Search

Submitted by Eduardo Preto (eduardo.preto@unesp.br) on 2022-08-30T17:42:08Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Eduardo_Preto.pdf: 60450357 bytes, checksum: 6991fddf7679f394bb885ed99f56992a (MD5) Approved for entry into archive by Raiane da Silva Santos (raiane.santos@unesp.br) on 2022-08-30T20:43:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 preto_e_me_ilha.pdf: 60128792 bytes, checksum: e5c7b8efb7456c059682944e3f0dfcff (MD5) Made available in DSpace on 2022-08-30T20:43:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 preto_e_me_ilha.pdf: 60128792 bytes, checksum: e5c7b8efb7456c059682944e3f0dfcff (MD5) Previous issue date: 2022-08-16 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os sistemas rotativos estão sujeitos a excitações externas e internas que provocam vibrações indesejáveis, colocando em risco a própria integridade estrutural do sistema e a segurança dos operadores. No âmbito industrial, por exemplo, a atenuação das vibrações pode permitir aos sistemas rotativos, uma operação mais eficiente e segura, proporcionando manutenções periódicas menos frequentes evitando gastos dispendiosos. Neste contexto, o controle de vibrações tem sido objeto de preocupação de inúmeros centros de pesquisa e a literatura especializada é rica em propostas de soluções para esta questão. Este trabalho apresenta uma proposta teórica e experimental de um rotor flexível contendo elementos de liga com memória de forma, cuja finalidade é o aumento da rigidez e geração de amortecimento das vibrações decorrentes de frequências naturais e forças externas, notadamente das forças de desbalanceamento. Este trabalho busca a construção de um conhecimento teórico e particularmente experimental, numa área de pesquisa de domínio restrito e relevância indiscutível. Rotating systems are subject to external and internal excitations that cause undesirable vibrations, jeopardizing the structural integrity of the system and the safety of operators. In the industrial scope, for example, the attenuation of vibrations can allow rotating systems to operate more efficiently and safely, providing less frequent periodic maintenance, and avoiding costly expenses. In this context, vibration control has been the object of concern of numerous research centers, and the specialized literature is rich in proposed solutions to this issue. This work presents a theoretical and experimental proposal for a flexible rotor containing shape memory alloy elements, whose purposes will be to increase stiffness and generate damping of vibrations resulting from external forces, notably unbalanced forces. This work seeks the construction of theoretical and particularly experimental knowledge in a research area of the restricted domain and indisputable relevance. CAPES: 001 CAPES: 88887.498695/2020-00

Submitted by Camilo Rocha Araujo (camilo.rocha@unesp.br) on 2021-12-15T14:06:09Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao.pdf: 5091936 bytes, checksum: 9e0e94c623fcfd688304abd01e34e78c (MD5) Rejected by Raiane da Silva Santos (raiane.santos@unesp.br), reason: - trabalho está sem a ficha catalográfica e sem o certificado de aprovação. - solicitar a ficha catalográfica pelo formulário abaixo e aguardar as orientações: https://www.feis.unesp.br/#!/biblioteca/ferramentas-para-trabalhos-academicos/ficha-catalografica/ - em caso de dúvidas, entrar em contato com a bibliotecária Raiane Santos: raiane.santos@unesp.br on 2021-12-15T18:41:31Z (GMT) Submitted by Camilo Rocha Araujo (camilo.rocha@unesp.br) on 2021-12-20T15:52:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Final.pdf: 5348073 bytes, checksum: 56fc8ed8699e1dbab69a98500c030f8d (MD5) Approved for entry into archive by Joao Josue Barbosa (joao.barbosa@unesp.br) on 2021-12-20T22:56:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 araujo_cr_me_ilha.pdf: 5348073 bytes, checksum: 56fc8ed8699e1dbab69a98500c030f8d (MD5) Made available in DSpace on 2021-12-20T22:56:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 araujo_cr_me_ilha.pdf: 5348073 bytes, checksum: 56fc8ed8699e1dbab69a98500c030f8d (MD5) Previous issue date: 2021-12-10 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Esta Dissertação de Mestrado visa propor uma Lei de Controle Ativo, a fim de controlar vibrações utilizando a histerese de fios de Liga com Memória de Forma (LMF), para aumentar a dissipação de energia pelo sistema. Para isso, o modelo constitutivo que descreve o comportamento da LMF proposto por Tanaka et al. (1994) Modificado foi implementado e validado com dados bibliográficos. Em seguida, foi feito o Controle Passivo, em que foi determinada a temperatura que minimiza a máxima amplitude de vibração do oscilador, quando excitado por uma força tipo Chirp. A partir da análise dos resultados obtidos no Controle Passivo, foi proposta uma Lei de Controle e aplicado um Controle Ativo, o qual apresentou resultados satisfatórios na atenuação de vibração (cerca de 24 % de redução), demonstrando o potencial das LMF para serem utilizadas como atuadores de sistemas mecânicos vibratórios mais complexos This work aims at proposing an Active Control Law in order to control vibrations using the hysteresis of Shape-Memory Alloy wires (SMA), increasing the dissipated energy by the oscillator. For this, the modified constitutive model proposed by Tanaka et al. (1994) which describe the SMA behaviour was implemented. Then, the Passive Control was applied, in which the temperature that minimizes the maximum amplitude of vibration of the oscillator was identified, after the system was excited by a chirp force. From the analysis of the Passive Control results , a Control Law was formulated and an Active Control was applied to the system which showed satisfactory results in the vibration attenuation (about 24% of reduction), meaning that the SMA has a great potential to be used as actuators of more complex mechanical systems. CNPq: 154033/2019-7

