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Otimização topológica aplicada ao projeto de estruturas tradicionais e estruturas com gradação funcional sujeitas a restrição de tensão.; Topology optimization applied to the design of traditional structures and functionally graded structures subjected to stress constraint.

Stump, Fernando Viegas
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 18/05/2006 PT
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Este trabalho apresenta a aplicação do Método de Otimização Topológica (MOT) considerando restrição de tensão mecânica em dois problemas de Engenharia: o projeto de estruturas mecânicas sujeitas a restrição de tensão e o projeto da distribuição de material em estruturas constituídas por Materiais com Gradação Funcional (MsGF). O MOT é um método numérico capaz de fornecer de forma automática o leiaute básico de uma estrutura mecânica para que esta atenda a um dado requisito de projeto, como o limite sobre a máxima tensão mecânica no componente. Os MsGF são materiais cujas propriedades variam gradualmente com a posição. Este gradiente de propriedades é obtido através da variação contínua da microestrutura formada por dois materiais diferentes. Neste trabalho o MOT foi implementado utilizando o modelo de material Solid Isotropic Microstructure with Penalization (SIMP) e o campo de densidades foi parametrizado utilizando a abordagem Aproximação Contínua da Distribuição de Material (ACDM). O modelo de material e utilizado em conjunto com um localizador de tensões, de modo a representar as tensões nas regiões com densidade intermediária. O projeto de estruturas tradicionais através do MOT possui dois problemas centrais aqui tratados: o fenômeno das topologias singulares...

Otimização topológica de transdutores piezelétricos com gadação funcional de material: projeto, simulação, análise e fabricação.; Topology optimization of piezoelectric transducers considering functionally graded material: design, simulation, analysis and fabrication.

Montealegre Rubio, Wilfredo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 12/01/2010 PT
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773.86516%
Materiais piezelétricos geram deslocamentos ao serem excitados com potencial elétrico, bem como potencial elétrico ao serem submetidos a força ou pressão. Eles são amplamente utilizados em aplicações relacionadas principalmente com a área de Mecânica de Precisão, Mecatrônica e aquisição de imagens por Ultra-Som. Por outro lado, os Materiais com Gradação Funcional (MGF) são materiais avançados compostos, os quais são projetados de forma que sua composição varie gradualmente numa direção espacial. Esses materiais combinam as vantagens de certas características de cada fase constitutiva; por exemplo, alta resistência à temperatura dos materiais cerâmicos com alta resistência mecânica dos metais. Vários trabalhos têm mostrado as vantagens de aplicar o conceito MGF ao projeto de transdutores piezelétricos. Entre essas vantagens podem-se mencionar: (i) atuadores flextensionais ou bilaminares sem interface entre materiais (ex: PZT e Alumínio); (ii) suavização da distribuição de tensões mecânicas; e (iii) aumento da largura de banda e redução das ondas refletidas em transdutores de ultra-som, principalmente. No entanto, na mesma literatura se observa uma carência de métodos computacionais para a sua modelagem e o seu projeto otimizado e sistemático. Baseado nessas idéias...

Fibrocimentos com gradação funcional.; Functionally graded fiber cements.

Dias, Cleber Marcos Ribeiro
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 25/02/2011 PT
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O presente estudo mostra que o conceito de materiais com gradação funcional (MGF) pode ser aplicado no desenvolvimento de componentes de fibrocimento mais econômicos e com desempenho mecânico melhorado. Primeiramente, este trabalho estabelece o conceito de fibrocimento com gradação funcional. Depois, modelam-se, em elementos finitos, as tensões em telhas onduladas sob flexão estática e cargas de vento e mostra-se que, para esses tipos de carregamento, regiões específicas das telhas são submetidas a tensões de baixa intensidade justificando a aplicação do conceito de MGF para a otimização da distribuição da resistência em tais componentes. A parte experimental deste trabalho é constituída de quatro estudos: a) produção de fibrocimentos com o teor de fibras variando ao longo da espessura; b) desenvolvimento de um método de escolha de formulações para fibrocimentos com gradação funcional; c) desenvolvimento de compósitos cimentícios para extrusão em altas velocidades, destinados a gradação de fibrocimentos; e d) aplicação pré-industrial para avaliar a aplicabilidade de técnica de modificação local das propriedades de telhas com gradação funcional. Mostra-se, experimentalmente, que fibrocimentos contendo 1...

Sobre modelos constitutivos não lineares para materiais com gradação funcional exibindo grandes deformações: implementação numérica em formulação não linear geométrica; On nonlinear constitutive models for functionally graded materials exhibiting large strains: numerical implementation in geometrically nonlinear formulation

Pascon, João Paulo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 18/04/2012 PT
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1195.6361%
O objetivo precípuo deste estudo é a implementação computacional de modelos constitutivos elásticos e elastoplásticos para materiais com gradação funcional em regime de grandes deslocamentos e elevadas deformações. Para simular numericamente um problema estrutural, são empregados aqui elementos finitos sólidos (tetraédrico e hexaédrico) com ordem de aproximação polinomial qualquer. Grandezas da Mecânica Não Linear do Contínuo, como deformação e tensão, são utilizadas na formulação deste estudo. Para reproduzir os grandes deslocamentos, é empregada a análise não linear geométrica. A descrição adotada aqui é a Lagrangiana total, e o equilíbrio da estrutura é expresso pelo Princípio da Mínima Energia Potencial Total. Com relação à resposta elástica do material, são usadas leis constitutivas hiperelásticas, nas quais a relação tensão-deformação é obtida a partir de um potencial escalar. O comportamento elastoplástico do material é definido pela decomposição da deformação nas parcelas elástica e plástica, pelo critério de plastificação de von-Mises, pela lei de fluxo associativa, pelas condições de consistência e de complementaridade, pelo parâmetro de encruamento isotrópico e pelo tensor das tensões inversas...

