Estudo da influência da topologia dos furos na taxa de propagação de trincas

The drilling process for bolted or riveted joints of components is very common in the naval, aeronautical, mechanical and civil industries. In this context, the present work aims to study, through computer simulation, the influence of hole geometry (through, chamfered and rounded) on crack propagation when submitted to static and dynamic loads. For the static crack evaluation, failure was considered when the stress intensity factor (FIT) exceeds the fracture toughness of the material (KIc). In the case of fatigue, the condition of small crack tip plastification zone and the Paris Law were considered for determining region II of the dadN x DeltaK curve. Initially, a parametric analysis of the hole geometry was performed to obtain a topology that would result in less discontinuity of the stress field and consequently less influence on static crack growth. The best performing topology was then used to study the fatigue crack growth rate considering the Paris Law. The numerical tests were performed on a 7075-T6 aluminum specimen resulting in dadN x DeltaK curves with good agreement with the literature.O processo de furação para uniões parafusadas ou rebitadas de componentes são muito usuais na indústria naval, aeronáutica, mecânica e civil. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo estudar, a partir da simulação computacional, a influência da geometria dos furos (passante, chanfrado e adoçado) na propagação de trincas quando submetidas a carregamentos de natureza estática e dinâmica. Para a avaliação de trinca estática foi considerada falha quando o fator de intensidade de tensão (FIT) supera a tenacidade à fratura do material (KIc). No caso de fadiga, foi considerado a condição de pequena zona de plastificação de ponta de trinca e a Lei de Paris para determinação da região II da curva dadN x DeltaK. Inicialmente foi realizada uma análise paramétrica da geometria dos furos para obter uma topologia que resultasse em menor descontinuidade do campo de tensões e consequentemente menor influência no crescimento da trinca estática. A topologia de melhor desempenho foi utilizada na sequência para o estudo da taxa de crescimento de trinca em fadiga considerando a Lei de Paris. Os ensaios numéricos foram realizados em um corpo de prova em alumínio 7075-T6 resultando em curvas dadN x DeltaK com boa concordância com a literatura

Uma abordagem via CNC para geração de padrões de pontos para análises por CDI

A correlação digital de imagens(CDI) é uma técnica de metrologia óptica capaz de fornecer informações acerca da deformação de superfícies carregadas mecanicamente a partir da análise de imagens digitais desta superfície. Isto se dá por meio da análise comparativa entre imagens digitais tomadas antes e depois do carregamento.Esta técnica requer que um padrão de pontos de distribuição aleatória seja marcado sobre a superfície a ser estudada. Este padrão de pontos fornece uma referência para o procedimento de correlação, permitindo que o CDI obtenha a deformação da superfície com base na deformação do padrão. Diversos estudos recentes afirmam que a qualidade do padrão de pontos utilizados tem direta influência na qualidade dos resultados das análises por CDI.Apesar de muitos estudos numéricos apontarem parâmetros ótimos para os padrões de pontos, a carência de técnicas adequadas para a sua reprodução sobre superfícies impossibilita a sua utilização prática.Diante disto, este trabalho apresenta uma metodologia numérica para geração dos padrões de pontos e também o desenvolvimento de um equipamento de marcação por comando numérico computadorizado capaz de reproduzi-los sobre superfícies reais com precisão.Digital image correlation(DIC) is an optical metrology technique used to acquire deformational and displacement data of mechanically loaded surfaces based on digital images taken before and after the loading. To achieve this, this technique requires the studied surface to have a randomly distributed speckle pattern marked over it. This speckle pattern provides a reference for the image correlation procedure, allowing the DIC system to obtain the surface deformation based on the speckle pattern deformation. In this sense, as already stated in many recent studies, the quality of the used speckle pattern has direct influenceon the quality of the DIC results. Although many numerical studies have already defined near optimum parameters for a speckle pattern, the lack of proper techniques to reproduce it on surfaces rendersit impractical.In sight of this, this work presents anumerical methodology for the generation of speckle patterns and the development of a computadorized numerical control marking equipment capable of accurately reproducing it on real surfaces.La correlación digital de imagen (CDI) es una técnica de metrología óptica capaz de brindarinformaciones acerca de la deformación de superficies cargadas mecánicamente a partir del análisis de imágenes digitales de esa superficie,anteriores y posteriores a la carga. Para eso, esta técnica requiere que un patrón de puntos, de distribución aleatoria, sea diseñado sobre la superficie a ser estudiada. Este patrón de puntos sirve de referencia para el análisis de correlación de imagen, de manera que las informaciones de deformación de la superficie son obtenidas con base en la deformación experimentada por este patrón de puntos después de la aplicación de la carga. De esta forma, como muestran diferentes estudios recientes, la calidad del patrón de puntos utilizados tiene una influencia directa en la calidad de los resultados de los análisis hechos por CDI. A pesar de que muchos estudios numéricos muestran buenos parámetros para los patrones de puntos, la falta de técnicas adecuadas para su reproducción sobre superficies imposibilita su utilización práctica. Con lo anterior, este trabajo presenta una metodología numérica para la generación de los patrones de puntos y también el desarrollo de un equipamientode impresión de puntos por comando numérico computarizado capaz de reproducirlos sobre superficies reales con precisión

