abstract: A cerebral aneurysm is a bulging of a blood vessel in the brain. Aneurysmal rupture affects 25,000 people each year and is associated with a 45% mortality rate. Therefore, it is critically important to treat cerebral aneurysms effectively before they rupture. Endovascular coiling is the most effective treatment for cerebral aneurysms. During coiling process, series of metallic coils are deployed into the aneurysmal sack with the intent of reaching a sufficient packing density (PD). Coils packing can facilitate thrombus formation and help seal off the aneurysm from circulation over time. While coiling is effective, high rates of treatment failure have been associated with basilar tip aneurysms (BTAs). Treatment failure may be related to geometrical features of the aneurysm. The purpose of this study was to investigate the influence of dome size, parent vessel (PV) angle, and PD on post-treatment aneurysmal hemodynamics using both computational fluid dynamics (CFD) and particle image velocimetry (PIV). Flows in four idealized BTA models with a combination of dome sizes and two different PV angles were simulated using CFD and then validated against PIV data. Percent reductions in post-treatment aneurysmal velocity and cross-neck (CN) flow as well as percent coverage of low wall shear stress (WSS) area were analyzed. In all models, aneurysmal velocity and CN flow decreased after coiling, while low WSS area increased. However, with increasing PD, further reductions were observed in aneurysmal velocity and CN flow, but minimal changes were observed in low WSS area. Overall, coil PD had the greatest impact while dome size has greater impact than PV angle on aneurysmal hemodynamics. These findings lead to a conclusion that combinations of treatment goals and geometric factor may play key roles in coil embolization treatment outcomes, and support that different treatment timing may be a critical factor in treatment optimization. / Dissertation/Thesis / M.S. Bioengineering 2013

Les pathologies du côlon représentent un enjeu de santé important, en effet l'incidence du cancer colorectal en France le classe au deuxième rang des cancers les plus fréquents et sa mortalité au deuxième rang des cancers les plus mortels. Lors du bilan d'extension du cancer colorectal (CCR), l'IRM est désormais une modalité de choix pour les stades avancés du cancer colorectal. Cependant, malgré des avancées significatives, les capteurs externes multicanaux employés n'autorisent pas encore une résolution spatiale suffisante pour l'observation de la paroi colorectale. Dans cette optique, l'emploi d'un capteur endoluminal pour l'observation par IRM des premiers stades du CCR présente un intérêt. Ainsi, l'objectif de ces travaux de thèse est de proposer et de développer un capteur endoluminal rigide, adapté à l'observation de la partie terminale du tube digestif (rectum et éventuellement sigmoïde). Dans un premier temps, la géométrie de ce capteur endoluminal a été optimisée pour minimiser les non uniformités en sensibilité radiale. Ainsi, il a été montré que deux boucles de courant formant entre elles un angle compris entre 50° et 70° permettent une uniformité en sensibilité radiale optimale, ce qui peut potentiellement permettre une augmentation de la spécificité et de la sensibilité de l'examen IRM pratiqué avec un capteur endoluminal. De plus, la sécurité du capteur endoluminal vis-à-vis de l'échauffement radio fréquence (RF) a été étudié et, comme le montre la littérature, l'ajout de trappes RF permet de diminuer l'échauffement RF sous les limites telles qu'elles sont fixées par la norme IEC 60601 (c'est-à-dire 1°C d''élévation de température induit par la présence du capteur et du câble de réception). Des trappes RF de références, puis des trappes RF miniaturisées, adaptées à l'insertion du dispositif par voie rectale, ont ainsi été développées puis validées sur banc de test et sur l'imageur Discovery MR 750 3T (General Electric Healthcare, Milwaukee, WI, US). Les conditions de l'expérience visaient à maximiser cet échauffement RF par un choix judicieux de la longueur du câble de réception, du chemin de ce câble de réception et de la séquence d'acquisition. Puis, la conception de ce capteur endoluminal a été optimisée pour permettre l'acquisition d'images de diffusion par IRM et de spectres de résonance magnétique, techniques qui présentent une sensibilité particulière aux inhomogénéités de champ magnétique B0 et donc à l'effet de susceptibilité magnétique induit par l'interface entre le capteur endoluminal et les tissus de la paroi colorectale. Ainsi, un capteur endoluminal utilisant un matériau de compensation de susceptibilité comme support a été développé et comparé à un capteur endoluminal de référence pour l'acquisition de spectres de résonance magnétique. Dans un dernier temps, le capteur a été