41 resultados para Modelos de elementos finitos
em Instituto Politécnico do Porto, Portugal
Resumo:
Furao de estruturas em compsitos de matriz polimrica
Resumo:
Os modelos a ser analisados pelo Mtodo de Elementos Finitos so cada vez mais complexos e, nos tempos que correm, seria impensvel realizar tais anlises sem um apoio computorizado. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, anlise esttica de cargas, anlise dinmica e vibraes, visualizao do comportamento fsico (deformaes) em tempo real, que permitem a otimizao da estrutura. Sob o pretexto de permitir a qualquer utilizador uma anlise de estruturas simples com o Mtodo dos Elementos Finitos, surge esta tese, onde se ir criar de raiz um programa com interface grfica no ambiente MATLAB para anlise de estruturas simples com dois tipos de elemento finito, triangular de deformao constante e quadrangular de deformao linear. O software desenvolvido, verificado por comparao com um software comercial dedicado para o efeito, efetua malhagem com elementos bidimensionais triangulares e quadrilteros e resolve modelos arbitrados pelo Mtodo de Elementos Finitos, representando estes resultados visualmente e em formato tabular.
Resumo:
As ligaes adesivas tm sido utilizadas em diversas reas de aplicao. A utilizao das juntas adesivas em aplicaes industriais tem vindo a aumentar nos ltimos anos, por causa das vantagens significativas que apresentam comparativamente com os mtodos tradicionais de ligao tais como soldadura, ligaes aparafusadas e rebitadas. A reduo de peso, reduo de concentraes de tenses e facilidade de fabrico so algumas das principais vantagens das ligaes adesivas. Devido crescente utilizao das ligaes adesivas, torna-se necessrio a existncia de ferramentas que permitam prever a resistncia das juntas com elevada preciso. Assim, para a anlise de juntas adesivas, est a ser cada vez mais utilizado o mtodo de Elementos Finitos. Neste mbito o Mtodo de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) perfila-se como um mtodo capaz de prever o comportamento da junta, embora este ainda no esteja convenientemente estudado no que diz respeito aplicao a juntas adesivas. Neste trabalho apresentado um estudo experimental e numrico pelo MEFX de juntas de sobreposio dupla, nas quais so aplicados adesivos que variam desde frgeis e rgidos, como o caso do Araldite AV138, at adesivos mais dcteis, como o Araldite 2015 e o Sikaforce 7888. Foram considerados substratos de alumnio (AW6082-T651) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposio, sendo sujeitos a esforos de trao de forma a avaliar o seu desempenho. Na anlise numrica foi realizada uma anlise da distribuio de tenses na camada adesiva, a previso da resistncia das juntas pelo MEFX segundo critrios de iniciao de dano baseados em tenses e deformaes, e ainda um estudo sobre o critrio energtico de propagao de dano. A anlise por MEFX revelou que este mtodo bastante preciso quando usados os critrios de iniciao de dano MAXS e QUADS, e parmetro com valor de 1 no critrio energtico de propagao de dano. Apesar de ser um mtodo pouco estudado na literatura comparativamente com outros, o MEFX apresentou resultados muito satisfatrios.
