ISEL - Eng. Mecan. - Dissertações de Mestrado
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Browsing ISEL - Eng. Mecan. - Dissertações de Mestrado by advisor "Anes, Vítor Manuel Rodrigues"
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- Análise do fator de intensidade de tensões em carregamentos multiaxiaisPublication . Diogo, Eduardo Nuno Campos Dias; Anes, Vítor Manuel RodriguesDe forma a evitar falhas estruturais, a integridade dos componentes é avaliada através de uma área de grande importância na engenharia: a Mecânica da Fratura. No fundo, trata de investigar a resistência á fratura dos materiais, tendo em conta, quando é necessário, o estudo da fadiga. Um dos parâmetros que torna possível caracterizar a resistência á fratura do material em estudo é o Fator de Intensidade de Tensão (𝐾). Uma das formas de avaliar a resistência á fratura de componente pelo Fator de Intensidade de Tensão é através de métodos computacionais, em softwares. No presente trabalho o principal objetivo passa por simular o comportamento mecânico de dois tipos de provetes, um provete CTS (Compact Tension Shear) e um provete Flexão em 3 Pontos (3 Point Bending), fabricados em distintas ligas de alumínio e um aço inoxidável, através de ensaios de tenacidade á fratura e de um ensaio á fadiga, no software ANSYS®, recorrendo á ferramenta dos elementos finitos para obtenção de resultados fiáveis e com erros baixos. Tendo as propriedades de cada material, foram modelados os provetes, de acordo com as normas ASTM E399-09, e retirados os valores de KI, KII, KIII e Keq. Desta forma, foram realizados 4 ensaios com valores distintos de cargas aplicadas, em Modo I + II, podendo-se fazer comparações de resultados e quais as condições de carregamento afetam mais os distintos materiais. Após resultados obtidos, foi feita uma comparação entre os resultados numéricos e os analíticos, avaliando-se qual o melhor critério para o cálculo de Keq. Por último, simulou-se o Keq em Modo I + III e calculou-se analiticamente também o valor máximo do momento torsor que o aço inoxidável aguenta antes que haja propagação instável da fenda, e posteriormente procedeu-se á dissecação da fórmula do critério de Richard para cálculo do Keq, fazendo uma explicação sobre como cada constante é inserida e utilizada.
- Análise do modo de falha de um motor diesel 1.9 TDIPublication . Mateus, João Miguel Ribeiro Restolho; Anes, Vítor Manuel Rodrigues; Galvão, Ivan Rodolfo Pereira Garcia deO estudo do modo de falha de componentes mecânicos tem particular interesse para as seguradoras e peritos em acidentes de viação. Na maior parte dos casos, são requisitados peritos por forma a identificar a origem de falhas mecânicas, explicar os seus mecanismos, de modo a estipular e a apurar responsabilidades, tentando evitar ou diminuir a taxa de ocorrência de falha nestes componentes altamente solicitados. As falhas de componentes mecânicos podem ter diferentes origens desde um projeto mecânico deficiente, defeito de fabrico ou material, má montagem de componentes ou mesmo má utilização e manutenção por parte do utilizador. Neste trabalho pretende-se estudar o modo de falha da cambota de um motor diesel 1.9 TDI. O estudo deste tipo de falhas tem suscitado interesse tanto por parte dos consumidores do ramo automóvel como parte das seguradoras e entidades de peritagem dos meios de transporte movidos a motores de combustão interna. As falhas na cambota geralmente têm custos de reparação bastante acrescidos, não esquecendo que o condutor pode facilmente ser induzido em despiste, podendo comprometer a perda total do mesmo. A metodologia utilizada para o desenvolvimento da dissertação consistirá numa revisão bibliográfica e estudo dos modos de falha nas cambotas em motores diesel, modelagem sólida da cambota proveniente do motor 1.9 TDI em software dedicado, simulação em elementos finitos de modo a poder identificar os locais da cambota com o coeficientes de segurança mais baixos, identificação do material constituinte da cambota e respetiva análise fractográfica de modo a poder identificar os locais de origem da fissura e suas respetivas orientações às quais depois serão correlacionadas às previsões dos modelos do plano critico. Devido ao interesse pessoal e à necessidade de evitar falhas semelhantes no futuro, está justificada a oportunidade de desenvolver a dissertação neste assunto a fim de apurar conclusões sobre o modo de falha da cambota estudada. Os resultados alcançados são claros sendo nítido que a cambota entrou em modo de falha devido à fadiga.