modifié, pour pouvoir acquérir des spectres de résonance magnétique du proton mais également des spectres de résonance magnétique du phosphore, tout en conservant sa géométrie. Ce dernier développement a été validé par des mesures sur banc de test et ouvre la voie pour des expériences ultérieures sur fantômes et, à long terme, in vivo / The colorectal pathologies a major public health problem, indeed it is the second most lethal cancer and its incidence is second amongst all cancers. To performer the initial assessment of the colorectal cancer (CRC), Magnetic Resonance Imaging (MRI) is, at this moment in time, the gold standard for the assessment of the latest stages of CRC. However, despite significant progress, external phased array coils do not allow a sufficient spatial resolution for the observation of the colorectal wall. In this prospect, the use of an endoluminal coil for the MRI observation of the earliest stages of the CRC seems to present an interest. Thus, in the framework of this PhD, the aim was to propose and develop a rigid endoluminal coil suited for the observation of the terminal part of the digestive tract (rectum and sigmoid).First, the geometry of the endoluminal coil was optimized to minimize the non-uniformities in radial sensitivity. Thus, it was show that two current loops forming angulated with a 50° to 70° allow for optimal radial sensitivity uniformity. This could potentially allow for an increase in specificity and sensitivity of an endoluminal MR (Magnetic Resonance) exam. Furthermore, the safety of the endoluminal coil with respect to the radiofrequency (RF) heating was assessed. And, as demonstrated in the literature, the addition of RF traps allows for a reduction of the RF heating under the limits as determined by the IEC-60601 norm (below 1°C heating induced by the coil and reception cable presence). Reference RF traps and miniaturized RF traps, suited for the insertion through the rectum of the patient, were designed, built and assessed both on the benchmark and on the MR scanner DV MR 750 3T (General Electric Healthcare, Milwaukee, WI, US). The experiments were designed to maximize RF heating by an adequate choice of cable length, reception cable path, and acquisition sequence. Then, the design of the endoluminal coil was optimized to allow the acquisition of diffusion MRI images and magnetic resonance spectra, techniques which are particularly sensitive to the magnetic field (B0) inhomogeneities. Thus, the susceptibility effect occurring at the interface between the endoluminal coil and surrounding tissues of the rectal wall will deter significantly the performances of these techniques. A susceptibility matched endoluminal coil was thus developed, using UltemTM as a support for the coil, and was compared to a reference endoluminal coil for the acquisition of magnetic resonance spectra. Finally, the coil was modified in order to acquire both hydrogen magnetic resonance spectra and phosphorus magnetic resonance spectra, while keeping the same geometry. This last development was assessed on the bench and opens the way towards further experiments on phantom and, eventually, in vivo experiments

Técnicas de aquisição paralelas e hardware dedicados vem sendo desenvolvidos desde a década de 1980 para reduzir o tempo de aquisição de imagens via ressonância magnética (IRM). Uma bobina do tipo phased array é um dispositivo do tipo receptor, que usa múltiplas bobinas (canais) cada qual com seu próprio circuito de detecção para adquirir simultaneamente os sinais que formam uma imagem ou espectro via IRM. Exemplos de técnica de imagem paralela que usa bobinas tipo phased array são Sensitivy Enconding (SENSE) e GeneRalized Autocalibrating Partial Parallel Acquisition (GRAPPA). Sampled array é o nome de um método proposto neste trabalho em que cada canal de uma bobina multicanal é responsável por adquirir de forma independente o sinal da sua amostra de modo que cada sinal de amostra é endereçado ao seu canal específico. Neste trabalho, descrevemos o desenvolvimento de uma bobina phased array de quatro canais para anatomia de cabeça de rato usando circuito impresso flexível para operar em um sistema de IRM pré-clínico de 2T com objetivo de validar o método de construção e uso de circuito flexível como bobina de recepção. Também desenvolvemos uma bobina de quatro canais para realizar simultaneamente a imagem de quatro sementes na mesma varredura para validar o método Sampled Array com objetivo de melhorar a qualidade da imagem e simultaneamente acelerar experimentos de múltiplas amostras. Os resultados mostram que a bobina de circuito impresso phased array, em comparação com uma bobina de enrolamento de fio regular, forneceu uma boa relação sinal / ruído (RSR) e possui geometria mais adequada à anatomia por ser flexível. Além disso, o processo de fabricação da