Laboratórios de Engenharia Mecânica

EM ANDAMENTO

• 2023-Atual: Metodologia para análise e simulação de juntas coladas fabricadas em material compósito
  • Estruturas avançadas requerem materiais que possam fornecer alta resistência à tração, módulo de elasticidade, juntamente com boa capacidade de carga. Vários adesivos estruturais conferem boa resistência a juntas feitas de diferentes materiais. As aplicações de adesivos estruturais variam de eletrodomésticos a navios e aeronaves, além das áreas médica e odontológica. No entanto, cuidados especiais devem ser direcionados estruturas que possuem defeitos na região da colagem, pois estas são mais suscetíveis a falharem sob carregamentos menores que o projetado devido a problemas de fabricação e concentradores de tensão. Dessa forma, buscar-se-á desenvolver uma  metodologia para análise e simulação de juntas em material compósito utilizando dados experimentais e modelos computacionais. Para isso as análises serão realizadas utilizando o software AbaqusTM, no qual modelos em elementos finitos serão analisados utilizando Modelo de Zona Coesiva (CZM). Além disso, o projeto abordará a identificação das variáveis mais influentes nas respostas da resistência ao fraturamento, sendo utilizada a Taxa de Liberação de Energia Crítica. Através do treinamento e simulação, busca-se desenvolver envelopes que representam o estado do componente e auxiliar no projeto destes componentes. Para atingir este objetivo, utilizar-se-á o método CBBM, juntamente com a o metamodelo kriging para gerar modelos aproximados que representem o estado de estrutura, e possibilitar a identificação da fratura. Para determinar os pontos iniciais que serão utilizados na geração do metamodelo, será utilizada a técnica do Hipercubo Latino, com o intuito de que os pontos fiquem igualmente espaçados e representem o espaço amostral da melhor forma possível. Após a geração do metamodelo, será aplicado o otimizador global EGO para definir novos pontos a serem adicionados ao conjunto de dados utilizados pelo metamodelo, e assim, otimizar a superfície de resposta até que uma tolerância estipulada seja atingida. Por fim, será verificado as potencialidades e limitações da metodologia no contexto de projeto de juntas coladas (BOLSA DE PRODUTIVIDADE EM PESQUISA - PQ - TERMO DE OUTORGA 304795/2022-4).

• 2023-Atual: ​Desenvolvimento e aplicação de métodos numéricos a problemas do contínuo
  • Problemas atuais em engenharia mecânica são bastante complexos, necessitando do auxílio de ferramentas de simulação para a sua solução. O grupo de pesquisa "Desenvolvimento e aplicação de métodos numéricos a problemas do contínuo" trata justamente das bases teóricas e práticas para a integração de ferramentas numéricas para a solução de uma classe bem ampla de problemas, abrangendo as áreas de projeto, térmica e de fabricação. (Chamada Pública FAPESC N 48/2022 - APOIO À INFRAESTRUTURA PARA GRUPOS DE PESQUISA DA UDESC Termo de outorga: FAPESC 2023TR000563 - Processo N: FAPESC 781/2023).

• 2022-Atual: Modelagem Computacional e Experimental de Estruturas de Material Compósito
  • Com os avanços tecnológicos na área da engenharia, cada vez mais ocorre a demanda por componentes com propriedades especificas, sendo necessária a combinação de diferentes tipos de materiais. Nesse contexto surgem os materiais compósitos, resultando na combinação dessas características. O uso de materiais compósitos tem intensificado nas últimas décadas, nos ramos automotivo, aeronáutico, construção civil, ferroviário, pois eles apresentam uma ampla gama de combinações entre seus constituintes, capazes de produzirem materiais com propriedades únicas, adequando-se às especificidades de cada projeto. Para garantir a qualidade, segurança e a vida útil de componentes fabricados com esses materiais é necessária a busca por ferramentas/metodologias capazes de projetar, analisar, fabricar e monitorar e detectar defeitos/danos, visto que, elevados valores monetários são investidos nos projetos. Diante disso, o presente projeto de pesquisa via desenvolver subsídios para o projeto e a análise de estruturas de material compósito. Assim, serão desenvolvidas metodologias para o cálculo das propriedades efetivas de material compósito, análise dos modos de falha, modelos de dano progressivo e considerações sobre as incertezas envolvidas no processo de fabricação/vida da estrutura. Para isso, analises computacional e testes experimental serão conduzidos para caracterizar e prever o comportamento estático e dinâmico de estruturas sem/com dano. Com isso, buscar-se-á avaliar as potencialidades e limitações das ferramentas/metodologias a serem utilizadas em estruturas de material compósito. Por fim, todas as contribuições, que frutificarem dos estudos supracitados, são extremamente estratégicas para o desenvolvimento científico e tecnológico do Estado de Santa Catarina e do Brasil.

