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Projeto, prototipagem e avaliação do ciclo de vida de metamateriais mecânicos usados no controle de vibrações de um canote de bicicleta

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dc.creator BRAGA, Amanda de Cássia Toledo Almeida
dc.date.issued 2026-01-28
dc.identifier.citation BRAGA, Amanda de Cássia Toledo Almeida. Projeto, prototipagem e avaliação do ciclo de vida de metamateriais mecânicos usados no controle de vibrações de um canote de bicicleta. 2026. 142 f. Dissertação Mestrado em Desenvolvimento, Tecnologia e Sociedade) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2026. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4421
dc.description.abstract Metamaterials (MMs) are artificial structures designed to exhibit unique properties not available in nature. The aim of this study is to develop a chiral mechanical metamaterial (MM) to attenuate vibrations in a bicycle seatpost, using computational modeling, fabrication of a prototype by 3D printing, and life cycle assessment (LCA). Two types of seatposts damping systems were examined. The first one corresponds to a conventional model (CC) with integrated damping, already available on the market. The second one refers to a MM design (CMM), developed with the same functionality. Additionally, an optimized model of the CMM (CMMot) was proposed with a reduction in the total mass of the component, in order to evaluate any advantages associated with the reduced use of material and energy for manufacturing. The geometry of the CMM has a central arch-type unit cell (CACs), i.e., it has straight sections at the ends and concave curvature in the intermediate section, allowing the concentration of deformation in this region. Through computer modeling, the three geometries were designed, and then the CMM was constructed using 3D printing in selective laser melting (SLM) with 316L steel. Next, a comparative LCA was performed on the inputs derived from the manufacturing processes of the seatposts. The results of the numerical simulation indicated that, while the CC obtained a maximum displacement in Z of 20.47 mm, the CMM responded with a significantly lower value of 2.55×10-4 mm and the CMMot of 2.41×10-4 mm, indicating the promising potential of MMs in vibration mitigation. With regard to LCA, CMMot performed better than the original CMM, with reductions of approximately 32% in all impact categories evaluated. However, CC still has a lower total environmental impact, even with the use of renewable energy sources. The negative effects of CMM are mainly related to the electricity consumed during additive manufacturing. From an environmental and structural point of view, CMM represents a significant technical advance, but it still depends on improvements in the process to increase its sustainable viability. The research contributes to the literature by addressing the integration between MMs and LCA, an area that has been little explored, and reinforces the need for future studies involving a cradle-to-grave approach, experimental validations, and production scaling strategies. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Metamateriais chirais pt_BR
dc.subject ACV pt_BR
dc.subject Impressão 3D pt_BR
dc.subject SLM pt_BR
dc.subject Aço inox 316L pt_BR
dc.subject Canote pt_BR
dc.title Projeto, prototipagem e avaliação do ciclo de vida de metamateriais mecânicos usados no controle de vibrações de um canote de bicicleta pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2026-06-02
dc.date.available 2026-06-02T18:26:13Z
dc.date.accessioned 2026-06-02T18:26:13Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/9703371458676707 pt_BR
dc.contributor.advisor1 SÁNCHEZ, Jesús Antonio Garcia
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/9211404866257832 pt_BR
dc.description.resumo Metamateriais (MMs) são estruturas artificiais projetadas para exibir propriedades únicas não disponíveis na natureza. O estudo tem como objetivo geral desenvolver um metamaterial (MM) mecânico chiral atenuador de vibrações em um canote de bicicleta, através de modelagem computacional, fabricação de um protótipo por impressão 3D e avaliação do ciclo de vida (ACV). Foram examinados dois tipos de sistemas de amortecimento em canotes. O primeiro, corresponde a um modelo convencional (CC) com amortecimento integrado, já disponível no mercado. O segundo, refere-se a um design em MM (CMM), projetado com a mesma funcionalidade. Adicionalmente, foi proposto um modelo otimizado do CMM (CMMot) com redução de X% massa total da peça, com o intuito de avaliar eventuais vantagens associadas ao menor uso de material e energia para fabricação. A geometria do CMM possui célula unitária do tipo arco central (CACs), isto é, apresenta trechos retos nas extremidades e curvatura côncava no trecho intermediário, permitindo concentração de deformação nessa região. Através da modelagem computacional, elaboraram-se as três geometrias e, em seguida, construiu-se, por meio de impressão 3D, o CMM em fusão seletiva a laser (SLM) com aço 316L. Em seguida, performou-se uma ACV comparativa dos insumos derivados dos processos de manufatura dos canotes. Os resultados na simulação numérica indicaram que, enquanto o CC obteve um deslocamento máximo em Z de 20,47 mm, o CMM respondeu com um valor significativamente inferior, de 2,55×10-4 mm e o CMMot de 2,41×10-4 mm, indicando o potencial promissor dos MMs na mitigação de vibrações. Em relação a ACV, o CMMot possuiu desempenho superior ao CMM original, com reduções de, aproximadamente, 32% em todas as categorias de impacto avaliadas. Contudo, o CC ainda apresenta menor impacto ambiental total, mesmo quando fontes de energia renováveis são utilizadas no CMM. Os efeitos negativos do CMM estão concentrados principalmente na eletricidade utilizada durante a manufatura aditiva. Sob o ponto de vista ambiental e estrutural, o CMM representa um significante avanço técnico, mas ainda depende de melhorias no processo para ampliar sua viabilidade sustentável. A pesquisa contribui para a literatura ao abordar a integração entre MMs e ACV, área ainda pouco explorada, e reforça a necessidade de estudos futuros que envolvam uma abordagem do tipo cradle-to-grave, validações experimentais e estratégias de escalonamento produtivo. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IRN - Instituto de Recursos Naturais pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Desenvolvimento, Tecnologias e Sociedade pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::OUTROS::CIÊNCIAS SOCIAIS pt_BR


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