seções transversais dos elementos são as variáveis de projeto. São considerados grandes deslocamentos, o que estabelece uma relação não linear entre deformação e deslocamento e requer o uso do MEF não linear. O objetivo desse trabalho é implementar uma metodologia para projeto de mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos usando domínios discretos. O problema de otimização está sujeito a restrição de volume, onde a função objetivo busca maximizar o deslocamento em uma dada região do domínio da estrutura quando submetida a um dado carregamento em outra região. Os resultados demonstram que é possível projetar mecanismos flexíveis com grandes deslocamentos através dessa metodologia.

O HROV (Hybrid Remote Operated Vehicle) é um veículo autônomo que tem como propósito realizar atividades em ambiente subaquático tais como verificação de estruturas, inspeção submarina e monitoramento ambiental. A movimentação do HROV é feita através de dois dispositivos complementares, duas esteiras para deslocamentos em superfícies planas e sem obstruções e um conjunto de quatro pernas articuladas que fazem um movimento conjunto emulando um animal artrópode, servindo para deslocamentos em superfícies irregulares.

É importante prever as situações que o veículo vai estar submetido durante sua operação, principalmente no caso de sua locomoção sobre uma superfície irregular, portanto se faz necessária a modelagem das pernas anexas, aqui denominadas como “patas”.  

Através do modelamento se torna possível realizar ações de controle na dinâmica do veículo, tal como o SDRE. A modelagem do sistema de locomoção é feita através da utilização das equações de Lagrange obtendo as equações diferenciais ordinárias não lineares governantes do movimento do sistema analisando o regime de trabalho e os movimentos ideais do veículo nas condições de trabalho.

This work presents a numerical simulation of conjugate natural-convection heat transfer in a plate for vertical and inclined positions containing protruding heat sources. This problem arises as a typical concern while designing systems that involves buoyance-driven flows, such as in electronic circuit boards. The plate contains seven
elements uniformly distributed over the upper surface and an insulation layer at bottom that guarantees convection mechanism to occurs only in the upper surface. This research spent efforts in applying a numerical method and validating it with experimental data available. Using a bi-dimensional, finite-volume method, time
averaged Navier-Stokes equations were solved including the k-ω turbulence model. Fluid was assumed incompressible and all physical properties constant, except for buoyance terms obtained from Boussinesq approximation. Almost every simulation is at steady state operation, despite one transient case executed. By means of temperature distributions, streamlines and Nusselt number results were compared and discussed. This investigation addressed effects such as the conduction in substrate, the sources emissivity, the power input and plate inclination angle. When compared to experiments, results showed a good agreement, even with some locations pointing 9.8% error in temperature difference. No transient effect was found in the case during
and after the three hours of operation needed to reach steady state. Conduction in substrate represented a significant amount of the dissipated power. Varying the sources’ emissivity, from 0.1 to 0.83, maximum temperature of elements varied up to 25%. While increasing power dissipation, convective performance improved together with Grashof number, but also raised sources temperature. Inclined positions pointing downwards only reduced convective coefficient while upwards inclinations results improved only when plate reaches 60° of inclination.

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O equipamento utilizado para transferir petróleo e gás do fundo do mar para uma plataforma flutuante é chamado de riser. O entendimento de todos os fenômenos que permeiam sua operação é de extrema importância para seu projeto, uma vez que este equipamento é responsável por parte essencial do processo de produção de petróleo e sua falha pode ser catastrófica tanto no âmbito econômico quanto ambiental.

Este trabalho de mestrado tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de análise estática e dinâmica não linear de risers de aço em catenária submetidos a grandes deslocamentos levando em consideração a atuação com um solo marinho não linear. A ferramenta foi desenvolvida utilizando o software MATLAB e programado com linguagem orientada a objetos.

A abordagem co-rotacional é utilizada para formular os elementos finitos de viga planar. A solução das equações não lineares do problema é obtida incrementalmente através do método de Newton-Raphson.

