Estudo de casos de seleção dos materiais e processos para a fabricação de fuselagens

This work proposes a study on the materials selections and processes for the manufacture of aircraft and showing a methodology to reduce the manufacturing cost. The DFMA can be understood as a methodology that aims at reducing manufacturing and assembly costs and coupled with the increase of product quality through design simplifications. The most commonly material used in the manufacture of aircraft is aluminum alloys due to these possess great structural strength, good elasticity, and being stainless having a low specific weight (about 1/3 that of steel), reducing the weight of the aircraft. A case study in which an operation in the process of verifying the quality was generating unnecessary costs time / man for the company was also developed. The problem solution was simple, just removing the attachment process. It was found that the DFMA methodology is extremely important for the simplification of processes and projects, contributing to the reduction of manufacturing costs of aircraft

Designing next generation car washing machines with rotary brushes

Tese de Doutoramento - Leaders for Technical Industries (LTI) - MIT Portugal

Seleção de materiais e design: um método com base nas redes neurais artificiais

Pós-graduação em Design - FAAC

TÉCNICAS DE PÓS-PROCESSAMENTO EM ESCOAMENTOS DE FRONTEIRA LIVRE NOS PROCESSOS DO FABRICO DOS COMPÓSITOS

As técnicas de pós-processamento da solução de MEF consistem em recálculo de modo que a taxa de convergência aumenta sem a necessidade de refinar a malha. São eficientes quando a maior precisão exige-se nas derivadas de variáveis nos nós na fronteira da condição de Dirichlet. Podem ser usadas na simulação de escoamento de Darcy de fronteira livre durante a infiltração de resina, porque apenas velocidades na fronteira, onde pressão capilar é aplicada, são precisas para determinar o avanço para a próxima posição. Apresenta-se também uma técnica nova para escoamento de Stoke e simulações numéricas com as técnicas de pós-processamento implementadas.

Método Numérico de Predição de Formação dos Vazios durante os Processos de Fabrico de Moldação Líquida

Apresenta-se simulação do escoamento de resina durante a fase de enchimento do processo de fabrico de moldação líquida. Nesta modelação não se pode desprezar a influência da tensão de superfície que corresponde a introdução da pressão capilar aplicada na fronteira livre. Esta condição de fronteira torna o problema mal posto quer em termos da formulação fraca clássica, quer estabilizada, e em consequência existe um error na conservação local de massa de resina, acumulado especialmente ao longo da fronteira livre. Apresenta-se uma metodologia numérica, que permite significativamente diminuir este error, e que no caso de escoamento de Stoke ainda não foi publicada. Esta metodologia está implementada no Programa de Fronteira Livre (PFL), apresentado em [1-4].

Projeto e seleção de materiais magnéticos permanentes

Os materiais magnéticos permanentes têm sido utilizados em dispositivos eletromagnéticos há mais de 100 anos mas, devido aos progressos recentes das suas características magnéticas e a disponibilidade a custos acessíveis, a sua aplicação é atualmente transversal a uma vasta gama de áreas tecnológicas. A introdução dos ímanes de terras raras nos finais da década de 60 do século passado revolucionou a engenharia de projeto, conduzindo a uma reconfiguração dos dispositivos com fatores de escala anteriormente impraticáveis, elevando ainda o rendimento daqueles, ao eliminar as perdas associadas à criação de campos magnéticos baseados em densidades de correntes. Este trabalho descreve as principais classes dos materiais magnéticos permanentes com relevância comercial e fornece as linhas gerais do projeto magnético, com especial relevo para os materiais baseados em terras raras.

