Mecânica dos Sólidos e Estruturas

CON10-0638 - A NUMERICAL STUDY ON THE POSTBUCKLING BEHAVIOUR OF SHALLOW SINGLY-CURVED PANELS
Donadon, Mauricio Vicente¹; Rizzi, Paulo¹; de Almeida, Alex^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Resumo: A numerical investigation on the postbuckling behaviour of singly-curved panels loaded in compression is presented in this paper. The analyses take into account geometrical and material nonlinearities as well as the geometrical imperfection effects. Firstly a linear buckling analysis was carried out to determine the buckling loads/modes. Subsequently a postbuckling analysis was performed using the dynamic relaxation algorithm. The geometrical imperfections superimposed to the panels initial geometry were defined in terms of the buckling modes obtained from the linear buckling analyses. Results for typical simply-supported (SS) and clamped (CL) aeronautical panels are presented and discussed.
Palavras-chave: Postbuckling; Geometric imperfections; Nonlinear finite elements.
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CON10-0621 - A THREE-DIMENSIONAL FAILURE ANALYSIS OF SINGLY-CURVED COMPOSITE SHELLS SUBJECTED TO IMPACT LOADING
Yokoyama, Nara Oliveira¹; Donadon, Maurício Vicente¹; Almeida, Sérgio Frascino Müller de^1
1ITA
Resumo: This paper presents a numerical study on the impact behaviour of curved composite panels subjected to impact loading. The model has been developed using ABAQUS finite element code. A nonlinear three dimensional failure model including irreversible strains, damage and strain rate effects have been used for this purpose. The model incorporates a viscoplastic damageable constitutive law for the inplane shear dominated failure mode. In order to account for delamination failure modes a single cohesive layer placed at the midplane of the laminate. The results indicate that delamination has a significant influence on the dissipated energy of curved laminates when subjected to impact loading.
Palavras-chave: impact; composite laminate; damage mechanics; finete elements.
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CON10-1100 - AERONAUTICAL COMPOSITE PANEL MULTICRITERIA OPTIMIZATION USING COMPRESSIVE LOADS AND LAMINATION PARAMETERS
Ferreira, Ana Paula C. S.¹; Almeida, Sérgio Frascino Muller^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Resumo: This work presents the buckling and fundamental frequency simultaneous optimization of an aeronautical composite plate. The Powell's method is used aiming at getting the best design for the applied compressive loading. The design variables are the lamina orientation angles. However, buckling and fundamental frequency are not convex functions of these variables. Therefore, it is necessary to include lamination parameters in the optimization formulation to obtain a convex problem. The proposed procedure guarantees that the global maximum of the objective function is obtained.
Palavras-chave: multicriteria optimization; buckling; fundamental frequency; lamination parameters.
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CON10-1323 - AVALIAÇÃO NUMÉRICA DO ENSAIO DE FLEXÃO DE UM COMPÓSITO VITROCERÂMICO
Miranda, Jader dos Santos¹; Dias, Avelino Manuel da Silva^1
1Universidade Federal de São João del-Rei
Resumo: A engenharia de materiais vem sofrendo significativos avanços ao longo do tempo. Contudo, a necessidade de desenvolver materiais eficientes para as mais variadas aplicações estimula o estudo para aplicação de materiais compostos e de estruturas que sejam resistentes a condições adversas. Estudos recentes demonstram o potencial de algumas classes materiais, destaque especial para o material vitrocerâmico Zerodur. Zerodur é seu nome comercial a este material que possui um baixo coeficiente de expansão térmica, sendo amplamente utilizado em equipamentos submetidos a grandes variações de temperatura, onde é necessário manter boa precisão de forma e geometria. Possui elevada dureza superficial mas apresenta um comportamento frágil, tipico de materiais cerâmicos. No intuito de melhorar as características mecânicas do Zerodur propõe-se a junção do mesmo com outros materiais (material compósito). Com auxílio do método dos elementos finitos torna-se possível analisar o comportamento global do compósito quando submetido a esforços externos. Neste trabalho utilizou-se o solver comercial de elementos finitos MarcT na análise numérica computacional de uma estrutura composta de Zerodur e aço. O objetivo principal deste trabalho é simular o comportamento deste compósito submetido ao ensaio de flexão em três pontos (SENB) e analisar os campos de tensão e deformação na interface do mesmo. Em etapa complementar é apresentado um modelo com trinca difusa para avaliar o comportamento frágil do Zerodur e na interface com o aço.
Palavras-chave: Elementos Finitos; Compósitos; Zerodur.
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CON10-0714 - CHARACTERIZATION OF POLYMER POLYDIMETHYLSILOXANE (PDMS) UNDER SIMPLE SHEAR TEST
Nunes, Luiz Carlos da Silva¹; Algemiro, Virgilio^2
1Universidade Federal Fluminense; ²Pós-graduação em Engenharia Mecânica-PGMEC/UFF
Resumo: Polydimethylsiloxane (PDMS) is a commercially elastomer used as both a structural component in micro-electromechanical system devices and a stamping material for creating micro- and nanoscale features on surfaces. This paper describes and analyzes the mechanical behavior of polymer polydimethylsiloxane (PDMS) submitted to large deformations without destruction. The goal is to estimate the angular distortion associated with different applied forces, considering a simple shear test. The experimental procedure is carried out using the digital image correlation (DIC) method, which is an optical-numerical experimental approach developed for full-field and non-contact measurements. The material parameters, associated with classical Mooney-Rivlin model, are estimated from experimental data by means of Levenberg-Marquardt method. In addiction, it is proposed a new non-linear model and three new material parameters are determined in the same way.
Palavras-chave: Full-field displacement; parameter estimation; Polymer (PDMS); Hyperelasticity.
