Marcelo Leite Ribeiro.

Professor coordenador da equipe de aerodesign da Escola de Engenharia de São Carlos

The primary objectives of FiBraS encompass the transfer of knowledge, the establishment of a solid long-distance learning system, streamlined communication methods, and enhanced training for students to align with global labour market demands. Knowledge transfer initiatives will fuel research and teaching development efforts, facilitated by collaborative projects, development centres, and the implementation of a long-distance study framework. These endeavours aim to modernise the educational landscape, bridge the theory-to-practice gap, and address global engineering business requirements effectively.

Este projeto busca identificar rotas de mitigação do desgaste nas Bocas de Sino, avaliando, inclusive, o uso de revestimentos inovadores e a otimização de ferramentas especializadas. O desenvolvimento de modelos numéricos e a aplicação de técnicas avançadas de simulação fazem parte das estratégias de pesquisa que serão empregadas para melhor compreender os fatores de desgaste e criar soluções mais eficazes. Será realizada uma avaliação abrangente da incidência de problemas de abrasão observados nas bocas de sino, um desenvolvimento de modelos numéricos e a aplicação de técnicas de simulação para a compreensão dos fatores de desgaste e propor soluções eficazes. Os benefícios futuros do projeto incluem a redução significativa dos custos operacionais e de manutenção, prolongando a vida útil das Bocas de Sino e minimizando a necessidade de substituições frequentes. Além disso, a melhoria na proteção contra corrosão e abrasão reduzirá paradas não planejadas, aumentando a eficiência das operações. Esses avanços também ajudarão a diminuir o impacto ambiental e a melhorar a segurança nas operações em águas profundas, promovendo uma exploração mais sustentável e confiável.

A exploração de petróleo e gás em águas profundas exige tecnologia avançada, especialmente para os risers, que conectam o fundo do mar às unidades de produção. Esses risers enfrentam desafios mecânicos, ambientais e geográficos, podendo resultar em falhas graves. Tais problemas geram prejuízos financeiros, interrupções na produção e representam ameaças ao meio ambiente e à segurança humana. Portanto, a prevenção de falhas é crucial. Este projeto visa investigar a eficácia da proteção catódica em bocas de sino para aplicação em futuros projetos. Também serão incluídas sugestões para aprimorar a eficiência, quando relevante, com foco na proteção da superfície interna da boca de sino que está em contato com o capacete. Essa análise utilizará simulações computacionais e experimentos eletroquímicos em laboratório e bancadas customizadaspara o projeto. Será realizada uma avaliação abrangente da incidência de problemas de corrosão observados nas bocas de sino modelo BSN300, utilizando simulações numéricas e análises laboratoriais para verificar a eficácia da proteção catódica e os fatores contribuintes no processo corrosivo (materiais/geometria), dentro do prazo de 24 meses. Ao final dos estudos pretende-se ter um melhor entendimento das falhas por tribocorrosão, permitindo soluções mais eficazes para reduzir o desgaste nas bocas de sino. Isso prolongará a vida útil, diminuirá paradas não planejadas e custos de manutenção, além de aumentar a segurança e a eficiência nas operações em águas profundas.

O processo de danificação e falha em materiais compósitos constitui em um problema complexo devido aos diversos modos de falha agindo e interagindo dentro do material. Diversos modelos de dano e falha já foram propostos na literatura, porém esse ainda é um problema em aberto devido à natureza desse tipo de material. Adicionalmente é bastante conhecido que o processo de fabricação influi de maneira significativa no desempenho dos materiais compósitos, sendo que um dos parâmetros mais importantes a ser controlado é a quantidade de vazios que resultam de determinado processo de fabricação, entre esses processos de fabricação pode-se citar o de impressão de materiais compósitos. Adicionalmente, é raro na literatura encontrar modelos de dano e falha de materiais compósitos onde são considerados os vazios advindos do processo de fabricação. Portanto, o presente projeto de pesquisa visa investigar a influência dos vazios no processo de danificação e falha de materiais compósitos e propor um novo modelo de dano e falha para materiais compósitos considerando a influência dos vazios advindos de processos impressão 3D.

Este projeto de pesquisa tem por objetivo desenvolver um pacote contendo soluções experimentais, numéricas e rotinas de otimização de estruturas cilíndricas com rigidez variável (RV) fabricadas por enrolamento filamentar (EF) (do inglês, filament winding). É conhecido que peças axissimétricas fabricadas pelo processo de EF tradicional possuem excelentes propriedades mecânicas. No entanto, a baixa resistência na direção da espessura em estruturas laminadas as torna suscetíveis a danos por impacto. Modificações no processo tradicional de EF visando um processo de fabricação avançado serão realizadas a fim de possibilitar a obtenção de cilindros em compósito com RV, para aumentar o leque de opções construtivas e assim facilitar o desenvolvimento de estruturas otimizadas. Serão realizados ensaios de resistência residual após impacto, tais como compressão axial e/ou radial para analisar o comportamento mecânico dos cilindros. Para realizar a otimização dessas estruturas, serão desenvolvidos modelos por elementos finitos para prever a falha e o dano progressivo dos materiais, bem como a integração com algoritmos de otimização. Protótipos de cilindros em compósito otimizados serão fabricados e avaliados experimentalmente a fim de validar os resultados obtidos. Espera-se ter, através do processo de fabricação avançado, cilindros compósitos com rigidez e peso otimizados em comparação a cilindros fabricados tradicionalmente pelo processo de EF. Além disso, espera-se que a metodologia desenvolvida possa ser empregada em escala industrial e que empresas interessadas sejam beneficiadas pelos resultados obtidos e disseminados pelo projeto.