- Avaliação e gestão da fiabilidade em manutençãoPublication . Marco Antero Afonso dos, Santos; Anes, Vítor Manuel RodriguesA dinâmica mundial pressiona cada vez mais a implementação de políticas de manutenção adequadas que permitam uma rápida e organizada resposta às necessidades organizacionais. A escassez de recurso, as limitações dos recursos humanos, elevada procura e pouca capacidade de resposta, diferentes e variadas vias logísticas são fatores modernos que podem influenciar diretamente um processo de manutenção. A manutenção tem de conseguir dar resposta a todas estas adversidades mantendo os seus equipamentos operacionais e disponíveis por forma a manter a organização competitiva no ambiente onde esta inserido. Deste modo, é necessário utilizar ferramentas, métodos e filosofias de manutenção que permitam responder a todas as carências, através dos recursos existentes, de forma eficiente e eficaz. Assim, a Failure Reporting, Analysis and Corrective Action Systems (FRACAS) apresenta-se como uma metodologia moderna que responde, na prática, às necessidades de manutenção de uma dada organização. Esta, devido ao seu cariz prático apresenta limitações na sua utilização nomeadamente no setor operacional, de planeamento, coordenação e logístico. Assim, o presente trabalho tem como objetivo identificar as limitações que a metodologia FRACAS apresenta e desenvolver uma abordagem estruturada na avaliação e gestão da fiabilidade em manutenção. Neste âmbito, foi feito recurso à filosofia Reliability Centered Maintenance (RCM) e política de manutenção Condition Based Maintenance (CBM), que sustentam a base do desenvolvimento da gestão da manutenção e fiabilidade da metodologia. Foi realizada a demonstração da metodologia proposta com recurso as bases analíticas da gestão da manutenção e da fiabilidade. Ainda, foi feita, através de modelos numéricos, uma comparação teórica entre o desempenho da metodologia convencional e a metodologia proposta. Esta aplicação permitiu retirar, teoricamente, importantes ilações que permitem sustentar o modelo proposto, bem como, o incremento da eficiência e eficácia na gestão da fiabilidade.
- Caracterização do modo de fratura em punções numa ferramenta de estampagemPublication . Gomes, Nuno Miguel Jacinto; Anes, Vítor Manuel Rodrigues; Sousa, Paulo Alexandre Pereira deA transição energética levou a indústria automóvel a adotar novos tipos de aços denominados aços avançados de alta resistência (AHSS). Estes aços têm propriedades mecânicas superiores aos aços convencionais, proporcionando maior segurança e desempenho aos veículos. Para empresas como a Manuel da Conceição Graça (MCG), especializada em estampagem de componentes automóveis, surgem desafios significativos com estes aços novos. Trabalhar com esta matéria-prima requer ferramentas de gama alta e especializadas para a aplicação. A dissertação analisa a fratura prematura e aparentemente aleatória de um punção que se manifesta em duas áreas distintas. A primeira, na zona de fixação do punção, ocorre por o punção ficar preso na chapa devido ao retorno elástico, que provoca esforços de esmagamento no mesmo logo após o corte. O segundo tipo de fratura, mais complexo, desenvolve-se na face de corte da ferramenta e está associado a condições de operação que provocam no corpo do punção um estado de tensões não natural. Para compreender a natureza deste fenómeno, foram realizados ensaios mecânicos na chapa analisar a qualidade da mesma. Seguiram-se análises de fratografia que facilitou e auxiliou a compreensão da natureza da fratura, o local de iniciação e o modo de propagação. A análise de microdureza entre dois punções iguais, sendo que um fraturou e outro não foi utilizado, permitiu denotar diferenças na microdureza de um para outro. Foram analisadas ainda as ferramentas no chão de fábrica que permitiram retirar importantes conclusões. Além disso, foi utilizada a simulação numérica com o software LS-DYNA para compreender o problema e analisar o efeito que a solução aplicada tinha. A validação do material da chapa foi efetuada para garantir a precisão da simulação. A partir dos modelos de simulação, foi possível analisar e ajustar variáveis operacionais para entender os efeitos diretos e indiretos e, assim, procurar melhorias na estabilidade operacional do punção.