Otimização aplicado à poroelasticidade dinâmica usando MEC e AG

CILAMCE 2016 Proceedings of the XXXVII Iberian Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering Suzana Moreira Ávila (Editor), ABMEC, Brasília, DF, Brazil, November 6-9, 2016.Este trabalho tem o objetivo de usar o Método dos Elementos de Contorno (MEC) e um Algoritmo Genético (AG) para resolver um problema de poroelasticidade dinâmica, considerando a engenharia inversa. O problema inverso é formulado como um procedimento de otimização no qual um Algoritmo Genético determina o melhor conjunto de constantes do material. O procedimento de caracterização proposto apresenta uma metodologia para determinar as propriedades mecânicas das rochas através do processo de otimização de ajuste de curva, uma vez que a curva x amplitude de frequência é conhecido. As equações governantes para o problema apresentado são introduzidas considerando as variáveis de tensão-deformação na formulação estabelecida por Biot para o problema de porosidade dinâmica. A metodologia mostrou boa precisão para determinar as propriedades mecânicas da rocha

Determination of the effective elastic modulus for nodular cast Iron using the boundary element method

In this work, a multiscale homogenization procedure using the boundary element method (BEM) for modeling a two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) multiphase microstructure is presented. A numerical routine is specially written for modeling nodular cast iron (NCI) considering the graphite nodules as cylindrical and real geometries. The BEM is used as a numerical approach for solving the elastic problem of a representative volume element from a mean field model. Numerical models for NCI have generally been developed considering the graphite nodules as voids due to their soft feature. In this sense, three numerical models are developed, and the homogenization procedure is carried out considering the graphite nodules as non-voids. Experimental tensile, hardness, and microhardness tests are performed to determine the mechanical properties of the overall material, matrix, and inclusion nodules, respectively. The nodule sizes, distributions, and chemical compositions are determined by laser scanning microscopy, an X-ray computerized microtomography system (micro-CT), and energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, respectively. For the numerical model with real inclusions, the boundary mesh is obtained from micro-CT data. The effective properties obtained by considering the real and synthetic nodules’ geometries are compared with those obtained from the experimental work and the existing literature. The final results considering both approaches demonstrate a good agreement

Numerical vibration analysis of a gantry with and without prestress : case study Trussed Crane

Este trabalho apresenta a análise dinâmica de uma grua ascensional através do Método dos Elementos Finitos (MEF). A análise das vibrações nesse tipo de estrutura é de suma importância, pois possibilita a verificação da segurança e estabilidade durante toda a sua vida útil. O objetivo do estudo é verificar as frequências naturais e os modos de vibração da estrutura através de diferentes simulações de um modelo simplificado (2D). A abordagem é feita em dois estudos de caso: grua com a) cabos não protendidos e b) cabos protendidos. A metodologia propôs o desenvolvimento de implementação em MATLAB e simulações em softwares comerciais (ANSYS/Abaqus) que utilizam MEF na resolução de problemas modais. Os resultados mostram que os modos de vibração obtidos em todas as simulações coincidem entre si e que as frequências obtidas são muito próximas, principalmente no caso de cabos sem protensão, atingindo erros menores a 0.05%. No caso da grua com cabos protendidos, os erros obtidos são pontuais e bem maiores em algumas frequências, mas apesar disso, os resultados são satisfatórios, confirmando a adequação da metodologia proposta no presente estudo.This work presents the dynamic analysis of an ascending crane using the Finite Element Method (MEF). The analysis of vibrations in this type of structure is of paramount importance, as it allows the verification of safety and stability throughout its useful life. The objective of the study is to verify the natural frequencies and the vibration modes of the structure through different simulations of a simplified model (2D). The approach is made in two case studies: crane with a) non-prestressed cables and b) prestressed cables. The methodology proposed the development of implementation in MATLAB and simulations in commercial software (ANSYS / Abaqus) that use MEFto solve modal problems. The results show that the vibration modes obtained in all simulations coincide with each other and that the frequencies obtained are very close, especially in the case of cables without prestressing, reaching errors below 0.05%. In the case of the crane with prestressed cables, the errors obtained are punctual and much higher in some frequencies, but despite this, the results are satisfactory, confirming the adequacy of the methodology proposed in the present study