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CON10-1892 - COMPORTAMENTO DAS TENSÕES RESIDUAIS GERADAS NO TORNEAMENTO DE UM AÇO AISI H13
Cindra Fonseca, Maria¹; Chuvas, Tatiane de Campos¹; Pardal, Juan Manuel¹; Reis, Wallace Palmeira¹; Araújo, Anna Carla^2
1UFF - Universidade Federal Fluminense; ²UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro
Resumo: O controle das tensões residuais geradas nos processos de fabricação é de grande importância, pois a vida em fadiga do componente pode ser severamente influenciada, conforme a natureza e magnitude das tensões internas remanescentes do processamento da peça. Está bem estabelecido que tensões residuais trativas são prejudiciais à vida em fadiga dos componentes, enquanto que tensões compressivas aumentam a sobrevida dos mesmos. O AISI H13 é um aço ferramenta para trabalho a quente ao cromo dos mais utilizados para fabricação de matrizes de fundição e forjamento. Ele possui alta tenacidade, boa resistência em altas temperaturas e elevada dureza, sendo assim usado para a fabricação de inúmeros tipos de ferramentas. O presente trabalho apresenta um estudo das tensões residuais oriundas do torneamento de amostras de aço ferramenta AISI H13 usando diferentes velocidades de corte. As tensões foram medidas por difração de raios-X, pelo método de dupla exposição. As tensões residuais geradas pelo torneamento foram de tração em todas as amostras estudadas. Sendo que as tensões de maior magnitude foram encontradas na direção longitudinal. As condições de corte com o emprego de velocidades mais elevadas causou aumento nas tensões longitudinais na mesma direção do avanço da ferramenta de corte, que atingiram valores de cerca de 400MPa. Foram feitos ainda ensaios de dureza Vickers e caracterização microestrutural do material por microscopia ótica.
Palavras-chave: Tensões residuais; Aço H13; Usinagem; Difração de raios - X.
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CON10-2098 - COMPOSITE OPTIMIZATION PERFORMANCE COMPARISON BETWEEN GENESIS® AND MODEFRONTIER® ALGORITHMS
Castro, Saullo Giovani Pereira¹; Guimarães, Thiago Augusto Machado¹; Hernandes, José Antônio^1
1ITA
Resumo: The MODEFRONTIER® multi-objective genetic algorithm (MOGAII) performance has been compared to GENESIS® (BIGDOT) optimization algorithm. Both optimization methodologies have a fixed PCOMP NASTRAN CARD number of ply entries with variable thickness and fiber angle entries. All material entries have been kept the same. Both scenarios assumed the same constraints, objective functions and design space for thickness and angles, treated as discrete variables. During the optimization it were considered only balanced laminates (without tension-shear coupling) by guaranteeing that for each ply entry in the PCOMP NASTRAN card there is a pair entry in the same PCOMP with the same thickness and the angle corresponding to the negative of the original, symmetry were also guaranteed for laminates. A typical aeronautical structure was optimized in order to compare the results for both programs and a comparison between run time and results' reliability have been discussed.
Palavras-chave: composite optimization; stacking sequence; genetic algorithm; GENESIS; modeFRONTIER.
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CON10-1867 - CONCEPÇÃO ESTRUTURAL DE MÓDULOS DE CONTENÇÃO DE GÁS PRESSURIZADO PARA NAVIOS GASEIROS FABRICADOS EM METAL-COMPÓSITO
Parise, Luís Fernando Schiano¹; Arruda, Renan Vinícius¹; Oliveira, Alexandre Luiz Gonçalves de¹; Laurindo, Lucas Magalhães¹; Marinucci, Gerson²; Ruggieri, Claudio^1
1Escola Politécnica da USP; ²IPEN-USP
Resumo: O transporte de gás comprimido sob elevadas pressões em navios gaseiros tornou-se uma solução técnica e econômica eficiente para o escoamento e abastecimento de gás natural em regiões extremamente distantes ou onde não se justifique a construção de sistemas dutoviários. Nestes navios o gás é comprimido sob elevadas pressões e armazenado em contentores adequados. Conseqüentemente, um dos elementos chave do projeto de navios gaseiros é a concepção e viabilização técnica do sistema de armazenagem do gás comprimido sob alta pressão. Alguns sistemas propostos apresentam custo elevado e maiores dificuldades de fabricação. Outros se utilizam de contentores de elevada massa estrutural, o que reduz significativamente a capacidade de carga útil do navio. Uma alternativa estruturalmente eficiente e de menor peso é a utilização de tubos híbridos metal-compósito dispostos em pacotes (células) de armazenagem. Neste sistema, tubos de aço grau API são revestidos por camadas de material compósito de modo a formar uma seção híbrida/bimaterial. A pressurização do tubo de modo a provocar o escoamento da seção de aço, ao mesmo tempo em que a camada de compósito permanece em regime elástico (devido à sua maior resistência mecânica), seguida de despressurização do sistema híbrido resulta em tensões residuais compressivas no aço e trativas no compósito. Como produto final obtém-se um tubo mais leve e capaz de resistir a pressões mais elevadas. Entretanto, a aplicação deste conceito como um sistema de armazenagem de gás sob pressões elevadíssimas requer estudos adicionais sobre, entre outros aspectos, as características estruturais da seção híbrida. Este trabalho apresenta uma contribuição a estes estudos. Por meio de análises computacionais detalhadas, avaliam-se as tensões e deformações residuais que se obtém na seção híbrida quando da variação dos seguintes parâmetros: espessuras de aço e compósito, formulações de compósitos e orientações de laminados. Gera-se, dessa forma, uma coletânea de resultados que possibilitam analisar a adequação das características estruturais de cada combinação ao problema. Consegue-se, assim, identificar tendências que embasam e auxiliam a escolha das melhores combinações de valores para os parâmetros da seção híbrida, em função da redução de peso (isto é, da redução de espessura do aço) que se deseja conseguir.
Palavras-chave: tanques de contenção de gás; estruturas metal-compósito; otimzação estrutural.
