Minimization of stock weight during close-die forging of a spindle

In this paper, Finite Element method and full-scale experiments have been used to study a hot forging method for fabri-cation of a spindle using reduced initial stock size. The forging sequence is carried out in two stages. In the first stage, the hot rolled cylindrical billet is pre-formed and pierced in a closed die using a spherical nosed punch to within 20 mm of its base. This process of piercing or impact extrusion leads to high strains within the work piece but requires high press loads. In the second stage, the resulting cylinder is placed in a die with a flange chamber and upset forged to form a flange. The stock mass is optimized for complete die filling. Process parameters such as effective strain distribution, material flow and forging load in different stages of the process are analyzed. It is concluded from the simulations that minor modifications of piercing punch geometry to reduce contact between the punch and emerging vertical walls of the cylinder appreciably reduces the piercing load. In the flange chamber, a die surfaces angle of 52° instead of 45° is pro-posed to ensure effective material flow and exert sufficient tool pressure to achieve complete cavity filling. In order to achieve better compression, it is also proposed to shorten both the length of the inserted punch and the die “tongues” by a few mm.

Um estudo de percolação em barragens de terra, em regimes permanente e transiente, com a aplicação do método de elementos finitos

Este trabalho apresenta um estudo de fluxo de água em barragens de terra, em regimes permanente e transiente, com a utilização do Método de Elementos Finitos. No estudo de fluxo em regime permanente duas formas de abordar o problema são apresentadas e comparadas. A primeira considera, para a discretização da malha de elementos finitos, somente a região saturada, de maneira que a linha freática é obtida através de ajustes desta malha de elementos finitos. A segunda considera toda a região saturada-insaturada, sendo discretizado todo o domínio físico da barragem. A malha de elementos finitos não é modificada ao longo das iterações e a linha freática é obtida por interpolação dentro dos elementos, em função dos valores nodais do potencial de pressões. O desenvolvimento teórico das equações utilizadas para as duas formas de abardagem é apresentado, mostrando onde elas diferem entre si. No estudo de fluxo em regime transiente é utilizado apenas o esquema de malha fixa de elementos finitos.

Estudo do comportamento de um solo mole tratado com cal, visando seu uso em fundações superficiais

Neste trabalho foi analisada a melhoria nas características de um solo mole quando tratado com cal, bem como a viabilidade técnica de se utilizar este novo material como uma camada suporte de fundações superficiais. O solo estudado classifica-se pedologicamente como Gley Húmico e a jazida localiza-se no município de Canoas/RS, às margens da BR 386. O trabalho teve as seguintes finalidades: realizar um estudo da influência dos diferentes teores de cal sobre as características tensão x deformação do solo tratado; verificar o ganho de resistência com o tempo de cura; modelar o comportamerito tensão x deformação do material tratado; realizar simulações numéricas, através do Método dos Elementos Finitos, do comportamento carga x recalque de fundações continuas flexíveis assentes sobre o novo material. Adotou-se o teor ótimo de cal (obtido pelo método de Eades & Grim, 1966) de 9% e dois valores inferiores de 7% e 5%. Realizaram-se os seguintes ensaios sobre o solo natural e as misturas de solo-cal: limites de Atterberg, compactação, granulometria, difratograma de raio X, permeabilidade (triaxial) e ensaios triaxiais adensados não drenados(CIU). Todos os ensaios foram realizados para três tempos de cura (7, 28 e 90 dias) e os corpos de prova foram curados em câmara úmida. Para modelar o comportamento tensão x deformação do solo melhorado, adotou-se o Modelo Hiperbólico e para o solo natural o Modelo Cam-Clay Modificado. O Modelo Hiperbólico foi implementado no software CRISPSO, desenvolvido na Universidade de Cambridge, Inglaterra. O software foi utilizado em um estudo paramétrico para determinar a influência do processo de estabilização no comportamento carga x recalque de fundações superficiais. Dos resultados obtidos, concluiu-se: que o método de Eades & Grim (1966) não mostrou-se adequado para determinação do teor ótimo de cal; houve, de maneira geral, melhora nas características físicas com o tratamento com cal; não houve ganho de resistência com o tempo de cura; o modelo hiperbólico representou bem o comportamento das misturas de solo cal e a colocação de uma camada de solo tratado apresenta melhoras no comportamento carga x recalque de fundações superficiais contínuas flexíveis.