bobina seja facilitado desde que toda a bobina é construída como um protótipo de circuito impresso. Os bons resultados da bobina sampled array mostraram o método como promissor para imageamento de múltiplas amostras com aumento de RSR e diminuição de tempo de experimentos em relação ao uso de bobinas de canal único. / Parallel techniques and dedicated hardware has been developed since the 1980s to reduce acquisition time on Magnetic Resonance Imaging (MRI) scanners. A phased array is a receiver only mode device concept, which uses multiple channels (coils) with their own detection circuits to simultaneously acquire MRI or localized spectroscopic signals. An example of parallel imaging technique that uses phased array coils is Sensitivy Enconding (SENSE). Sampled array is the name proposed in this work for a method in which each channel of a multichannel coil is responsible to acquire independently the signal from its sample so that each sample signal is addressed to its specific channel. In this work, we describe the development of a four-channel phased array coil for rat head anatomy using flexible printed circuit board (PCB), to operate on a 2T pre-clinical MRI scanner to validate the construction method and usage of flexible PCB as a receiver coil. We also developed a four-channel sample array coil to simultaneously perform the imaging of four seeds at the same scan, to validate the proposed method to improve image quality at the same time accelerating multiple seed imaging for agriculture studies. The results show that phased array PCB coil as compared to a regular wire winding coil provide good signal-to-noise ratio (SNR) imaging with more adequate geometry to the anatomy by being flexible. In addition, the coil manufacturing process is facilitated since the entire coil is constructed as a PCB prototype. The sample array imaging showed as a promising method for multiple sample increasing SNR and time to do experiments.

O objetivo deste trabalho foi melhorar a relação sinal-ruído de um sistema de imagens por ressonância magnética nuclear (TORM 005), através do desenvolvimento de bobinas de recepção mais eficientes, de circuitos de sintonia balanceados, circuitos de desacoplamento de potência para as bobinas receptoras e da melhoria do ambiente eletromagnético no qual os transdutores trabalham. Para isso, houve necessidade de se modificar a blindagem eletromagnética interna ao TORM 005 e incorporar filtros nas linhas de sinal mais críticas para o sistema. Novas bobinas para imagem foram desenvolvidas, melhorando a relação sinal-ruído e permitindo a execução de exames clínicos de diversas anatomias com qualidade superior. Sistemas de sintonia balanceados para as bobinas foram estudados e implementados, garantindo uma redução nas perdas destas bobinas devido a presença de um paciente em seu interior e permitindo uma maior reprodutibilidade da sintonia delas quando um paciente é substituído por outro. Circuitos para proteção da entrada do receptor e para desacoplamento da bobina receptora durante os pulsos de RF na transmissão foram desenvolvidos, construídos e incorporados ao TORM 005. O conjunto destas implementações garantiram ao TORM 005 uma melhora na relação sinal-ruído, na confiabilidade de operação e na reprodutibilidade dos resultados e conseqüentemente uma melhor qualidade da imagem,, o que tem permitido o uso constante do aparelho para aplicações clínicas e no desenvolvimento de novos trabalhos relacionados com imagem por RMN em ultra-baixo campo magnético. / The aim of the present work was to optimize the signal to noise ratio in our NMR imaging system (TORM 005) by improving transducers\' reception quality through better designed coils, balanced tuning circuit for this coils and power decoupling circuits and by reducing interference from the electromagnetic environment. For this purpose, we had to modify the internal electromagnetic shielding and incorporate line filters in the more critica1 signal paths. Also, new types of coils were developed, improving the signal to noise ratio, and allowing us to make clinical exams with superior quality for severa1 anatomies. Balanced circuits for tuning and matching of the coil were studied and built, allowing a reduction of the coil losses because patient\'s load. This produced a more reliable coil tuning after positioning each new patient. Circuits to avoid the receiver input overload and decoupling circuits for the isolation of receiver coils from excitation coil were designed and incorporated to the TORM 005. All these alterations of our imaging system (TORM 005) contributed to a significant improvement in the signal to noise ratio, reliability and reproducibility of the system. This permitted to operate the system routinely for clinical applications, research and development in the area of ultra low magnetic field tomography.