Resumo:
Para o projeto de qualquer estrutura existente (edifcios, pontes, veculos, mquinas, etc.) necessrio conhecer as condies de carga, geometria e comportamento de todas as suas partes, assim como respeitar as normativas em vigor nos pases nos quais a estrutura ser aplicada. A primeira parte de qualquer projeto nesta rea passa pela fase da anlise estrutural, onde so calculadas todas as interaes e efeitos de cargas sobre as estruturas fsicas e os seus componentes de maneira a verificar a aptido da estrutura para o seu uso. Inicialmente parte-se de uma estrutura de geometria simplificada, pondo de parte os elementos fsicos irrelevantes (elementos de fixao, revestimentos, etc.) de maneira a simplificar o clculo de estruturas complexas e, em funo dos resultados obtidos da anlise estrutural, melhorar a estrutura se necessrio. A anlise por elementos finitos a ferramenta principal durante esta primeira fase do projeto. E atualmente, devido s exigncias do mercado, imprescindvel o suporte computorizado de maneira a agilizar esta fase do projeto. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, anlise esttica de cargas, anlise dinmica e vibraes, visualizao do comportamento fsico (deformaes) em tempo real, que permitem a otimizao da estrutura em anlise. Porm, estes programas demostram uma certa complexidade durante a introduo dos parmetros, levando muitas vezes a resultados errados. Assim sendo, essencial para o projetista ter uma ferramenta fivel e simples de usar que possa ser usada para fins de projeto de estruturas e otimizao. Sobre esta base nasce este projeto tese onde se elaborou um programa com interface grfica no ambiente Matlab para a anlise de estruturas por elementos finitos, com elementos do tipo Barra e Viga, quer em 2D ou 3D. Este programa permite definir a estrutura por meio de coordenadas, introduo de forma rpida e clara, propriedades mecnicas dos elementos, condies fronteira e cargas a aplicar. Como resultados devolve ao utilizador as reaes, deformaes e distribuio de tenses nos elementos quer em forma tabular quer em representao grfica sobre a estrutura em anlise. Existe ainda a possibilidade de importao de dados e exportao dos resultados em ficheiros XLS e XLSX, de maneira a facilitar a gesto de informao. Foram realizados diferentes testes e anlises de estruturas de forma a validar os resultados do programa e a sua integridade. Os resultados foram todos satisfatrios e convergem para os resultados de outros programas, publicados em livros, e para clculo a mo feitos pelo autor.
Projecto de equipamento de rotao de moldes de grande porte com recurso ao mtodo de elementos finitos
Resumo:
A fabricao de moldes uma actividade que se desenvolve em Portugal h vrias dcadas, com qualidade reconhecida mundialmente. A indstria automvel um dos principais destinos de grande parte dos moldes produzidos em Portugal. Algumas das peas produzidas nesses moldes possuem dimenses apreciveis, tendo em conta o peso e dimenso mdia das peas injectadas em plstico. So exemplo disso os pra-choques dos automveis e o tabli. A produo dos moldes para estas peas complexa, implicando um longo tempo de maquinagem e a manipulao dos moldes em diferentes fases, com vista ao acesso a todas as faces do molde. A IGM Indstria Global de Moldes, SA. a empresa responsvel pela produo dos moldes para peas de mdia dimenso dentro do Grupo SIMOLDES. Atendendo necessidade permanente de rodar a 90o moldes de grande porte, que podem apresentar pesos na ordem das 10 a 30 toneladas, e no existindo no mercado qualquer soluo adaptvel a esta necessidade, a empresa entendeu por bem levar a efeito o projecto desse equipamento, atendendo ao compromisso custo-benefcio que torne vivel a realizao prtica do mesmo. Aps os esboos iniciais e uma discusso interactiva e iterativa com a empresa, foram analisadas as diferentes solues entendidas como viveis, tendo sido escolhido um dos anteprojectos realizados. Foram ainda discutidas as diversas alternativas de accionamento. Com base nesse anteprojecto, a estrutura foi optimizada e verificada atravs do Mtodo de Elementos Finitos, tendo sido elaborado o projecto final, com o grau de detalhe necessrio sua fabricao e implementao na empresa.
Resumo:
Os sistemas de monitorizao de estruturas fornecem diversas vantagens, no s no que diz respeito durabilidade da obra, ao aumento da segurana e do conhecimento relativamente ao comportamento das estruturas ao longo do tempo, otimizao do aspeto estrutural, bem como aos aspetos econmicos do processo de construo e manuteno. A monitorizao deve realizar-se durante a fase de construo e/ou de explorao da obra para permitir o registo integral do seu comportamento no meio externo. Deve efetuar-se de forma contnua e automtica, executando intervenes de rotina para que se possa detetar precocemente sinais de alteraes, respetivamente segurana, integridade e desempenho funcional. Assim se poder manter a estrutura dentro de parmetros aceitveis de segurana. Assim, na presente dissertao ser concebido um demonstrador experimental, para ser estudado em laboratrio, no qual ser implementado um sistema de monitorizao contnuo e automtico. Sobre este demonstrador ser feita uma anlise de diferentes grandezas em medio, tais como: deslocamentos, extenses, temperatura, rotaes e aceleraes. Com carcter inovador, pretende-se ainda incluir neste modelo em sintonia de medio de coordenadas GNSS com o qual se torna possvel medir deslocamentos absolutos. Os resultados experimentais alcanados sero analisados e comparados com modelos numricos. Conferem-se os resultados experimentais de natureza esttica e dinmica, com os resultados numricos de dois modelos de elementos finitos: um de barras e outro de casca. Realizaram-se diferentes abordagens tendo em conta as caractersticas identificadas por via experimental e calculadas nos modelos numricos para melhor ajuste e calibrao dos modelos numricos Por fim, recorre-se a algoritmos de processamento e tratamento do respetivo sinal com aplicao de filtros, que revelam melhorar com rigor o sinal, de forma a potenciar as tcnicas de fuso multisensor. Pretende-se integrar o sinal GNSS com os demais sensores presentes no sistema de monitorizao. As tcnicas de fuso multisensor visam melhor o desempenho deste potencial sistema de medio, demonstrando as suas valncias no domnio da monitorizao estrutural.
