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Orientadores: Sergio Tonini Button, Renato Pavanello Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O grande desafio do engenheiro no processo de jateamento de esferas, é obter o perfil da tensão residual e a deformação final da peça com precisão. Pois a solução analítica, os resultados experimentais e as simulações numéricas, que possam ser validados, ainda não são totalmente dominados, devido a complexidade do problema de contato dinâmico não linear do impacto que envolve várias disciplinas da elasticidade e plasticidade estática e dinâmica. É preciso reconhecer os vários parâmetros que influenciam o processo e obter um modelo de simulação numérica 3D de elementos finitos (EF) dinâmica e estática, utilizando ferramentas comerciais consagradas, que tenha relativa precisão e possa ser validado ao se caracterizar a tensão residual mecânica induzida e conseqüente deformação. O estudo de modelos estáticos de carregamento equivalente são limitados pela precisão da temperatura e pressão que da a forma final da peça. No modelo de EF elasto-plástico dinâmico 3D do impacto simples, identifica-se que a camada deformada plasticamente, a tensão residual superficial e sub-superficial são influenciados significativamente pelas características da esfera. Além disso, a separação entre as esferas no impacto simultâneo alteram o desenvolvimento da região plástica. Modelos de impactos múltiplos são implementados com base nestes resultados para a condição de impacto concentrado e disperso de forma semialeatória para modelos reduzidos da peça discretizada Abstract: Shot peen forming presents a great challenge to engineers to get a precise residual stress and the correct final plastic strain distribution within the formed parts. Because there is not a complete knowledge on analytical solutions, experimental results and numerical simulations are commonly used due to the complex dynamic contact of nonlinear impact problems that involve many disciplines on static and dynamic elasticity and plasticity. Therefore, it is essential to know the parameters that affect the process to obtain a static and dynamic 3D finite element (FE) numerical model to simulate peen forming using powerful FE commercial codes that have relative precision and give results that can be validated and consequently induced mechanical residual stress and consequent deformation can be characterized. The study of equivalent static load models are limited by the precision of temperature and pressure to calculate the correct deformed shape. In the elastic-plastic 3D dynamic FE model with a single impact, the shot characteristics influence the thickness plasticity, and the superficial and under surface residual stress. Besides, the separation distance between adjacent shots changes the development of the plastic region. Multiple shot impacts models are implemented based in these results for concentrate and partial randomic dispersed impact conditions to reduce the models of the target Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Milton Dias Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho são abordados dois métodos para identificar constantes elásticas em materiais compósitos de aplicações estruturais. São métodos que apresentam características não destrutivas, envolvem testes simples e não requerem grandes esforços computacionais. Podem ser aplicados a materiais anisotrópicos e, conseqüentemente,a materiais isotrópicos e ortotrópicos, o que os tomam ferramentas optativas de grande auxílio ao estudo dos materiais compósitos. No primeiro método, as freqüências naturais e os modos próprios adequados, obtidos da análise moda!, serão os dados de entrada para a solução de um sistema linear de equações oriundas da equação diferencial que representa a vibração transversal de placas finas anisotrópicas sob a condição de todos os bordos livres. As constantes elásticas desta equação são os parâmetros desconhecidos e estão associadas aos devidos modos próprios de vibrar. A verificação da precisão deste método é feita baseada em simulações numéricas realizadas em um software de Elementos Finitos, Ansys 7.0, e testado experimentalmente em uma placa isotrópica de aço. O segundo método trata-se de um problema de projeto ótimo cuja solução é feita através da combinação do método dos Elementos Finitos e um método de otimização, ambos executados em um único software comercial, Ansys 7.0. A análise moda! é requerida para obtenção somente das freqüências naturais, que são variáveis utilizadas na função objetivo. A verificação do método é feita em simulações numéricas e testada experimentalmentecom a mesma placa isotrópica de aço utilizada no método anterior. Para esta placa de aço, os resultados obtidos através dos dois métodos foram muitos satisfatórios. Entretanto, com relação à placa anisotrópica utilizada, os resultados obtidos pelo segundo método não foram satisfatórios Abstract: In this work two methods are analyzed to identify elastic constants in composite materiais of structural application. They are methods that have nondestructive eharacteristie, comprised of simple tests and don't require high computational efforts. They can be employed to anisotropic materials as well as isotropic or ortotropic materials, making them useful alternative tools to composite materiais studies. In the first method, both natural frequencies and suitable mode shapes are input data for the solution of a linear system that come from differential equation that governs the transverse vibration of a free-free thin plate. Elastic constants of this equation are unknown parameters and are associated with vibration mode shape. Numerical simulations of Finite Element software, Ansys 7.0, and experimental modal analysis indicate the accuracy of this method. The second method refers to an optimum design problem and its solution is obtained by combining both Finite Elements and optimization methods in a single eommercial software, Ansys 7.O. The modal analysis is required to obtain only the natural frequencies that are the variables used in the objective function. The second method is verified using numerical simulations and tested experimentally with the same isotropic steel plate used in the first method. Results obtained for this steel plate from both methods were highly satisfactory. In relation to the anisotropic plate, results obtained ftom the second method weren't satisfactory Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Alberto Luiz Serpa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se um método de cálculo do erro de transmissão estático de engrenagens helicoidais submetidas à carga. Para isto empregou-se a análise do contato e a determinação da distribuição de carga entre os dentes. Na análise do contato considerou-se o contato também fora do plano de ação, modificações de projeto, erros de fabricação e deflexões dos dentes sob carga que foram calculadas através do método dos coeficientes de influência. Além disto, desenvolveu-se um método interativo com aplicação gradual de carga para determinação da distribuição de carga entre os vários dentes em contato. O procedimento proposto foi implementado em forma de programa computacional e exemplos numéricos foram calculados. Os resultados obtidos foram analisados e comparados com os obtidos em outro programa de reconhecida confiança e as diferenças encontradas foram investigadas e justificadas. Os resultados deste trabalho são importantes para o estudo e compreensão do contato entre os dentes e também para trabalhos futuros de previsão do ruído de engrenagens em um modelo dinâmico Abstract: A procedure for the analysis of static transmission error of helical gears under load is presented in this work. It gets rid of the assumption that the tooth contact will occur on the plane of action. A complete tooth contact analysis is considered taking into account lead and profile modifications, manufacturing errors and tooth deflections under load. Coefficients of influence method were employed to calculate the tooth