Um sistema informacional e perceptivo de seleção de materiais com enfoque no design de calçados

O presente trabalho decorre da importânciada Seleção dos Materiais no Design de produtos como um fator tecnológico para a inovação e minimização de falhas de projetos. Assim, a investigação dos fatores importantes para a determinação dos seus requisitos ou objetivos torna-se primordial para se estabelecer uma seleção adequada na proposta, buscando determinar o grau de satisfação do consumidor através do atendimento às variáveis objetivas e subjetivas dos projetos que foram abordadas neste estudo. Em função do grande número de diferentes materiais existentes, este processo apresenta-se de forma complexa. Desse modo, a investigação realizada, sobre os diferentes meios de interpretação dos materiais, direcionou a pesquisa à abordagem do estudo de caso de uma Materioteca, referenciandoum sistema de seleção de materiais, onde a inclusão das variáveis subjetivas no processo vem determinar vantagens, estimulando a percepção tátil e visual do projetista. A grande participação conjunta e simultânea do Design e da Engenharia, buscando atrelar aspectos estéticos e subjetivos às viabilidades técnicas e produtivas, foram identificadas neste sistema, onde a avaliação da forma, da textura, da funcionalidade, da durabilidade, da sustentabilidade, do conceito, entre outros itens, apontam para a obtenção de novos requisitos com elevado grau de prioridade. Assim, pode-se dizer que o reconhecimento dos valores subjetivos (percepção) dos materiais, uma vez adaptados em projetos, agregam maior valor ao produto resultante, instigando o Designer a cada vez mais confrontar novos quesitos no momento da projetação, reforçando a potencialidade conceitual expressiva contida nos objetos de consumo, como, por exemplo, a marca do produto e o status social que este possa agregar, baseados na forma de pensar e na maneira de viver do consumidor, em função de suas percepções, com base nos principais órgãos dos sentidos. Em suma, os resultados obtidos neste estudo podem ser utilizados em diversas áreas do Design e da Engenharia, agregando-secomo uma ferramenta na orientação de projetos do setor calçadista.

Contribuição ao estudo do ecodesign na seleção de materiais para construção de residências unifamiliares em ambientes urbanos

A construção civil é, hoje, uma das atividades da sociedade que mais interfere diretamente com o meio ambiente. Matérias-primas são extraídas, energia é consumida durante a construção e utilização, resíduos são devolvidos ao ambiente natural, e emissões tóxicas são geradas e expelidas na atmosfera. A maneira como esta atividade vem sendo exercida atualmente resulta em uma destruição cada vez mais acelerada dos recursos naturais disponíveis. Este quadro só poderá se modificar à medida que houver maior conscientização de todos os agentes envolvidos nesta atividade, e que a pesquisa constante indicar novos caminhos para o desenvolvimento de novos métodos e materiais de construção. Considerando-se este contexto, esta dissertação busca, como objetivo geral, contribuir na seleção de materiais para uma residência sustentável e, por conseqüência, na diminuição dos impactos dos resíduos gerados atualmente na construção civil. Para tanto, se propõe a analisar os materiais de construção com maior freqüência de utilização no mercado, em termos de impactos ambientais, para as principais etapas de uma residência unifamiliar. Entenda-se como etapas as fundações e/ou estruturas, revestimentos de pisos, elementos de vedação, revestimentos de paredes, esquadrias, forros e revestimentos de telhados. A partir dessa análise, este trabalho se propõe apresentar uma proposta de "guia", relacionando os materiais de acordo com os impactos ambientais causados ao meio ambiente, principalmente pela geração de CO2, hoje em dia, principal responsável pelo efeito estufa, além do consumo de energia despendida e percentagem de reciclagem, dados obtidos através do software CES 4.2 Granta Design, tendo como base as propriedades dos referidos materiais Uma ampla revisão bibliográfica foi realizada, além de pesquisas quanto aos métodos existentes para seleção de materiais e análise dos impactos ambientais causados, bem como a consulta com profissionais da área para identificação dos materiais a serem estudados. Com a obtenção destes dados, pode-se classificar os materiais que foram selecionados para este estudo em cada etapa de uma residência unifamiliar. Nesta classificação, tomando como base a emissão de CO2, a madeira sobressai-se em primeiro lugar, posição deslocada se a classificação é baseada no consumo de energia ou ainda na reciclagem dos materiais.