Controle da fissuração em compósitos com fibras orgânicas aplicando conceito de materiais com gradação funcional.; Control of cracking in fiber cement apply concepts of functionally graded materials.

Giordano, Brunoro Leite
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 09/12/2011 PT
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1168.90805%
O objetivo deste trabalho é controlar a incidência de fissuras em fibrocimentos aplicando o conceito de materiais com gradação funcional através da protensão química gerada pela aplicação de silicato de sódio alcalino entre as camadas dos fibrocimentos. Atualmente é bastante comum os fibrocimentos apresentarem fissuras ao longo das bordas devido aos gradientes de umidade gerados durante a estocagem das pilhas de telhas no pátio das indústrias. O potencial da protensão química foi avaliado através da porosidade total, da quantificação das fases hidratadas, da retração por secagem e do desempenho mecânico. A aplicação de silicato de sódio alcalino no ligante CPII F provocou retração por secagem 1,5 vezes maior que a referência aos 91 dias. O módulo de ruptura (MOR) não sofreu alteração, mas o limite de proporcionalidade da matriz (LOP) aumentou em torno de 95%. O módulo de elasticidade dinâmico foi 13 % maior. O aumento da retração por secagem e o ganho de desempenho mecânico apontam o potencial da protensão química para o controle da fissuração em fibrocimentos produzidos pelo processo Hatschek.; The objective of this work is controlling the incidence of cracks in fiber cement...

Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica.; Design of piezocomposite materials based on functionally graded concept by means of topology optimization method.

Vatanabe, Sandro Luis
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 09/11/2012 PT
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Um material piezocompósito é resultante da combinação de um material piezelétrico com outros materiais não-piezelétricos, oferecendo vantagens substanciais em relação aos materiais piezelétricos convencionais. Diferentes propriedades efetivas podem ser obtidas alterando-se a fração de volume dos constituintes ou a própria topologia da célula unitária do piezocompósito. Materiais com Gradação Funcional (MGF) são materiais compósitos avançados, projetados de tal forma que sua composição varie gradualmente numa direção espacial. A vantagem do conceito MGF é não apresentar interface convencional entre os materiais da inclusão e da matriz, reduzindo assim um problema comum em materiais compósitos laminados, como por exemplo, o surgimento de concentração de tensões mecânicas. O Método de Otimização Topológica (MOT) é uma técnica computacional utilizada para se determinar a distribuição de materiais em uma estrutura ou material de forma sistemática, a fim de se extremizar uma determinada função objetivo. Assim, esse trabalho propõe uma metodologia sistemática e genérica para o projeto de materiais piezocompósitos com gradação funcional (MPGF) utilizando o MOT, tanto para aplicações quasi-estáticas...

Otimização e fabricação de dispositivos piezelétricos com gradação funcional de material.; Optimization and manufacturing of piezoelectric devices with functionally graded materials.

Amigo, Ricardo Cesare Román
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 18/01/2013 PT
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1171.88484%
Cerâmicas piezelétricas possibilitam posicionamento e sensoriamento de precisão ou captação de energia mecânica valendo-se do efeito piezelétrico, capaz de converter energia mecânica em elétrica ou o contrário. Para aprimorar ou estender as aplicações dessas cerâmicas, mecanismos flexíveis podem ser acoplados a elas, formando um Dispositivo Piezelétrico Flextensional (DPF). No projeto desse tipo de estrutura, o conceito de Material com Gradação Funcional (MGF) é interessante, já que esses materiais apresentam variações graduais de suas propriedades efetivas, permitindo a alternância entre um material mais flexível e um mais rígido de acordo com a intensidade de deslocamento desejada em cada região da estrutura. Assim, neste trabalho, implementa-se o Método de Otimização Topológica (MOT) no projeto de estruturas gradadas com o intuito de identificar as vantagens e desvantagens da utilização do conceito de MGF em DPF. Esse método combina algoritmos de otimização e o Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para distribuir material dentro de um domínio fixo através de um modelo de material, que no presente caso é o de Material Isotrópico Sólido com Penalização (MISP) adaptado a MGF. Na fabricação desses dispositivos otimizados...

Fabricação de ferramentas de corte em gradação funcional por Spark Plasma Sintering (SPS).; Fabrication of cutting tools from functionally graded materials using Spark Plasma Sintering (SPS).