deflections and a method to determine the load distribution on gear meshing was developed. The procedure was fully implemented through a computer code and some numerical examples were verified. The results were analyzed and compared to results of other reliable computer program and the differences between results were discussed and their causes were presented. This work presents a relevant contribution to the study and understanding of tooth contact under load, and contributes in the direction of a future work such as the dynamic model for gear noise prediction Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Paulo Sollero, Eder Lima de Albuquerque Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um programa de geração de malhas não estruturadas que serão usadas em análises numéricas pelo método dos elementos de contorno. O método dos elementos de contorno é um dos métodos numéricos de destaque usados atualmente em simulações computacionais. Ele possui algumas características particulares que o tornam mais atrativo em determinados tipos de aplicações, quando comparado com outros métodos numéricos. Dentre essas características, está a vantagem de se discretizar somente o contorno das geometrias para o cálculo da solução aproximada do problema. Isso significa dizer que em casos tridimensionais somente elementos de superfície precisam ser gerados na malha. O gerador de malhas implementado neste trabalho foi desenvolvido para gerar malhas com elementos triangulares-lineares em geometrias tridimensionais compostas por faces planas. A idéia geral consiste em deslocar cada face que compõe a geometria tridimensional para o espaço bidimensional usando-se transformações geométricas e, em seguida, aplicar o algoritmo de triangulação de Delaunay para geração dos elementos. Depois de gerados os elementos, novas transformações geométricas são aplicadas a fim de enviar a face de volta para sua posição original no espaço tridimensional. A continuidade da malha é assegurada promovendo-se a geração dos nós nas arestas antes da geração dos nós no interior das faces. Vários exemplos de malhas em geometrias tridimensionais são apresentados para ilustrar a capacidade do programa desenvolvido e algumas análises numéricas foram feitas para demonstrar a qualidade das malhas em problemas com condições de contorno específicas Abstract: This work presents the development of an unstructured mesh generator to be used in numerical analysis by the boundary element method. The boundary element method is one of the prominence methods recently used in computational simulations. It has some particular characteristics that make it more favorable in certain types of applications, when compared to other numerical methods. Among those characteristics, one is especially important from the mesh generation point of view. It is the fact that, in boundary element method, it is only necessary the discretization of the geometry boundaries. In other words, in three-dimensional cases only surface elements should be generated. The mesh generator implemented in this work has been developed to generate meshes with triangular-linear elements over threedimensional geometries composed by plane faces. The general idea consists of moving each face belonging to the three-dimensional geometry to bi-dimensional space using geometrical transformations and the Delaunay triangulation algorithm for element generation. After element generation, new geometrical transformations are applied in order to send the meshed face back to its original position in three-dimensional space. The continuity of the final mesh is assured by generating the nodes of the edges of the geometry prior to the generation of the nodes in the interior of the face. Several examples of meshes in three-dimensional geometries are presented to illustrate the capabilities of the developed program and some numerical analyses have been performed to show the quality of the meshes in problems with specific boundary conditions Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Tonini Button Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A indústria vem desenvolvendo nos últimos anos métodos e processos de produção que aumentem a produtividade e reduzam os custos de componentes, conjuntos e produtos. A hidroconformação é um dos processos que está sendo utilizado com esta finalidade, especialmente pela indústria automobilística, que emprega esse processo para a fabricação de componentes de carroceria, motor e suspensão. Neste trabalho, uma ferramenta para fabricação de peças em forma de "T" foi construída e instrumentada para monitoramento do processo. Com essa ferramenta, foram hidroconformadas peças para obter-se o carregamento de pressão interna em função do deslocamento do êmbolo superior da ferramenta e a força de conformação necessária para o processo. O processo foi simulado utilizando-se o método dos elementos finitos de formulação explícita. No modelo de material utilizado foram considerados os efeitos da anisotropia da chapa do tubo. Os valores de pressão interna em função do deslocamento do êmbolo superior, obtidos experimentalmente, foram utilizados no modelo de elementos finitos para determinar-se a evolução dos deslocamentos, as componentes das tensões e a deformação equivalente. A deformação equivalente calculada da peça foi utilizada para comparação com o critério limite de conformação proposto por Asnafi em seu trabalho. Essa deformação equivalente calculada pela simulação teve valor próximo do valor da deformação limite para a ocorrência da ruptura prevista pelo critério. Nos experimentos foi comprovada a ruptura no mesmo instante que na simulação. A força de conformação obtida na simulação foi comparada com a experimental. O comportamento da força de conformação na simulação e nos experimentos foi similar. Nota-se na força de conformação dois comportamentos distintos, um do início do processo até o tubo entrar em escoamento com grande aumento de força para pequeno deslocamento do êmbolo superior e outro após o escoamento, com grande deslocamento do êmbolo para pequenos aumentos de força Abstract: Industries have been developing production methods and processes to improve the productivity and reduce costs of parts, assemblies and products. The hydroforming process is one of these processes that are being used with this objective, especially for the automotive and auto-parts industries, to manufacture body, motor and suspension parts. In this investigation a tool set to produce "T" parts was designed and manufactured, and instrumented to monitor the process.Tubular parts were hydroformed with these tools and the values of internal pressure and deformation force as a function of punch displacement were measured. The tube hydroforming process was simulated using the finite element method with explicit formulation. In the material model used in the simulations the anisotropy of tube steel were considered. The values of internal pressure as a function of punch displacement were input in the finite element model to get the displacements of the tube, the component stresses in the elements, and the effective strain. The effective strain was compared with the forming limit that has been proposed by Asnafi. This calculated effective strain by finite element method has its value close of the limit rupture strain calculated by the criteria. During the experiments the tube fractured at the same time of the simulations. The deformation force obtained in the simulation was compared with the experimental deformation force. The behavior of the force in the simulations and experiments was similar. The deformation force has two different paths during de process. First, while the tube does not yield, the deformation force has a strong increase for little displacements of the tube and after the yield when the displacements are big for little force increase Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta uma análise numérica de falha em laminados unidirecionais de materiais compósitos baseado na modelagem multiescala de materiais heterogêneos. A