Resumo:
O uso de ligaes adesivas aumentou significativamente nos ltimos anos e hoje em dia uma tcnica de ligao dominante na indstria aeronutica e automvel. As ligaes adesivas visam substituir os mtodos tradicionais de fixao mecnicos na unio de estruturas. A melhoria ao longo dos anos de vrios modelos de previso de dano, nomeadamente atravs do Mtodo de Elementos Finitos (MEF), tem ajudado ao desenvolvimento desta tcnica de ligao. Os Modelos de Dano coesivo (MDC), usados em conjunto com MEF, so uma ferramenta vivel para a previso de resistncia de juntas adesivas. Os MDC combinam critrios da resistncia dos materiais para a iniciao do dano e conceitos da mecnica da fratura para a propagao da fenda. Existem diversas formas de leis coesivas possveis de aplicar em simulaes por MDC, em funo do comportamento expectvel dos materiais que esto a ser simulados. Neste trabalho, estudou-se numericamente o efeito de diversas formas de leis coesivas na previso no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas foradeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterizao trao e ensaios End-Notched Flexure para caraterizao ao corte. Tambm se estudou a influncia dos parmetros coesivos trao e corte nas curvas P- dos referidos ensaios. Para o AralditeAV138 trao e ao corte, a lei triangular a que melhor prev o comportamento do adesivo. Para a previso da resistncia de ambos os adesivos Araldite 2015 e SikaForce 7752, a lei trapezoidal a que melhor se adequa, confirmando assim que esta lei a que melhor caracteriza o comportamento de dano de adesivos tipicamente dcteis. O estudo dos parmetros revelou influncia distinta na previso do comportamento das juntas, embora com bastantes semelhanas entre os diferentes tipos de adesivos.
Resumo:
A utilizao de juntas coladas em aplicaes industriais tem vindo a aumentar nos ltimos anos, em detrimento dos mtodos tradicionais de ligao tais como a soldadura, brasagem, ligaes aparafusadas e rebitadas. As juntas de sobreposio simples so o tipo de juntas mais frequentemente utilizadas em aplicaes industriais, porque so as mais simples de fabricar. No entanto, a aplicao descentrada da carga neste tipo de junta provoca efeitos de flexo que originam o aparecimento de tenses normais na direo da espessura do adesivo (arrancamento), reduzindo assim a resistncia da junta colada. De uma maneira geral, existem dois tipos de mtodos para reduzir as concentraes de tenses. O primeiro utilizar alteraes no prprio material, otimizando as propriedades do adesivo e do substrato, enquanto o segundo mtodo envolve alterar a geometria da junta, como por exemplo utilizando filetes de adesivo, chanfros nas extremidades dos substratos, aplicar uma geometria ondulada ou dobrar os substratos na zona de sobreposio, ou ainda utilizar rasgos nos substratos ao longo da sobreposio. Neste trabalho realizado um estudo experimental e numrico por Elementos Finitos de duas alteraes efetuadas geometria de juntas de sobreposio simples, de modo a aumentar a sua resistncia comparativamente s juntas sem alterao geomtrica. A primeira condio efetuada foi a utilizao de rasgos nas extremidades do comprimento de sobreposio e a segunda foi a utilizao de rasgos a meio do comprimento de sobreposio. No final do estudo experimental, verificou-se que a resistncia da ligao foi significativamente melhorada com algumas das configuraes testadas para cada alterao, e foi possvel estabelecer em ambos os casos a configurao tima. Numa fase posterior, procedeu-se simulao numrica, que incluiu uma anlise de tenses e previso do comportamento das juntas atravs de modelos de dano coesivo. A anlise permitiu obter os modos de rotura, as curvas fora-deslocamento e a resistncia das juntas. Obteve-se uma concordncia bastante boa com os resultados experimentais, o que mostrou a adequabilidade do mtodo de previso proposto para estimar o comportamento das juntas.