Neste trabalho medidas de condutividade alternada e de corrente versus tensão foram realizadas em dispositivos emissores de luz baseados em poli(2-metoxi-5-(2\'-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno)-MEH-PPV com óxido de zinco (ZnO) como eletrodo transparente e injetor de buracos e alumínio (Al) como eletrodo metálico e injetor de elétrons. MEH-PPV é um derivado do PPV que emite no vermelho. O ZnO tem função trabalho similar à do ITO, mas é menos agressivo ao polímero, menos caro e mais fácil de ser processado. A curva I vs. V retificada mostrou que a corrente direta depende da temperatura. As componentes real e imaginária da condutividade (ac) apresentam comportamento típico de alguns materiais desordenados: a componente imaginária aumenta como função da freqüência e a componente real mostrou-se independente da freqüência para baixas freqüências e varia como uma lei de potência no domínio de freqüências mais altas O modelo de energias livres aleatórias-RFEB e uma resistência em série para o fenômeno de interface foram desenvolvidos e ajustados para os resultados ac. Com base neste ajuste teórico-experimental, obtemos importantes parâmetros do dispositivo, bem como informações quantitativas sobre o fenômeno de transporte no MEH-PPV. / In this work current vs. voltage (I vs. V) and alternating conductivity (ac) measurements were carried out in poly[(2-methoxy- 5-hexyloxy)-pphenylenevinilene] ? MEH-PPV light-emitting diodes having zinc oxide (ZnO) as transparent anode and Al as metallic cathode. MEH-PPV is a PPV derivative, which emits in the red spectral region; ZnO has a work function similar to that of ITO, but it is less aggressive to the polymer, less expensive and easily processed. The retificated I vs. V curves shows that the direct current depends on the temperature. Moreover, the real and imaginary components of alternating conductivity (ac) present typical behavior of somewhat disordered material: the imaginary component grows as a function of the frequency and the real component was observed to be frequency independent for lower frequencies, and follows a power-law above a certain frequency. The Random Energy Free Barrier model approaches and a resistance in series for the interface phenomenon were developed and adjusted for the ac results. From this experimental-theoretical fitting we obtained important parameters of the devices as well as, quantitative informations about the MEH-PPV transport phenomenon.

Objetivo: Desenvolver um modelo experimental de aneurisma cerebral em artéria de suínos. Secundariamente, avaliar o processo de organização do trombo e de formação de tecido fibrocelular dentro do aneurisma com o tratamento endovascular utilizando molas revestidas (Matrix) comparadas às sem revestimento (GDC). Materiais e Métodos: Em 10 suínos sadios, com peso variando entre 16 e 20 kg, sendo 6 machos e 4 fêmeas, foi realizada a cirurgia de formação de aneurisma nas carótidas bilateralmente, através de arteriotomia e anastomose término-lateral com segmento de veia jugular. O diâmetro médio dos aneurismas era de 3 mm (variação de 2 a 4mm). Procedia-se então ao tratamento endovascular dos aneurismas divididos do seguinte modo: grupo I, embolização do aneurisma da carótida esquerda com mola de platina (GDC); grupo II, embolização do aneurisma da carótida direita com mola de platina revestida com copolímero - PGLA 90/10 (Matrix). Após 14 dias, eram retiradas as lesões e analisadas microscopicamente, comparando-se a formação de trombo recente ou trombo organizado no interior de cada aneurisma. Para isso, foi criada uma escala de caracterização das fases do processo de trombose (Escores de 1 a 4). O Escore 1 era definido como a presença de trombo inicial ou recente; o Escore 2 era categorizado como a presença de leucócitos em diferenciação contendo fibrina e absorção das hemácias e plaquetas, porém intercalados com zonas contendo trombo recente. No Escore 3, observavase a presença de leucócitos em diferenciação contendo fibrina e no Escore 4, a presença de tecido fibrocelular contendo fibras de colágeno. A análise estatística foi realizada de modo pareado, através do Teste de Wilcoxon, sendo os dados processados no programa SPSS 12.0. O nível de significância mínimo adotado foi de 5%. Resultados: Um animal (macho) foi excluído do estudo devido à formação de abscesso cervical, restando, portanto, 9 animais (18 aneurismas para avaliação). Na análise do processo de organização do trombo, utilizou-se a graduação por escores, obtendo-se no grupo I, 88,8% de casos de trombo recente (Escore 1) e 11,1% de casos de trombo em organização ainda contendo coágulo (Escore 2). No grupo II, obteve-se 11,1% de casos com escore 1 , 11,1% com escore 2, 55,5% de casos de trombo organizado com tecido fibrocelular frouxo (Escore 3) e 22,2% de casos de tecido fibrocelular denso contendo colágeno (Escore 4). Houve diferença estatística a favor do grupo II, por meio do Teste de Wilcoxon (p=0,008). Conclusão: O modelo experimental de aneurisma de pequenas dimensões utilizado neste estudo foi adequado e permitiu a realização do tratamento endovascular testando dois tipos de molas. Por meio da análise histológica baseada em escala criada para avaliar a organização do trombo, pôde-se verificar diferença significativa a favor das molas com revestimento de copolímero. / Background and Objectives: To develop an experimental model in a pig that could be used