abordagem empregada considera o material em duas escalas, nas quais os problemas elásticos de cada uma são resolvidos para descrever o comportamento mecânico do laminado. Na macroescala (escala global), formulações de elasticidade plana anisotrópica do Método dos Elementos de Contorno (MEC) foram utilizadas para calcular os campos de deformação e de tensão no domínio da lâmina. Esses campos representam os tensores macroscópicas da estrutura, dos quais são usados para calcular as condições de contorno na microescala (escala local). Nesta escala, equivalente a um ponto material da estrutura (técnica de localização), um Elemento de Volume Representativo (EVR) é tomado para dar satisfatoriamente o comportamento constitutivo global. A solução do problema elástico do EVR, composta por uma matriz isotrópica e uma fibra transversalmente isotrópica, e a aplicação da teoria dos Campos Médios, também foram realizadas utilizando o MEC através da formulação de sub-regiões. A avaliação da falha nos microconstituintes foi feita utilizando o critério de Tsai-Hill para a matriz e o critério da máxima deformação para a fibra. Os resultados para exemplos numéricos são apresentados, discutidos e comparados com resultados numéricos obtidos pelo critério de falha de LARC03 realizando análise apenas na escala estrutural Abstract: This work presents a numerical analysis of failure in unidirectional laminates of composite materials based in multiscale modelling of heteregeneous materials. The approach assumes the material in two scales, in which the elastic problems are solved to describe the mechanical behavior of the laminate. In the macroscale (global scale), the Boundary Element Method (BEM) for anisotropic plane elasticity was used to evaluate strain and stress fields in the domain of the lamina. These fields represent the macroscopic tensor of the structure, which is used to evaluate the boundary conditions in the microscale (local scale). This scale, equivalent to a material point of the structure (localization technic), a Representative Volume Element (RVE) is taken to satisfy the constitutive overall behavior. The solution of the elastic problem of the RVE, is composed by an isotropic matrix and a transversely isotropic fiber, and the application of the Mean Fields theory, have been realized by BEM through the multi-region formulation. The evaluation of failure in the microconstituents was made using failure criteria of Tsai-Hill for matrix and the maximum deformation criterion for fiber. The results for numerical examples are presented, discussed and compared with numerical results obtained by the LARC03 failure criterion performing the analysis only on the structural scale Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Com o advento e popularização das impressoras 3D nos diversos segmentos industriais, a manufatura aditiva tornou-se uma tecnologia estratégica na produção de protótipos e produtos finais. Isso se deve à sua versatilidade em obtenção de geometrias complexas sem necessidade de procedimentos e ferramental exigidos nos meios convencionais. Nesse contexto, a otimização estrutural de componentes concebidos pela manufatura aditiva torna-se fator importante, tendo em vista que os mesmos estarão sujeito a esforços que podem comprometer a vida útil e também que o custo de material representa uma parcela considerável no valor final do componente. O estudo de resistência e funcionalidade desses componentes é ainda pouco explorado em projetos de engenharia devido à grande complexidade em relacionar as variáveis de fabricação com modelos de cálculo estrutural e de otimização. A otimização topológica encontra a melhor distribuição de material em um modelo físico, de modo a manter sua integridade funcional quando submetido a determinado tipo de esforço mecânico. Sendo assim, o presente trabalho busca otimizar topologicamente uma peça, fabricá-la por manufatura aditiva por extrusão de material e realizar a comparação com peças de diferentes tipos de preenchimento celular, fabricadas pelo mesmo princípio de manufatura aditiva, com o intuito da redução de massa em relação à uma peça inicial. O objetivo é avaliar e comparar o comportamento mecânico das peças fabricadas através de ensaios de flexão. De maneira a validar os resultados obtidos, modelos numéricos das peças fabricadas por manufatura aditiva foram submetidos a simulações por elementos finitos. Com base nos resultados, verificou-se que a otimização topológica obteve uma peça com melhor comportamento mecânico à flexão, quando comparada às peças com estruturas de preenchimento celular. With the advent and popularization of 3D printers in various industrial segments, additive manufacturing has become a strategic technology for the production of prototypes and final parts. This is due to its versatility in obtaining complex geometries without the need of procedures and tools which are required in conventional techniques. In this context, the structural optimization of components obtained by additive manufacturing becomes an important factor, considering that they will be subject to mechanical efforts that can compromise the lifespan and also that the material cost represents an important part in the final value of the component. The study of strength and functionality of these components is still little explored in engineering projects due to the high complexity in relating the manufacturing variables with structural analysis and optimization models. Topology optimization finds the best material distribution in a physical model, in order to maintain its functional integrity when subjected to mechanical loads. Therefore, the present work seeks to topologically optimize a part, manufacture it by additive manufacturing via material extrusion and compare it with parts made with different filling structures patterns, obtained by the same additive manufacturing principle, in order to reduce mass in relation to an initial part. The objective is to evaluate the mechanical behavior of the manufactured parts through bending tests. In order to validate the results, numerical models of parts manufactured by additive manufacturing were simulated by finite elements. Based on the results, it was verified that the topology optimization obtained a part with a better bending mechanical behavior when compared to the parts with cellular filling structures.

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O transporte ferroviário vem buscando melhorias e soluções para se manter um modal de transporte competitivo no mercado. Por isso, torna-se necessário investimentos para aumentar a velocidade e o número de veículos nos trens, alcançando um menor tempo de viagem. Ocorre que estas mudanças aumentam a probabilidade de acidentes, principalmente em curvas e inclinações acentuadas, onde crescem os riscos de descarrilamento. Sendo a estrada de ferro o principal causador destes acidentes, é preciso realizar um estudo da geometria da via permanente para que se determine os pontos de contato entre a roda e o trilho, tornando possível determinar as forças tangentes, laterais e gravitacionais que agem no sistema. O conhecimento da geometria é importante para entender a dinâmica da composição do trem e prever as condições de operação nas vias. Diante das necessidades mencionadas o presente trabalho tem o objetivo de gerar uma Trajetória da Via em 3D, a partir de uma tabela com dados da curvatura e elevação, e extrair informações sobre os raios de curvatura, inclinação e posição individual dos componentes de um comboio. A partir do modelo 3D é realizado o cálculo das forças de via para posteriormente representar o movimento da composição em um ambiente de simulação 3D. Neste estudo a interação entre o veículo e a via férrea será considerada apenas na direção longitudinal. Portanto, as imperfeições verticais, laterais e de bitola não serão explicitamente quantificados. Para a metodologia, devem ser levadas em consideração somente as propriedades da via que afetam diretamente os movimentos longitudinais Abstract: Rail transport