FINALIZADOS

• 2023-2024: ​Metodologia para minimização de vibração/ruído de compressores de pistão
  • Apresentar e aplicar uma metodologia para a análise de projetos e minimização de vibrações/ruídos de um compressor de pistão, bem como avaliar as potencialidades da aplicação dessa metodologia para outros componentes e/ou itens estruturais desenvolvidos pela SCHULZ. Extrato de Acordo de Parceria, n interno: 059/2023, celebrado entre a UDESC e a Schulz Compressores Ltda. SGP-e UDESC 00041206/2023. DIÁRIO OFICIAL - SC - N 22144 - 16.11.2023.

• 2023-2024: Desenvolvimento de um sistema de Condition Monitoring para máquinas CNC
  • Máquina CNC, abreviação para Comando Numérico Computadorizado, recebe esse nome devido à sua operação ser controlada por um computador. O termo "CNC" deriva de suas origens, nas quais os comandos eram inicialmente dispostos de forma numérica em sequências muitas vezes simples e de difícil modificação. Essa máquina é, em essência, uma evolução do torno convencional, mantendo suas partes fundamentais, e ainda hoje é possível encontrar máquinas universais tradicionais que podem ser equipadas com sistemas CNC. No entanto, a estrutura e o layout do torno foram aprimorados e adaptados para aperfeiçoar seu desempenho com a incorporação do CNC. Atualmente, um torno CNC mantém características básicas semelhantes às de um torno convencional, mas seu design é cuidadosamente planejado para operar de forma automatizada e precisa, aproveitando ao máximo as capacidades computacionais para otimizar sua operação.O presente projeto representa um esforço significativo no âmbito do desenvolvimento de simulações computacionais utilizando o método dos elementos finitos, com o objetivo principal de antecipar e compreender os comportamentos associados às vibrações mecânicas no centro de usinagem Romi D800. Este projeto é composto por três fases essenciais, cada uma desempenhando um papel crucial no alcance dos resultados desejados. A primeira etapa envolve o desenvolvimento de um modelo computacional que se destina a representar com precisão o comportamento dinâmico da máquina. Essa representação é alcançada por meio de simulações que incorporam uma ampla gama de variáveis e fatores. A segunda fase assume a forma de uma análise computacional modal. Nesse estágio, a meta é determinar as características dinâmicas intrínsecas à estrutura da máquina e, simultaneamente, identificar os pontos estratégicos para a instalação de sensores. Essa informação é crucial, pois orienta a implementação de sistemas de monitoramento em máquinas CNC, contribuindo significativamente para a manutenção preditiva e a otimização do desempenho. A terceira fase visa desenvolver modelos computacionais para análise de impacto. Aqui, o foco está em compreender as características dinâmicas após um evento de dano à estrutura da máquina. Isso nos permite avaliar os efeitos desses danos e a resposta da máquina a situações de impacto, proporcionando informações valiosas para a manutenção preventiva e para a tomada de decisões em situações críticas. Com base neste cenário, torna-se extremamente estratégico dominar a tecnologia de como modelar e analisar estruturas/componentes visando o monitoramento de dano. Para tal, o presente projeto será realizado dentro de um contexto de PBL (Project-Based Learning), onde engenheiros do SENAI terão a oportunidade de aprender uma metodologia para análise dinâmica de virações em componentes/estruturas. Acordo de Cooperação Técnico-Científica n interno: 062/2023, celebrado entre a UDESC e o SENAI. SGP-e UDESC 00040698/2023 - DIÁRIO OFICIAL - SC - N 22152 - 28.11.2023.