Life estimates for fatigue crack growth with constantamplitude loading using numerical integration

A mecânica da fratura tem sido amplamente considerada na concepção de projetos e no desenvolvimento do plano de manutenção de componentes mecânicos. A boa previsão de falha influencia diretamente no custo econômico do projeto, possibilitando ser mais assertivo na determinação da vida segura em componentes mecânicos na presença de trinca. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de uma rotina numérica capaz de estimara vida útil para o crescimento de trincas por fadiga. Além disso, testes experimentais são empregados para definir as propriedades mecânicas do alumínio 7075 T6 como tenacidade à fratura e coeficientes C e m, da lei de Paris para o crescimento de trincas. O ensaio de crescimento de trinca por fadiga obtida experimentalmente é comparado ao método de integração numérica desenvolvida para uma carga de amplitude constante(R=0,1). Os resultados obtidos foram satisfatórios, permitindo obter valores confiáveis para as constantes de Paris. O método numérico implementado apresentou boa precisão para predizer a taxa de propagação de trincas quando comparado aos dados disponíveis na literatura para o material avaliado.Fracture mechanics has been widely consideredin the design of projects and the development of the maintenance plan for mechanicalcomponents. The goodprediction of failure influences the economic cost of the project directly, making it possible to be more assertive in determining the safe life in mechanical components in the presence of a crack.In this sense, several studies havebeendevoted to this subject in order toimprovethe prediction of failures.The objective of this work is to develop a numerical routine capable of estimating the life for fatigue crack growth. Additionally, experimental tests are employed todefine the mechanical properties of 7075 T6 aluminum as fracture toughness and Paris law and coefficients for crack growth.The fatigue crack growth test obtained experimentally is compared to the developednumerical integration method for a load ofconstant amplitude (). The obtained results were satisfactory, enabling to obtain reliable values for the Paris constants. The implemented numerical method showed good accuracy for predicting the crack propagation rate when compared to those data available in the literature

Otimização de transferência de calor em meio anisotrópico para PCI utilizando MEC

O principal objetivo deste trabalho consiste em controlar o fluxo térmico de uma placa de circuito impresso (PCI) de comportamento anisotrópico. O Método dos Elementos de Contorno (MEC) foi empregado para resolver a equação diferencial governante para problemas potenciais. O algoritmo genético (AG) foi utilizado como método de busca da solução ótima. Ao final são apresentados dois exemplos numéricos para demonstrar a viabilidade da metodologia proposta.The main objective this paper relies on controlling the thermal flux of a printed circuit board (PCB) with anisotropic behaviour. The Boundary Element Method (BEM) was used in order to solve the differential governing equation for potential problems. The Genetic Algorithm (GA) was used as method of search for the optimal solution. Finally two numerical examples are presented for demonstrating the feasibility of the proposed methodology

Estimating the effective elastic parameters of nodular cast iron from micro-tomographic imaging and multiscale finite elements : comparison between numerical and experimental results

Herein, we describe in detail a methodology to estimate the effective elastic parameters of nodular cast iron, using micro-tomography in conjunction with multiscale finite elements. We discuss the adjustment of the image acquisition parameters, address the issue of the representative-volume choice, and present a brief discussion on image segmentation. In addition, the finite-element computational implementation developed to estimate the effective elastic parameters from segmented microstructural images is described, indicating the corresponding computational costs. We applied the proposed methodology to a nodular cast iron, and estimated the graphite elastic parameters through a comparison between the numerical and experimental results

A novel to perform a thermoelastic analysis using digital image correlation and the boundary element method

This work aims for a novel thermoelastic analysis methodology based on experimental steady-state temperature data and numerical displacement evaluation. The temperature data was acquired using thermal imaging and used as the input for a boundary element method (BEM) routine to evaluate its consequent thermoelastic displacement. The thermoelastic contribution to the resultant displacement arises in the BEM formulation as a domain integral, which compromises the main benefits of the BEM. To avoid the necessity of domain discretization, the radial integration method (RIM) was applied to convert the thermoelastic domain integral into an equivalent boundary integral. Due to its mathematical development, the resultant formulation from RIM requires the temperature difference to be input as a function. The efficacy of the proposed methodology was verified based on experimental displacement fields obtained via digital image correlation (DIC) analysis. For this purpose, a CNC (computer numerical control) marker was developed to print the speckle pattern instead of preparing the specimen by using manual spray paint or using commercially available pre-painted adhesives. The good agreement observed in the comparison between the numerical and experimental displacements indicates the viability of the proposed methodology