has been seeking improvements and solutions to stay competitive in the market. That is why investments are needed to increase the speed and the number of vehicles on the trains, achieving a shorter travel time with increased load. On the other hand these changes increase the likelihood of accidents, especially in sharp curves and slopes, where derailment risks happen. These are the main causes of these accidents in the railroad, it is necessary to study the geometry of the permanent way to determine the points of contact between the wheel and the rail, making it possible to determine the tangent, lateral and gravitational forces acting on the system. The knowledge of geometry is important to understand the dynamics of train composition and predict the operating conditions on the tracks. In view of the aforementioned needs, the present work has the objective of generating a 3D Track Trajectory, from a table with curvature and elevation data, and extract information about the radii of curvature, inclination and individual position of the components of a train. From the 3D model the calculation of the forces of pathway is performed to later represent the movement of the composition in a 3D simulation environment. In this study the interaction between the vehicle and the railway will be considered only in the longitudinal direction. Therefore, vertical, lateral and gauge imperfections will not be explicitly quantified. For the methodology, only the properties of the pathway that directly affect the longitudinal movements must be taken into account Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestra em Engenharia Mecânica Funcamp 4946

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema de monitoramento e controle automático de temperatura e vazão para chuveiros. O principal objetivo é reduzir as perdas de água, entre o instante da abertura dos registros de controle e o efetivo inicio do banho, independente do tipo de aquecedor utilizado e da distância do aquecedor ao ponto de consumo, preservando o conforto do usuário. O sistema integra tecnologias bastante conhecidas como: chuveiro elétrico, válvulas hidráulicas de acionamento elétrico, acionamento por pulso de largura modulada (PWM), lógica fuzzy, sensores de temperatura e vazão e microprocessador digital. A inovação consiste na interconexão dessas tecnologias, permitindo o controle da vazão e da temperatura do banho, através de válvulas solenoides do tipo "on/off", bem mais simples e baratas (cerca de 60 dólares americanos por unidade), do que as válvulas de acionamento proporcional (de 500 a 1000 dólares americanos por unidade), usualmente utilizadas no controle de processos industriais. O método escolhido foi a construção de um modelo matemático e de um protótipo funcional, que permitissem simulações e testes em diversas condições de funcionamento. Os resultados obtidos, que foram plotados e comparados com as simulações numéricas, revelando uma boa concordância, mostram que o dispositivo economiza água, pois reduz o tempo de espera para inicio do banho e consequentemente a água desperdiçada esse período em cerca de 80%. Além do mais, embora não fizesse parte do escopo deste trabalho analisar este quesito, o dispositivo apresentou um consumo de energia elétrica, por banho de 8 minutos, cerca de 90% menor do que um chuveiro elétrico convencional. Os resultados deste trabalho são importantes para futuros estudos de desenvolvimento de controle de temperatura e vazão e economia de água e energia elétrica dentro de residências Abstract: This work proposes the development of a monitoring system and automatic temperature control and flow rate for showers. The main objective is to reduce water losses between the time of the opening of the register control and the effective start of bath, regardless of the user¿s comfort. The system integrates well-known technologies such as electric shower, electric driven hydraulic valve, drive by pulse with modulation (PWM), fuzzy logic, temperature sensors and flow and digital microprocessor. The innovation consists on the interconnection of these technologies, allowing the flow control and temperature by solenoid valves type "on / off", simpler and cheaper (about $ 60 per unit) than the proportional operated valves (from 500 to $ 1,000 per unit), usually used in industrial process control. The method chosen was the construction of a mathematical model and a functional prototype, which allows simulations and tests in various operating conditions. The results obtained were plotted and compared with the numerical simulations, showing good agreement and proving that the device saves water, because it reduces the waiting time for the beginning of the bath and consequently the waste water in this period about 80%. Moreover, although not part of the scope of this dissertation, to analyze this aspect, the device has an electric power consumption, for 8 minutes bath, about 90% less than a conventional electric shower. The results of this study are important for future studies of temperature and flow control and saving water and electric energy in residences Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecilia Amélia de Carvalho Zavaglia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Esta tese demonstra os benefícios relacionados ao uso efetivo de uma metodologia que visa guiar todo processo de cranioplastia, utilizando-se de implantes personalizados para regenerar falhas cranianas. Sabe-se que diferentes técnicas de implante, geralmente atreladas a casos médicos específicos, têm sido aplicadas já há vários anos. Isso acarretou uma grande e valiosa evolução nesta área, porem também gerou dúvidas sobre qual técnica seria a mais eficaz a ser empregada em cada caso. A metodologia aqui explanada visa auxiliar desde o diagnóstico, passando pela coleta de imagens médicas, elaboração do modelo tridimensional do paciente contendo sua falha óssea, modelamento do implante, criação física do mesmo através do uso da Manufatura Aditiva (MA) e finalmente a aplicação do implante no paciente. Esta metodologia é aplicável aos implantes personalizados metálicos, poliméricos ou cerâmicos, e direcionados para serem executados pela tecnologia de MA que também é conhecida como prototipagem rápida. Na origem do processo está a captura de imagens médicas do crânio e da falha óssea através de tomografia computadorizada. As fatias tomográficas são transformadas em um modelo tridimensional no sistema InVesalius® (CTI ¿ Brasil) e os arquivos neles criados são transferidos para um programa específico utilizado na MA chamado Magics RP ¿, nele então o biomodelo tridimensional é analisado e preparado para execução de um modelo físico. Na criação do implante em caso de falhas pequenas ou médias que estão alocadas totalmente em um dos hemisférios do crânio pode-se usar apenas o Magics RP ¿. Em casos de falhas grandes laterais (que invadem o hemisfério oposto) ou frontais, utiliza-se o programa de CAD, neste caso o SolidWorks ¿, no qual são trabalhadas superfícies e sólidos com o objetivo de reconstruir fielmente o perfil craniano através do implante que está sendo desenvolvido. Os resultados obtidos com o uso da metodologia são implantes de adequação perfeita, diminuição no tempo de cirurgia e rápida recuperação e integração social do paciente. Conclui-se que o grande benefício de se ter uma Metodologia para Desenvolvimento de Implantes Cranianos Personalizados é que esta orienta através de um conjunto de diretrizes as equipes multidisciplinares compostas de cirurgiões, radiologistas, técnicos e engenheiros, estejam orientadas e preparadas a atender a crescente necessidade de implantes cranianos personalizados Abstract: This thesis demonstrates the benefits related to the effective use of a methodology that aims to guide the whole process of cranioplasty, using custom implants to regenerate cranial defects. Known is that different implant techniques, usually linked to specific medical cases, has being applied for several years. This led to large and valuable developments in this area, but