A resposta dinâmica é calculada usando o método de integração direta implícita HHT.

O modelo de solo marinho utilizado neste trabalho é o P-Y. Se trata de um modelo não linear e possui respostas distintas durante a penetração e descarregamento cíclico da estrutura.

Os resultados obtidos usando a ferramenta computacional desenvolvida foram comparados satisfatoriamente com resultados da literatura, mostrando-se que a mesma consegue simular a interação estrutura-solo onde tanto a estrutura quanto o solo têm um comportamento não linear.

Este trabalho visa apresentar o tema sobre o Método dos Elementos Finitos Generalizados Estável (MEFGE) quanto a sua eficiência em gerar respostas aproximadas para problemas planos da elasticidade linear. A origem do MEFGE inicia-se, primeiramente, com o surgimento do Método dos Elementos Finitos (MEF) e do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG). O MEF após várias décadas sendo aplicado, nos mais diversos tipos de análises, no campo da mecânica estrutural, tem algumas desvantagens e limitações em certas aplicações. Para superar estas limitações, surgiu o MEFG. O MEFG, de forma resumida, é a junção do MEF com a técnica de enriquecimento nodal. Já o enriquecimento nodal é a ampliação das aproximações originais do MEF sem acréscimo de número de nós aos elementos finitos originais. Destaca-se também que o próprio MEFG possui problemas relacionados com estabilidade numérica, fazendo com que algumas mudanças em sua formulação fossem desenvolvidas e que originou um novo método, o MEFGE. Dessa forma, neste trabalho, objetiva-se aprofundar o conhecimento sobre o MEFGE, assim como, analisar e testar o MEFGE para simulação de problemas planos da elasticidade linear. Especificamente, o MEFGE trata-se de uma modificação do MEFG objetivando solucionar o problema do condicionamento da matriz de rigidez e dos elementos localizados na região de transição entre a área enriquecida e a não enriquecida. Neste trabalho são utilizadas rotinas computacionais já existentes em Fortran, Python e Matlab para análise dos tópicos envolvendo o MEFGE e que são relevantes mencionar como: enriquecimento hierárquico, análise de erro (utilizando a norma da energia) e integração numérica . Os resultados até aqui obtidos mostraram a influência do interpolante (elemento da estrutura do enriquecimento nodal do MEFGE) presente na formulação do MEFGE no que diz respeito à eliminação dos monômios de grau 1 e que serviu de orientação para se verificar a importância do enriquecimento ser hierárquico. Também observou-se a melhora na resposta do campo de tensões e a possibilidade de utilizar um menor grau de discretização quando o enriquecimento é empregado. O MEFGE para problemas de trinca assim como a importância dos conceitos da mecânica da fratura são abordados visando orientar o leitor a entender as peculiaridades do método e demonstrar através de estudos e comparações a analogia dos modelos de referência com situações reais da mecânica estrutural.

Asas de geometria adaptativas não são uma novidade. Desde a antiguidade o homem observa o
voo dos pássaros e busca reproduzir os mesmos conceitos em suas maquinas voadoras. A
mudança da configuração das asas das aves permite uma ampla gama de possibilidades de
manobras. Adaptações de mudança de forma de asas de aeronaves permite a reconfiguração
para as diferentes fases do voo como decolagem, voo e pouso, com ganhos em performance e
ampliação das missões possíveis para uma aeronave.
A modelagem do presente trabalho parte do modelo de placa retangular em vibração livre,
discretizando as equações de deslocamento utilizando o método das diferenças finitas e então
um integrador numérico Runge-Kutta de quarta ordem para resolver o sistema de equações
diferenciais ordinárias resultantes no tempo. Após obtenção do modelo em vibração livre, será
acoplado ao sistema as equações referentes ao material piezoeléctrico afim de manter uma
determinada posição pela placa.