for analysis of patency of cerebral aneurysms is the goal of this study. Adictionaly, it aims to evaluate the degree of thrombosis after embolization with two types of coils: copolymer-coated coils (Matrix) and uncoated platinum coils (GDC). Method: In a total of 10 Large-White pigs, small aneurysms (with a mean diameter of 3 mm) were created in both carotid arteries (6 males and 4 females) weighing 16 to 20 kg (mean: 18 kg). Embolization was performed with GDC platinum coils on the left side and with a coil coated with Matrix polymer on the right side. After 14 days, angiography was performed to confirm exclusion of the aneurysm. Before euthanasia with a lethal dose of potassium chloride, the carotid artery was removed in one piece, including the aneurysm. The specimens were cut into sections, including the mid portion of the aneurysm and the artery above and below the aneurysm, and stained with hematoxylin- eosin for histological analysis. A graduated scale with progressive scores ranging from 1 to 4 was used to evaluate the organization of the thrombus. Score 1 indicated clusters of platelets, white blood cells, and red blood cells; Score 2 showed the presence of differentiating white blood cells containing fibrin and absorption of red blood cells and platelets, interspersed with zones containing a recent thrombus; Score 3 corresponded to the presence of differentiating white blood cells containing fibrin, which characterized a loose fibrocellular tissue; and Score 4 indicated the presence of fibrocellular tissue containing collagen fibers, which characterized an incipient dense fibrocellular tissue The data were described as frequency and percentage using the Wilcoxon test for findings involving thrombosis scores. The data were analyzed using the SPSS 12.0 software, and the minimum significance level was set at 5%. Results: One animal (male) was excluded from the study due to abscess formation near the anastomosis. Therefore, 9 animals (18 aneurysms) were assessed. A score was used for analyzing the organization of the thrombus. In group I, 88.8% had score 1, 11.1% score 2, but no cases showed scores 3 and 4. In group II, 11.1% had score 1, 11.1% score 2, 55.5% score 3, and 22.2% score 4. The Wilcoxon test was applied, revealing a significant difference (p=0.008) between the scores for group I and group II in the course of 14 days. Conclusion: The experimental aneurysm developed in this study was suitable for assessing the patency of small aneurysms (measuring, on average, 3 mm) after coil embolization. The organization of the intra-aneurysmal thrombus after 14 days was verified using the progressive score, which indicated a significant difference between the group treated with the Matrix coil and that treated with GDC.

O presente trabalho trata de uma modelagem eletromagneticamente acoplada e fracamente acoplada ao problema mecânico do processo de conformação eletromagnética (EMF). Este usa bobina espiral plana, aplicada na deformação de chapas finas e planas para obter geometrias finais rasas. Um método de solução numérica é usado para o problema eletromagnético, o qual foi desenvolvido no software Matlab e utiliza o software Abaqus/Explicit para verificação da geometria deformada após a aplicação da força transiente de origem eletromagnética. O método foca especificamente no cálculo da densidade de fluxo magnético em pontos específicos usando a lei de Biot-Savart e análise do circuito que modela o processo de conformação eletromagnética, sendo que as indutâncias deste circuito são calculadas e fazem o acoplamento entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Os cálculos das correntes de descarga e induzidas e perfil da força de origem eletromagnética são realizados para o instante inicial, sem considerar o movimento da chapa. O perfil da força de origem eletromagnética ao longo da chapa é calculado para diversos instantes, sendo este um dos dados de entrada no software Abaqus/Explicit através de uma sub-rotina acessível ao usuário (VDLOAD) obtendo-se a geometria da chapa deformada. A rotina de cálculo discretiza o problema eletromagnético como um sistema de equações diferenciais ordinárias (ODE) para calcular a corrente de descarga da bobina atuadora e as induzidas na chapa metálica. Experimentos, sem chapa acoplada, e com chapa fixa ou deformando foram realizados com a aquisição da corrente de descarga, medição da densidade de fluxo magnético, velocidade de deformação e geometria da chapa deformada, demonstrando uma boa correlação com o método de cálculo proposto. O presente trabalho fornece importantes informações para o projeto de sistemas de conformação eletromagnética sem a necessidade de uma função da corrente de descarga como dado de entrada para solução do problema eletromagnético. / This thesis deals with modeling and numerical simulation electromagnetically coupled and loosely-coupled to the mechanical problem for process of the electromagnetic forming. This uses flat spiral coil, applied to the deformation of thin and flat sheet metal to obtain shallow end geometries. This method uses a numerical solution to the electromagnetic problem, which was developed in the software Matlab and uses the software Abaqus/Explicit for verification of the deformed geometry after applying of the transient force of origin electromagnetic. The method focuses specifically on the calculation of the magnetic flux density at specific points