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CON10-0247 - DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DE MATERIAIS POROSOS
Ruiz, Carlos Cezar de La Plata¹; Silveira, José Luís L.^2
1UERJ; ²COPPE e POLI - UFRJ
Resumo: Muitos dos termos que compõem a função de escoamento para materiais porosos são arbitrariamente considerados constantes por todos os pesquisadores consultados na literatura. Porém, vários desses termos são funções da densidade do material poroso que por sua vez é função dos componentes do tensor de tensão. Neste artigo, todos componentes do tensor taxa de deformação são obtidos a partir da lei da normalidade considerando suas dependências com os componentes do tensor de tensão. Os resultados dessas duas abordagens num problema de compactação de um material poroso na cavidade de uma matriz são também apresentados e comparados.
Palavras-chave: Material Poroso; Função de Escoamento; Deformação Plástica.
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CON10-1581 - DINÂMICA DE VEÍCULOS TERRESTRES CONSTITUÍDOS DE SUBSISTEMAS DINÂMICOS EMBARCADOS
GUEDES, GILMAR DIOGO GUEDES¹; SILVA, FERNANDO RIBEIRO DA^1
1INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
Resumo: A literatura tem apresentado diversos modelos que visam simular o comportamento de veículos terrestres que trafegam nas mais variadas formas de terrenos. Em geral esses veículos são considerados corpos rígidos, no caso dos monoblocos, ou corpos flexíveis, no caso de veículos pesados do tipo ônibus ou caminhões. De qualquer forma, esses modelos não tratam de veículos que realizam perações através de subsistemas dinâmicos nele instalados. Este trabalho propõe uma sistemática de análise modular para que o sistema veículo e o subsistema dinâmico a ele instalado sejam modelados de forma modular permitindo suas análises isoladas e, posteriormente, em conjunto. O modelo utilizado como exemplo de aplicação do procedimento modular é o de uma viatura militar onde foi instalado o suporte de uma metralhadora. As características dinâmicas da viatura, da estrutura do suporte e do armamento são consideradas no modelo. São mostrados os módulos representativos de cada componente/subsistema e apresentados os resultados de simulação dos sistemas isolados e em conjunto. O procedimento de modelagem é o da técnica dos grafos de ligação que facilitam a representação do correspondente diagrama de blocos.
Palavras-chave: DINÂMICA; VEÍCULOS; SUBSISTEMAS; EMBARCADOS.
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CON10-0902 - ESTIMATION OF FORCES ON COLD DRAWING METAL FORMING PROCESS
de Aguiar, José Manoel¹; de Aguiar, João Batista^2
1Faculdade de Tecnologia de São Paulo - FATEC-SP; ²Escola Politécnica - Universidade de São Paulo
Resumo: The drawing process is used for manufacturing parts in many industries. The subject has been studied with different methods of analysis. Many researchers developed analytical relationships to estimate the drawing forces. Some experimental investigations were done to support the estimations of analytical studies. The numerical simulations of computational models rely mainly on finite element technique. In this paper, a computational model is simulated to estimate the drawing force for the production of a tube sinking. The contact problem between the tube and die presents difficulties related with the choice of element type, convergence rate and number of iterations. The lubricant quality, die semi-angle influence the drawing forces. The fem simulation numerical results are compared to analytical upper bound solutions for a cold drawing quasi-static process.
Palavras-chave: plasticity; finite element method; drawing; analytical approach.
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CON10-1894 - ESTUDO DAS TENSÕES RESIDUAIS GERADAS NA SOLDAGEM A LASER DE UM AÇO IF
Cindra Fonseca, Maria¹; Assis, Jeferson Saulo Penna¹; Chuvas, Tatiane de Campos¹; Pardal, Juan Manuel¹; Reis, Wallace Palmeiras dos^1
1UFF - Universidade Federal Fluminense
Resumo: Os aços Interstitial Free (IF) foram desenvolvidos com o objetivo de melhorar a estampabilidade dos aços empregados na indústria automobilística, fabricados pelo processo de laminação a frio, com o emprego de recozimento contínuo. Estes aços, de desenvolvimento recente, ainda são pouco estudados e carecem de mais pesquisas sobre seu comportamento em relação aos processos de fabricação neles empregados. A soldagem dos aços IF nas aplicações no setor automotivo é crítica, pois além de gerar campos de tensões elevados, apresenta ainda a característica de, durante o processo, destruir a sua microestrutura. O presente trabalho teve como objetivo analisar as tensões residuais geradas no processo de soldagem a laser, sem metal de adição, em um aço IF e a caracterização microestrutural da junta soldada por microscopia ótica. As tensões residuais superficiais foram medidas por difração de raios-X pelo método da dupla exposição, usando um equipamento portátil, com radiação Cr. Após a soldagem das amostras as tensões residuais presentes no centro do cordão de solda, em alguns pontos, apresentaram-se superiores ao limite de escoamento do metal de base, o que pode ser deletério para a vida em serviço do componente soldado. Na análise feita por microscopia óptica, o metal de base do aço IF apresentou uma microestrutura caracteristica de grãos de ferrita. Na zona termicamente afetada (ZTA) houve o crescimento de grão ferritico da microestrutura, como consequência do aporte térmico, produto do processo de soldagem.
Palavras-chave: aço IF; tensões residuais; difração de raios-X; soldagem a LASER.