also raised questions about which one would be the most effective technique employed in each case. The methodology here explained aims to give an assistance from diagnosis, through the collection of medical imaging, three-dimensional model of patient preparation containing your bone gap, modeling of the implant, creating physically the implant with the Additive Manufacturing (MA) and finally the application of implant into the patient. This methodology is applicable to custom metallic implants, polymeric or ceramic and produced with MA technology, which is also known as rapid prototyping. The process is capturing medical images of skull and bone gap through computerized tomography. Tomographic slices are transformed into a three-dimensional model in InVesalius ® system (CTI-Brazil) and the files in them created are transferred to a specific program used in MA, called Magics RP ¿, it then the three-dimensional biomodelo is parsed and prepared for execution of a physical model. In the creation of the implant in case of small or medium failures allocated fully in one of the skull hemisphere can only use the Magics RP ¿. In cases of large lateral faults (invading the opposite hemisphere) or front, we use CAD program, in this case the SolidWorks ¿, in which we work with surfaces and solids in order to be faithfully reconstruct cranial profile through the implant is being developed. The results obtained with the use of the methodology are perfect adequacy implants, decreased at the time of surgery and speedy recovery and social integration of the patient. Concluded is that the major benefit of having a methodology for developing Custom Cranial Implants is that this leads you through a set of guidelines the multidisciplinary teams composed of surgeons, radiologists, technicians and engineers, are targeted and prepared to meet the growing need for custom cranial implants Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Paulo Sollero, Éder Lima de Albuquerque Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Na indústria aeronáutica é de extrema importância o uso de juntas coladas, rebitadas e parafusadas na união de componentes ou partes estruturais. Com o desenvolvimento de novos materiais e novas técnicas de manufatura, as juntas coladas passaram a ser mais utilizadas devido a algumas vantagens sobre as tradicionais juntas rebitadas e parafusadas, tais como: melhor distribuição das tensões na região de colagem, melhor vedação, melhor acabamento, melhor resistência à fadiga, maior eficiência aerodinâmica e o mais importante em aplicações aeronáuticas, menor peso. O projeto de juntas coladas é baseado em análises para a determinação das tensões normais e cisalhantes no adesivo e do campo de deslocamentos ao longo da junta. E no caso de solicitação cíclica, ou seja, fadiga é necessário ainda desenvolver modelos para prever a vida em fadiga de trincas na camada de adesivo e nos aderentes. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de juntas coladas em estruturas metálicas de aeronaves solicitadas em fadiga, através de modelos analíticos, numéricos e ensaios experimentais. No decorrer do trabalho foram realizados ensaios estáticos, de fadiga e tenacidade à fratura de corpos de prova com juntas coladas. Também foram projetados e testados subcomponentes que representam de forma aproximada, estruturas aeronáuticas reais. As juntas foram modeladas utilizando o software comercial de elementos finitos ABAQUS Ò . Foi ainda, desenvolvido e implementado um modelo semi-analítico para prever a vida em fadiga de juntas coladas baseado em uma formulação proveniente da teoria de vigas e da lei de Paris. E finalmente, foi desenvolvida uma técnica para medir o crescimento da trinca em fadiga durante um ensaio de forma automática, ou seja, sem precisar parar o ensaio para fazer avaliações subjetivas a partir de inspeções visuais Abstract: In the aeronautical industry is extremely important the use of bonded, riveted and screwed joints for the union of components or structural parts. Through the development of new materials and new manufacturing techniques, the use of bonded joints has increased considerably over recent years. This growth is mainly due to some advantages over the traditional riveted and bolted joints, such as: better stress distributions, better sealing, smoother surface finishes, enhanced fatigue properties, greater aerodynamic efficiency and lower weight, which is an important issue in aeronautical applications. The design of bonded joints is predominantly based on stress analysis as well as the field of displacement along the joint. In the case of cyclic loading, or fatigue, is also necessary to develop models to predict the fatigue life of cracks in the adhesive layer and adherends. The main objective of this work is to study the behavior of bonded joints in metallic aircraft structures under fatigue loading, through analytical models, numerical models and experimental tests. During this work, was carried out static, fatigue and fracture toughness tests. Also was designed and tested subcomponents that represent real aircraft structures. The joints were modeled using the commercial finite element software ABAQUS. It was also developed and implemented a semi-analytical model to predict the fatigue life of bonded joints based on a formulation derived from the theory of beams and the Paris like-law. Finally, was developed a technique to measure the fatigue crack growth during a test automatically, ie, without stopping the test to make subjective evaluations from visual inspections Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Tonini Button Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Os processos de forjamento se caracterizam por forjamento a quente, a morno e a frio e são processos que geralmente necessitam de algumas operações de usinagem para que se obtenha o produto final na qualidade especificada. O forjamento a frio merece uma atenção especial na fabricação de peças com geometrias complexas, pois existem limitações no grau de deformação da matéria prima trabalhada, bem como limitações da própria ferramenta, quando solicitada mecanicamente. Nessas ferramentas altas tensões imperam a todo instante, e é de extrema importância reduzi-las, buscando operações que auxiliem a melhor o modo de escoamento do material durante o processo. A extrusão lateral possui essa característica e com o auxilio da simulação numérica pelos Métodos dos Elementos Finitos e dos Volumes Finitos, torna-se possível o desenvolvimento de peças assimétricas, com geometria complexa e próxima da peça quase acabada. Esses recursos somados a grande experiência de uma forjaria nacional, com forte atuação no segmento de forjados a frio, permitiu desenvolver um processo de forjamento a frio de engrenagens helicoidais por extrusão lateral. O trabalho teve como finalidade todo o desenvolvimento do processo, o projeto do ferramental e a viabilização experimental do processo. Os resultados obtidos na análise numérica e no procedimento experimental demonstraram que o processo proposto neste trabalho é capaz de produzir engrenagens helicoidais com qualidade geral próxima daquelas obtidas no processo convencional de usinagem a partir de uma engrenagem forjada Abstract: The forging processes are classified in hot forging, warm forging, and cold forging, that usually provide products that need some further machining operations to achieve manufactured part specifications. Cold forging asks for a special attention when manufacturing complex geometry parts, because its limitation with the forgeability of the workpiece material, as the limitation of tooling strength under mechanical loads. In the tools, high stresses are present during all forming process, and therefore it is very important to reduce it, through a better performance of material flow. Lateral extrusion presents these characteristics and with the aid of the numerical simulation of the process, by Finites Element Method and Finite Volume Method, it is possible the manufacturing of near net shape asymmetric parts with