Mestrado de dupla diplomação com o Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca - CEFET/RJ Os materiais compósitos vêm ganhando cada vez mais destaque na indústria devido às suas excelentes propriedades químicas e mecânicas, assim como a sua combinação com ligas de memória de forma (LMF) podendo gerar materiais com características capazes de operar nas mais complexas áreas da engenharia. Nesse sentido, é importante explorar modos de fabricação bem como ser capaz de prever o seu comportamento ao se variar as quantidades de material presentes. O compósito híbrido foi fabricado de duas formas: uma com fios de LMF entre as mantas de fibra de vidro e outra com o fio entrelaçado à manta. Na abordagem experimental, A LMF foi caracterizada através da realização do ensaio de varrimento diferencial de calorimetria (DSC - Differential scanning calorimeter), ensaio de tração, espectrometria de absorção atômica por chama e análise metalográfica. O compósito híbrido, por sua vez foi submetido ao ensaio de tração. Realizaram-se ainda ciclos térmicos em ambos os materiais. Por fim, os resultados obtidos foram comparados com outros estudos, método de elemento finito e regra da mistura. Observou-se que os fios de LMF tem a capacidade de aumentar o módulo de elasticidade dos compósitos, de forma que o método que mais se aproximou dos resultados experimentais foi o de MEF. Através da comparação dos métodos de fabricação, verificou-se que é possível se produzir o compósito por um método que pode ser automatizado. The work developed here includes the study of composites with fiberglass and shape Composite materials are gaining more and more prominence in the industry due to their excellent chemical and mechanical properties, as well as their combination with shape memory alloys (LMF), which can generate materials with characteristics capable of operating in the most complex areas of engineering. In this sense, it is important to explore manufacturing methods as well as being able to predict their behavior when varying the amounts of material present. The hybrid composite was manufactured in two ways: one with LMF threads between the fiberglass fabric and the other with the thread intertwined with the fabric. In the experimental approach, LMF was characterized by performing the differential scanning calorimetry test (DSC), tensile test, flame atomic absorption spectrometry and metallographic analysis. The hybrid composite, in turn, was subjected to the tensile test. Thermal cycles were also carried out on both materials. Finally, the results obtained were compared with other studies, finite element method and mixing rule. It was observed that the LMF wires can increase the elasticity modulus of the composites, so that the method that came closest to the experimental results was the MEF. By comparing the manufacturing methods, it was found that it is possible to produce the composite by a method that can be automated