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CON10-1616 - ESTUDO DE CASO: FALHAS POR FLAMBAGEM DE ESTRUTURAS METÁLICAS DE UM PÓRTICO SUBMETIDO À SITUAÇÃO DE INCÊNDIO
Silva, Rômulo Ferreira da¹; Vasconcellos, José Marcio^2
1Estudante de Engenharia Civil/UFRJ; ²Programa de Engenharia Oceânica COPPE/UFRJ
Resumo: As estruturas são concebidas para resistir a determinados carregamentos sob condições normais de uso. No entanto, certas ocorrências, mesmo raras, devem ser consideradas pois podem levá-las ao colapso. Tratando-se de estruturas metálicas, formadas em sua grande parte de elementos esbeltos, a ocorrência de altas temperaturas é particularmente perigosa, pois os metais em geral, particularmente o aço, tendem a sofrer grande perda de resistência e diminuição considerável do módulo de elasticidade, contribuindo expressivamente para o surgimento de deflexões laterais. Especialmente numa situação de incêndio, os elementos comprimidos de um sistema estrutural podem falhar por flambagem, colapsando de forma repentina e dramática. Portanto, é necessário que nesses casos a estrutura deva resistir por tempo suficiente para que a evacuação possa transcorrer de modo a proteger a vida de seus ocupantes e das equipes de combate, além de minimizar os danos materiais, sejam eles os objetos presentes no local, a própria estrutura e possíveis estruturas vizinhas. Este trabalho de pesquisa, desenvolvido no Laboratório de Educação Continuada Offshore da Universidade Federal do Rio de Janeiro, tem por objetivo apresentar a simulação de uma situação de incêndio que ocorre próximo à uma estrutura do tipo pórtico, previamente dimensionado considerando um carregamento normal de uso e não contando com qualquer tipo de proteção ao fogo, através de um modelo computacional não-linear baseado no método dos elementos finitos, com o auxílio da ferramenta de informática ANSYS. Num primeiro momento estuda-se a propagação do calor gerado por uma fonte numa das faces da estrutura, com temperaturas evoluindo conforme modelo de incêndio padrão detalhado pela NBR-14323. Em seguida, aplica-se os efeitos térmicos no modelo estrutural do pórtico, levando-se em consideração a dilatação e o conseqüente aumento da excentricidade de aplicação das cargas em relação aos eixos dos elementos, além da diminuição do módulo de elasticidade com o acréscimo de temperatura, sendo a única propriedade do material que influi diretamente no fenômeno estudado. Em seguida, obtém-se numericamente o instante e a temperatura média da seção em que a estrutura falha por flambagem e o seu respectivo modo, não desconsiderando a possibilidade de flambagem local nas paredes do perfil utilizado. Enfim, para os elementos verticais do pórtico (colunas), procura-se estabelecer uma relação com a fórmula clássica da carga de flambagem de Euler.
Palavras-chave: Incêndio; Segurança de estruturas; estruturas metálicas; Flambagem; método dos elementos finitos.
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CON10-0747 - ESTUDO DE SENSIBILIDADE E DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL DE TORRES TUBULARES PARA GERADORES EÓLICOS
Mendes, Télio Fernandes¹; Menezes, João Carlos^1
1ITA
Resumo: O propósito deste trabalho é contribuir na definição de uma metodologia para o dimensionamento de torres tubulares flexíveis de geradores eólicos, dentro do contexto nacional quanto às tecnologias e materiais disponíveis, com o propósito de obtenção de uma geometria ótima. A torre estudada foi verificada quanto a seu comportamento vibracional, dentro de faixas seguras de frequências naturais, bem como, o seu comportamento quanto à resistência estática e estabilidade elástica.
Palavras-chave: Renewable energy; Mechanical vibrations; Finite elements; Wind turbine; Structure stress analysis.
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CON10-0653 - ESTUDO EXPERIMENTAL DA ABERTURA DE TRINCA DO POLÍMERO PTFE USANDO MÉTODO DIC
Farias, P. A.¹; Nunes, L. C. S.^1
1Universidade Federal Fluminense
Resumo: Desde a revolução industrial, os materiais estão sendo modificados e/ou substituídos por outros, com melhores propriedades adequadas a cada aplicação do projeto. Um dos materiais que está crescendo cada vez mais o seu campo de aplicação são os polímeros, principalmente na engenharia, no setor de petróleo & gás, automotivo e aeronáutico. Em vista a esta crescente evolução dos novos produtos, surge à necessidade da identificação e avaliação do comportamento destes materiais quando aplicado um carregamento. O estudo de abertura e propagação de trincas em materiais metálicos é bem estabelecido há anos, porém para polímeros ainda existem muitos estudos a serem feitos. Em trabalhos recentes o uso de técnicas de medidas globais está sendo usadas para auxiliar o entendimento do comportamento mecânico de trincas em materiais poliméricos. Este trabalho tem como principal objetivo o estudo da abertura e propagação de trincas em materiais poliméricos, em particular o politetrafluoroetileno (PTFE). Tal material apresenta inúmeras vantagens e é comumente usado em vários ramos da engenharia. Para isso, os resultados experimentais serão obtidos usando a técnica de correlação de imagem digital que é uma técnica óptica desenvolvida para a determinação de campos de deslocamentos e deformações sem a necessidade de contato. Esta técnica requer um sistema óptico para capturar as imagens da superfície do espécime antes e depois de sofrer os esforços. As imagens são então, processadas utilizando um algoritmo de correlação de imagem onde é possível obter os campos de deformação e deslocamento.
Palavras-chave: Polímeros; Fratura; Análise de deformação e deslocamento; Método de correlação de imagens digitais.
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CON10-0107 - EVALUATION OF FRACTURE PROPERTIES OF POLYMER CONCRETE IN DEGRADATION SOLUTIONS
Reis, J. M. L.^1
1UFF
Resumo: A study has been conducted to investigate the fracture properties of polymer concrete submitted to chemical degradation in acid solutions. PC origins from mixing fine aggregates to a polymeric resin as binder, instead of ordinary cement and water. While this material is becoming popular in the manufacture of manhole and drainage components, little is known about its durability. In this study, the fracture toughness and fracture energy of polymer concrete were determined by using three-point flexural testing methods. After exposure and mechanical tests a decrease in fracture strength of the samples exposed to corrosive agents was observed. However, even in those samples, the remaining strength values were far higher than those found in mortars prepared with portland cement concrete and an inorganic binder.
Palavras-chave: Polymer Concrete; Fracture Mechanics; Chemical Degradation.