using the Biot-Savart law and circuit analysis that modeling of electromagnetic forming process and the inductances of this circuit are calculated and couple the electric and magnetic phenomena. Calculations of discharge and induced currents, profile force of origin electromagnetic are performed for the initial time, without considering the motion of the sheet metal. The profiles force of origin electromagnetic along the sheet metal is calculated for several instants, which are input data in software Abaqus/Explicit using a user-routine (VDLOAD) obtaining the deformed geometry of the sheet metal. The calculation routine discretizes the electromagnetic problem as a system of ordinary differential equations (ODE) to calculate the discharge current of the actuator coil and induced currents in the metal sheet. Experiments without coupled sheet metal, and fixed or deforming sheet metal were performed with the acquisition of the discharge current, measurement of magnetic flux density, velocity of movement and deformation geometry of the sheet metal, demonstrating a good correlation with the proposed method of calculation. This study provides important information for the design of the electromagnetic forming systems without the need for a function of discharge current as input for solution of the electromagnetic problem.

A união por conformação eletromagnética de perfis tubulares de alta condutividade elétrica é um processo inovador e limpo que pode substituir com sucesso os processos convencionais de união baseados na fixação mecânica por parafusos, rebites, soldagem e adesivos estruturais. Esta tecnologia funciona a temperatura ambiente, permite a união de materiais diferentes e oferece potencial para promover novas aplicações na montagem de estruturas leves. Neste trabalho busca-se compreender a união por interferência de tubos por cravamento eletromagnético em termos de seus principais parâmetros com o objetivo de identificar a influência na resistência global das uniões e estabelecer a faixa útil de condições operacionais do processo. Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos do processo de conformação eletromagnética e suas principais variantes operacionais, seguido de um resumo do estado atual do conhecimento da aplicação desta tecnologia na união de perfis tubulares no qual é verificado que os parâmetros mecânicos são a tensão residual no mandril, a área e forma da zona de união e o coeficiente de atrito entre os componentes. Entretanto, tais parâmetros estão relacionados de forma complexa com o processo de cravamento eletromagnético, a começar pela energia e a distribuição do pulso de pressão magnética gerados pela máquina e ferramenta que “disparam” o processo de conformação, a folga inicial entre componentes, o material dos componentes e, a geometria, forma e rugosidade do mandril. O estudo experimental foca a união por interferência de tubos de alumínio (AA6082-O) com mandris de aço (AISI 1045) e alumínio (AA6082 nos estados O e T6) investigando de forma gradual a influência de parâmetros do processo na resistência mecânica (à tração) deste tipo de uniões. Os resultados obtidos demonstram que a resistência mecânica da união e os modos de falha associados são diretamente relacionados com os parâmetros de processo e condições do mandril. Além disso, outras importantes contribuições são apresentadas em relação à instrumentação para medição de fluxo magnético e eficiência global do processo e para o desenvolvimento e aplicações industriais desta tecnologia. / Joining of tubular profiles with high electrical conductivity by electromagnetic forming (EMF) is an innovative and clean technology that can successfully replace conventional joining technologies based on mechanical fixing with fasteners, rivets, welding and structural adhesives. The technology works at room temperature, allows joining dissimilar materials and offers potential to foster new applications in the assembly of lightweight tubular frame structures. This work investigates the interference-fit joining of tubes by electromagnetic crimping in terms of its major parameters with the aim of identifying their influence on the overall strength of the joints and establishing the useful range of process operating conditions. Initially, the theoretical principles of EMF and its main operational process variants are presented, followed by a summary of the current state of the knowledge of its application in the joining of tubular profiles in which it is found that the mechanical parameters are the residual stress at the joint interface, the area and shape of the joint interface and the friction coefficient between the joining partners. However, these parameters are related in a very complex way with the electromagnetic crimping process parameters, starting with the charging energy and by the machine and tool which generates the distribution of the magnetic pressure pulse that “triggers” the forming process, the initial gap between joining partners, the mandrel properties such as material, geometry, shape and surface roughness. The experimental study focuses the interference-fit of aluminum tubes (AA6082-O) on mandrels made of different materials and metallurgical conditions (AISI 1045, AA6082-O and AA6082-T6) and, therefore, the process is analyzed by the gradual influence of other process parameters aiming to achieve high strength joints. Results show that the joint strength and the associated failure mechanisms are directly related to process parameters and mandrel conditions. In addition, other important contributions are presented regarding the instrumentation for measuring the magnetic flux and overall process efficiency and to the development and implementation of this technology in industrial processes.