Design & seleção de materiais: elaboração e execução de um sistema de informações para projeto do produto: madeiras

Wood is a renewable material and has unique characteristics that stem from its orthotropic properties. The objective of this study was to develop and implement an informational Selection of Materials and Manufacturing Processes appropriate to the activity of Product Design - Woods. Composed of a Digital Information System, distributed, and an ordered collection of samples. The design of a product, carries with it the choice of material, and the choice of a manufacturing process. Information on materials and manufacturing processes are available with different content, media and interfaces. However, such information is not systematized so that they can be recovered, as the need for the designer, especially on wood. This set of methods is called the Selection of Materials and Manufacturing Processes. It is hoped through this study that the methodologies for SMPF are employed by product designers, architects and engineers in Brazil.

Remoção de nitratos em água utilizando diferentes materiais e processos

The need to preserve the environment has led to the search for new materials for efficient disposal of chemical compounds that alter the stability of our natural resources. Among these resources, stands in first place the water, as a precious commodity and scarce, leading to the proper use and reuse. As a result, the World Health Organization has established maximum permissible values in drinking water, such as: 50 mg/L, 0, 1 mg/L and 0, 5 mg/L to at-3, at-2, NH 4, respectively. For these reasons, assesses the implementation of new materials and water treatment processes aiming at the removal of these compounds, such as alumina, in the form of powder or as a support for a catalytic system using inorganic membranes capable of supporting more severe conditions of temperature and pressure by opening new possibilities for applications of membrane reactors; and also for electrochemical treatments with doped diamond bobo electrodes (BDD) as anode and copper as cathode. For such purpose, was conducted the study of adsorption of nitrate in different times to assess the time required to achieve equilibrium by employing three commercial alumina called: acidic, basic and neutral alumina, with subsequent treatment only in the acidic alumina impregnating metals (PdCu/Al2O3) for the catalytic reaction. The materials were previously characterized by XRD, SEM techniques and ABET. Aluminas presented a considerable adsortive capacity of nitrate in the first thirty minutes, equivalent to 50% of removal reaching equilibrium in that time. After treatment, using alumina as catalyst for the reaction in batch reactor (Pd-Cu/Al2O3), the results were more favourable, totalling 64% reduction of ion NO3-at the end of three hours. On the other hand, the results for the catalytic reaction using the catalytic support Pd-Cu/TiO2 in membrane reactor proved to be low. -if, in this way, improve the conditions of catalytic system to optimize the process. Already, for the electrochemical tests using DDB1 electrodes as anode, and Cu, as cathode, there was a fairly significant nitrate reduction, approximately 80% of ion removal during three hours and cost viable applications.

