Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-25T13:18:17Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ LIRA BRAGA NETO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 3214305 bytes, checksum: ec9752a773a381a36000f3a5daa3933a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T13:18:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ LIRA BRAGA NETO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 3214305 bytes, checksum: ec9752a773a381a36000f3a5daa3933a (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Capes / Com o avanço tecnológico as propriedades exigidas aos materiais. Os materiais compósitos, que têm uma ampla aplicação nos mais variados setores. Por outro lado, o desempenho dos compósitos é fortemente dependentes da interface matriz-fibra e consequentemente da distribuição e orientação das fibras. A Mecânica da Fratura é o campo da Mecânica que utiliza métodos analíticos e experimentais para descrever o comportamento de sólidos e estruturas com descontinuidades geométricas frente a solicitações mecânicas. Este trabalho tem por objetivo de analisar e avaliar as propriedades mecânicas em compósitos de fibra de vidro e resina poliéster com descontinuidades geométricas (furo central e com variação da distância entre os furos). A caracterização desses materiais foi realizada através de ensaios de tração uniaxial e tenacidade à fratura. Dessa forma, foram observados os valores da tensão máxima de ruptura para os laminados sem furo, com furo central e furos com variação do espaçamento entre os furos, bem como a característica final da fratura. Para a avaliação da possível influência da presença dos furos centrais e a variação da distância entre os furos, a resistência mecânica foi determinada para cada caso. Verificou-se também que o fator de concentração de tensão, como era de se esperar, variou com a distância entre os furos nos compósitos estudados. Os resultados obtidos comprovam que a presença da descontinuidade geométrica tem efeito danoso nas propriedades mecânicas do material, principalmente quando aumentou o diâmetro do furo central de 6 mm para 12 mm de diâmetro. Quanto ao comportamento à fratura dos compósitos estudados, verificou-se uma fratura final do tipo LGM (Lateral e no Meio do Galgo) para os furos centrais de 6 e 12 mm e com a variação da distância entre os furos de 12 e 48 mm de distância, já para a variação da distância entre os furos de 6,2 mm de distância foi AGM (Angular e no Meio do Galgo). No ensaio de tenacidade à fratura as condições exigidas não foram satisfeitas, portanto os fatores de intensidade de tensão KQ (críticos) determinados não podem ser considerados valores de KIC. Portanto, são dependentes da geometria dos corpos de prova usados. / With technological advancement the properties required of conventional materials have changed leading to the appearance of materials capable of meeting the desired requirements of new technologies. One is composite materials, which have a wide application in various sectors. On the other hand, the performance of the composite is strongly dependent on the matrix-fiber interface and hence the distribution and orientation of fibers. The Fracture Mechanics is the field of mechanics that uses analytical and experimental methods to describe the behavior of solids and structures with geometrical discontinuities in against mechanical stress. This field appears as a solid foundation for analyzing the behavior of the morphology of composites. This paper analyzes and evaluate the mechanical properties of composite of glass and polyester resin with geometrical discontinuities in (center hole and change of distance between the holes). The characterization was carried out by uniaxial tensile tests and fracture toughness. Thus they observed values of maximum stress at break for the laminates without holes, with a central hole and holes with varying spacing between the holes and the final characteristic of the fracture. To evaluate the possible influence of the presence of the central holes and the variation of the distance between the holes, the mechanical strength was determined for each case. There was also the factor of stress concentration, as was to be expected, it varies with the distance between the holes in the studied composites. The results obtained show that the presence of geometric discontinuity has harmful effect on the mechanical properties of the material, especially when the increased diameter of the central hole of 6 mm to 12 mm in diameter. The behavior to fracture of the studied composites, presented the final fracture of the LGM type (Side and Middle Greyhound) for central holes 6 and 12 mm and with the change of distance between holes 12 and 48 mm away, as for the change of distance between the holes of 6.2 mm away was AGM (Angle and Half Greyhound). The fracture toughness of the bulk composite, for two different thicknesses of plates (8 and 10 mm nominal values), was not satisfactory service for predicting the fracture of composites containing the concentrators strain studied.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FernandoBMS.pdf: 3386932 bytes, checksum: 168cdc99a75d4f1724f61a337a6c9569 (MD5) Previous issue date: 2008-09-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Porous ceramics have many applications: thermal insulation, catalytic support, materials to fire protection, filters, and others. There are many techniques to production of ceramic filters. One technique to obtain ceramic filters is the replication method. This method consists in the impregnation of polymeric foam with ceramic slurry followed by a heating treatment that will burn out the organic elements and sintering of the material, resulting of a replication of the original foam. To perform their functions ceramic filters must satisfy mechanical requirements and permeability parameters (darcian k1 and no-darcian k2). The permeability and the strength of the ceramic material are dependent of the pore size and pore