Resumo:
Mestrado em Engenharia Civil Ramo Estruturas
Resumo:
A necessidade de utilizar mtodos de ligao entre componentes de forma mais rpida, eficaz e com melhores resultados, tem causado a crescente utilizao das juntas adesivas, em detrimento dos mtodos tradicionais de ligao tais como a soldadura, brasagem, ligaes aparafusadas e rebitadas. A utilizao das juntas adesivas tem vindo a aumentar em diversas aplicaes industriais por estas apresentarem vantagens das quais se destacam a reduo de peso, reduo de concentraes de tenses e facilidade de fabrico. No entanto, tambm apresentam desvantagens, como a necessidade de preparao das juntas e o descentramento da carga aplicada que provoca efeitos de flexo, os quais do origem a tenses normais na direco da espessura do adesivo (tenses de arrancamento), afectando assim a resistncia da junta. A combinao da ligao adesiva com a soldadura por pontos permite algumas vantagens em comparao com as juntas adesivas tradicionais como a maior resistncia, aumento da rigidez, melhor resistncia ao corte e arrancamento e tambm fadiga. Neste trabalho apresentado um estudo experimental e numrico de juntas de sobreposio simples adesivas e hbridas (adesivas-soldadas). Os adesivos utilizados so o Araldite AV138, apresentado como sendo frgil, e os adesivos Araldite 2015 e Sikaforce 7752, intitulados como adesivos dcteis. Foram considerados substratos de ao (C45E) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposio ( ), que foram sujeitas a esforos de traco. Foi realizada uma anlise dos valores experimentais e efectuada uma comparao destes valores com os resultados obtidos por Elementos Finitos (EF) no software ABAQUS, que incluiu uma anlise de tenses na camada de adesivo e previso do comportamento das juntas por Modelos de Dano Coesivo (MDC). A anlise por MDC permitiu obter os modos de rotura, as curvas fora-deslocamento e a resistncia das juntas com bastante preciso, com excepo das juntas coladas com o adesivo Sikaforce 7752. Estes resultados permitiram validar a tcnica de modelao proposta para as juntas coladas e hbridas, o que representa uma base para posterior aplicao desta tcnica em projecto, com as vantagens decorrentes da reduo do tempo de projecto e maior facilidade de optimizao.
Resumo:
As ligaes adesivas tm sido utilizadas em reas como a indstria aeroespacial, aeronutica, de defesa, automvel, da construo civil e das madeiras. As juntas adesivas tm vindo a substituir mtodos como a soldadura, e ligaes parafusadas e rebitadas, devido facilidade de fabricao, maiores cadncias de produo, menores custos, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistncia fadiga, entre outras razes. Como tal, tambm se utilizam reparaes adesivas para restituio da resistncia de estruturas danificadas, cujas tcnicas mais comuns so a sobreposio simples, sobreposio dupla e remendo embebido. As reparaes por remendo embebido, que so as mais eficientes, consistem na realizao de um furo cnico na zona danificada e colagem de um remendo com a forma complementar do furo, de tal forma que no alterada a forma inicial do componente. Neste trabalho pretende-se estudar experimental e numericamente reparaes adesivas por remendo embebido, nomeadamente o efeito da utilizao de reforos exteriores (em um ou nos dois lados da estrutura), para diferentes ngulos de inclinao. Foi considerado um adesivo dctil (Araldite 2015) e outro frgil (Araldite AV138), o que permitiu abranger processos de rotura bastante distintos. O estudo experimental acompanhado por outro numrico no software ABAQUS, usando modelos coesivos para a previso numrica da resistncia das reparaes. O trabalho numrico permitiu o estudo das distribuies de tenses, o que possibilitou a anlise detalhada dos resultados obtidos. Foi tambm realizado um estudo numrico de otimizao das reparaes por alterao da espessura dos reforos e utilizao de chanfro nas extremidades dos mesmos. Nos resultados obtidos, constatou-se a adequabilidade do mtodo numrico na previso fivel da resistncia, e tambm que a utilizao dos reforos aumenta consideravelmente o rendimento das reparaes (at 530 % e 340 % para os adesivos Araldite 2015 e AV138, respetivamente), o que poder justificar a sua utilizao em aplicaes industriais em que a perturbao aerodinmica causada por esta alterao no seja relevante.