Wells turbine: fiberglass flanges

A introdução desta tese começa por realizar um enquadramento do projecto em mão, apresentando a central de energia das ondas em que se encontram os componentes em fibra de vidro a projectar. Esta central usa o princípio de variação de coluna de água, e encontra-se localizada na ilha do Pico, Açores. São de seguida apresentados os objectivos deste trabalho, que consistem na selecção de materiais de fabrico dos componentes, desenvolvimento de uma metodologia para projectar juntas aparafusadas em materiais compósitos, dimensionamento e comparação de duas juntas concorrentes em materiais compósitos: junta solicitada à tracção e junta solicitada ao corte, validação da análise e estudo das causas dos vários tipos de falha destas juntas. A parte I deste trabalho é o resultado da pesquisa bibliográfica efectuada para levar a cabo os objectivos definidos. Assim, começa por se fazer uma descrição dos materiais e processos de fabrico que mais se adequam ao presente projecto, nomeadamente fibra de vidro, resinas, tecidos, impregnação manual, RTM e infusão por vácuo. Daqui resultou que os materiais mais adequados para esta aplicação são fibra de vidro do tipo E e resina polyester devido ao seu baixo custo e larga utilização em aplicações estruturais marinhas. O processo de fabrico mais eficiente é a infusão por vácuo devido á sua vocação para pequenas séries de produção, a poupança que permite em termos de mão-de-obra, a complacência com normas de emissão de voláteis e as boas propriedades das partes produzidas. No capítulo II da parte I são discutidos os tópicos relacionados com juntas em materiais compósitos. Da pesquisa levada a cabo conclui-se que as grandes vantagens das juntas aparafusadas são a sua facilidade de montagem e desmontagem, facilidade de inspecção e capacidade de ligar quaisquer tipos de materiais. Quanto à furação de compósitos é importante referir a necessidade de utilizar ferramentas resistentes e parâmetros de maquinação que minimizem o dano infligido aos laminados. Isto é possível através da selecção de ferramentas com passos baixos que reduzam igualmente a dimensão do seu centro estático responsável pela força axial exercida sobre o laminado - principal factor causador de dano. Devem-se igualmente utilizar baixas velocidades de avanço e elevadas velocidades de rotação. É importante salientar a importância da realização de pré-furação, de utilização de um prato de suporte na superfície de saída do laminado e a existência de ferramentas especialmente concebidas para a furação de compósitos. Para detectar e quantificar o dano existente num furo destacam-se os métodos de inspecção ultrasónica e a radiografia. Quanto aos parâmetros que influenciaram o comportamento de juntas aparafusadas destacam-se os rácios largura/diâmetro, distância ao bordo/diâmetro, espessura/diâmetro, pré-tensão, fricção, sequência de empilhamento e respectivas proporções, dimensão das anilhas e folga entre o parafuso e o furo. A pesquisa efectuada visando metodologias de projecto fiáveis ditou a necessidade de utilizar métodos que permitiram determinar o parafuso mais carregado de uma junta, efectuar o cálculo de tensões no mesmo, e ainda métodos que permitam determinar a primeira falha que ocorre no laminado bem como a falha final no mesmo. O capítulo III da primeira parte descreve os métodos de análise de tensões necessários para as metodologias de projecto utilizadas. Aqui é apresentada a teoria clássica da laminação, um método para determinação do parafuso mais carregado, um método analítico baseado na teoria da elasticidade anisotrópica de um corpo e o método dos elementos finitos. O método para determinar o parafuso mais carregado - análise global - consiste num modelo bidimensional de elementos finitos em que 2 laminados coincidentes são modelados com elementos lineares de casca com 4 nós, sendo a extremidade de um laminado restringida em todos os graus de liberdade e a extremidade oposta do segundo laminado carregada com a carga pretendida. Os laminados são ligados através de elementos mola que simulam os parafusos, sendo a sua constante de rigidez previamente calculada para este