4. Mecânica dos meios contínuos

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

A. Ciências Aplicadas

4. Mecânica dos meios contínuos

     MODELADO DEL DAÑO EN TUBERÍAS DE MATERIAL COMPUESTO DE FIBRAS LONGITUDINALES

Resumo

Las tuberías de material compuesto están siendo utilizadas para el transporte de hidrocarburos, debido a sus características como resistencia a la corrosión y facilidad de instalación y mantenimiento [1], [2]. Sin embargo, determinar su resistencia se hace complicado debido a los diversos modos de fallo que presentan los compuestos [3].

En el presente trabajo se caracteriza la respuesta estructural de una tubería de material compuesto de fibras longitudinales multicapa, sometida a presión interna, usando el método de elementos finitos. En la primera etapa se hallan los esfuerzos y se realiza una comparación con la literatura [4]. En la segunda fase se implementa una formulación de daño basada en la mecánica del daño continuo [5], de donde se obtiene la respuesta no-lineal de la curva esfuerzo deformación de la estructura. Para el ajuste y validación de los datos se usa un ensayo de tracción a una sección longitudinal de la tubería multicapa, así como resultados de otras investigaciones [6]. La implementación del daño continuo está basada en un daño de grietas interlaminares, donde se aplica el criterio de Hashin [7] para iniciación de daño y se usa una ley de evolución de las variables de daño. Los resultados muestran las áreas dañadas en la tubería y su propagación, así como la resistencia a sobrepresiones.

Palavras chaves: Tubería compuesta, mecánica del daño continuo, laminado.

     S. León Becerra, O.A. González-Estrada


     ESTRUCTURA Y DURABILIDAD EN LOS PUENTES DE FERROCARRIL DE LA LÍNEA DE THARSIS

Resumo

El binomio “Ferrocarril-Mina”, es la clave para entender el desarrollo industrial de la provincia de Huelva durante los siglos XIX y parte del XX. La línea del Ferrocarril de Tharsis fue más que una obra de ingeniería que posibilitó el transporte del mineral desde la zona minera de Tharsis a Huelva, el origen de la reactivación económica, la revolución de los medios de transporte, puesto que hasta la fecha dicho transporte se hacía a lomos de caballerías con la consiguiente pérdida de producción y exportación al exterior de la materia prima. Sin embargo, con el transcurso de los años, los distintos puentes han ido sufriendo un proceso paulatino de deterioro, debido en parte al ambiente agresivo en el que se encuentran ubicados y también al proceso de abandono que gran parte de ellos ha sufrido. En este trabajo, se van a describir dichos puentes, los daños que afectan a algunos de estos (únicamente los de mayor entidad o importancia) y se realizará un análisis estructural de los mismos para entender su funcionamiento básico.

Palavras chaves: puentes, ferrocarril, Tharsis, durabilidad, arquitectura inglesa.

     J.M. Dávila, A. Madrona, J.C. Fortes, M.L. de la Torre, J. Castilla.


     PROPOSTA DO MODELO DE CHABOCHE COM PARÂMETROS VARIÁVEIS PARA O ESTUDO DO ENCRUAMENTO CINEMÁTICO DA LIGA DE ALUMÍNIO 7050-T7451

Resumo

Devido ao aumento e complexidade dos requisitos de projeto para aplicações aeronáuticas e aeroespaciais modernas, as ligas de alumínio da série 7xxx têm chamado cada vez mais a atenção de engenheiros e pesquisadores nos últimos anos. Apesar dos componentes mecânicos fabricados com estes materiais serem projetados para trabalhar dentro de seu regime elástico, locais de concentração de tensão como descontinuidades geométricas e pequenos dentalhes podem facilmente fazer com que zonas plásticas surjam durante sua vida em serviço, sendo a correta caracterização de seu comportamento sob tais condições de suma importância para sua utilização. Diversos materiais de engenharia apresentam certo grau de amolecimento ou endurecimento cíclico quando submetidos a carregamentos cíclicos devido a evolução isotrópica de sua superfície de escoamento. Uma vez cessado este comportamento transiente, o material atinge sua condição de estabilidade, de modo que o único fenômeno restante que atua e contribui para o acúmulo de dano até a falha final é o encruamento cinemático. O presente trabalho tem como objetivo investigar o comportamento elastoplástico estável da liga de alumínio 7050-T7451. Os ensaios experimentais foram realizados utilizando-se carregamentos cíclicos simétricos uniaxiais controlados pela deformação para amplitudes de deformação de 0,75% a 2,50%. Para descrever o comportamento elastoplástico observado, o modelo de encruamento cinemático de Chaboche, implementado no programa comercial de elementos finitos ANSYS® 17.0, foi utilizado. Em vez de considerar os parâmetros do modelo constantes como em muitos casos, eles foram considerados como dependentes da amplitude de deformação ao qual o material é submetido. A comparação dos resultados experimentais e numéricos mostrou que a abordagem evolutiva para os parâmetros do modelo de encruamento cinemático de Chaboche pode descrever com precisão os laços de histerese estáveis da liga.