complex geometry. These sources added to the large experience of a forging industry with strong presence in the segment of cold forging, allowed to design and develop a new process of cold forging helical gears by lateral extrusion. This work had as objectives all the development of the process, the design of the tools and all the analysis of the cold forging of helical gears. Results from the numerical and experimental analysis show that the new process proposed in this work is capableof manufacturing helical gears with overall quality near to that typical of the machining process from hot forged blanks commonly used in industry Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A utilização da tecnologia de Prototipagem Rápida (PR) na área médica tem se expandindo a cada dia. Os modelos médicos, ou os chamados biomodelos, utilizados para planejamento cirúrgico são confeccionados por processos de PR, a partir do processamento de imagens médicas de Tomografia Computadorizada. Ao cirurgião esta técnica permite o manuseio de modelos da parte anatômica do paciente, antes da execução do correspondente procedimento cirúrgico de reconstrução. A tecnologia de PR associada à biomodelagem tem se revelado uma ferramenta excepcional para: o planejamento cirúrgico, a confecção de próteses personalizadas e a execução da cirurgia, levando a melhores resultados funcionais e estéticos, bem como a uma diminuição de riscos e custos envolvidos neste processo. Este trabalho foi desenvolvido dentro do Projeto Promed - Prototipagem Rápida na Medicina, no Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer - CTI, que atendeu, entre janeiro de 2000 e setembro de 2008, um total de 982 pacientes com necessidade de cirurgias de reconstrução. Este trabalho apresenta um levantamento de dados sobre estes pacientes, classificando-os quanto a: gênero, faixa etária, procedência, regiões anatômicas reproduzidas e aplicações dos biomodelos confeccionados. Os resultados da análise deste levantamento indicaram que 98% dos casos atendidos foram referentes às reconstruções craniofaciais, sendo que 86% destes apresentavam diretamente lesões em um ou mais terços da face. Os biomodelos foram utilizados principalmente em reconstruções de reabilitação bucomaxilar (32%), neoplasias e displasias (18%), fraturas por trauma (13%) e desarmonias faciais (9%). A integração entre biomateriais e PR é examinada no contexto deste estudo, mostrando possibilidades de utilização da PR na confecção direta e indireta de próteses personalizadas, na obtenção de scaffolds para reconstrução anatômica e na engenharia tecidual. Exemplos de planejamento cirúrgico realizado com o auxílio de biomodelos foram incluídos no texto, a título de elucidar os métodos de aplicação desta técnica. Abstract: The use of Rapid Prototyping (RP) technology in medicine has been expanding every day. The medical models, or so-called biomodels, used for surgical planning, are made by PR processes, based on computed tomography medical image processing. This technique allows the surgeon to handle anatomical models of the patient, before running the reconstruction surgery. The RP technology associated with biomodelling has proved to be an exceptional tool for: surgical planning, customized prostheses manufacturing and surgery accomplishment, leading to better functional and aesthetic results, as well as, a reduction of risks and costs involved in this process. This work was developed within Promed Project - Rapid Prototyping in Medicine, at Center for Information Technology Renato Archer - CTI, who attended, between January 2000 and September 2008, a total of 982 patients in need of surgical reconstruction. This work presents a data survey on these patients, classifying them by: gender, age, origin, anatomical regions and biomodel applications. The results of this survey indicated that 98% of cases referred to craniofacial reconstructions, with 86% of these injuries covering one or more thirds of the face. Biomodels were mainly used in reconstructions of bucomaxilar rehabilitation (32%), neoplasias and dysplasias (18%), trauma fractures (13%) and facial disharmonies (9%). The integration of biomaterials and RP is examined in the context of this study, showing possibilities for the use of RP in the direct and indirect construction of customized prostheses, in obtaining scaffolds for anatomical reconstruction and tissue engineering. Examples of surgical planning with the aid of biomodels were included in the text, for elucidating the method of application of this technique. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Luiz Serpa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Nesta dissertação é abordado o tema otimização estrutural em componentes sob efeito de contato. O objetivo é otimizar a distribuição das pressões de contato atuantes no olhal menor de uma biela. Para alcançar este objetivo, são apresentadas técnicas de otimização estrutural baseada no método dos elementos finitos, são estudados conceitos relacionados a problemas de otimização e problemas de contato, e é explorado o acoplamento entre problemas de otimização e de contato. O software de elementos finitos ANSYS 10.0 é aplicado em problemas de otimização, em problemas de contato, e em problemas de otimização com contato. O foco do trabalho é mantido nas técnicas de otimização paramétrica e de forma. Este trabalho propõe um método combinando os dois métodos de otimização presentes no modulo Design optimization do ANSYS. Os resultados mostram que o método combinado proposto é capaz de evitar pontos de mínimo local e apresenta uma boa relação entre a qualidade dos resultados e o "custo computacional". Também é proposta uma técnica de parametrização baseada na posição dos nós da malha de elementos finitos. Esta técnica apresenta a vantagem de não necessitar de um modelo em elementos finitos parametrizados da estrutura que se deseja otimizar. Exemplos de validação são apresentados e um modelo aproximado do problema das pressões de contato atuantes no olhal menor de uma biela é criado e otimizado, atingindo uma redução de 45% da máxima pressão de contato. Abstract: This dissertation deals with the issue of structural optimization of components under contact effects. The aim is to optimize the contact pressure distribution acting in the connecting-rod small end. To achieve this goal, techniques of structural optimization based on the finite element method are presented, the basis of optimization and contact problems are briefly reviewed and the coupling of these problems is explored. The finite element software ANSYS 10.0 is applied in optimization problems, contact problems, and optimization problems with contact. The focus of the work is parametric and shape optimization techniques. This work proposes a method coupling the two-optimization methods within the Design optimization module of ANSYS. The results show that the proposed combined method is able to avoid local minima and achieve a good relation between the quality of results and the computational cost. It is also proposed a parameterization technique based on the node positions in the finite element mesh. This technique has the advantage of not needing a parameterized finite element model of the structure to be optimized. Examples for validation purposes are presented and an approximated model of the problem of the contact pressure distribution acting in the connecting-rod small end is designed and optimized, reaching a reduction of 45% in the maximum contact pressure. Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A Prototipagem Rápida (PR), ao longo dos últimos 20 anos, vem provendo inovação, redução de tempo e custo nas mais diversas aplicações, propiciando o surgimento de novos paradigmas, em diferentes setores de atividades. A PR tem como recurso principal a capacidade de construir rapidamente formas físicas complexas, difíceis ou mesmo impossíveis de serem construídas pelas tecnologias estabelecidas há mais tempo. O presente trabalho avalia a aplicação da prototipagem rápida em 40 projetos de pesquisa, distribuídos em 18 áreas e subáreas do conhecimento. Essa avaliação, de caráter qualitativo é construída a partir dos pareceres dos proponentes desses projetos e da experiência do autor com as tecnologias PR utilizadas neste trabalho. Foram avaliados os benefícios do emprego da PR e o desempenho dos materiais em quatro classes de aplicações dos projetos: prototipagem visual (PV), prototipagem funcional (PF), ferramental rápido (FR) e manufatura rápida (MR). A capacidade da PR em construir formas complexas é o grande benefício trazido aos projetos de pesquisa. Esse benefício é corroborado pelo bom desempenho das peças construídas com os materiais nylon/SLS, gesso/3DP e ABS/FDM, dentro das classes de aplicações. Para as necessidades apresentadas, relativas ao corpo e superfície das peças, é discutido o emprego de técnicas de pós-processamento. Para PV, a necessidade maior é evitar o amarelamento da superfície do nylon/SLS. Para PF, são necessidades o reforço mecânico das peças de nylon/SLS e ABS/FDM para solicitações dinâmicas e, também, reforço mecânico para peças de pequenas dimensões. É necessária também a planarização das superfícies para peças utilizadas em escoamento hidrodinâmico. Em FR, o uso dos três materiais foi aplicado em ferramental indireto ao invés do direto. Finalmente, nylon/SLS e ABS/FDM foram usados com sucesso em MR e isto, por si só, significa uma superação nas aplicações desses materiais Abstract: Over the last 20 years, Rapid Prototyping (RP) has provided innovation, time and cost reduction in diverse applications, enabling the emergence of new paradigms in different sectors. RP has as main feature the ability to quickly build complex physical forms which are difficult or even impossible to build using previous established technologies. This study evaluates the application of rapid prototyping in 40 research projects, in 18 areas and subareas of knowledge. This qualitative assessment is based on the point of view of both the proponents of the projects and the author who has experience in the RP technologies employed in this work. The benefits of using RP and the materials performance were evaluated distributing the projects into four classes according to their applications defined by author: visual prototyping (VP), functional prototyping (FP), rapid tooling (RT) and rapid manufacturing (RM). The RP ability of building complex forms was pointed out as the great benefit to all analyzed research projects. This benefit is confirmed by the good performance due to the application of the pieces built with nylon/SLS, gypsum/3DP and ABS/FDM within the classes of application. In this study we discuss the employment of post-processing techniques to solve some needs presented and regarding the pieces surface and body. For VP, the main need was to avoid the yellowing on nylon/SLS surfaces. For FP, the needs point to the mechanical strength of the nylon/SLS and ABS/FDM pieces for dynamic requests, as well as the mechanical strength of pieces of small dimension. In the analysis of FP projects, also, the planarization of the surfaces has been requested for hydrodynamic flow. Regarding RT, the three materials was employed as indirect RT instead direct RT. Finally, nylon/SLS and ABS/FDM were successfully used in RM, and this fact alone represents an overcome of the application of these materials Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o modelo poro elástico é aplicado na representação do comportamento físico de um meio contínuo composto por duas fases distintas, uma sólida e outra fluida. A fase sólida está envolta em um domínio fluídico saturado. A matéria fluida presente no sistema pode ser líquida, gasosa ou uma mistura em função do meio a que se pretende estudar. Estruturas ósseas são um bom exemplo de material poroso, pois são constituídas de uma porção sólida, formada por uma estrutura calcificada e outra fluida, formada pelo sangue, gorduras e fluidos ósseos. Neste trabalho propõem-se elaborar uma ferramenta para simulação computacional da poroelasticidade aplicada em ossos, considerando solicitações estáticas e respostas transientes. Da mesma forma esta ferramenta permite a análise sobre próteses inseridas em ossos e sua interação elástica com uma estrutura poroelástica. O modelo utilizado é baseado no trabalho precursor de Maurice A. Biot, que submeteu uma porção de solo em água saturada a cargas de compressão, analisando suas respostas e o comportamento poroso do sistema. A ferramenta computacional foi desenvolvida em ambiente Fortran90. As análises foram realizadas em termos de tensão, deformação, deslocamentos e pressão e as condições submetidas foram baseadas em situações de solicitação disponíveis na literatura. Os resultados proporcionaram o mapeamento das regiões sujeitas a tensões elevadas avaliando o comportamento da interface osso prótese. Esses estudos possibilitam um melhor entendimento do comportamento dinâmico da fase fluida do osso, permitindo que análises mais precisam próteses implantadas possam ser realizadas Abstract: The poroelastic model is applied in the representation of the physical behavior of a continuous medium composed by two separate phases: a solid phase and a fiuid one. The solid phase is wrapped in a fiuidic saturated dominium. The fiuid matter in the system may be liquid, gaseous or else a mixture, depending on the medium one intends to study. Bones structures are a good example of a porous material because they comprise a calcified structure and another fiuid structure formed by blood, fat and bones fiuids. In this paper, it propose to develop a tool for computer simulation of poroelasticity applied to bones, considering static loads and transient responses. Likewise, this tool enables analysis of prostheses inserted in bones and their elastic interaction with a poroelastic structure. The model used is based on the early work of Maurice A. Biot, who submitted a portion of sDil in saturated water to compression loads and analyzed its responses and the porous behavior of the system. The computer tool was developed in Fortran90 environment. Analyses were conducted in terms of stress, strain, displacements and pressure. The boundary conditions submitted were based on situations of stress available in the literature. The results enabled to map areas that are subject to high stress 80 the behavior of the bone / prosthesis interface could be assessed. These studies provided a better understanding of the dynamic behavior of the fiuid phase of the bone so more precise analyses of implanted prostheses can be made Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Luiz Serpa Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O ruído gerado pelos sistemas de transmissão de potência por engrenagens pode ser incomodo e algumas vezes inaceitável para o usuário. Os pares de engrenagens geram um ruído incomodo ao ouvido humano devido as suas características de intensidade e freqüência. Este ruído é proveniente principalmente da irregularidade no movimento transmitido de uma engrenagem para a outra, que é conhecida como erro de transmissão (ET). A excitação proveniente do ET pode ser reduzida modificando-se a superfície dos dentes. Embora a modelagem matemática para o cálculo do ET tenha sido bastante estudada, não se conhece um método eficaz para definir os parâmetros ótimos das modificações. Os métodos existentes usam procedimentos exaustivos para a busca da solução, ou usam procedimentos de otimização que podem resultar em modificações de difícil obtenção. Neste trabalho desenvolveu-se um método para determinar as modificações da superfície dos dentes que minimizam a excitação do ET. No método proposto as modificações são obtidas resolvendo-se um problema particular de otimização de forma com contato, através de um procedimento iterativo com uma abordagem baseada em critérios de ótimo. Os valores calculados inicialmente para as modificações da superfície são aproximados aos obtidos por funções pré-definidas, resolvendo um problema de ajuste de curva, através de um método de programação seqüencial