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CON10-1348 - FORMULAÇÃO TEÓRICA PARA A TÉCNICA DE PRENSAGEM EM CANAIS EQUIANGULARES VIA O MÉTODO DO LIMITE SUPERIOR SOB CONDIÇÕES ISOTÉRMICA E ADIABÁTICA
Medeiros, Neil de¹; Silva, Fabiane Roberta Freitas da¹; Moreira, Luciano Pessanha¹; Lins, Jefferson Fabrício Cardoso¹; Gouvêa, Jayme Pereira de^1
1Universidade Federal Fluminense
Resumo: Neste trabalho, as soluções analíticas baseadas no método do limite superior propostas por Pérez e Luri [Mech. Mater. 40 (2008) 617] para o cálculo de carga e deformação plástica efetiva após um único passe de conformação a frio de materiais metálicos perfeitamente plásticos via a técnica de prensagem em canais equiangulares (PCEA) foram estendidas aos materiais elastoplásticos com encruamento isotrópico descrito pela lei de Swift associada ao critério de plasticidade de Drucker. Ainda, a estes modelos teóricos estendidos foi considerado o acoplamento termomecânico sob condições adiabática e isotérmica associado à lei de encruamento de Johnson-Cook e empregando-se materiais como o tântalo puro (cúbico de corpo centrado) e a liga Al 1100-H12 (cúbica de face centrada). Desta forma, espera-se observar, de forma consistente, a influência da geometria do ferramental, condições de atrito e velocidade do ensaio sobre a temperatura final da amostra.
Palavras-chave: Método do limite superior; Prensagem em canais equiangulares; Acoplamento termomecânico; Tântalo puro; Liga de alumínio Al 1100-H12.
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CON10-0245 - FUNÇÃO DE ESCOAMENTO PARA MATERIAIS POROSOS
Ruiz, Carlos Cezar de La Plata¹; Silveira, José Luís L.^2
1UERJ; ²COPPE e POLI - UFRJ
Resumo: Este trabalho revisita o artigo clássico de Doraivelu (1984) onde um modelo clássico de função de escoamento é apresentado utilizando o critério de Von Mises. Em seguida, são apresentada várias maneiras de como os pesquisadores da atualidade tem manipulado essa forma clássica para adaptá-la a seus interesses no estudo da compactação de pós metálicos e cerâmicos.
Palavras-chave: função de escoamento; material poroso; deformação plástica.
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CON10-0271 - IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA DE CONTROLE DA TENSÃO PARA ENSAIOS DE FADIGA EM SHAKER ELETRODINÂMICO
Donadel, Juliane¹; Alegranzi, Selvino Bork¹; Almeida, Frank Jonis Flores¹; Gomes, Herbert Martins^1
1Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Resumo: Com o avanço tecnológico, fazem-se necessários sistemas de controle onde se possam ter parâmetros para controle dos ensaios a serem feitos, minimizando tempo para ajustes nos equipamentos e máquinas, erros dos operadores e consequentemente acelerando testes ou ensaios. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver e implementar um algoritmo de controle, baseado no controle PID tradicional, da amplitude da tensão mecânica num espécime sujeito a ensaio de tempo de via em fadiga usando um shaker eletrodinâmico. Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizados um Shaker eletrodinâmico, um amplificador e um condicionador de sinal, além de strain-gages fixados a um corpo de prova para medir a deformação e portanto tensões mecânicas. O sistema é desenvolvido em linguagem orientada a objeto Agilent VEE, programa responsável pela aquisição dos sinais de tensão mecânica, processamento e envio dos sinais de controle. Após vários ensaios obtemos os parâmetros do controle que melhor se ajustaram ao sistema, através do ajuste manual dos mesmos. Para os parâmetros de controle foram obtidos diversos valores com os quais se conseguiu controlar o sistema com um erro máximo na ordem de 10-3 , no valor de referência da tensão mecânica desejada. Variando os parâmetros pode-se visualizar uma mudança na estabilidade do sistema, bem como o aumento ou diminuição do overshoot. Assim, concluiu-se que a medida que aumentamos o tempo integrativo e mantém-se constantes as demais, o sistema torna-se mais lento e mais oscilatório. Igualmente para o tempo derivativo, a medida que se aumenta esse parâmetro, o sistema apresenta maiores oscilações demorando mais para se estabilizar. Em ambos os casos, o overshoot manteve-se sem alterações significativas e na faixa de 20%. Diminuindo a constante proporcional o sistema estabilizou sem overshoot, o que seria ideal por ser menos impactante do ponto de vista mecânico .Desta forma, os resultados obtidos foram satisfatórios, alcançando o objetivo de criar o sistema controle em malha fechada da tensão mecânica no corpo de prova pelo Shaker eletrodinâmico.
Palavras-chave: shaker eletrodinâmico; ensaio de fadiga; sistema de controle PID; instrumentação.
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CON10-1258 - INVESTIGAÇÃO DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE JUNÇÕES DE COMPÓSITOS TERMOPLÁSTICOS
Angélico, Ricardo Afonso¹; Ribeiro, Marcelo Leite¹; Silvestrini, Rafael Horn¹; Di Salvo, Fabrício Elias Junqueira¹; Tita, Volnei^1
1Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo
Resumo: O objetivo do presente artigo é investigar o comportamento mecânico de juntas simples de compósitos termoplásticos sob ação de carregamentos combinados no plano da região soldada. A juntas são fabricadas a partir do processo de soldagem por resistência resistência elétrica. Nesse processo, os laminados termoplásticos são unidos através da aplicação de pressão e do calor gerado por efeito Joule de uma malha metálica entre as partes. Os laminados analisados são híbridos de fibra de vidro com PPS e fibra de carbono com PPS. As juntas são ensaiadas, onde obtêm-se as curvas de força versus deslocamento, bem como, o campo de deslocamento através da técnica de correlação de imagens. A junta é modelada numa ferramenta desenvolvida em Matlab (SAJ - Sistema de Análise de Juntas) a qual resolve o sistema de equações diferenciais e permite a inclusão de um comportamento não-linear da região soldada. Os resultados obtidos experimentalmente são comparados aos resultados computacionais quanto ao campo de deslocamentos na região da junta, verificando assim, as potencialidades e limitações do SAJ.
Palavras-chave: modelagem computacional; ensaios experimentais; compósitos termoplásticos; soldagem por resistẽncia.