Este projeto de pesquisa tem como objetivo principal dar continuidade ao desenvolvimento de uma metodologia para prever, com precisão, o comportamento mecânico de estrutura em polímeros biodegradáveis a longo prazo. Esta metodologia será uma ferramenta fundamental para o projeto de dispositivos biodegradáveis com vista, inicialmente, em aplicações médicas na engenharia de tecidos, embora possa servir para outras aplicações de engenharia segundo uma filosofia de ecodesign. Tais metolologias são justificadas, pois na fase de desenvolvimento de projeto de um dado produto biodegradável busca-se ajustar adequadamente a velocidade de degradação e as propriedades mecânicas, selecionando ou combinando diferentes polímeros biodegradáveis e variando a geometria da estrutura de forma a dar resposta aos requisitos funcionais. Diante deste contexto, neste projeto de pesquisa, o objetivo principal é o desenvolvimento de metodologias capazes de simular o comportamento mecânico de dispositivos em polímeros biodegradáveis, durante os vários estágios de degradação. Assim, a aproximação iterativa à solução ótima pode ser feita computacionalmente, através de modelos de material a serem implementados num programa comercial de elementos finitos, como o ABAQUS. Para cumprir o objetivo essencial do projeto serão combinados modelos da cinética da hidrólise com modelos constitutivos do comportamento mecânico dos materiais. Neste projeto, pretende-se estender para modelos constitutivos viscoplásticos, a abordagem anteriormente usada, uma vez que a estrutura temporária ao desempenhar a sua função estará sujeita a cargas dinâmicas ou estáticas, em muitos casos superiores ao limite de escoamento. Assim, este projeto de pesquisa visa criar conhecimento fundamental que irá alicerçar o desenvolvimento de produtos em polímeros biodegradáveis, especialmente nos segmentos de mercado de dispositivos médicos para engenharia de tecidos. Tanto ao nível da geração de conceitos, seleção de materiais, dimensionamento estrutural e validação. Com base na literatura investigada é conhecida a dificuldade em se realizar um dimensionamento apropriado de estruturas biodegradáveis uma vez que não existem procedimentos para prever a evolução do dano, e consequentemente, do comportamento mecânico em longo prazo de estruturas em polímeros biodegradáveis. Atualmente, não existe nenhum grupo de pesquisa, no Brasil ou no exterior, capaz de projetar estruturas em polímeros biodegradáveis com base numa metodologia analítica e/ou numérica, garantindo a confiabilidade dos mesmos, ou seja, prevendo corretamente a resposta em longo prazo aos requisitos e funções mecânicas estabelecidas para o ciclo de vida. Assim, este projeto terá um impacto muito significativo no desenvolvimento de produtos biodegradáveis de elevada qualidade, levando a inovações que reduzem a dificuldade e o tempo de projeto. Além disso, a aplicação prática desta ferramenta de projeto dá resposta a uma necessidade atual do mercado de dispositivos biomédicos. Por outro lado, a metodologia a desenvolver pode ser utilizada no desenvolvimento de outras aplicações de estruturas biodegradáveis inovadoras e amigas do ambiente. Diante do que foi supracitado, justifica-se assim, o desenvolvimento de projetos que abordem o estudo de metodologias para simular o comportamento mecânico a longo prazo de estruturas em polímeros biodegradáveis. Sendo que dentro do referido estudo, ressalta-se, especificamente, a importância de se quantificar a evolução do comportamento viscoplástico dos polímeros biodegradáveis. Portanto, é neste sentido que o presente projeto de pesquisa irá contribuir, visando dar continuidade às pesquisas desenvolvidas pelo presente proponente.

The project is supported by Structural Fund managed by the Portuguese program Portugal 2020.
Inpactus, to be developed by the Consortium, aims to develop new solutions, such as cellulosic pulps with innovative features, new paper products with different specificities and functions, tissue paper with innovative properties, new bioproducts, biofuels and other materials obtained from the deconstruction and conversion of forest biomass and by-products from the pulp industry. This Project responds to challenges in the areas of Pulp, Paper and Tissue business and in the emerging area of Bio-refineries and Bioproducts.
This Project aims to become an exemplary success story of University-Company cooperation, through the creation of a true Center of Excellence, multipolar and delocalized, in the area of knowledge and innovation, from eucalyptus. It is structured in activities that will be developed over a period of 4 years, involving an investment of up to ? 14,6 million (including 13.3 M? investment from European Structural Funds), a global team of the various promoters of around 180 people (including PhD researchers, research fellows, industrial engineers and transversal areas of the company, coordinators, etc?) laboratory equipment, raw materials and consumables, acquisition of consulting services and technical-scientific assistance. The execution of this plan, together with a strategy of valorization and dissemination, will enable companies to enhance direct international sales of pulp, paper and tissue, create synergies with other sectors and end users. The consortium involved in the project will also promote the registration of around 10 patents, the publication of 100 scientific articles, the holding of 50 presentations at conferences and congresses, the creation of 4 spin-offs, the advanced training of researchers and future professionals related to Sector and the creation of 38 highly qualified jobs. The project will thus bring a set of socio-economic impacts relevant to the national economy, promoting job creation, innovation in products and technologies in a relevant field for the country, valuing endogenous resources and sustainable industrial solutions.