• 2022-2022: Análise do comportamento mecânico de juntas coladas de material compósito
  • Estágio de curta duração no Unidade de Processos Avançados de Ligação (UPAL) do Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial (INEGI) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) por meio do projeto "Análise do comportamento mecânico de juntas coladas de material compósito". EDITAL 05/2022 - PROINT-CCT/UDESC.

• 2021-2023: Desenvolvimento e Aplicação de Métodos Numéricos a Problemas do Contínuo
  • O grupo de pesquisa desenvolve atividades na área de simulação numérica de problemas de engenharia utilizando, principalmente os métodos de elementos finitos, volumes finitos, diferenças finitas, elementos de contorno e Green local. Diversos trabalhos têm sido desenvolvidos, dentre os quais destacam-se aqueles nas áreas de: análise do material constitutivo, plasticidade computacional, conformação mecânica (forjamento, usinagem e corte de chapas), otimização (dimensional, de forma e topológica), fratura dúctil (critérios de predição), acoplamento termo mecânico (termo elasticidade e grandes deformações), injeção de polímeros e escoamento e troca de calor em cavidades. (Chamada Pública FAPESC n 27/2020 - Apoio à Infraestrutura para Grupos de Pesquisa da UDESC - Termo de outorga: FAPESC 2021TR843 - Processo N: FAPESC1372/2021).

• 2019-2021: Desenvolvimento e Aplicação de Métodos Numéricos a Problemas do Contínuo
  • O grupo de pesquisa desenvolve atividades na área de simulação numérica de problemas de engenharia utilizando, principalmente os métodos de elementos finitos, volumes finitos, diferenças finitas, elementos de contorno e Green local. Diversos trabalhos têm sido desenvolvidos, dentre os quais destacam-se aqueles nas áreas de: análise do material constitutivo, plasticidade computacional, conformação mecânica (forjamento, usinagem e corte de chapas), otimização (dimensional, de forma e topológica), fratura dúctil (critérios de predição), acoplamento termo mecânico (termo elasticidade e grandes deformações), injeção de polímeros e escoamento e troca de calor em cavidades. (Chamada Pública FAPESC Nº04/2018 - APOIO À INFRAESTRUTURA PARA GRUPOS DE PESQUISA DA UDESC Termo de outorga: FAPESC 2019TR779 - Processo Nº: FAPESC917/2019).
• 2017-2020: Modelagem multiescala de estruturas fabricadas em materiais compósitos: Uma abordagem baseada em mecanismos reais de danificação e falha
  • Na Área de Estruturas Aeronáuticas, um dos grandes desafios atualmente é a realização de análises precisas que simulem nucleação e evolução de dano em materiais compósitos, bem como falha desses materiais. Embora diversos modelos existam para esses materiais, que estão sendo estudados desde a década de 1950, a maior parte dos modelos não produz resultados aceitáveis para projetos detalhados, muitas vezes os mesmos sub ou superestimam as tensões necessárias para a danificação e falha desses materiais, especialmente em se tratando de estruturas sob flexão ou impacto de baixa energia. Um dos motivos para isso se dá pela maior parte dos modelos utilizados serem fenomenológicos ou semi-empíricos, ajustando curvas ou superfícies de falha a ensaios experimentais. Essa abordagem negligencia o fato de materiais compósitos, por sua anisotropia e heterogeneidade, apresentarem múltiplos mecanismos físicos de danificação e falha, que ocorrem simultaneamente em diversas escalas nas diferentes fases do material (matriz, reforços e/ou interface). Uma possível solução para esse problema é a utilização de modelos baseados em análises multiescala e nos mecanismos reais de danificação e falha, modelados através de relações conhecidas da Mecânica do Dano. Diante desse cenário, o principal objetivo deste projeto consiste no estudo e desenvolvimento de modelos de dano multiescala aplicáveis a estruturas fabricadas em materiais compósitos. Para o desenvolvimento desses modelos será necessário: identificar, estudar, adaptar e implementar modelos pré-existentes da literatura, bem como desenvolver novas formulações de dano, e também implementa-las. Para atingir as metas do projeto, será utilizada uma metodologia de pesquisa baseada em separar o problema nos carregamentos aplicados sobre a estrutura em material compósito: (1) Carregamentos puramente de tração ou flexão; (2) Carregamentos combinados de flexo-tração e flexo-compressão, bem como carregamentos multiaxiais e (3) Carregamentos de impacto de baixa energia. Os modelos desenvolvidos serão implementados junto ao pacote de elementos finitos Abaqus utilizando suas ferramentas de rotinas de usuário em Fortran User Element (UEL) e/ou User Material (UMAT), bem como códigos de modelagem automatizada em linguagem Python. Após a implementação dos modelos, resultados de simulações de ensaios de tração, flexão 3-pontos, flexão 4-pontos, endentação e/ou impacto de baixa energia serão comparados com resultados experimentais e/ou provenientes da literatura. Portanto, este projeto irá contribuir para o desenvolvimento e refinamento de métodos de previsão de dano em estruturas fabricadas em material compósito (Chamada CNPq N º 12/2016 - Bolsas de Produtividade em Pesquisa - PQ).