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CON10-0928 - LIGHT WEIGHT METAL AND STEEL ALLOY NATURAL GAS CYLINDER: NUMERICAL AND ANALYTICAL STUDY.
de Aguiar, José Manoel¹; de Aguiar, João Batista^2
1Faculdade de Tecnologia de São Paulo - FATEC-SP; ²Escola Politécnica - Universidade de São Paulo
Resumo: Type 2 cylinders are made of an inner steel alloy wrapped with a composite fiber system of several layers. However, the composite layer does not have radial resistance. A light weight metal could be used as replacement for the fiber composited layers. Thus a gnv container formed by an inner steel alloy shell and an outer aluminum cover is proposed. The elasticity solution for the contact stresses between a pressurized steel alloy cylindrical shell and the outer aluminum cylindrical shell is developed. A failure criterium is proposed to form a set of design parameters in terms of a safety factor. Analytical results are compared to the finite element solution.
Palavras-chave: natural gas; finite element method; cylindrical shells; failure criterium.
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CON10-0857 - MECHANICAL BEHAVIOR OF DOUBLE-LAP JOINTS ADHESIVELY BONDED POLYMER CONCRET
Costa, Bruno Souza Lopes¹; Nunes, Luiz Carlos da Silva¹; Reis, João Marciano^1
1UFF - Universidade Federal Fluminense
Resumo: This work presents an experimental investigation of mechanical behavior of composite. Double lap joints adhesively bonded polymer concrete specimens submitted to compressive loads are analyzed. These specimens are made with rectangular blocks of polymer concrete bonded with epoxy resin. The polymer concrete is a composite material in which the binder consists entirely of a synthetic organic polymer. The principal main of this test method is to determinate the compressive load and the shear strength of adhesives for bonding polymer concrete when tested on a standard double-lap joints as well as to study some important mechanical characteristics such as failure models.
Palavras-chave: Polymer concrete; double lap joints; shear testing.
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CON10-1461 - MÉTODOS DE REDUÇÃO DE MODELOS APLICADOS A ESTRUTURAS COMPOSTAS LAMINADAS INCORPORANDO CAMADAS VISCOELÁSTICAS
Diacenco, Adriana Amaro¹; de Lima, Antonio Marcos Gonçalves²; Correa, Edmilson Otoni^1
1Universidade Federal de Itajubá; ²Universidade Federal de Uberlândia
Resumo: Este trabalho trata-se da avaliação numérica do desempenho de estruturas compostas laminadas e sanduíche (com núcleo viscoelástico), com ênfase à implementação de um método de condensação destinado a reduzir o esforço computacional requerido para o cálculo das respostas dinâmicas dos sistemas amortecidos. Será utilizada a Teoria da Deformação Cisalhante de Ordem Superior (HSDT) a qual é implementada em um elemento Serendipity retangular contendo oito nós e onze graus de liberdade por nó A introdução do amortecimento viscoelástico no modelo de elementos finitos da estrutura composta laminada é feita via utilização do Módulo Complexo, associados aos conceitos de fator de deslocamento e frequência reduzida, justificado pelo Princípio da Superposição Frequência-Temperatura. São realizadas simulações numéricas a fim de determinar seus parâmetros modais como: freqüências naturais, modos de vibração e fatores de amortecimento modal, representados por funções de resposta em frequência (FRFs), tornando possível avaliar e ilustrar as características de desempenho da formulação utilizada nos procedimentos de modelagem e na incorporação do amortecimento viscoelástico em modelos de elementos finitos de estruturas compostas laminadas.
Palavras-chave: Materiais compostos; Materiais viscoelásticos; Elementos finitos; Controle passivo.
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CON10-1063 - MODELAGEM DE UM SISTEMA VIGA-TRINCA-PZT
Morais, Tobias Souza¹; Cavalini Jr, Aldemir Aparecido¹; Koroishi, Edson Hideki¹; Steffen Jr, Valder^1
1Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica
Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia para simulação de um modelo de elementos finitos para um sistema viga-trinca-PZT. Será considerado um modelo não linear de trinca no qual o comportamento dinâmico desta é determinado pelo momento fletor, calculado a partir da diferença da rotação nos nós das extremidades do elemento trincado. Será descrito um modelo para a pastilha piezelétrica considerando suas propriedades de atuador e sensor. A viga trincada será considerada engastada-livre, contendo pastilhas piezoelétricas acopladas. Será aplicada na extreminade livre uma força de amplitude constante e com frequência variando numa faixa que contém os dois primeiros modos da estrutura. Resultados de simulação computacional para diferentes profundidades de trinca e várias posições das pastilhas de PZT serão apresentados.
Palavras-chave: Vigas; Trinca; PZT; Modelo de elementos finitos.
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CON10-1198 - MODELAGEM DO COMPORTAMENTO DE ESTRUTURAS COM ABSORVEDORES PASSIVOS ATRAVÉS DA TÉCNICA MODULAR DOS GRAFOS DE LIGAÇÃO
Ribeiro, Leandro de Oliveira¹; Da Silva, Fernando Ribeiro^1
1IME - Instituto Militar de Engenharia
Resumo: Os modelos clássicos utilizados para simulação e análise de estruturas com absorvedores dinâmicos de vibrações passivos, embora apresentem bons resultados, não são modulares, de modo que se possa alterar as configurações ou a quantidade de absorvedores sem modificar o sistema de equações que os representa. A literatura apresenta diversas metodologias que modelam a estrutura pelo método dos elementos finitos e os absorvedores por osciladores localizados de forma conveniente para que as vibrações sejam reduzidas. Neste trabalho é apresentada uma metodologia onde a estrutura e o absorvedor são modelados previamente por grafos de ligação, e o sistema é composto pela justaposição dos grafos, formando um sistema totalmente modular. Este procedimento facilita a manipulação de programas que utilizam os diagramas de blocos para representar não apenas os componentes, mas também os subsistemas dinâmicos. Devido a essa sua característica modular, o grafo da estrutura é preservado, podendo-se, simplesmente, alterar o grafo dos absorvedores por outro representativo de sistemas compostos por absorvedores múltiplos, por exemplo. Este trabalho propõe um modelo em grafo de ligação para o sistema estrutura-absorvedor, cuja equação de estado deverá ser posteriormente utilizada na simulação do comportamento dinâmico da estrutura, sendo as respostas obtidas para uma determinada configuração de posicionamento do absorvedor comparadas com resultados da literatura.