- A critical review on damage accumulation in multiaxial fatigue modelsPublication . Roque, Rui Manuel Resendes; Anes, Vítor Manuel RodriguesFracture and fatigue are common causes of failure in mechanical components of structures, needing a comprehensive understanding of the underlying physical mechanisms by mechanical design engineers. An area that requires further investigation is the impact of loading type on the fatigue strength of materials. Proportional and nonproportional loads lead to different fatigue lives, even when subjected to the same loading amplitudes. Even within proportional loads, the fatigue life can vary depending on the ratio between shear and normal stresses. Numerous models have been proposed in the literature to address these concerns, but a universally applicable model for estimating fatigue strength considering loading effects is yet to be developed. This dissertation presents a thorough literature review focusing on multiaxial fatigue, covering topics such as the phenomenological characterization of fatigue, critical plane models, cycle counting methods, fatigue damage monitoring and bibliographic data. During the review, a modified equivalent strain amplitude (MESA) model, raised pertinent questions that are addressed in subsequent chapters. A case study was conducted that utilizes multiaxial fatigue data of the high strength steel 42CrMo4, which was obtained from literature sources. The analysis was made to include plane orientations ranging from -90° to 90° while evaluating ten multiaxial loading paths. The research hypothesis aimed to evaluate the effectiveness of a proposed critical plane model in determining the crack initiation plane and estimating the fatigue life of variable amplitude loading paths, without relying on cycle counting methods. In order to simplify the demonstration of this method, alternative critical plane models were employed to assess their efficiency in determining these parameters. The obtained results revealed that the MESA critical plane model is indeed effective in successfully estimating fatigue life under multiaxial fatigue loading paths while others cannot without the use of additional cycle counting methods. Nevertheless, the MESA critical plane model exhibited unsatisfactory results when assessing the crack initiation plane in comparison to other critical plane models like SWT, Fatemi-Socie, Brown-Miller, and Liu. The estimations of these models for the crack initiation plane showed relatively strong consistency, except for the MESA model. Furthermore, a bibliographic analysis was included with the purpose of better illustrating the current state of the engineering field that researches multiaxial fatigue and damage accumulation approaches. A study on scientific papers published since the 2000’s until now is conducted by outlining the output and growth trend of said publications in the selected research areas, the most influential countries and journals and by establishing the connection between internationalization and multiaxial fatigue and damage accumulation. Findings regarding this analysis indicate a significant growth in the research field, with a substantial increase in the number of published documents each year. The People's Republic of China emerges as the leading contributor with 1434 publications across all the mentioned subjects, closely followed by the USA and Germany. Furthermore, it is noteworthy that nearly half of the countries worldwide are actively involved in researching these subjects, demonstrating a diverse range of nationalities contributing to the field. Interestingly, Portugal ranks among the top 15 countries in all selected keyword categories, highlighting its involvement and contribution in the research.
- Implementação de metodologias de melhoria contínua em processos produtivos industriais - caso de estudoPublication . Trindade, Rafaela José Costa; Anes, Vítor Manuel RodriguesEsta dissertação teve como objetivo a aplicação de metodologias Lean numa oficina de manutenção automóvel, com o intuito de melhorar processos e reduzir desperdícios. O estudo foi realizado na Carclasse Lisboa, onde se analisou o fluxo de trabalho e se identificaram oportunidades de melhoria. Através da observação direta e da análise de dados foi possível propor soluções baseadas em ferramentas Lean, tais como a gestão visual e padronização de processos. Com base na análise foram propostas várias melhorias, entre as quais o desenvolvimento de uma ferramenta de gestão de estacionamento, que visa melhorar a alocação das viaturas de acordo com o tipo de serviço e a duração das reparações. A ferramenta facilita a organização dos veículos, atribuindo lugares mais próximos ou distantes consoante a complexidade do trabalho, reduzindo assim o tempo de movimentação. Apesar de não ter sido possível implementar todas as soluções propostas durante o período do estudo, devido a um curto tempo para a aplicação das mesmas, as análises indicam um elevado potencial para a redução de desperdícios e a melhoria do desempenho operacional. O estudo também destaca os desafios de implementação em empresas com técnicos experientes, que podem resistir a mudanças nos processos estabelecidos. Conclui-se que a adoção de uma cultura de melhoria contínua e a implementação das metodologias Lean poderão trazer benefícios significativos às empresas, com impacto direto na produtividade e na satisfação dos clientes.