As recentes melhorias nos processos de fabricação e nas propriedades dos materiais associadas a excelentes características mecânicas e baixo peso tornam os materiais compósitos muito atrativos para aplicação em estruturas aeroespaciais. Adicionalmente, a fabricação de uma aeronave envolve a união de uma parte a outra, formando assim os componentes, como por exemplo os painéis de fuselagem são unidos aos stringers e frames. Se por um lado, em aeronaves com estruturas metálicas, as uniões por fixadores mecânicos (rebites e parafusos), se tornaram a principal forma de construção, por outro lado em aeronaves fabricadas com materiais compósitos, outras formas de construção, como a união de peças por meio de adesivos são mais empregadas. Assim, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma formulação de elementos finitos generalizados para simular a falha de juntas coladas fabricadas em material compósito. A formulação a ser desenvolvida será implementada como sub-rotinas em linguagem FORTRAN (UEL - User Element Subroutine ou UELMAT), a serem compiladas junto ao programa comercial de Elementos Finitos ABAQUSTM. A validação do modelo será realizada através da comparação dos resultados numéricos com resultados experimentais.

O presente projeto de pesquisa tem como um dos objetivos principais o desenvolvimento de modelos inovadores para a previsão do comportamento de estruturas fabricadas em material compósito. Portanto, numa Fase I, serão formulados matematicamente, programados computacionalmente e validados, tanto modelos de material como elementos finitos inovadores visando à previsão do comportamento de estruturas fabricadas em material compósito e/ou material compósito inteligente (material compósito associado com material piezelétrico). 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, numa Fase II, o principal objetivo do presente projeto consiste no desenvolvimento de um critério para monitorar a resistência residual de estruturas em material compósito danificadas por carregamento de impacto. Para o desenvolvimento deste critério, será necessário: identificar e localizar danos, bem como calcular a severidade do dano para estimar a resistência residual da estrutura em compósito, empregando, principalmente, métodos vibracionais..Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.

As recentes melhorias nos processos de fabricação e nas propriedades dos materiais associadas a excelentes características mecânicas e baixo peso tornam os materiais compósitos muito atrativos para aplicação em estruturas aeroespaciais. Vários critérios e teorias de falha têm sido desenvolvidos para descrever o processo de dano e sua evolução, mas a solução do problema ainda está em aberto. Assim, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de delaminação (falha interlaminar) e a sua aplicação para simular a falha progressiva de estruturas fabricadas em material compósito. O modelo de delaminação a ser desenvolvido será implementado como sub-rotinas em linguagem FORTRAN (UMAT-User Material Subroutine e UEL - User Element Subroutine), a serem compiladas junto ao programa comercial de Elementos Finitos ABAQUSTM. A validação do modelo será realizada através da comparação dos resultados numéricos com resultados experimentais. Paralelamente ao desenvolvimento do modelo de delaminação, será desenvolvida uma nova formulação para elementos finitos de casca laminada baseada no método dos elementos finitos generalizados de modo a melhorar os resultados das simulações numéricas onde ocorrem fenômenos de localização assim como grandes gradientes de tensão como é o caso de simulações que envolvem falha progressiva. A formulação de elementos finitos será então verificada através de experimentos numéricos tradicionais. Por fim, uma vez validado a formulação de elementos finitos, o modelo de material contemplando o processo de falha intralaminar e interlaminar será incorporado a formulação de elementos finitos generalizados e então novamente validado através de comparações entre resultados numéricos e experimentais.

O objetivo geral do projeto proposto consiste em desenvolver um critério para prever a resistência residual de estruturas em material compósito, danificadas por carregamento de impacto. Para o desenvolvimento do referido critério será necessário: identificar e localizar o dano/falha, bem como quantificar a severidade do dano/falha e, apresentar uma estimativa da integridade da estrutura para prever a capacidade da estrutura danificada em resistir a carregamentos de flexão.

This work consists on an investigation of material models to predict the failure mechanisms of composite structures, like beams, flat plates and/or shells, curved plates and/or shells (specifically; filament wound structures) under quasi-static and dynamic loads. The investigation is based on a methodology, which uses analytical, numerical and experimental approaches. It is important to note that the methodology is focus on the progressive failure analysis, considering new failure criteria and degradation laws.