Resumo:
O constante desenvolvimento observado nas ligaes adesivas, em conjunto com as melhorias verificadas nas caractersticas dos adesivos, esto a ser traduzidos, de uma certa forma, num aumento das aplicaes das ligaes adesivas, assim como na variedade de aplicaes. No mbito da previso de resistncia de juntas adesivas, dois mtodos de grande relevncia so a Mecnica da Fratura e os Modelos de Dano Coesivo. Os Modelos de Dano Coesivo permitem a simulao da iniciao e propagao do dano, recorrendo ao Mtodo Dos Elementos Finitos. No que concerne Mecnica da Fratura, a previso de resistncia geralmente feita atravs de uma anlise energtica. Independentemente da forma como obtida, a taxa crtica de libertao de energia de deformao trao (GIc) dos adesivos um dos parmetros mais importantes para a previso da resistncia das juntas. Dois dos ensaios mais utilizados so o Double Cantilever Beam (DCB) e o Tapered Double Cantilever Beam (TDCB). Este trabalho pretende determinar e comparar o valor de GIc em juntas adesivas pelos ensaios DCB e TDCB. So utilizados trs tipos de adesivos com diferentes graus de ductilidade. No ensaio DCB os mtodos utilizados para a determinao de GIc so: Compliance-Based Beam Method (CBBM), Corrected Beam Theory (CBT) e Compliance Calibration Method (CCM). Os mtodos utilizados no ensaio TDCB so: Simple Beam Theory (SBT), Corrected Beam Theory (CBT) e Compliance Calibration Method (CCM). Os resultados obtidos apresentam concordncia entre os vrios mtodos de cada ensaio. A discrepncia de resultados superior quando comparados os dois tipos de ensaios.
Resumo:
Com a necessidade de encontrar uma forma de ligar componentes de forma mais vantajosa, surgiram as ligaes adesivas. Nos ltimos anos, a utilizao de juntas adesivas em aplicaes industriais tem vindo a aumentar, substituindo alguns mtodos de ligao tradicionais, por apresentarem vantagens tais como, reduo de concentrao de tenses, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. O seu estudo permite prever a sua resistncia e durabilidade. Este trabalho refere-se ao estudo de juntas de sobreposio simples (JSS), nas quais so aplicados os adesivos comerciais que variam desde frgeis e rgidos, como o caso do Araldite AV138, at adesivos mais dcteis, como o Araldite 2015 e o Sikaforce 7888. Estes so aplicados em substratos de alumnio (AL6082-T651) em juntas com diferentes geometrias e diferentes comprimentos de sobreposio (L), sendo sujeitos a esforos de traco. Foi feita uma anlise dos valores experimentais fornecidos e uma posterior comparao destes com diferentes mtodos numricos baseados em Elementos Finitos (EF). A comparao foi feita por uma anlise de Modelos de Dano Coesivo (MDC) e segundo os critrios baseados em tenses e deformaes do Mtodo de Elementos Finitos Extendido (MEFE). A utilizao destes mtodos numricos capazes de simular o comportamento das juntas poder levar a uma poupana de recursos e de tempo. A anlise por MDC revelou que este mtodo bastante preciso, excepto para os adesivos que sejam bastante dcteis. A aplicao de uma outra lei coesiva pode solucionar esse problema. Por sua vez a anlise por MEFE demonstrou que esta tcnica no particularmente adequada para o crescimento de dano em modo misto e, comparativamente com o MDC, a sua preciso bastante inferior.
