Componentes de Sistemas Mecânicos

(FIS7203) Ano lectivo: 2009-2010

Mestrado em Engenharia Mecatrónica (cód. 119)

Responsável da disciplina: Prof. Eugénio Garção

Docentes da unidade curricular: Prof. Eugénio Garção [EG]

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Trabalhos para avaliação

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Horários

Horas lectivas

10h teórico-práticas semanais. Sextas-feiras 13h ou sábados 9h na sala CLAV-III-Lab.A.

Horas de estudo semanais

Em média igual ao número de horas de aulas em período de aulas, ou cerca de 5h por semana em período de exames.

Horário de acompanhamento

Segundas-feiras: 11h00-12h00, quartas-feiras: 15h00-16h00, ou outro a combinar. Gabinete no 3° piso do edifício fase III do CLAV.

Resultados da aprendizagem

Desenvolver nos alunos capacidades de integração de ferramentas teóricas de análise, com conhecimentos contidos em códigos de construção, normalização, legislação aplicável e catálogos de fabricantes, e fornecer preparação para a elaboração de projectos de componentes e equipamentos mecânicos.

Com o completar da unidade curricular os alunos deverão ter desenvolvido os seguintes conhecimentos, e capacidades:

Escrever as equações e avaliar o equilíbrio estático de estruturas em 2D e 3D.
Determinar os esforços em estruturas isostáticas, hiperestáticas e mecanismos.
Compreender os diferentes modos de falha de um componente e conhecer e aplicar critérios de falha.
Dimensionar estruturalmente um componente para resistir a esforços estáticos e de fadiga.
Entender o funcionamento de componentes mecânicos normalizados e saber efectuar a sua escolha para cada aplicação.
Trabalhar cooperativamente num projecto.
Ser responsável e criar a sua independência no estudo de novas matérias.

Metodologia de ensino

Esta unidade curricular funciona como uma introdução ou revisão à Mecânica, de modo a que alunos com uma formação original com pouca componente Mecânica, possam frequentar o mestrado. Consoante o grupo de alunos, partes do programa podem ter de ser exploradas de modo diferente, ou inclusive não existir tempo para abordar todo o programa. As matérias relativas a: Sistemas de ligação estrutural, Sistemas de transmissão mecânicos, Elementos flexíveis, Introdução aos micro-sistemas electromecânicos (MEMS), serão maioritariamente abordadas e avaliadas através de trabalhos e projecto.
É pedida responsabilidade ao aluno através da necessidade da leitura da bibliografia recomendada, de modo a que este desenvolva independência no modo como adquire novos conhecimentos.
Existe um conjunto de aulas teóricas onde é exposta a matéria com uma índole mais teórica e geral, recorrendo a exemplos específicos, e um conjunto de aulas teórico-práticas onde são resolvidos e explicados problemas concretos em que os alunos devem participar levantando as suas dúvidas, provenientes da leitura prévia da bibliografia.
Discussão de opções de projecto e suas implementações práticas.

Pré-requisitos

Conhecimentos de Análise Matemática, Mecânica Aplicada, Mecânica de Materiais, Tecnologia de Materiais e Desenho Técnico, ao nível de licenciatura.

Programa da disciplina

Conceitos fundamentais de Mecânica

Revisões de conceitos fundamentais de Mecânica. As noções de espaço, tempo, partícula, corpo, massa e força. Leis de Newton do movimento, gravitação, adição de forças e equilíbrio estático de partículas. As noções de momento de uma força, binário de forças e sistemas de forças equivalentes sobre corpos rígidos. Equilíbrio de corpos rígidos, centros de massa e gravidade. Análise de estruturas em equilíbrio estático. Diagramas de esforços.

Mecânica de meios contínuos

A noção de contínuo. Análise do movimento e da deformação. Descrição Lagrangeana e Euleriana. O gradiente da deformação, o tensor das extensões e os seus significados físicos. Simplificações para pequenos deslocamentos. Os princípios da conservação da massa, do momento linear e do momento angular. O conceito de tensão. Teorema de Cauchy e tensor das tensões. Determinação de tensões e extensões principais. Lei constitutiva e a aplicação ao caso de sólidos lineares elásticos isotrópicos e ortotrópicos. Obtenção das equações de equilíbrio de barras, vigas e cascas mediante hipóteses sobre os padrões de deformação e algumas simplificações.

Introdução ao projecto

Objectivos do projecto e fases do seu desenvolvimento. Aspectos práticos relativos ao projecto mecânico. Considerações gerais de custos e responsabilidade, normas e códigos de construção aplicáveis. Resistência mecânica, factor de segurança e fiabilidade.