- Integridade estrutural de compósitos laminados em fibra de carbono sujeitos a diferentes taxas de desgaste e absorção de água : protótipo de máquina de testesPublication . Ganhão, Joaquim Filipe Carvalho; Anes, Vítor Manuel Rodrigues; Leite, Afonso Manuel da Costa de SousaDesde sempre no panorama do ciclismo de alta competição se fizeram todos os esforços para melhorar os resultados dos atletas. Grande parte destes trabalhos está no desenvolvimento das bicicletas e seus componentes. A empresa Morphis Composites que está em fase de desenvolvimento de carretos de desviador em fibra de carbono. Estando estes componentes em material compósito laminado expostos à atmosfera, poderá estar em causa a sua integridade estrutural pois sabe-se que irão absorver água por difusão e se vão desgastar de forma diferente de carretos de outros materiais. Tudo isto poderá levar ao aumento do seu atrito na transmissão, sendo que é necessária a criação de meios para a avaliação desta temática. No presente trabalho faz-se o projecto e construção de um protótipo para medição de atrito em transmissões de bicicleta. Inclui-se uma breve pesquisa bibliográfica sobre correntes de rolos industriais e de ciclismo, o seu funcionamento e mecanismos de atrito. Além disto fez-se também uma breve pesquisa sobre os efeitos da absorção de água na fibra de carbono. Para o dimensionamento do sistema de medição procuraram-se resultados de trabalhos similares de forma a aferir as grandezas a medir e a sensibilidade necessária. O protótipo deve medir a potência conduzida à transmissão para esta rodar em vazio a uma velocidade constante que foi fixada neste caso em 60 rpm, sendo que quanto mais baixa a potencia medida menor o atrito da transmissão. O sensor usado é uma roseta colada a +45 e -45 graus no veio que fornece movimento ao sistema. O sinal é retirado do veio em rotação através de um sistema de anéis deslizantes em bronze onde se usaram escovas de grafite e de filamentos de cobre. Após a construção do protótipo fez-se a calibração estática dos sistemas de medição com bons resultados de sensibilidade e repetibilidade. Estes resultados empíricos também foram comparados com os resultados teóricos não tendo havido discrepâncias relevantes, provando a qualidade das medições de binário obtidas pelos extensómetros. No entanto, devido ao ruído introduzido no sinal pelas escovas em movimento, não foi possível obter resultados de qualidade nos ensaios dinâmicos para a potência e atrito na transmissão em rotação com o presente protótipo. No final apresentam-se sugestões para melhoria em trabalhos futuros.