Fundações superficiais para linhas de transmissão em argilas moles saturadas

As fundações empregadas para linhas de transmissão de alta tensão em depósitos de argilas moles saturadas são geralmente estacas. No Rio Grande do Sul, projetos alternativos com fundações superficiais foram empregados em forma experimental para torres de suspensão, as quais apresentaram bom desempenho com menor custo. Esta pesquisa visa apontar critérios racionais da mecânica dos solos que permitam projetar, a partir do conhecimento do perfil de resistência não drenada, fundações superficiais em depósitos de argilas moles saturadas com maior confiabilidade. Para a determinaçao do perfil de resistência não drenada foi desenvolvido um cone manual com leituras elétricas, o qual foi testado apresentando bons resultados. A vantagem do uso deste equipamento reside no fato de que pode ser transportado manualmente a locais de difícil acesso, onde são implantadas as torres de alta tensão. Os demais parâmetros de solos do local de estudo, situado no município de Canoas no Rio Grande do Sul, foram obtidos a partir de ensaios de compressão triaxial do tipo adensado isotropicamente não drenado (CIU) com medida de poro pressão e de ensaios de adensamento. Foram analisadas as fundações superficiais das torres de suspensão projetadas, empregando teorias analíticas convencionais, baseadas no conhecimento da resistência não drenada, e o método de elementos finitos. A partir deste estudo, é sugerida uma metodologia para projetos de fundações superficiais de torres de suspensão em argilas moles saturadas.

Estudo do comportamento de um solo residual melhorado atraves de tecnicas mecanicas e fisico-quimicas e sua aplicacao a analise de fundacoes superficiais

O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de um solo residual melhorado através do uso de técnicas mecânicas de compactação e da adição de cimento. Complementarmente foram realizadas análises numéricas destes materiais tratados quando utilizados como base de fundações superficiais. O programa experimental incluiu a retirada de amostras intactas e de material amolgado para a execução de ensaios triaxiais saturados drenados com medida interna de deformações, a fim de estudar o comportamento do solo natural e do solo tratado, quer por compactação, quer por adição de cimento e compactação. Além disto, tais ensaios são determinantes na obtenção de parâmetros constitutivos para a realização de simulações numéricas. O Método dos Elementos Finitos foi utilizado para simular o comportamento carga versus recalque de placas assentes sobre o solo natural e sobre camadas de solo melhorado. O modelo Hiperbólico foi empregado na análise numérica para modelar o comportamento tensãodeformação dos materiais. Os resultados das simulações dos ensaios de placa sobre camadas de solo melhorado demonstraram que houve um aumento significativo da capacidade de suporte, além de uma redução considerável dos recalques, quando comparados ao comportamento do solo natural.

O forjamento de ligas de alumínio : um estudo para a liga ABNT 6061

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”.

Comportamento de fundações superficiais apoiadas em aterros estabilizados com resíduos industriais

Neste trabalho foi estudado o comportamento de fundações superficiais apoiadas em sistema de dupla camada, quando a superior é cimentada. O estudo consistiu-se de três etapas, chamadas de Etapa de Laboratório, Etapa Numérica e Etapa de Campo. Na Etapa de Laboratório foi verificada a viabilidade técnica de utilizar os resíduos industriais cinza pesada e cal de carbureto na estabilização de um solo residual de arenito botucatu. Estudou-se a reatividade da cinza pesada com a cal de carbureto, a influência da temperatura e do tempo de cura no desenvolvimento das reações pozolânicas, a influência de diferentes teores de resíduos na resistência à compressão simples, compressão diametral e durabilidade, objetivando definir uma mistura ótima e, ainda, o impacto ambiental da utilização da mistura ótima, através de ensaios de lixiviação e solubilização. Na Etapa Numérica foi estudado, através do Método dos Elementos Finitos, o comportamento de fundações superficiais apoiadas em dupla camada. O modelo utilizado para representar o comportamento do material cimentado e não-cimentado foi o elástico-plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager e fluxo não-associado. Verificou-se, através de análise paramétrica, a influência da espessura da camada cimentada e do diâmetro da fundação, bem como a influência dos parâmetros dos materiais cimentado e não-cimentado na resposta carga x recalque de fundações superficiais. Na Etapa de Campo foram construídos aterros experimentais utilizando a mistura ótima determinada na Etapa de Laboratório e, sobre estes aterros, foram executados provas de carga de placas. A análise dos resultados obtidos nas três etapas levou às seguintes conclusões: é possível utilizar cinza pesada e cal de carbureto para estabilizar o solo residual de botucatu; o comportamento de fundações superficiais sobre solos cimentados é controlado pela relação espessura da camada cimentada diâmetro da fundação; os parâmetros ângulo de atrito e módulo de elasticidade da camada cimentada não influenciam os resultados de prova de carga; a ruptura da fundação é função de dois mecanismos progressivos, os quais são função das tensões de tração geradas na parte inferior da camada cimentada e das tensões cisalhantes existentes logo abaixo das bordas da fundação.