Mestrado de dupla diplomação com o Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca - CEFET/RJ O desenvolvimento de compósitos com a combinação de matrizes poliméricas reforçada com fibra de carbono e ligas com memória de forma (LMF) têm sido amplamente estudadas ao longo dos últimos anos com objetivo de, principalmente, melhorar propriedades mecânicas e controlar a forma e vibração do compósito. As LMF de Níquel e Titânio são utilizadas neste caso devido às propriedades especiais de efeito de memória de forma e superelasticidade. Neste trabalho realizou-se um estudo teórico e experimental sobre as propriedades termomecânicas, assim como, técnicas de caracterização da liga com memória de forma composta por NiTi. Para tal estudo, inicialmente fez-se análises metalográficas, uma análise por varrimento diferencial de calorimetria (DSC) e ensaios de tração a fim de se verificar respetivamente os contornos de grãos das amostras, as temperaturas de transformação de fase e propriedades mecânicas do fio de NiTinol. Para uma análise elementar do material, realizou-se o processo de digestão atómica que apresentou resultados com diferença de, aproximadamente, 10 % comparados às informações da composição química do fornecedor do fio. Este estudo também propõe a caracterização do compósito, obtido por diferentes frações volumétricas de fios da liga de NiTinol em uma matriz polimérica reforçada com fibra de carbono. Para caracterização realizou-se ensaios mecânicos experimentais de tração e os resultados obtidos foram comparados com as regras das Misturas de Voigt e Reuss, com um método matemático passo a passo proposto por Liu 1998 e, também, com uma simulação numérica por método dos elementos finitos (MEF) através do software Ansys® Workbench. As regras das mistura de Voigt e Reuss apresentaram as melhores estimativas para as propriedades do compósito híbrido estudado com erros percentuais menores que 1% em alguns casos. Os ensaios de tração mostraram que o acréscimo de fios na composição melhorou as propriedades de tensão e deformação máximas, porém concluiu-se que este aumento pode causar problemas de adesividade que faz com que os resultados caiam a medida que se aumenta a fração volumétrica de fios. The development of composites with the combination of carbon fiber reinforced polymeric matrix and embedded shape memory alloys (SMA) has been extensively studied over the last years aiming mainly to improve mechanical properties and to control the shape and vibration of the composite. SMA composed by Nickel and Titanium are used in this case due to the special properties of shape memory effect and super elasticity. Thus, this work is a theoretical and experimental study on the thermomechanical properties and characterization techniques of the shape memory alloy composed by NiTi. Initially, for such study, a metallographic analysis, a differential scanning calorimetry (DSC) test and stress-strain tests were performed to verify, respectively, the contours grain of the samples, the phase transformation temperatures and mechanical properties of the NiTinol wires. For an elementary analysis of the material, the atomic digestion process was performed, which showed results with a difference of approximately 10% compared to the information on the chemical composition of the wire supplier. This study also proposes the characterization of the composite, obtained by different volumetric fractions of NiTinol alloy wires in a polymeric matrix reinforced with carbon fiber. For this characterization, experimental mechanical tensile tests were carried out and the results obtained were compared with the rules of the mixture of Voigt and Reuss, with a numerical method step by step proposed by Liu 1998 and with a numerical simulation by finite element method (FEM) through the Ansys® Workbench software. The rules of the mixture of Voigt and Reuss presented the best estimates for the properties of the hybrid composite studied with percentage errors less than 1% in some cases. The tensile tests showed that the addition of wires in the composition improved the maximum stress and maximum deformation properties, however, it was concluded that the increase in the volumetric fraction of wires can cause adhesion problems that cause the decrease of the results.

Na maioria das aplicações tecnológicas os atuadores de liga de memória de forma (LMF) estão submetidos aos mais diversos tipos de carregamentos mecânicos, o que torna imprescindível o estudo da vida em fadiga destes tipos de materiais. Diante disto, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento dinâmico e a fadiga termomecânica de fios de LMF Ni-Ti-Cu, submetidos a ensaios dinâmicos em modo de flexão simples (Single Cantilever) utilizando um equipamento de Análise Mecânico Dinâmico (DMA – Dynamic Mechanical Analysis). Assim, foram realizadas análises para determinar a capacidade de amortecimento dos fios, além da fadiga estrutural nos estados martensítico e austenítico. A vida em fadiga dos fios foi avaliada por meio do número de ciclos até a ruptura em função das amplitudes de deformação aplicadas durante o processo de ciclagem mecânica. Os resultados demonstraram uma considerável capacidade de amortecimento dos fios, principalmente durante a transformação de fase e uma influência direta da amplitude de deformação imposta, nos valores de força e no tempo de vida dos fios, revelando que a fadiga situa-se numa faixa entre 103 a 105 ciclos, caracterizando uma fadiga de baixo ciclo. In most technological applications, Shape Memory Alloy (SMA) actuators are subjected to the most diverse types of mechanical loads, which makes it essential to study the fatigue life of these types of materials. Therefore, the present work has the objective of analyzing the dynamic behavior and thermomechanical fatigue of SMA Ni-Ti-Cu wires, submitted to dynamic tests in single cantilever mode using a Dynamic Mechanical Analysis (DMA). Thus, analyzes were carried out to determine the damping capacity of the wires, besides the structural fatigue in the martensitic and austenitic states. The fatigue life of the wires was evaluated by means of the number of cycles until the rupture as a function of the strain amplitudes applied during the mechanical cycling process. The results demonstrated a considerable damping capacity of the wires, especially during phase transformation and a direct influence of the imposed strain amplitude, on the values of force and the life time of the wires, revealing that the fatigue is in the range of 103 To 105 cycles, characterizing a low cycle fatigue.