- Melhoria da priorização dos modos de falha no FMEAPublication . Miguel, André Filipe coelho; Anes, Vítor Manuel RodriguesAtualmente, a indústria depende muito da manutenção e por isso o cuidado que têm em conseguir fazer uma melhor gestão e controlo dos seus ativos é de extrema importância. Para conseguir minimizar a frequência da manutenção nos equipamentos, sistemas ou mesmo em serviços, as empresas acabam por investir na fase inicial do projeto antes mesmo do produto existir, o que possibilita a otimização dos seus produtos tornando conseguindo obter uma maior fiabilidade. Na análise inicial do projeto quanto na fase em que um processo ou equipamento já esteja em funcionamento, é possível fazer uma análise de modo a conseguir ter um controlo maior da situação o que permite ter um maior controlo da manutenção e por isso um controlo do seu orçamento. Para fazer a análise, são necessárias técnicas como é o caso da Análise de Modos de Falha e Efeitos (FMEA) algo que já é amplamente usado na indústria, já que é uma ferramenta que ajuda a descobrir modos de falha e a conseguir priorizá-los. Este método, apesar de tudo, apresenta inúmeras limitações, desde o facto de que dentro de uma mesma equipa haver diferente opiniões, até na própria fórmula do Risk Priority Number , o que pode causar uma análise que não seja a mais correta. Neste trabalho, é proposto fazer uma melhoria do Risk Priority Number, criando um método que consiga ser capaz de superar as limitações que este apresenta, e para isso usar diferentes ferramentas como é o caso do fuzzy logic
- Modelação do conflito qualidade vs. produtividade segundo uma abordagem Lean Thinking: estudo de casoPublication . Gonçalves, Mafalda Sofia Pereira; Anes, Vítor Manuel RodriguesOver the years, the market has become increasingly competitive due to the diversification and specialization of products and services, so that companies are constantly engaged in improving their quality and productivity in relation to their needs and the changes in the market. Increasing technological development allows greater publicity of products and services, which makes it easier for customers to evaluate and compare them. The objective of this dissertation is to study the impact of quality and productivity on the technical support of the Customer Relationship Management (CRM) department and the technical department, following the approach of lean thinking. In this way, the fundamental concepts and tools to achieve this goal are addressed, namely the concepts of quality and productivity. With the use of some lean tools, namely the Pareto diagram, the Ishikawa diagram, the 5 whys and 5W2H, it was possible to identify the main problems that affect quality and productivity in the technical assistance service and how to act to improve and solve these problems. The main problems identified in the support of the Customer Relationship Management (CRM) department are related to the lack of screening questions in the Activewhere program for all types of machines, the lack of human resources and specialized personnel for support in this department, and a lack of training for different types and models of machines. The main problems identified in the assistance of the technical department are related to the lack of testing of machines and incorrect survey of them due to the lack of sufficient human resources and the pressure exerted on the technicians which makes their work not done correctly. The Customer Relationship Management (CRM) department requires the necessary technical training to assist customers in solving simple technical problems, but since the technical officer doesn’t have enough time due to a human resources failure in the technical department, customer managers end up not having the necessary training. This culminates in an increase in assistance provided by street technicians and increased pressure on them to resolve the malfunctions more quickly. If the more pressure, they do not have much time to spend on troubleshooting machines and end up exchanging most of the damaged machines for other functional accumulation of damaged machines in the warehouse. The improvement proposals that can be implemented to solve the problems set out above include updating the Activewhere system, training and sensitizing all employees of both departments and raising customer awareness of the correct use of water machines.
- Otimização da produção com base na simulação: estudo de casoPublication . Matias, Rui Miguel Gaspar; Anes, Vítor Manuel RodriguesA indústria mundial, contaminada pelas constantes inovações tecnológicas e científicas, tem sofrido ao longo dos tempos transformações, evoluções e revoluções. Esta constante mutação dá-se em resposta às necessidades, cada vez mais exigentes, da sociedade, que despoletam um aumento dos padrões e da exigência das organizações e alimentam o engenho e a arte. Perante este fenómeno desafiante e competitivo torna-se necessária a procura continua da melhoria de processos. O presente trabalho procura estudar e aperfeiçoar um sistema produtivo de uma indústria metalomecânica através da simulação de eventos discretos. Primeiramente introduz-se e contextualiza-se o ambiente industrial observado, criando bases para o seu estudo e avaliação. É dedicada uma secção à construção de uma Process Failure Modes and Effects Analysis (PFMEA), evidenciando a importância da identificação e caracterização de anomalias e desafios nas organizações, no processo de alcançar soluções e melhorias. Em resposta ao desafios identificados construíram-se 9 propostas de melhoria que, através de metodologias variadas, incidiram sobre os temas da saúde e segurança no trabalho, qualidade, gestão organizacional e produtividade. Nesta sequência foram desenvolvidos e simulados modelos em ARENA, que validaram hipóteses de modelos analíticos de balanceamento de linhas e aumentara a eficiência dos processos. Na fundamentação de propostas de melhoria foram ainda apresentados dois exercícios teóricos de apoio à decisão. Um primeiro que explora a hipótese de implementação de um método de gestão de fluxos de trabalho, kanban, e um segundo no âmbito de estudos de viabilidade económica e financeira associados à aquisição de novos equipamentos.