Ferramentas para análise dinâmica e estrutural de um reboque de linha leve

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de projeto para identificar as regiões críticas da estrutura de um reboque de linha leve sendo tracionado em pavimentos do tipo rodovia de baixa qualidade e estrada secundária de muito baixa qualidade. Para tanto, são levantados alguns dados experimentais da estrutura, necessários para a aproximação e simulação dinâmica de um modelo simplificado. A excitação da base é realizada por atuadores que simulam as oscilações verticais de um perfil de estrada, a qual é definida de acordo com os estudos realizados por Dodds e Robson (1973). Isto permite a determinação de um histórico de carregamentos das regiões da estrutura do chassi sob a ação das molas da suspensão. Em seguida, é gerado um modelo estrutural simplificado do reboque em elementos finitos, chamado de global, no qual são determinadas as regiões sob ação das maiores tensões. Tendo identificada a região mais crítica da estrutura, é criado um modelo local desta parte, onde se pode observar a distribuição de tensões com mais detalhe, permitindo a identificação dos pontos de concentração de tensões. Desta forma, com a aplicação do método de análise global-local é possível a obtenção de resultados detalhados quanto aos esforços da estrutura com um menor custo computacional.

O rateio de ICMS por desempenho de municípios no Ceará e seu impacto em indicadores do sistema de avaliação da educação

De todo ICMS arrecadado pelos estados brasileiros, 25% é distribuído aos municípios. Os estados são responsáveis por definir as regras de distribuição de 25% destes 25% do ICMS que é transferido aos municípios, os outros 75% seguem o critério do Valor Adicionado Fiscal. Alguns estados alteraram suas leis para que a distribuição seja realizada em função do desempenho dos municípios em algumas áreas com o intuito de incentiva-lo a melhorarem sua performance em busca de uma maior fatia do ICMS. Seguindo esta lógica está o estado do Ceará onde 100% do ICMS distribuído segundo regras estaduais é calculado a partir do desempenho dos municípios em indicadores de resultado nas áreas da educação (72%), saúde (20%) e meio ambiente (8%). Este estudo tem como objetivo estimar o efeito que a mudança da Lei de distribuição do ICMS do Ceará teve em indicadores de resultado da área da educação: IDEB e Prova Brasil. Para tanto, foi utilizado o método da Dupla Diferença por meio da construção de grupos de controle e tratamento. Assim, comparou-se a evolução do desempenho, anteriormente e posteriormente à mudança, de municípios cearenses com municípios parecidos de estados vizinhos, porém, não submetidos a mesma regra de distribuição de ICMS. De forma complementar, foram feitas outras duas analises separando os municípios do estado do Ceará entre ganhadores e perdedores de recursos de ICMS com a mudança na Lei e entre os detentores dos melhores e piores desempenhos de PIB per capita. Os resultados apontam impactos positivos no desempenho dos municípios cearenses tanto no IDEB quanto na Prova Brasil. Mesmo os municípios que perderam recursos com mudança das regras de distribuição de ICMS, melhoraram sua performance na educação. Os municípios mais pobres do estado, que apresentam desempenho pior do que os municípios mais ricos, aumentaram o desempenho reduzindo a diferença de proficiência se comparada aos municípios mais ricos. Neste sentido, há indícios de que a mudança na Lei do ICMS implementada pelo estado do Ceará gerou impactos positivos no desempenho dos municípios no IDEB e na Prova Brasil.

Três ensaios em economia da educação

Essa tese é composta por três artigos na área de Economia da Educação que buscam investigar a questão do ensino médio técnico no Brasil. O primeiro e segundo artigos se inserem na literatura de avaliação de impacto dos tipos de ensino médio realizado, o de formação geral ou técnica, sobre os resultados do mercado de trabalho. Esse é um tema cada vez mais explorado em estudos empíricos internacionais, mas que ainda merece atenção dos pesquisadores no Brasil, seja para preencher lacunas no que se refere à identificação do efeito causal dessa política, seja porque o ensino técnico profissionalizante tenha se tornado alvo de maiores investimentos públicos nos últimos anos. Dessa forma, os dois artigos têm o propósito de estimar o efeito causal das habilidades técnicas adquiridas nos cursos técnicos de nível médio sobre os salários dos trabalhadores, no entanto se diferem pela fonte de dados utilizada. No primeiro artigo são utilizados os dados da Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios (IBGE) de 2007 e nossa contribuição está na estratégia de identificação do efeito causal, ao resolver o problema de auto seleção com o método de duplas diferenças (DD). Diversos testes de robustez foram realizados para dar suporte ao impacto positivo e estatisticamente significante que encontramos das habilidades técnicas sobre os salários, embora este seja restrito ao subgrupo de trabalhadores com no máximo o ensino médio completo. No segundo artigo foram utilizadas duas fontes de dados ainda não exploradas para esse fim, os microdados do ENEM (Exame Nacional do Ensino Médio) entre os anos de 2004 e 2006 e os dados da RAIS (Relação Anual de Informações Sociais) de 2009 a 2012 identificados por indivíduo (CPF). Por ser possível observar as notas dos jovens ao final do ensino médio, conseguimos separar os impactos do ensino médio técnico nos salários relacionados às habilidades técnicas específicas obtidas nos cursos técnicos, daqueles relacionados às habilidades gerais dos indivíduos (cognitivas ou não). Implementamos a estratégia de duplas diferenças e mais uma vez encontramos impacto positivo sobre os salários anuais dos jovens que concluíram o ensino médio técnico. Dessa vez nossos resultados são positivos tanto para os jovens que pararam seus estudos no ensino médio como para aqueles que concluíram o ensino superior. Verificamos a existência de heterogeneidade do efeito por região do país e nos quartis de distribuição de notas médias por escola no ENEM, indicando que os efeitos são crescentes com a qualidade oferecida pelas escolas. O terceiro artigo tem por objetivo estudar o mercado de trabalho no que diz respeito às ocupações tipicamente preenchidas por profissionais com nível médio técnico e analisar os diferenciais de salários dessas ocupações. A partir das ideias desenvolvidas no estudo, almejamos que ele seja orientador de políticas que relacionem educação técnica com demandas do mercado, com a finalidade de melhorar o matching entre formação e emprego. Entre as contribuições deste artigo estão a identificação e classificação das ocupações típicas de nível médio técnico pelo diferencial de salários, a correspondência entre as ocupações e as formações técnicas, a análise da atual oferta de vagas nos cursos correspondentes e o destaque para os cursos que parecem necessitar de maiores investimentos para o suprir as necessidades de mais profissionais.

Digestibility and metabolizable energy of maize gluten feed for dogs as measured by two different techniques

Maize gluten feed (MGF) is a co-product of wet milling of maize, and is composed of structures that remain after most starch, gluten and germ has been extracted from the grain. Although currently used in dog foods, its digestibility and energy values have not been documented. Two techniques were used to determine nutrient digestibility of MGF for dog foods. Both techniques used extruded diets fed to Beagle dogs, with six replicates per diet. The first study used a difference method in which 300 g/kg of a reference diet was replaced by MGF. Based on the difference method, the coefficient of total tract apparent digestibility (CTTAD) of MGF was 0.53 for dry matter (DM), 0.69 for crude protein (CP), 0.74 for fat, 0.99 for starch, and 0.55 for gross energy (GE). The calculated metabolizable energy (ME) of MGF was 7.99 MJ/kg (as-fed). The second study used a regression method and included a basal diet and a basal diet with 70, 140 and 210 g MGF/kg of diet (as a substitute for maize starch). Maize gluten feed inclusion resulted in a linear reduction of CTTAD of DM (R(2)=0.99; P<0.001), CP (R(2)=0.95; P=0.002), fat (R(2)=0.87; P=0.009). starch (R(2)=0.81; P<0.001), and GE (R(2)=0.99; P<0.001). Faecal production increased linearly from 56 g to 107 g/dog/d (R(2)=0.99; P<0.001), with a linear reduction of faecal DM (R(2)=0.99: P<0.001) and a linear increase in faecal lactic acid concentration (P<0.02). Both urine (R(2)=0.77; P=0.029) and faeces (R(2)=0.92: P=0.019) showed a linear reduction in pH. Results of ingredient MAD obtained by the regression and difference methods were close (6% or less of variation) for CP, fat, and starch, and also for ME content (1.4% higher for the difference method), but the two methods disagreed on calculated CTTAD of DM and organic matter. The high dietary fiber content of MGF (382 g/kg) may explain the low digestibility of this ingredient. Maize gluten feed could be a useful ingredient for formulations designed to have low energy or reduce the urine pH of dogs. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modelagem numérica de estruturas de contenção atirantadas em areia