Comportamento mecânico dos materiais

Características gerais do comportamento dos materiais. Ensaios mecânicos. A influência do trabalho a frio, temperatura, tratamentos térmicos e mecânicos, e processos de fabrico. Consequências da presença de irregularidades geométricas nos componentes e defeitos no material, sensibilidade ao entalhe, factor intensidade de tensão e modos de propagação de fendas. Comportamento dúctil e comportamento frágil. Fenómenos de fadiga e fluência.

Metodologias para o projecto de componentes sujeitos a solicitações estáticas

Critérios de falha, coeficientes de segurança e determinação da tensão admissível. Dimensionamento à resistência, à rigidez e à propagação de defeitos no material.

Metodologias para o projecto de componentes sujeitos a solicitações dinâmicas

Curvas de resistência à fadiga. Dimensionamento à fadiga. Dano causado por fadiga acumulada.

Sistemas de ligação estrutural

Dimensionamento de ligações aparafusadas, articuladas e rebitadas. Dimensionamento de ligações soldadas. Conceitos gerais e aplicação de ligações coladas.

Sistemas de transmissão mecânicos

Engrenagens de rodas de atrito e de rodas dentadas. Forças desenvolvidas no engrenamento. Conceitos de dimensionamento de engrenagens. Trens de engrenagens. Dimensionamento de transmissões por correias, correntes e cabos. O funcionamento e dimensionamento de diferentes tipos de embraiagens e travões. Uniões rígidas, elásticas, unidireccionais e mecanismos de união de veios. Considerações de projecto envolvendo chumaceiras de rolamentos e chumaceiras de escorregamento.

Elementos flexíveis

Os diferentes tipos de molas, a constante de rigidez, materiais utilizados e frequências críticas. Dimensionamento a acções estáticas e de fadiga.

Introdução aos micro-sistemas electromecânicos (MEMS)

O desenvolvimento de micromáquinas e suas aplicações. Principais processos de fabrico: micromaquinagem, ataque químico, electroerosão, etc. A importância do factor escala e da relevância de determinados fenómenos físicos associados. Aplicação ao desenvolvimento de máquinas e mecanismos sensores miniaturizados.

Bibliografia

Livros de texto base

Vector Mechanics for Engineers - Statics, F. P. Beer e E. R. Johnston Jr., McGraw-Hill
Advanced Mechanics of Materials, A. P. Boresi, R. J. Schmidt, O. M. Sidebottom, John Wiley & Sons
Introduction to Continuum Mechanics for Engineers, R. M. Bowen, Plenum Press, 1989
Mechanical Engineering Design, J. E. Shigley, C. R. Mischke, R. G. Budynas, McGraw-Hill
Mechanical Behavior of Materials: Engineering methods for deformation, fracture and fatigue, N. E. Dowling, Prentice-Hall
Projecto de Órgãos de Máquinas, C. M. Branco, J. M. Ferreira, J. D. Costa, A. S. Ribeiro, Fundação Calouste Gulbenkian

Livros auxiliares para matérias específicas

Mecânica dos materiais, C. A. G. M. Branco, Fundação Calouste Gulbenkian
Principles of Materials Science and Engineering, W. F. Smith, McGraw-Hill
Vector Mechanics for Engineers - Dynamics, F. P. Beer e E. R. Johnston Jr., McGraw-Hill
Mechanics of Elastic Structures, J. T. Oden, E. A. Ripperger, McGraw-Hill
Mechanics of Materials, F. P. Beer e E. R. Johnston Jr., McGraw-Hill

Informação sobre a avaliação

A avaliação dos alunos na disciplina de Componentes de Sistemas Mecânicos envolve a realização de trabalhos, um exame (E) e as respectivas discussões (DAval).
Os trabalhos são obrigatórios e serão cotados na escala de 0-20 valores.

(T1) Dimensionamento de componentes de transmissões. (15%)
(T2) Trabalhos escritos de resposta a questões. (20%)
(P) Projecto de um sistema. (25%)

Nota final

NF = P×0.25 + T1×0.15 + T2×0.20 + E×0.40 + DAval

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Enunciado do projecto disponível. Façam o download.
Início das aulas em 22 de Outubro de 2007.

José Eugénio Semedo Garção
Universidade de Évora, Departamento de Física, Colégio Luís António Verney,
Rua Romão Ramalho, 59, 7002-554 Évora - Portugal
Gabinete: Colégio Luís António Verney - Edifício Fase III : 3° piso
Tel.: +351 266 740800 - Ext.: 5473 ; Fax: +351 266 745394
E-mail: jesg@uevora.pt
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