Resumo:
O mtodo de unio com ligaes adesivas est cada vez mais a ser utilizado na conceo de estruturas mecnicas, por causa das vantagens significativas desta tcnica em comparao com as ligaes tradicionais. De facto, as juntas com ligao adesiva esto sob investigao intensa h bastante tempo. Entre as vantagens, destaca-se a reduo de peso e possibilidade de unir diferentes materiais, incluindo compsitos, sem danificar as estruturas a ligar. Os adesivos comerciais variam desde resistentes e frgeis (por exemplo, Araldite AV138) a menos resistentes e dcteis (por exemplo, Araldite 2015). Uma nova famlia de adesivos de poliuretano combina elevada resistncia e ductilidade (por exemplo, Sikaforce 7888). Este trabalho compara o desempenho trao dos trs adesivos supracitados, em juntas de alumnio (Al6082-T651) de sobreposio simples e dupla, com variao dos valores de comprimento de sobreposio (LO). A anlise numrica de modelos de dano coesivo (MDC) foi realizada para analisar as tenses de arrancamento (oy) e as de corte (txy) na camada adesiva, para estudar a varivel de dano do MDC durante o processo de rotura e para avaliar a capacidade MDC na previso da resistncia da junta. A anlise da resistncia e da varivel de dano ajudou na compreenso das diferenas entre os adesivos no que se refere ao processo de rotura e resistncia da junta. Observou-se que as juntas de sobreposio dupla apresentam uma distribuio de tenses bastante mais favorvel relativamente s juntas de sobreposio simples, principalmente devido eliminao da flexo do substrato interior. Como resultado, a resistncia destas juntas foi tipicamente superior ao dobro da observada para as juntas de sobreposio simples, com exceo de algumas configuraes de junta em que houve plastificao extensa ou mesmo rotura dos substratos por trao. O trabalho proposto permitiu tambm concluir que as previses MDC so tipicamente precisas, e qual a famlia de adesivos mais adequada para cada configurao de junta, com a clara vantagem para o Sikaforce 7888. Como resultado deste trabalho, foram propostas diretrizes de conceo para juntas adesivas.
Resumo:
As ligaes adesivas so frequentemente utilizadas na fabricao de estruturas complexas que no poderiam ou no seriam to fceis de ser fabricadas numa s pea, a fim de proporcionar uma unio estrutural que, teoricamente, deve ser pelo menos to resistente como o material de base. As juntas adesivas tm vindo a substituir mtodos como a soldadura, e ligaes parafusadas e rebitadas, devido facilidade de fabricao, menor custo, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistncia, entre outras caractersticas. Os materiais compsitos reforados com fibra de carbono so amplamente utilizados em muitas indstrias, tais como de construo de barcos, automvel e aeronutica, sendo usados em estruturas que requerem elevada resistncia e rigidez especficas, o que reduz o peso dos componentes, mantendo a resistncia e rigidez necessrias para suportar as diversas cargas aplicadas. Embora estes mtodos de fabricao reduzam ao mximo as ligaes atravs de tcnicas de fabrico avanadas, estas ainda so necessrias devido ao tamanho dos componentes, limitaes de projecto tecnolgicas e logsticas. Em muitas estruturas, a combinao de compsitos com metais tais como alumnio ou titnio traz vantagens de projecto. Este trabalho tem como objectivo estudar, experimentalmente e por modelos de dano coesivo (MDC), juntas adesivas em L entre componentes de alumnio e compsito de carbono epxido quando solicitados a foras de arrancamento, considerando diferentes configuraes de junta e adesivos de ductilidade distinta. Os parmetros geomtricos abordados so a espessura do aderente de alumnio (tP2) e comprimento de sobreposio (LO). A anlise numrica permitiu o estudo da distribuio das tenses, evoluo do dano, resistncia e modos de rotura. Os testes experimentais validam os resultados numricos e fornecem mecanismos de projecto para juntas em L. Foi mostrado que a geometria do aderente em L (alumnio) e o tipo de adesivo tm uma influncia directa na resistncia de junta.