quadrática. Isto é feito para assegurar que a solução obtida seja simples do ponto de vista de fabricação de engrenagens. A verificação do método foi feita através de exemplos numéricos com pares de engrenagens helicoidais com características geométricas distintas. Nos exemplos numéricos estudados, o método se mostrou eficaz para determinar as modificações da superfície dos dentes que minimizam a excitação do ET Abstract: Noise that comes from geared systems can be annoying, and in some cases unacceptable by users of those systems. Gear noise is dose to pure tone, presents high amplitude, and its frequency is near to most sensitive region of human ear. Transmission error (TE) excitation is recognized as one of the main sources of gear noise and vibration. It is well-known that TE excitation can be reduced by modifying tooth surfaces. Usually, tooth modifications are defined based on trial and error methods, or based on existent gear sets. Although there are some methods to calculate TE, a simple method to define the tooth modifications that mini mize the TE excitation is still unknown. Existent methods are based on exhaustive search of solution, or based on optimization procedures that. can end up in non practical solutions. In this work, an e:ffi.cient method to determine the tooth profile modification to minimize the TE excitation was developed. The proposed method defines the optimal modifications by solving a particular shape optimization problem with contact using an iterative procedure based on aptimal criteria approach. Initial modification results are converted to pre-defined functions by solving a curve fitting problem using a sequential quadratic programming. This assuresa worthy solution from the practical engineering viewpoint. Three different helical gear pairs were used to carry out numerical analysis in order to verify the proposed method. The results af the numerical analysis showed that the proposed method is efficient in solving this kind of problem. Significant reductionas on TE excitation were achieved for all three cases of study. The optimization procedure can be used as a useful design tool for gear design and development Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Tonini Button Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho foram feitas simulações físicas do processo de Laminação Transversal com Cunha (LTC), também conhecido como Cross Wedge Rolling (CWR), para se analisar a influência da temperatura, da velocidade do processo e das características dos materiais empregados na estabilidade do processo. Para o desenvolvimento deste trabalho foram necessários o projeto e construção de uma bancada de simulação que fosse capaz de laminar peças com variados diâmetros e a diferentes taxas de deformação, e também de um par de ferramentas planas que fosse capaz de fabricar peças isentas de defeitos, segundo os diagramas de estabilidade do processo LTC disponíveis na literatura. Foram utilizados como materiais nas simulações: liga de alumínio, aço ABNT 4140 e aço microligado 48MnV3. A escolha do aço microligado foi baseada nas propriedades necessárias para materiais utilizados na fabricação de eixos escalonados. Para este material, foram feitas medidas da área dos defeitos internos, avaliações da macro e da microestrutura e ensaio de dureza Rockwell C. Os resultados mostraram que o diagrama de estabilidade de Hayama, utilizado para o projeto de ferramentas do processo LTC, não leva em consideração da maneira correta as propriedades do material conformado, já que se obteve diferentes defeitos externos para os diferentes materiais utilizados neste trabalho. Os resultados mostraram também que, para o aço microligado, o aumento da temperatura de processo diminui o tamanho dos defeitos internos, favorece o aumento de grão, o aumento da fração volumétrica de perlita e eleva a dureza, porém, não foi possível neste trabalho a correlação da velocidade de processo (taxa de deformação) com o tamanho do defeito interno e com as microestruturas obtidas Abstract: ln this work tests were held with the Cross Wedge Rolling (CWR) process to analyze the influence of the process temperature, process speed and properties of the workpiece materiaJson the stability of the process. To perform these tests it was necessary to design and assemble a laboratory CWR equipment flexible enough to manufacture shafts with large ranges of diameters and strain rates, with a pak of flat tools able to roll parts free of defects in accord to stability diagrams found in the literature for CWR process. Three different alloys were tested: a commercial aluminum alloy, ABNT 4140 steel and the microalloyed steel 48MnV3. This microalloyed steel was chosen because of its mechanical properties are similar to those necessary to manufacture stepped shafts. The shafts rolled with this steel were analyzed measuring the internal defects, Rockwell C hardness and perform metallographic analysise valuating their macro and microstructures. Results showed that the Hayama stability diagram, that are used to design CWR tools, are not representative of this process because they do not consider the properties of the workpiece material in the correct way. The results also showed that higher temperatures reduce the probability of internal defects formation, rise the grain size, the perlite volume ftaction and hardness, but no conclusions can be made relating these defects an structures with the variation of the process speed. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Franco Giuseppe Dedini Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Esta dissertação baseia-se em dois princípios, um tecnológico representado pela Prototipagem Rápida (PR) e outro metodológico que é o Processo de Desenvolvimento de Produto (PDP) apoiado por uma Cadeia de Desenvolvimento de Produto (CDP). Ele busca comprovar que a PR traz beneficios no PDP às pequenas e médias empresas, participantes ou não de CDP's, tais como: rapidez, qualidade e menor custo de desenvolvimento. Ele exemplifica como o poder inovador das pequenas e médias empresas pode ser apoiado e impulsionado pelo uso de Prototipagem Rápida, uso este que se denota como um elemento determinante para o sucesso do desenvolvimento de novos produtos ou revitalização de antigos. Este trabalho também comprova que para se atingir estes beneficios existe a necessidade de equipamentos e matérias-prima com menor custo no mercado nacional propiciando um maior acesso a essa tecnologia. Demonstrando portanto que uma oferta tanto de prestação de serviços ou até mesmo de equipamentos de Prototipagem Rápida no mercado nacional com qualidade e baixo custo, será um importante elemento para auxiliar esse mercado a trilhar um caminho de auto-suficiência, competência e competição no desenvolvimento de produtos Abstract: This dissertation is based on two principles, a technological represented by Rapid Prototyping and another one methodological that is Product Development Process supported by a Product Development Chain. It is search to prove that the Rapid Prototyping brings benefits in the Product Development Process for small and medium sÍze companies, participants or not of Product Development Chain, such as: rapidity, quality and minor development cost. It exemplify how the innovative power of small companies can be supported and be stimulated by the use of Rapid Prototyping, use that denotes as a determina tive element for the success of new products development or revitalization of old one. This work also proves that to reach these benefits the necessity of equipment and raw material with lesser cost in the national market exists propitiating a bigger access to this technology. Demonstrating therefore that it in such a way offers of equipment or rendering of services even though of Rapid Prototyping in the national market with quality and low cost, it wiIl be an important element to assist this market to tread a way of self-sufficiency, ability and competition in the products development Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica