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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4437| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Otimização da geometria do sistema de gases dos fuzis IMBEL IA2 utilizando métodos de delineamento de experimentos aplicados a simulação DFD |
| Autor(es): | MORAES, Rafael Corrêa |
| Primeiro Orientador: | CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez |
| Resumo: | Este trabalho apresenta um estudo de otimização da geometria do sistema de gases dos Fuzis IMBEL IA2, utilizando simulação numérica por Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) associada a métodos de Delineamento de Experimentos (DOE). O sistema de automatismo do IA2, responsável por captar parte dos gases provenientes do cano e convertê-los em energia mecânica para a ciclagem do armamento, foi originalmente dimensionado de forma empírica. Considerando a inexistência de regulagem de gases no projeto atual e a necessidade de elevada confiabilidade em diferentes condições operacionais, torna-se fundamental compreender de forma detalhada os fenômenos transientes que ocorrem no interior do sistema. Foram realizados ensaios experimentais com instrumentação do armamento por meio de transdutores de pressão, permitindo a obtenção das curvas reais de pressão no cano e no cilindro de gases. Adicionalmente, utilizou-se filmagem em alta velocidade para determinar a curva de deslocamento do impulsor do ferrolho ao longo do tempo. Esses dados experimentais serviram de base para validação de um modelo numérico bidimensional transiente, com malha dinâmica e acoplamento da equação de movimento da parede móvel no ANSYS Fluent. Após a validação do caso base, aplicou-se um planejamento fatorial para avaliar a influência de parâmetros geométricos relevantes, no caso o diâmetro do orifício de tomada de gases e o comprimento inicial do Cilindro de Gases, sobre funções objetivo relacionadas à Pressão de Pico, Tempo de Pico e Impulso total fornecido ao sistema. Foi realizada a Análise de Variância e foram obtidas as superfícies de resposta para cada função objetivo, permitindo identificar os parâmetros de maior sensibilidade. Por fim, foram propostas e avaliadas geometrias alternativas, incluindo a introdução de orifício de alívio e câmara de acúmulo de pressão. Os resultados indicam que é possível retardar e suavizar a curva de pressão no cilindro de gases, reduzindo a pressão de pico sem prejuízo ao impulso total necessário para o correto funcionamento do mecanismo. O estudo fornece subsídios técnicos para a otimização do sistema de automatismo dos fuzis IA2 e para o desenvolvimento de futuros armamentos pela IMBEL, contribuindo para o aumento da confiabilidade e para a redução de esforços experimentais durante o processo de projeto. |
| Abstract: | This work presents a geometric optimization study of the gas system of the IMBEL IA2 rifles using Computational Fluid Dynamics (CFD) combined with Design of Experiments (DOE) methods. The IA2 operating system, responsible for diverting part of the propellant gases from the barrel and converting them into mechanical energy for weapon cycling, was originally dimensioned through empirical procedures. Considering the absence of gas regulation in the current design and the requirement for high reliability under different operational conditions, a detailed understanding of the transient flow phenomena inside the system becomes essential. Experimental tests were conducted by instrumenting the rifle with pressure transducers, enabling the acquisition of real pressure curves inside the barrel and gas cylinder. High-speed camera recordings were also performed to determine the displacement–time curve of the bolt carrier. These experimental data were used to validate a two-dimensional transient numerical model with dynamic mesh and moving wall motion equation implemented in ANSYS Fluent. After validation of the baseline configuration, a factorial design was applied to evaluate the influence of relevant geometric parameters, in this case gas port diameter and initial gas cylinder length, on objective functions related to peak pressure, peak time, and total impulse delivered to the system. An analysis of variance (ANOVA) was performed, and response surfaces were generated for each objective function, enabling the identification of the most influential parameters. Finally, alternative geometries were proposed and assessed, including the addition of a relief orifice and a pressure accumulation chamber. The results indicate that it is possible to delay and smooth the pressure curve inside the gas cylinder, reducing peak pressure without compromising the total impulse required for proper cycling. The study provides technical support for the optimization of the IA2 gas operating system and for the development of future IMBEL firearms, contributing to improved reliability and reduced experimental effort during the design process. |
| Palavras-chave: | Simulação CFD Delineamento de experimentos Otimização geométrica Cilindro de gases |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
| Sigla da Instituição: | UNIFEI |
| metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
| Citação: | MORAES, Rafael Corrêa. Otimização da geometria do sistema de gases dos fuzis IMBEL IA2 utilizando métodos de delineamento de experimentos aplicados a simulação DFD. 2026. 92 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2026. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4437 |
| Data do documento: | 30-Mar-2026 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações |
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