O desenvolvimento de processos de manufatura aditiva, como impressão por feixe de elétrons (EBM), está alinhado com a atual necessidade de otimização, redução de custos e tempo de desenvolvimento da indústria, permitindo a construção de protótipos com características mecânicas equivalentes e de produtos finais personalizados, como próteses, para as quais a liga Ti6Al4V tem ampla aplicação devido à biocompatibilidade e resistência. A necessidade de materiais com maior limite de resistência está se tornando cada vez maior, enquanto falhas precisam ser evitadas e para tal torna-se necessário conhecer as características estruturais do material resultante. A caracterização das amostras impressas via EBM realizada através de microscópio Zeiss Axio Z1m indica um nível de porosidade em torno de 2,7% e uma microestrutura lamelar composta pelas fases α primária e secundária na matriz de fase β. Adicionalmente, as amostras apresentaram alta rugosidade Ra = 15,6 μm, avaliada utilizando equipamento Taylor Hobson Surtronic 3. As propriedades padrão da liga Ti6Al4V impressa, obtidas através de testes de tração em amostra ASTM A370 (2008) reduzida (UTM INSTRON3369), indicam uma tensão de escoamento média em torno de 789 Mpa e tensão máxima de 864 Mpa, com um alongamento a fratura de 11%. Os dados obtidos do teste uniaxial de tração podem ser suficientes para suportar simulações numéricas, aplicando critérios de falha convencionais, como Effective Plastic Strain. Entretanto, a aplicação desse tipo de critério resulta em previsões incorretas de falhas em altos e baixos níveis de triaxialidades. A fim de prever fraturas em diferentes condições de triaxialidade e permitir a calibração de modelos constitutivos de dano, sete geometrias diferentes foram impressas em uma faixa de triaxialidade de -0,26 a 0,96, sendo a deformação a fratura avaliada através de experimentos (equipamento UTM) e a triaxialidade a fratura coletada através de simulações numéricas, resultando na curva de triaxialidade do material. A partir da curva de triaxialidade, é possível utilizar critérios de falha mais completos e representativos, como o critério de falha de Johnson Cook, que é mais representativo em comparação com critérios de falha comuns. O levantamento das propriedades mecânicas usuais dos componentes obtidos via EBM, bem como avaliação dos resultados das fraturas (deformação e triaxialidade) físicas e numéricas sob diferentes fatores de triaxialidade do material, possibilitam a obtenção da curva de triaxialidade e calibração dos modelos constitutivos de dano, estabelecendo uma metodologia que permite previsão de falhas, contribuindo para o desenvolvimento de projetos robustos de manufatura aditiva.

A competitividade no mercado global de manufatura é exacerbada devido a demandas cada vez
mais exigentes em termos de custo, qualidade dos produtos, tempo de produção, rápida
evolução das tecnologias e técnicas, e menor ciclo de vida do produto. Todos estes fatores de
influência estão diretamente relacionados às tecnologias da quarta revolução industrial. A
flexibilidade nos sistemas de manufatura melhora o desempenho e consequentemente aumenta
a competitividade. Este trabalho propõe uma arquitetura para monitoramento em redes de Petri
coloridas para uma célula flexível de manufatura automotiva. O objetivo a ser alcançado com
esta proposta de arquitetura é que através do monitoramento constante dos estados finitos dos
elementos estruturais que compõem o objeto de controle, como robô ligado/desligado, alerta do
CLP de instalação sem comunicação ou porta de segurança aberta/fechada, e a partir da
ocorrência de eventos assíncronos, como alerta de sem comunicação, seja possível diagnosticar
falhas de acionamento e hardware, em seus estágios iniciais, e determinar as causas potenciais.
Dessa forma, as decisões acerca das soluções que vão ser adotadas para corrigir o problema
podem ser feitas de forma assertiva, rápida e eficiente. Dentre as técnicas e abordagens
aplicadas para modelagem e simulação dos sistemas a eventos discretos - SED, as redes de Petri
foram escolhidas para desenvolver a arquitetura de monitoramento pelo seu formalismo
matemático e capacidade de abstração dos diferentes níveis do FMS de forma gráfica e simples.

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