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o filamento de tungstênio de 150 W (OSRAM) como atomizador eletrotérmico para determinação de alumínio em amostras de águas, incluindo um estudo sistemático sobre o seu comportamento eletrotérmico na presença de até 1000 mg l-1 de sódio, potássio, cálcio, magnésio e/ou da mistura destes elementos. Alguns parâmetros, como comprimento de onda, corrente da lâmpada de catodo oco, altura de observação e temperatura de atomização do alumínio foram avaliados visando à melhoria da qualidade dos resultados e do limite de detecção. Após uma primeira avaliação, fixaram-se o comprimento de onda em 309,3 nm e a corrente da lâmpada de catodo oco em 10 mA, elegendo-se altura de observação de 1,5 mm e temperatura de atomização de 2860 oC (13,0 V). No programa de aquecimento usado no desenvolvimento deste trabalho adotou-se rampa invertida de voltagem variando entre 0,65 a 0,30 V durante 50 s para secagem de 10 µl, 2,8 V durante 10 s para pirólise e 13,0 V durante 1 s para atomização. As soluções usadas no desenvolvimento deste trabalho formam preparadas, em sua maioria, em meio 0,1 % v/v HNO3. A avaliação dos potenciais interferentes Na, K, Ca, Mg e a mistura desses elementos foi realizada nas alturas de observação de 0,0 a 2,0 mm e nas composições do gás de proteção de 90% Ar/10% H2, 80% Ar/20% H2, 65% Ar/35% H2. Pode-se inferir que o aumento do hidrogênio na composição do gás de proteção não acarretou melhora significativa na ação dos interferentes na atomização do alumínio. Não foram observadas interferências significativas em até 1000 mg l-1 Na e K na atomização de 100 µg l-1 Al na altura de observação de 0,0 mm. Na mesma condição de altura de observação, a mistura dos interferentes não afetou significativamente a atomização do alumínio. Observaram-se interferências em torno de 40 % na atomização de 100 µg l-1 Al em 0,1 % v/v HNO3 na altura de observação de 0,0 mm na presença de até 100 mg l-1 de Ca e Mg. Nessa mesma condição, mas com a mistura 65 % Ar/35 % H2, a supressão do sinal de absorbância de alumínio foi da ordem 90%. Os resultados obtidos na determinação de alumínio em amostras de água foram obtidos nas condições anteriormente citadas, utilizando gás de proteção 90% Ar/ 10% H2. Nestas condições, o limite de detecção foi de 2,3 µg l-1 Al e a massa característica de 69 pg Al. Os resultados encontrados foram satisfatórios e concordantes com aqueles encontrados quando se utilizou o forno de grafite como método de comparação. Aproximadamente 500 queimas foram feitas com um único filamento de tungstênio. / The aim of this paper was to evaluate the 150 W (OSRAM) tungsten coil as electrothermal atomizer in order to determine aluminum in water samples as well as a systematic study of its electrothermal behavior in the presence of up to 1000 mg l-1 of sodium, potassium, calcium, magnesium and/or of mixture of these elements. Some parameters, such as wavelength, hollow cathode lamp current, observation height and atomization temperature were evaluated in order to improve the quality of results and the detection limit. After a first evaluation, measurements were always carried out at 309,3 nm as well as the hollow cathode lamp current at 10 mA, and it was adopted an observation height of 1,5 mm and atomization temperature at 2860 oC (13,0 V). In the heating program defined experimentally, the inverted voltage ramp was adopted for drying 10 μl of sample solution by varying the applied voltage from 0,65 to 0,30 V during 50 s, with further application of 2,8 V for 10 s in the pyrolysis step and 13,0 V for 1 s in the atomization step. Most solutions were prepared in 0,1% v/v HNO3. The evaluation of the potential interfering elements such as Na, K, Ca, Mg an the mixture of these elements, was carried out in observations heights from 0,0 to 2,0 mm at different gas compositions: 90% Ar/ 10% H2 , 80 % Ar/ 20% H2 and 65 % Ar/ 35% H2. It can be inferred that the hydrogen increase in the protection gas did not change the interference behavior of the studied concomitants on aluminum atomization. Significant interferences were not observed up to 1000 mg l-1 of Na and K in the atomization of 100 μg l-1 Al when the optical beam was intercepting the atomizer (0,0 mm observation height). In the same condition, the mixture of the interfering species did not significantly affect the aluminum atomization. In addition, 100 mg l-1 of Ca and Mg depressed the absorbance of 100 μg l-1 Al in 0,1 % v/v HNO3 by approximately 40 %. When the atomization was made in the presence of 65 % Ar/ 35 % H2, the suppression of the aluminum absorbance signal was about 90 %. The results obtained in the determination of aluminum in water samples were achieved in the conditions previously mentioned, using protection gas of 90 % / 10 % H. In these conditions, the detection limit was 2,3 μg l-1 Al and the characteristic mass was 69 pg Al. The results were reasonable and in agreement with those found by atomic absorption with graphite furnace as a comparative method. Approximately 500 firings were made with a single tungsten coil.