Carneiro, Marcelo Bertolete
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 23/01/2014 PT
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O objetivo do trabalho foi fabricar ferramentas de corte para usinagem a partir de materiais em gradação funcional (Functionally Graded Materials FGM), fazendo uso da técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering SPS), a qual permite taxa de aquecimento e resfriamento maior do que as técnicas tradicionais, menor temperatura e tempo de operação, melhor controle energético e alta repetibilidade. Os materiais utilizados foram pós cerâmicos a base de alumina (Al2O3-ZrO2 e Al2O3-TiC) e metal duro (WC-Co), de modo que dois insertos foram desenvolvidos, um de cerâmica branca (Al2O3-ZrO2) em gradação com metal duro e outro de cerâmica mista (Al2O3-TiC) em gradação com metal duro. A metodologia experimental levou em conta a aplicação de um modelo termomecânico para estimar a tensão residual térmica ao longo da espessura da ferramenta, estudo da influência dos parâmetros de sinterização por SPS (Temperatura e Pressão) sobre a qualidade do sinterizado (caracterização da propriedade física, densidade), com base nesses dados foi escolhida a melhor condição de operação para fabricar corpos de prova (CPs) para os ensaios mecânicos de resistência à flexão, dureza e tenacidade à fratura...

Análise de equipamento protótipo de sinterização seletiva a laser para a fabricação de peças poliméricas com gradação funcional de material

Ajata, Frank
Fonte: Universidade Federal de Santa Catarina Publicador: Universidade Federal de Santa Catarina
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: xxxii, 210 p.| il., grafs., tabs.
POR
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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012; A presente dissertação descreve uma análise metodológica de um equipamento de manufatura aditiva, visando a redução da variabilidade do seu processo de fabricação. O equipamento, que tem sido utilizado para a geração de conhecimento de novos materiais e técnicas de fabricação, corresponde a um protótipo funcional desenvolvido para auxiliar na fabricação de corpos de prova poliméricos com variação espacial na sua composição material e estrutural por meio da técnica de sinterização seletiva a Laser. A metodologia utilizada, adaptada dos modelos de referência: ciclo PDCA para melhoria da qualidade e metodologia de análise e melhoria de processos, é apresentada em 3 etapas visando: 1) conhecer o processo de fabricação do equipamento; 2) identificar as causas dos problemas nele apresentados, procurando sua redução ou eliminação; e 3) procurar as causas da variabilidade do processo de fabricação e de seus parâmetros, apresentando propostas para sua redução ou eliminação. O resultado da aplicação da metodologia apresentou evidências de que as causas da variabilidade originam-se na concepção escolhida para o desenvolvimento do equipamento...

Mechanical and fatigue properties of functionally graded aluminium silicon alloys; Propriedades mecânicas e de fadiga de ligas de alumínio-silício com gradação funcional

Chirita, Georgel
Fonte: Universidade do Minho Publicador: Universidade do Minho
Tipo: Tese de Doutorado
Publicado em 13/10/2011 ENG
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Tese de doutoramento em Engenharia Mecânica (ramo de conhecimento em Mecânica de Materiais); Many structural components encounter service conditions and, hence, required materials performance, which vary with location within the component. It is well known that abrupt transitions in materials composition and properties within a component often result in sharp local concentrations of stress, whether the stress is internal or applied externally. It is also known that these stress concentrations are greatly reduced if the transition from one material to the other is made gradual. By definition, functionally graded materials are used to produce components featuring engineered gradual transitions in microstructure and/or composition, the presence of which is motivated by functional performance requirements that vary with location within a part. With functionally graded materials, these requirements are met in a manner that optimizes the overall performance of the component. The research on functionally graded materials (FGMs) is encouraged by the need for properties that are unavailable in any single material and the need for graded properties to offset adverse effects of discontinuities for layered materials. Centrifugal casting is a very common method for obtaining functionally graded materials...

Otimização de topologia de estruturas e componentes; Topology optimizatin of sctructures and components

TRALDI, Marco Antônio Borges
Fonte: Universidade Federal de Goiás; BR; UFG; Mestrado em Geotecnia e Construção Civil; Engenharias Publicador: Universidade Federal de Goiás; BR; UFG; Mestrado em Geotecnia e Construção Civil; Engenharias
Tipo: Dissertação Formato: application/pdf
POR
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Topology optimization (TO) is an optimization technique that aims to help the designer in the phase of structural conception, seeking a better distribution of one fixed amount of material in a extended design domain. It combines a method of structural analysis with a mathematical programming (MP) algorithm. In this work, structural analysis is done by Finite Element Method (FEM) and the solution algorithm employed is the Optimality Criteria (OC). One of the main themes of research in TO refer to the regularization techniques, needed to make the solutions free of the classic numerical instabilities of the problem: the instability of the checkerboard and mesh dependency. The goal of this work is study the traditional regularization techniques found in literature as the sensitivity filter by Sigmund, Continuous Approximation of Material Distribution (CAMD) and projection techniques. A new projection technique is proposed in order to obtain solutions close to the void-solid form. The objective function is the mean compliance of the structure, and is imposed a restriction on the total volume of material to be distributed. Is used the model Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) to parameterize the distribution of isotropic materials...