fim. O método analítico modela o contacto assumindo uma distribuição de pressão cosinoidal ao longo de metade do furo, e é válido para laminados simétricos e quasi-isotrópicos. O método dos elementos finitos é o que mais factores permite ter em conta, sendo os modelos tridimensionais com um elemento por camada os que melhor modelam o estado de tensões experienciado por uma junta aparafusada em materiais compósitos. O tópico de análise de falha é abordado no capítulo 4 da primeira parte. Aqui são apresentados os resultados do world wide failure exercice que compara vários critérios de falha existentes até 2004, fazendo-se referência a desenvolvimentos recentes que têm ocorrido nesta área. O critério de Puck surge como aquele que permite previsões de falha mais exactas. O critério de falha de Hashin 3D foi o escolhido para o presente trabalho, devido à sua facilidade de implementação num modelo de elementos finitos, à sua capacidade para detectar modos de falha subcríticos e à sua utilização em trabalhos anteriores que apresentaram previsões de falha muito próximas dos dados experimentais. Também neste capítulo se apresentaram os vários tipos de falha de uma junta aparafusada em materiais compósitos, apresentando as causas de cada uma. Por fim, na última secção, apresenta-se o método de dano progressivo que se desenvolveu para prever a primeira falha final do laminado. Este é muito interessante tendo permitido previsões de falha muito próximas dos resultados experimentais em trabalhos anteriores. Este método é iterativo e encontra-se dividido em 3 passos: Análise de tensões, análise de falha utilizando o critério de Hashin 3D e degradação de propriedades, de acordo com o tipo de falha detectada. Para além dos passos referidos, existe ainda um quarto responsável pelo fim da análise que consiste na aferição da existência ou não de falha final e respectivo tipo de falha (por pressão de contacto, por tensão ou por esforços de corte). No capítulo V da primeira parte é apresentado o resultado de uma pesquisa das normas de teste necessárias para obter as propriedades dos materiais requeridas para a aplicação dos métodos descritos neste trabalho. A parte II deste trabalho consiste na aplicação dos métodos apresentados na parte I ao caso concreto em estudo. Os softwares Microsoft Excel, Matlab e ANSYS foram utilizados para este fim. A junta começa por ser dimensionada estimando a espessura necessária do componente e o número e características dos parafusos. De seguida foi feita uma análise global à flange em estudo determinando a força suportada pelo parafuso mais carregado. Após esta análise desenvolveu-se um modelo tridimensional de elementos finitos da zona em que se encontra o parafuso mais carregado, utilizando elementos sólidos lineares e isoparamétricos de 8 nós e uma malha gerada pelo método directo. Aplicou-se a este modelo o algoritmo de dano progressivo descrito na primeira parte. Começou por se incluir explicitamente o parafuso, anilhas, pré-tensão e a modelação dos vários contactos com fricção posteriormente simplificado o modelo restringindo radialmente os nós da porção carregada do furo, excluindo os factores mencionados inicialmente. Procurou-se validar o modelo utilizando o método de cálculo de tensões descrito na primeira parte, desenvolvendo um programa em Matlab para o efeito. Tal não foi possível tendo-se incluído a tentativa realizada em anexo. Para efeitos de dimensionamento, desenvolveu-se um modelo de elementos finitos de duas dimensões da junta em causa, utilizando elementos de casca lineares de quatro nós isoparamétricos com uma espessura unitária. Através da análise de tensões efectuada com este modelo, e utilizando um método combinado programado em linguagem paramétrica, foi possível dimensionar as duas juntas concorrentes pretendidas. Este método combinado consistiu no cálculo de tensões em pontos localizados sobre uma curva característica e utilização de um critério de falha quadrático para cálculo da espessura necessária para a junta. O dimensionamento ditou que a junta solicitada à tensão necessita de pelo menos 127% das camadas e do custo de uma junta solicitada ao corte equivalente.