• 2017-2020: Detecção de dano em estruturas de material compósito via método baseado em vibrações
  • Os materiais compósitos combinam uma grande resistência e rigidez, com uma densidade relativamente baixa. Estes materiais podem, no entanto, exibir complexos tipos de dano, como fissuras transversais e delaminações. Estes cenários de danos podem influenciar severamente o desempenho de um componente estrutural. Assim, inspeções periódicas são necessárias para garantir a integridade de um componente durante a sua vida. Os métodos de controle atuais são frequentemente demorados, dispendiosos e exigem que os componentes possam ser facilmente acessíveis. Por outro lado, um sistema de monitoramento da integridade estrutural (SHM Structural Health Monitoring) instalado na estrutura fabricada em material compósito inteligente não somente pode garantir maior segurança e confiabilidade, mas também substituir o plano de manutenção tradicional, reduzindo os custos e prevenindo manutenções desnecessárias. Tal sistema deve informar em tempo real, durante a vida da estrutura, um diagnóstico do estado e a condição da mesma, que deve estar de acordo com o especificado pelo projeto estrutural inicial. Diante desse cenário, o objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de estudos teóricos e experimentais sobre a identificação de dano em estruturas de material compósito, intactas e danificadas, auxiliado por um sistema SHM, através do método baseado em vibrações. Portanto, métodos baseados em vibrações são aplicados com o objetivo de identificar a ocorrência ou não de dano na estrutura. O primeiro passo é a identificação das frequências naturais a partir da medição das Funções de Resposta em Frequência (FRFs) das estruturas intacta e danificada. Os resultados serão analisados por meio de diferentes métricas, sendo estas comparadas em termos de sua capacidade de identificação de danos na estrutura. Por fim, buscar-se-á determinar as vantagens e limitações da utilização de métodos baseados em vibrações no contexto de SHM. Ademais, vale ressaltar que modelos e soluções já vêm sendo investigados pelo proponente desde 2012 em colaboração com o Grupo de Pesquisas da Escola de Engenharia de São Carlos/Universidade de São Paulo, coordenado pelo Prof. Volnei Tita, Universidade de Havana, coordenado pelo Prof. Reinaldo Rodriguez-Ramos, Katholieke Universiteit Leuven, coordenado pelo Prof. Dirk Vandepitte e Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto coordenado pelos Prof. Rui Miranda Guedes e Prof. Mario Vaz. Sendo que vários trabalhos já foram apresentados em conferências nacionais/internacionais, bem como artigos foram publicados em revistas indexadas. Portanto, a pertinência da execução do presente projeto junto ao Grupo de Estruturas e Vibrações (GEV) da UDESC/CCT é plenamente caracterizada, pois frutificará em novos modelos e novas soluções para sistemas SHM. Por fim, todas as contribuições, que frutificarem dos estudos supracitados, são extremamente estratégicas para o desenvolvimento científico e tecnológico do Estado de Santa Catarina e do Brasil. (Projeto aprovado na chamada pública FAPESC Nº 06/2016 - APOIO A INFRAESTRUTURA DE CTI PARA JOVENS PESQUISADORES - PPP - TERMO DE OUTORGA Nº: 2017TR1747 - PROCESSO Nº: FAPESC 1697/2017).