Palavras-chave: Grafos de Ligação; Diagramas de Blocos; Absorvedores Dinâmicos de Vibrações; Sistema Modular.
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CON10-0612 - MODELING OF PIPE COLD BENDING: A FINITE ELEMENT APPROACH
Kenedi, Paulo Pedro¹; Riagusoff, Ivan Ivanovitsch Thesi¹; Pacheco, Pedro Manuel Calas Lopes^1
1CEFET/RJ
Resumo: Cold bending of pipes is an important operation regularly used for in situ pipeline route adjustments during on-shore pipeline construction. The operation consists of curving permanently a straight pipe by cold bending using a rotary type of field pipe-bending machine. During the process problems as excessive ovalization and the development of local ripples must be avoided. In this work a nonlinear finite element model is developed to study pipe cold bending. The model considers plastic behavior, large displacements and large rotations. Numerical simulations for high-strength steel pipes with high diameter to thickness ratio are developed to estimate the conditions for the development of excessive ovalization and ripples.
Palavras-chave: finite element; cold bending; pipes.
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CON10-1592 - PROJETO DE PONTES USANDO ALGORITMOS DE APRENDIZADO DE MÁQUINAS
Pina, Aloísio Carlos de¹; Colimodio, Vitor de Souza²; Silva, Adriano Armani da²; Pina Filho, Armando Carlos de^2
1COPPE/UFRJ; ²POLI/UFRJ
Resumo: O projeto de uma ponte é um processo muito complexo. Ele começa com a busca por localizações em potencial para uma ponte, junto com alguns esboços que necessitam passar por aprovação pública. Os projetistas necessitam exercitar seu julgamento com respeito a muitos aspectos, tais como estética, custo, determinação da carga, modos de falha, construtibilidade e manutenibilidade. O objetivo deste trabalho é mostrar a aplicação das técnicas mais modernas de Aprendizado de Máquinas na tomada de decisões no projeto de pontes, dadas as suas especificações. Para isso, foi usado um conjunto de dados fornecido pelo Professor Yoram Reich, do Departamento de Engenharia Civil e Centro de Pesquisa de Projetos de Engenharia, Universidade de Carnegie Mellon, Estados Unidos. O conjunto de dados foi pré-processado para identificar e eliminar as variáveis irrelevantes para o processo de aprendizado. Foram selecionados os algoritmos de aprendizado a serem aplicados e então foi realizada uma extensa avaliação experimental. Os resultados de todos os algoritmos utilizados foram comparados, realizando testes estatísticos para avaliar sua precisão e significância, a fim de determinar o modelo mais adequado ao problema.
Palavras-chave: pontes; decisões de projeto; Aprendizado de Máquinas.
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CON10-1703 - QUENCHING ANALYSIS OF NOTCHED STEEL CYLINDERS USING THE FINITE ELEMENT METHOD
Oliveira, Wendell Porto¹; Savi, Marcelo Amorim²; Pacheco, Pedro Manuel C. L.^3
1FURNAS; ²COPPE/UFRJ; ³CEFET/RJ
Resumo: Quenching is a commonly used heat treatment process employed to control the mechanical properties of steels. The resulting microstructures formed from quenching (pearlite, ferrite, bainite and martensite) depend on cooling rate and on steel characteristics. This article deals with the modeling and simulation of quenching using a multi-phase constitutive model. The through hardening is considered as an application of the proposed general formulation. Finite element method is employed for spatial discretization. Notched steel cylinders are of concern evaluating the influence of notches in quenched pieces. Numerical simulations evaluate temperature evolution and phase transformation distribution through the process. Stress distribution is also of concern treating time evolution and residual stresses through the piece.
Palavras-chave: Quenching; Finite element method; Constitutive model; Phase transformation.
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CON10-0968 - SHEAR STRAIN ANALYSIS OF THE POLYMER POLYDIMETHYLSILOXANE (PDMS) USING DIGITAL IMAGE CORRELATION IN DIFFERENT TEMPERATURES
de Oliveira, Gabriela Nieva¹; Nunes, Luiz Carlos da Silva¹; dos Santos, Paulo Acioly Marques^1
1Universidade Federal Fluminense
Resumo: In the present work a new testing methodology to analyze and estimate the adhesive shear modulus of poly-dimethylsiloxane (PDMS) submitted to different loads and temperatures is described. A single lap joint testing is performed. This is a standard test specimen for characterizing adhesive properties and is considered the simplest form of adhesive joints. For the single lap joint specimen, steel adherents are bonded using a flexible rubber elastic polymer (PDMS), which is a commercially available silicone elastic rubber. The experimental procedure is carried out using the digital image correlation (DIC) method. This is an optical-numerical full-field surface displacement measurement method. It is based on a comparison between two images of a specimen coated by a random speckled pattern in the undeformed and in the deformed states.
Palavras-chave: full-field displacement; digital image correlation; estimation parameter; polydimethylsiloxane polymer.