Estudo do defeito de ligação da asa em louça de porcelana

Este relatório descreve o trabalho realizado durante um estágio na empresa Vista Alegre Atlantis. Neste estágio, propunha-se diminuir ou eliminar um problema, um defeito observado como a asa descolada numa chávena de porcelana. Através do estudo das fases do processo de fabrico das chávenas, que se focou na conformação das asas e na secagem, concluiu-se que se tratava de um problema na conformação, relacionado com as propriedades da pasta utilizada para a conformação, recorrendo-se a uma pasta de porcelana com propriedades diferentes. Neste trabalho é apresentado o problema em estudo, o material (a porcelana), incluindo as suas propriedades, as matérias-primas e os processos utilizados para produzir as peças estudadas. Apresentam-se os procedimentos usados para estudar o material e o problema, os resultados obtidos e as conclusões tiradas da discussão dos dados e observações. Adicionalmente, é apresentado trabalho relevante efetuado durante o estágio, em especial aquele relacionado com as chávenas de porcelana.

Fabrico híbrido em grande escala de materiais compósitos

As tecnologias de fabrico aditivo e subtrativo têm vindo a desenvolver-se no sentido de permitir a produção de peças com melhores rigor dimensional, características mecânicas, físicas e químicas, utilizando ainda materiais completamente novos desenvolvidos a pensar nos requisitos em determinadas aplicações. A fabricação híbrida, um processo que utiliza dois ou mais processos de fabrico com características diferentes na mesma unidade de fabrico aproveitando assim as vantagens de cada processo, tem vindo a aparecer como meio de melhorar a qualidade e complexidade dos produtos a serem desenvolvidos. O desenvolvimento de processos de grande escala tem também vindo a verificar-se, sendo estes uma ampliação e aplicação dos processos já existentes para a produção a uma escala maior. Os compósitos de matriz polimérica são os materiais em foco neste trabalho. Alguns polímeros derivam de fontes não renováveis como o petróleo, o que tem levado ao crescimento da indústria de reciclagem deste tipo de materiais para a sua reutilização. Acresce o facto de que a incorporação de resíduos industriais é vista como uma vantagem, quer em termos de custos, quer em termos de sustentabilidade. O presente trabalho teve com objetivo o desenvolvimento de tecnologias de fabricação híbrida, aplicadas a materiais compósitos provenientes, em parte, do reaproveitamento de resíduos industriais. Assim, foi desenvolvido um sistema de extrusão de grandes dimensões - um braço robot com uma extrusora acoplada no seu último eixo, com uma variante híbrida combinando extrusão e maquinação - uma máquina fresadora com uma extrusora acoplada na sua árvore (Eixo Z); e foram desenvolvidos materiais compósitos aplicando o reprocessamento com incorporação de resíduos, por forma a originar produtos de materiais reciclados, contribuindo para a conservação do ambiente. Foi efetuada a validação de um dos conceitos através do desenvolvimento de peças extrudidas com os materiais reciclados e posterior estudo de parâmetros de processamento que conduzem a melhores resultados em temos de geometria. Esta avaliação foi efetuada com recurso a técnicas de engenharia inversa. Foi possível identificar tendências que permitirão melhorar a aplicabilidade deste tipo de processos no fabrico de peças de grandes dimensões.

Aplicação do lean construction no controlo e gestão em processos de produção

O presente trabalho é constituído por uma descrição das metodologias de fabrico de misturas betuminosas a quente, identificação de normas e requisitos a cumprir pelos materiais constituintes para cada tipo de mistura e sua função. Os princípios Lean definiram a lógica de trabalho do novo sistema de gestão e controlo de processos na produção de misturas betuminosas na TGA. A filosofia do pensamento Lean tem origem no sistema de produção da Toyota (TPS, Toyota Production System), criado por Taiichi Ohno (1988), os seus resultados foram tão evidentes que iniciou-se um processo de estudo sobre o conceito aplicado. Lean Thinking, (“pensamento magro“), foi utilizado pela primeira vez por James Womack e Daniel Jones em 1996 como conceito de liderança e gestão empresarial, sendo desde então aplicado este termo mundialmente como filosofia de gestão baseada na criação de valoratravés de eliminação do desperdício. Lean Construction utiliza os princípios Lean e aplica à construção civil, pode ser definida como uma forma de organizar a produção minimizando o desperdício de materiais, tempo e esforço. Alcançado através de uma melhoria sistemática de processos de construção, dos métodos de selecção de fornecimento e confiança no trabalho. A Lean Construction está em desenvolvimento em todo o mundo, mas em Portugal não se verifica essa tendência. Foi efectuado um estudo de todas as actividades realizadas no fabrico e controlo de misturas betuminosas, permitindo identificar desperdícios e aplicar medidas de eficiência produtiva. Analise e apresentação de resultados obtidos com a aplicação dos novos processos de gestão, controlo e produção nos centros de produção. Este trabalho demonstra que a introdução da filosofia Lean permite aumentar níveis de eficiência tornando a empresa mais competitiva.

Modelling and aerodynamic simulation of a vehicle and failure analysis of a laminated front fender

Master Thesis in Mechanical Engineering field of Maintenance and Production