• 2017-2019: Desenvolvimento e Aplicação de Métodos Numéricos a Problemas do Contínuo
  • O grupo de pesquisa desenvolve atividades na área de simulação numérica de problemas de engenharia utilizando, principalmente os métodos de elementos finitos, volumes finitos, diferenças finitas, elementos de contorno e Green local. Diversos trabalhos tem sido desenvolvidos, dentre os quais destacam-se aqueles nas áreas de: análise do material constitutivo, plasticidade computacional, conformação mecânica (forjamento, usinagem e corte de chapas), otimização (dimensional, de forma e topológica), fratura dúctil (critérios de predição), acoplamento termomecânico (termoelasticidade e grandes deformações), injeção de polímeros e escoamento e troca de calor em cavidades. (Chamada Pública FAPESC Nº 01/2016 - PÚBLICA FAPESC Nº01/2016 APOIO À INFRAESTRUTURA PARA GRUPOS DE PESQUISA DA UDESC Termo de outorga: 2017TR784).

• 2016-2022: Contribuição ao estudo do monitoramento da integridade estrutural de estruturas em material compósito
  • Os materiais compósitos combinam uma grande resistência e rigidez, com uma densidade relativamente baixa. Estes materiais podem, no entanto, exibir complexos tipos de dano, como fissuras transversais e delaminações. Estes cenários de danos podem influenciar severamente o desempenho de um componente estrutural. Assim, inspeções periódicas são necessárias para garantir a integridade de um componente durante a sua vida. Os métodos de controle atuais são frequentemente demorados, dispendiosos e exigem que os componentes possam ser facilmente acessíveis. Portanto, o presente projeto de pesquisa tem como um dos objetivos principais o desenvolvimento de modelos inovadores para a previsão da integridade estrutural de estruturas fabricadas em material compósito. Para isso, primeiramente são desenvolvimento modelos para calcular as propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras estruturais, ou seja, fibras de vidro ou carbono, considerando contato perfeito ou não entre as fibras e a matriz polimérica. Num segundo momento, buscar-se-á determinar as propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras piezelétricas, novamente, considerando contato perfeito ou não entre as fibras e a matriz polimérica. Vale ressaltar que com as análises buscar-se-á determinar as propriedades efetivas estáticas e dinâmicas da estrutura. Por outro lado, um sistema SHM (Structural Health Monitoring) instalado na estrutura fabricada em material compósito inteligente não somente pode garantir maior segurança e confiabilidade, mas também substituir o plano de manutenção tradicional, reduzindo os custos e prevenindo manutenções desnecessárias. Tal sistema deve informar em tempo real, durante a vida da estrutura, um diagnóstico do estado e a condição da mesma, que deve estar de acordo com o especificado pelo projeto estrutural inicial. Diante desse cenário, o principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de estudos teóricos e experimentais sobre a resistência residual de estruturas de compósito intactas e danificadas, auxiliado por um sistema SHM, que combina diferentes métodos. Para isso, é necessário: identificar, localizar danos, bem como determinar a severidade dos danos e estimar a resistência residual da estrutura.