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CON10-1750 - SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO EFEITO DOS CARREGAMENTOS CÍCLICOS E DO HIDROGÊNIO NA PROPAGAÇÃO DE TRINCAS EM AÇOS ESTRUTURAIS
Carrasco, Jorge Palma¹; Diniz, Diego Silva²; Barbosa, José Maria Andrade³; Silva, Antonio Almeida^2
1PPGCEMat - UFCG; ²UAEM - UFCG; ³DEMEC - UFPE
Resumo: As formas de manifestação da ação negativa do ambiente de trabalho sobre os materiais estruturais como os aços de alta resistência são muito diversas, tendo sido identificados vários fenômenos de degradação das suas propriedades mecânicas associados à ação de um efeito ambiental, entre os que se encontram as diferentes formas de corrosão e os processos de trincamento provocados pelo hidrogênio presente no ar úmido, na água do mar e em outros meios ambientais ativos. A Fragilização por Hidrogênio é um processo de degradação que tem mostrado uma influência muito importante na intensificação do crescimento de trincas subcríticas e na diminuição da resistência à fadiga e à fratura desses materiais, e que quase inevitavelmente deriva em falhas inesperadas, a grande maioria catastrófica, em estruturas novas e com longo tempo em serviço, pelo que é de grande importância determinar o comportamento dessas estruturas sob os efeitos do fenômeno, tanto na etapa de projeto quanto na etapa de manutenção. Neste trabalho apresenta-se uma formulação numérica baseada numa síntese da mecânica da fratura e da mecânica do dano contínuo para simular a propagação em regime elástico, de uma trinca presente num corpo material em estado plano de deformação, tracionada no modo de abertura I e sob os efeitos de um carregamento mecânico cíclico e de uma ação ambiental, caracterizada pela presença do hidrogênio no material. As equações que descrevem a evolução das variáveis transporte de hidrogênio, acumulação do dano, raio da ponta da trinca, força generalizada de resistência à propagação e crescimento da trinca formam um sistema de equações diferenciais ordinárias que é resolvido pelo método de Runge-Kutta de 4ª ordem. Os resultados das simulações mostram que, nessas condições, o processo de evolução de trincas subcríticas é intensificado pela presença do hidrogênio no material e que o tempo de início da propagação diminui na medida em que a sua concentração aumenta. Estes resultados guardam consistência com observações experimentais, permitindo alcançar um melhor entendimento do processo de início e propagação de trincas em ambientes agressivos, demonstrando também, a validez do modelo adotado.
Palavras-chave: Mecânica do Dano Contínuo; Fragilização por Hidrogênio; Propagação de Trincas; Carregamentos Cíclicos.
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CON10-1371 - TEMPERATURE EFFECT ON THE PROPAGATION OF CRITICALLY REFRACTED LONGITUDINAL WAVES (LCR) FOR STRESS MEASUREMENT
Santos, Cleudiane Soares¹; Pereira, Paulo¹; Miyaura, Edson Haruo¹; Santos, Auteliano Antunes^1
1Universidade Estadual de Campinas
Resumo: Pipelines are widely used for transporting natural gas, oil and derivatives by several companies in Brazil and the world. Due to their economic importance, it is interesting to develop methods capable of providing information about their integrity, allowing to decide whether a product should or should not be replaced. The evaluation of tension in the walls of oil pipelines is very important to provide valuable information to determine the integrity of the structure and enable a better use of the product safely. This work uses the technique of ultrasound as a tool for stress analysis due to its non-destructive aspect, relatively low cost and portability of instrumentation equipment. The process of measuring mechanical stresses with ultrasound uses acousticelastic theory, which relates the speed of wave propagation with the tensions in the object under analysis. This technique is based on the application of a sonic beam in the material and analysis of the reflected and detected beam to get data about the mechanical stresses in the material. This study evaluated the influence of temperature on the propagation velocity of ultrasonic wave in the API 5L X70 steel used in the manufacture of petroleum pipelines and in the acrylic shoe used as a base for the transducers. For measurements were used transmitter and receiver transducers, an ultrasonic pulser/receiver device and an application developed in the LabViewTM environment in a portable system. The results showed that there is a significant influence of temperature on the speed propagation of ultrasonic waves and that this influence can be quantified.
Palavras-chave: Ultrasound; LCR Waves; Acoustic-elasticity; Stress Measurement.
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CON10-0083 - THE STRESS STIFFENING EFFECTS ON THE NATURAL FREQUECIES OF GAS TURBINE BLADES
Donadon, Mauricio Vicente¹; Menezes, João Carlos¹; Bringhenti, Cleverson^1
1Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Resumo: This paper presents an analytical model to predict the stress stiffening effects on the natural frequencies of gas turbine blades. The model formulation is based on the continuum dynamics and it incorporates the Von Karman nonlinear strain-displacement relationships accounting for flexural vibration modes only. A weak form formulation combined with the Rayleigh-Ritz method is proposed to solve the resultant differential equations of motion. The model predictions are compared with numerical results obtained using the Finite Element method. The predictions indicate that the natural frequencies are significantly affected by the turbine operating angular velocity.
Palavras-chave: Gas turbines; Vibrations; Finite elements; Stress stiffening.
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CON10-0085 - UTILIZANDO REDES NEURAIS PARA PREVER O MÓDULO DE ELASTICIDADE TRANSVERSAL DE COMPÓSITOS UNIDIRECIONAIS
Câmara, Eduardo Cesar Bezerra¹; Freire Júnior, Raimundo Carlos Silverio^1
1Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Resumo: Este trabalho tem como principal objetivo a criação de uma rede neural artificial capaz de modelar o módulo de elasticidade transversal de compósitos unidirecionais. Para tal demonstração desta aplicabilidade, se fez necessário o uso de um conjunto de dados para treinar e testar a RNA (Redes Neurais Artificiais), que foram obtidos da literatura. Após a implementação do algoritmo, os resultados demonstram a viabilidade do uso de RNAs para tais fins, sendo os mesmos fundamentados na análise do erro médio quadrático e do coeficiente de correlação. Esses parâmetros foram comparados com o modelo matemático de Halpin- Tsai, muito utilizado em pesquisas nessa área. Por fim, se verificou que a aplicação de RNAs para a análise de propriedades mecânicas em compósitos unidirecionais é viável.
Palavras-chave: Redes Neurais Artificiais; Compósitos Unidirecionais; Módulo de Elasticidade Transversal; Modelo de Halpin-Tsai.
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CON10-0324 - YIELD LOCUS MODELS OF PRESSURIZED PIPES UNDER COMBINED LOADS
Kenedi, Paulo Pedro¹; Borges, Lavínia Maria Sanábio Alves²; Vaz, Murilo Augusto^2
1CEFET/RJ; ²UFRJ
Resumo: Plastic collapse is one of the major causes of failure of pressurized pipes submitted to combined loads. Many models have proposed to estimate the maximum load combination that pressurized pipes can stand. The yield locus pattern is one of the most important attribute of these models. In this work yield locus models are proposed and compared with well established ones.
Palavras-chave: yield locus; plastic collapse; pressurized pipes.
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