Laboratórios de Engenharia Mecânica

EM ANDAMENTO

• 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).

• ​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).

• 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

• 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.

• 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).

• 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).

• 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).

• 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).

• 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.