Estudo numérico, implementação computacional e verificação experimental do fenômeno da fuga térmica em materiais viscoelásticos

• Main Author: Rodovalho, Luiz Fernando Ferreira
• Other Authors: Borges, Romes Antonio
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Uberlândia 2016
• Subjects: Autoaquecimento; Termoviscoelasticidade; Fuga térmica; Pré-carga estática; Materiais viscoelásticos; Simulação (Computadores); Viscoelastic materials; Self-heating; Thermoviscoelasticity; Thermal runaway; Static preload; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Online Access: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14968

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais === This work is dedicated to the development of a strategy for numerical-computational modeling and experimental verification of the self-heating phenomenon in viscoelastic materials with emphasis on the thermal runaway phenomenon taking into account the combined effects of dynamic loads and static preloads. The methodology of modeling by finite element allows us to consider the influence of frequency, temperature and static preload on the self-heating phenomenon of the linear viscoelastic materials. For this purpose, modifications are made that allow thermomechanical analysis of more complex viscoelastic structures, in addition the evaluation of introducing metal inserts in bulk material for reducing effects of self-heating. The validation of the proposed model and the identification of the physical parameters of thermal efficiency and heat transfer by natural convection, initially unknown, are obtained by comparison of the results of numerical simulations with the corresponding obtained through experimental tests for a specimen formed by a translational viscoelastic joint. The curve-fitting procedure is formulated as an inverse optimization problem through use of the Firefly Algorithm for minimizing the objective function defined as the square difference between the temperatures obtained from the simulations and the corresponding generated by the tests for each time instant. The accuracy and limitations of the model are evaluated by comparing the experimental and simulated temperature profile, allowing to verify the numerical evidence and the qualitative consistence of the results obtained with reported in the literature for the thermal runaway phenomenon for simple devices without effect preload. === Este trabalho é dedicado ao desenvolvimento de uma estratégia de modelagem numéricocomputacional e verificação experimental do fenômeno do autoaquecimento de materiais viscoelásticos com ênfase no fenômeno da fuga térmica levando-se em conta os efeitos combinados de cargas dinâmicas e pré-cargas estáticas. A metodologia de modelagem por elementos finitos permite considerar a influência da frequência, da temperatura e da pré-carga estática no fenômeno do autoaquecimento de materiais viscoelástico lineares. Para tanto, são feitas modificações que permitem a análise termomecânica de estruturas viscoelásticas mais complexas, além da avaliação da introdução de insertos metálicos no volume do material para a redução dos efeitos do autoaquecimento. A validação do modelo proposto e a identificação dos parâmetros físicos de rendimento térmico e de transferência de calor por convecção natural incialmente desconhecidos, são obtidos através da confrontação dos resultados das simulações numéricas com os correspondentes obtidos via ensaios experimentais para um corpo de prova formado por uma junta viscoelástica translacional. O procedimento de ajuste de curvas é formulado como um problema inverso de otimização via emprego da técnica Colônia de Vagalumes para a minimização da função objetivo definida como sendo a diferença quadrática entre as temperaturas obtidas das simulações e as correspondentes geradas pelos ensaios para cada instante de tempo. A precisão e as limitações do modelo são avaliadas pela comparação dos perfis simulados e experimentais de temperatura, possibilitando confirmar as evidências numéricas e a consistência qualitativa dos resultados obtidos com o reportado na literatura para o fenômeno da fuga térmica para dispositivos mais simples e sem o efeito da pré-carga. === Mestre em Engenharia Mecânica