A numerical study on the behavior of tied-back retaining walls in sand, using the finite element method (FEM) is presented. The analyses were performed using the software Plaxis 2D, and were focused on the development of horizontal displacements, horizontal stresses, shear forces and bending moments in the structure during the construction process. Emphasis was placed on the evaluation of wall embedment, tie-back horizontal spacing, wall thickness, and free anchor length on wall behavior. A representative soil profile of a specific region at the City of Natal, Brazil, was used in the numerical analyses. New facilities built on this region often include retaining structures of the same type studied herein. Soil behavior was modeled using the Mohr-Coulomb constitutive model, whereas the structural elements were modeled using the linear elastic model. Shear strength parameters of the soil layers were obtained from direct shear test results conducted with samples collected at the studied site. Deformation parameters were obtained from empirical correlations from SPT test results carried out on the studied site. The results of the numerical analyses revealed that the effect of wall embedment on the investigated parameters is virtually negligible. Conversely, the tie-back horizontal spacing plays an important role on the investigated parameters. The results also demonstrated that the wall thickness significantly affects the wall horizontal displacements, and the shear forces and bending moments within the retaining structure. However, wall thickness was not found to influence horizontal stresses in the structure

Modelos para análise e dimensionamento de painéis de alvenaria estrutural

The main objective of this thesis was the study of bracing panels of structural masonry, by applying the Finite Element Method and Strut and Tie Method. It was analyzed the following aspects: the effect of orthotropy on the behavior of the panels; distribution of horizontal forces between panels for buildings; comparison between Equivalent Frame and Finite Elements models; panels design with the Strut and Tie Method. The results showed that one should not disregard the orthotropy, otherwise this can lead to models stiffer than the real. Regarding the distribution of horizontal forces, showed that the disregard of lintels and shear deformation leads to significant differences in the simplified model. The results showed also that the models in Finite Element and Equivalent Frame exhibit similar behavior in respect to stiffness of panels and stress distribution over the sessions requested. It was discussing criteria for designing Strut and Tie Method models in one floor panels. Then, the theoretical strength these panels was compared with the rupture strength of panels tested in the literature. The theoretical maximum strength were always less than the rupture strength of the panels obtained in tests, due to the fact that the proposed model cannot represent the behavior of the masonry after the start of the panel cracking due to plasticization of the reinforcement

Análise de estruturas de superfície delgadas axissimétricas via método dos elementos finitos com utilização de elemento retilíneo

The present work deals with the linear analysis of bi-dimensional axisymmetric structures, through development and implementation of a Finite Element Method code. The structures are initially studied alone and afterwards compatibilized into coupled structures, that is, assemblages, including tanks and pressure vessels. Examples are analysed and, in order to prove accuracy, the results were compared with those furnished by the analytical solutions

Análise não-linear de treliças pelo método dos elementos finitos posicional

This work presents the positional nonlinear geometric formulation for trusses using different strain measures. The positional formulation presents an alternative approach for nonlinear problems. This formulation considers nodal positions as variables of the nonlinear system instead of displacements (widely found in literature). The work also describes the arc-length method used for tracing equilibrium paths with snap-through and snap-back. Numerical applications for trusses already established in the literature and comparisons with other studies are provided to prove the accuracy of the proposed formulation