The Shape Memory Alloys (SMA) is part of an active material class due to a special characteristic, called Shape Memory Effect (SME) that can be activated by a thermal field. In general these materials are made by metallic alloys and belong to a group of conducting materials with electromagnetic properties when circulated by an electric current. If geometrically configured as an inductor and stimulated with an alternating current allows the variable magnetic induction provided by the magnetic flux inside the coil. Using the thermomechanical shape change and the magnetic induction characteristics, this paper presents a study and development of a variable inductor with an alloy Ni-Ti. This study is based in inductance variation through geometric variation of coils made of shape memory wire and keeping the magnetic permeability constant. It was also observed variations in magnetic inductance due to change in temperature through electrical current, showing a possible close relationship with the phase transformation temperature of the material. To collect the experimental results were necessary the development of SME inductors with ferrite nucleus. Results are presented for the inductance variation related to length and temperature variation of a SMA inductor. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq As Ligas com Memória de Forma (LMF) fazem parte de uma classe de materiais ativos ou inteligentes por possuírem uma característica especial denominada de Efeito Memória de Forma (EMF) que pode ser ativado por um campo térmico. Por serem geralmente ligas metálicas estão no grupo dos materiais condutores e apresentam propriedades eletromagnéticas quando circulados por uma corrente elétrica. Se configurado geometricamente como um indutor e estimulado com uma corrente alternada possibilita a indução magnética variável proporcionada pelo fluxo magnético no interior das espiras. Aproveitando a característica termomecânica de mudança de forma e o efeito físico de indução magnética, este trabalho apresenta um estudo do desenvolvimento de um indutor variável com liga com memória de forma de NiTi. O estudo se baseou na variação da indutância pela variação geométrica das espiras construídas com fio com memória de forma e mantendo a permeabilidade magnética do núcleo constante. Foram observadas variações na indutância magnética devido à variação de temperatura provocada por corrente elétrica, demonstrando uma possível relação entre as temperaturas de transformação de fase do material. Para a coleta dos resultados experimentais foram desenvolvidos alguns indutores com LMF com núcleo de ferrite. São apresentados resultados da variação da indutância relacionados com a variação do comprimento e temperatura do indutor de LMF.

A presente dissertação procura mostrar o potencial da utilização de ligas com memória de forma, como sensores, nas técnicas de monitorização de estruturas, ao nível da deteção, localização e caracterização de dano. O motivo de recorrer a este tipo de material, deve-se às suas propriedades particulares. Entre estas, destacam-se a superelasticidade e o efeito de memória de forma, com variadas aplicações em estruturas de Engenharia Civil. Para o desenvolvimento deste trabalho, foi explorada a superelasticidade do material. Através desta propriedade, o material recupera a sua forma inicial, após o carregamento aplicado findar, permitindo assim recuperar de deformações elásticas até cerca de 8%. O trabalho desenvolvido passou por criar um modelo à escala reduzida, semelhante a uma viga, composto por quatro elementos sendo que a ligação das mesmas pretende simular o aparecimento de fendas, aquando um carregamento. Ao longo do modelo é colocada uma liga com memória de forma servindo de sensor. Para controlo do modelo foi desenvolvido um programa de controlo recorrendo ao software Labview. Para efetuar a caracterização de dano, foi necessário executar ensaios preliminares de carga (tração)/descarga numa liga com memória de forma de comprimento estabelecido, obtendo a relação entre a resistência elétrica e a extensão. Após a sua instrumentação, foi aplicado um carregamento incremental e distribuído no modelo. Através da análise dos resultados extraídos do modelo experimental foi possível localizar e caracterizar o dano ao longo do modelo desenvolvido