Palavras chave:Efeito Bauschinger, Encruamento cinemático, Laço de histerese, Modelo de Chaboche, Plasticidade cíclica.

     Zampaolo, T. C., Massaroppi Jr., E., Bose Filho, W. W.


     SENSITIVITY ANALYSIS OF 3D FRICTIONAL CONTACT WITH BEM USING COMPLEX-STEP DIFFERENTIATION

Resumo

This paper presents a parameter sensitivity analysis on some selected 3D elastic contact problems with friction. The analysis is performed through the use of Boundary Element Method (BEM) with discontinuous elements, along with the Generalized Newton Method with line search (GNMls). A standard BEM implementation is used, and the coupling of the potential contact zone is imposed through projection functions, which treats each contact node pair independently, and are updated along with the changes to the contact state during the solution steps. The contact restrictions are fulfilled through the augmented Lagrangian, and the solution is obtained using the GNMls. This method in conjunction with BEM allows to skip the calculation of the non-linear derivatives during the solution process, allowing for a fast and reliable solution procedure. The parameter sensitivity is evaluated using complex-step differentiation. This well known method approximates the derivative of a function analogically to the standard finite differences method, with the advantages of being numerically exact, and nearly insensitive to the step-size. A Hertz type problem is solved. The parameter evaluated is the Young Modulus and its influence on the maximum contact pressure. Comparison with results analytic solutions are done.

Palavras chave: Sensitivity Analysis; Complex Step Method; Frictional Elastic Contact; Generalized Newton Method; Boundary Element Method.

     Cristiano J. B. Ubessi, Rogério J. Marczak


     A MODEL FOR PREDICTING SUDDEN RELEASE OF POLLUTANT IN THE ATMOSPHERE

Resumo

This article studies the dispersion of a pollutant in a confined atmosphere, focusing on the importance of inertial effects of the medium, in the case of abrupt blast releases. Although pollutant dispersion has already been largely investigated, inertial effects in the special circumstances of sudden bursts have not deserved the same attention. However, abrupt blast releases usually take place in chemical and petrochemical plants as a result of unplanned or accidental operations. The mechanical model is based on a mixture theory approach, considering the pollutant and the atmosphere as continuous constituents of a binary mixture coexisting superposed. This theory admits as a basic premise independent and superimposed kinematics of the interacting constituents. In a first approximation both constituents are supposed to obey the ideal gas law and to share the same temperature. The mechanical model is presented considering the principles of conservation and the entropy inequality and this later is always satisfied by a proposed relationship for the internal interaction force between the gases. In the sequence, only isothermal transformations are allowed, generating a mathematical model consisting of a system of strictly hyperbolic non-linear partial differential equations, giving rise to the existence of shock waves. In order to explore inertial effects and to simplify the numerical simulations, one-dimensional flows in Cartesian coordinates and low Mach numbers are assumed and viscosity and gravitational field effects are neglected, giving rise to a non-linear system of four hyperbolic equations: one mass conservation equation and one momentum conservation equation for each constituent. The resulting initial-and-boundary value problems are approximated by employing the method of characteristics with specified time interval. Some simulations, considering sudden emissions of hydrogen sulfide in a standing air atmosphere allow emphasizing the importance of inertial effects.

Palavras chave:Pollutant dispersion, Mixture Theory, Method of Characteristics.

     Lucia Fiorot Massariol, Felipe Bastos de Freitas Rachid, Maria Laura Martins-Costa


     DAMAGE INITIATION INDUCED BY SMALL FLUID TEMPERATURE VARIATION IN ULTRA-LOW PERMEABILITY WATER-FILLED POROUS MEDIA

Resumo

This paper studies the possibility of damage initiation in saturated fluid-filled porous media with ultra-low permeability induced by a very small temperature variation. Experiments confirm that small water temperature variations (less than 3 K) in a closed system can induce high pressures peaks (above 60 bar), depending on the initial temperature and pressures. This work is a preliminary study on the possibility of fracture in ultra-low permeability liquid-filled porous media induced by small fluid temperature oscillations. Depending on the interaction between micro-cracks and pores, this damage may significantly affect the permeability conditions. An abstract thermodynamic framework is used to present constitutive theories for an elasto-plastic solid matrix behavior. The theory encompasses a wide variety of constitutive models for solids and fluids found in the literature and can be applied in many engineering problems involving fluid-filled porous media. In the present work, the analysis is restricted to a single water-filled pore in an infinite matrix, leading to a problem in which the stress field in the solid matrix is independent of its constitutive behavior. An adequate equation of state for the thermodynamic pressure proposed for liquid water at high pressures allows predicting analytically if a very small fluid temperature variation (maximum of 5 K) can induce the matrix failure. Adequate failure criteria are used to predict analytically the critical pressure necessary to the damage initiation and once this pressure is known, the temperature variation necessary to the damage initiation can also be obtained using the state law proposed for the thermodynamic pressure.

Palavras chave: Ultra-low permeability porous media, Water temperature variation, Thermodynamics of irreversible processes, Damage initiation, Elasto-plastic matrix behavior.

     Luciana P. Teixeira, Maria Laura Martins-Costa, Heraldo da Costa Mattos




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