Emendas por traspasse são criadas pela justaposição de barras de aço em um determinado comprimento, assegurando que elas se manterão em posição. Assim como em outros sistemas estruturais, a alvenaria estrutural de blocos de concreto utiliza barras de aço como reforço dos elementos quanto à resistência à tração, mais proeminentes em edifícios altos devido à ação dos ventos. As armaduras são projetadas para serem alocados no interior dos blocos, e a prática construtiva no Brasil é posicionar as armaduras de aço antes dos blocos serem assentados. Devido à essa prática, as paredes precisam ser construídas em pelo menos duas etapas, para considerar a altura limite imposta pela armadura posicionada ao operário na elevação dos blocos. Para aumentar a eficiência na elevação das paredes de alvenaria, hélices circulares são propostas como componentes de confinamento do graute que envolve a emenda, permitindo a elevação da parede em etapa única. A armadura é colocada dentro da seção transversal da espiral após a parede de alvenaria ser completamente elevada. O objetivo desta investigação é avaliar a eficiência da emenda por traspasse, com hélice circular atuando como componente do confinamento do graute que envolve a emenda. Quatro configurações de emenda distintas foram ensaiadas: a primeira, referência, foi justaposta e amarrada com arame; a segunda foi espaçada, porém sem a presença de um componente de confinamento; a terceira foi espaçada e continha uma hélice circular com passo de 3,5 cm; e a quarta foi espaçada e continha uma hélice circular com passo de 8,0 cm. Os ensaios permitiram concluir que a hélice de traspasse é um componente eficiente no confinamento das emendas por traspasse em alvenaria estrutural de blocos de concreto. Análises estatísticas dos resultados demonstram que emendas por a emenda com hélice circular de 3,5 cm não só é equivalente à emenda por referência do ponto de vista da resistência à tração, como também contribui para a redução de fissuras. / Lap slices are created by the overlapping of reinforcement bars over a specified length and reassuring that they stay in place. As with other structural systems, concrete block masonry uses reinforcing steel to carry the tensile loads which are more prominent on tall buildings due to the effect of wind. Reinforcing bars are designed to be placed inside block cells. The construction practice in Brazil is to place the reinforcing steel before the block units are laid. With this practice, walls need to be built in at least two lifts to account for the height limits imposed by the mason having to lift each block over the reinforcing bars. To increase the efficiency of wall construction, spirals are proposed as confinement components of the grout surrounding the lap splices, allowing a single-lift wall construction. The vertical reinforcement is then placed inside the cross-section of the spiral after the laying of blocks is complete. The objective of this investigation is to evaluate the efficiency of lap splices with spirals as confinement components of grout. Four types of single-bar splice specimens were prepared during the test program consisting of: first, contact lap splices tied by steel lock wires; second, non-contact lap splices without any confinement components; third, non-contact lap splices with the surrounding grout confined by spirals with 35 mm pitch; fourth, non-contact lap splices with the surrounding grout confined by spirals with 80 mm pitch. The results of the experimental program show that spirals are efficient confinement components of non-contact lap splices in concrete block masonry. Statistical analysis of results demonstrate that non-contact lap splices confined by spirals with 35 mm pitch are not only equivalent with contact lap splices regarding their ultimate tensile resistance, but also contribute to the reduction of cracks.