distribution. To the use at high temperatures the evaluation of mechanical properties in these temperatures is necessary. In this work the mechanical behavior of two commercial porous ceramics (10 and 40 poros per inch) was studied these materials were submitted to compression and four-point flexure test (room temperature, at 1000 ?C, after thermal shock). Density and porosity measurements, permeability tests and microstructural analysis by scanning electronic microscopy (SEM) were realized. The Results showed that the decrease of mechanical strength of these materials, when submitted to thermal shock, occur for propagation of new cracks from cracks pre-existing and the permeability depends of the pore size / As cer?micas porosas possuem uma vasta gama de aplica??es, tais como: isoladores t?rmicos, suporte catal?tico, materiais para prote??o contra fogo, filtros, dentre outras. Existem v?rias t?cnicas para a produ??o de filtros cer?micos, dentre as quais pode-se destacar o m?todo da r?plica, o qual consiste basicamente na impregna??o de uma esponja polim?rica ou natural com uma barbotina cer?mica, seguindo-se um tratamento t?rmico deste material, onde ocorrer? a decomposi??o do material org?nico e sinteriza??o do material cer?mico, resultando em um corpo cer?mico que consiste em uma r?plica da estrutura da esponja impregnada inicialmente. Al?m de par?metros de permeabilidade (darciana k1 e n?o darciana k2), os filtros cer?micos t?m que atender a requisitos mec?nicos, para que assim possam desempenhar bem as suas fun??es. A resist?ncia mec?nica e a permeabilidade dependem do tamanho e da distribui??o dos poros no material. Para utiliza??o em altas temperaturas, a avalia??o das propriedades mec?nicas a estas temperaturas se faz necess?ria. Neste trabalho foi estudado o comportamento mec?nico de duas cer?micas porosas comerciais (10 e 40 poros por polegada linear) ap?s serem submetidas a ensaios de resist?ncia ? compress?o e ? flex?o em 4 pontos (temperatura ambiente, 1000 ?C e ap?s choque t?rmico). Foram realizadas medidas densidade e porosidade, permeabilidade e an?lise da microestrutura destes materiais por microscopia eletr?nica de varredura. Os resultados mostram que os valores de resist?ncia mec?nica destes materiais s?o dependentes dos defeitos pr?-existentes nos filamentos que comp?em a estrutura do material e a permeabilidade ? fun??o do tamanho dos poros

O conhecimento do comportamento mecânico do material é vital para a previsão da durabilidade e atendimento aos requisitos iniciais de projeto. Por meio de ensaios experimentais é possível mensurar esse comportamento e utilizar como parâmetro de entrada em simulações numéricas. Nesse ponto a temperatura altera significativamente as propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas do material. Testes de fadiga devem ser considerados na caracterização do material mesmo que um alto custo e tempo sejam necessários. Assim o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento termo-mecânico do policloropreno em tração e fadiga. Este estudo se fez necessário para prever a durabilidade em diversas temperaturas em mancais de rolamento de cardans que exigem rigidez e durabilidade. A abordagem proposta consiste em formular equações constitutivas que considerem as constantes dependentes da temperatura para a situação estática (ensaio de tração) e dinâmica (ensaio de fadiga). Foram estudados 4 modelos constitutivos já consagrados na literatura. Corpos de prova normatizados foram utilizados para a avaliação experimental do material tanto em tração quanto em fadiga. Pode-se concluir que esta abordagem conseguiu modelar adequadamente o comportamento mecânico em ambas as situações estudadas. / Mechanical behavior of materials is vital for predicting durability and compliance with initial requirements of the project. Through experimental tests can measure this behavior and use as an input parameter in numerical simulations. At this point temperature significantly changes static and dynamic mechanical properties of the material. Fatigue tests should be considered in material characterization even if a high-cost and time are required. So the aim of this study is evaluate the thermo-mechanical behavior of polychloroprene in tension and fatigue. This study was necessary to predict durability in various temperatures in driveshafts of rolling bearings that requires rigidity and durability. The proposed approach is formulating constitutive equations to consider the dependent constant temperature for static situation (tensile test) and dynamic (fatigue test). Four constitutive models already established in literature were studied. Standardized test specimens were used for the experimental evaluation of the material both in tension and in fatigue. It can be concluded that this approach could adequately model the mechanical behavior in both cases studied.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior

O processo de cura de carbonatação acelerada em matrizes cimentícias reforçadas com fibras naturais é um avanço no caminho para a inovação dos materiais compósitos adequados para aplicação nas regiões em desenvolvimento. No entanto, estudos adicionais, sobre o mecanismo da carbonatação em compósitos cimentícios reforçados com fibras naturais, conhecimento para a escolha do tipo de fibra celulósica, os parâmetros da câmara de carbonatação, a idade para começar o processo de cura com carbonatação, a influência da adição mineral e quantificar as fases hidratadas do cimento antes e depois do ensaio de envelhecimento acelerado, e o teste de durabilidade são ainda necessários. O objetivo deste trabalho foi avaliar a definição de parâmetros opcionais para o processo de cura com carbonatação acelerada, identificar as principais fases hidratadas da matriz de cimento e a durabilidade do fibrocimento reforçado com polpa celulosica. As matérias-primas utilizadas para as formulações dos compósitos cimentícios usados nesta investigação incluem: cimento Portland, adição mineral (calcário ou sílica) e reforço de fibra natural (Eucalipto ou Pinus). Os compósitos cimentícios foram produzidas por um processo de sucção a vácuo da mistura e posterior prensagem em pequena escala em laboratório. As condições de cura foram conduzidas em vários conjuntos de amostras, que estudaram o efeito da concentração da carbonatação acelerada (0%, 20% e aproximadamente de 100% de CO2); o efeito de polpa celulósica (não branqueada e branqueada); o efeito da adição mineral (Calcário e Sílica) e, o efeito da durabilidade com o ensaio de envelhecimento acelerado (200 ciclos de imersão e secagem). Utilizou-se uma variedade de métodos de análise para avaliar a cinética de hidratação, as propriedades mecânicas e físicas e as implicações químicas nos compósitos; entre eles: difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG e DTG), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia electrônica de varredura (MEV) e área superficial específica B.E.T. Nos compósitos sob concentrações perto do 100% de CO2, os resultados indicam que os compósitos reforçada com polpa branqueada apresentam nos ensaios de flexão valores médios estatisticamente significativos maiores do modulo de ruptura (MOR) e energia especifica ao redor do 24% comparados com os reforçados com polpa não branqueada. Nos compósitos sob concentrações 20% de CO2 os compósitos de sílica resultarem nos ensaios de flexão em valores médios estatisticamente significativos maiores no limite de proporcionalidade ao redor do 46% comparando com os compostos de calcário; O composto que utiliza sílica como adição mineral tem menor quantidade de hidróxido de cálcio (CH) em comparação com o composto com adição de calcário, com base no resíduo de CH detectado na análise de DRX: 3% e 11,5%, respectivamente. Após o envelhecimento acelerado, os compósitos com sílica sujeitos a dois regimes de cura diferentes (carbonatados e não carbonatados) não apresentam redução estatística do desempenho mecânico, com exceção da energia especifica; também há ausência de ettringite (AFt) no padrão XRD. Entretanto, os compósitos que foram sujeitos ao processo de carbonatação apresentam valores médios de MOR estatisticamente significativos mais elevados. Esta assim concluísse em este estudo que para compósitos cimentícios curados com carbonatação acelerada é indicado o uso de polpa branqueada com a sílica como adição mineral. / Carbonation accelerated curing process on cementitious matrices reinforced with vegetal fiber is an advance on the way for innovative composite materials suitable for application in developing regions. However, further studies on the carbonation mechanism in natural fiber reinforced cement composite, knowledge about the choice of cellulose fiber, carbonation chamber parameters, the age at which to begin the carbonation curing, the influence of mineral addition and the amount of the main hydrated clinker phases before and after of accelerated aging cycles, and durability test are still needed. The aim of this work was to evaluate the definition of optional parameters for accelerated carbonation curing process, the main hydrated phases of the cement matrix and the durability of fiber-cement reinforced with cellulose pulp. The raw materials used for the cementitious composite mix designs used in this investigation include: Portland cement, filler (limestone or silica) and natural fiber reinforcement (eucalyptus or pines). The cementitious composites were produced by a slurry vacuum dewatering process followed by pressing in laboratory small scale. The curing conditions were conducted on various sets of samples which were studied the effect of accelerated carbonation concentration (0%, 20% and close of 100% of CO2); the effect of cellulosic pulp (unbleached or bleached); the filler effect (limestone and silica); and, the effect of accelerated ageing test (200 soak & dry cycles). A variety of analytical test methods were used to assess the hydration kinetics, the mechanical and the physical properties, and chemical implications in the composites; between them: (X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG and DTG), Infrared spectrometer (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and B.E.T. surface area analyzer. On the samples subject to close 100% of CO2 the results indicate that the bleached pulp reinforcement composites show in flexural test average statistically significant higher values of modulus rupture and specific energy around 24 % relating with unbleached pulp. On the samples subject to 20% CO2 the silica composite resulted in flexural test average statistically significant higher values of Limit of proportionality around 46% comparing with the limestone composite; the composite with silica addition presents less amount of calcium hydroxide (CH) in comparison with the composite with limestone addition, based on the CH residue detected in the XRD analysis: 3% and 11.5% respectively. After accelerated aging, the silica composites subject to two different curing regimes (carbonated and uncarbonated) presents no statistical reduction of mechanical performance, also there is an absence of ettringite (AFt) at XRD pattern; nevertheless, the carbonated composites present a significantly higher average MOR values. Thus, it is concluded in this study that for cementitious composites cured with accelerated carbonation the use of bleached pulp with silica as mineral addition is indicated.

Este trabalho versa sobre a inspeção fratográfica por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e a análise micro-química por Energia Dispersiva de Raios-X de superfícies de fratura de um compósito particulado de matriz metálica (CMM = liga AA356 + SiC) manufaturado por compofundição e submetido a diferentes classes de ensaios mecânicos, a saber, impacto Charpy, flexão quase-estática e fadiga fletiva. A fratografia por MEV em modo de imageamento por elétrons secundários se mostrou uma poderosa ferramenta na análise dos aspectos topográficos de CMM particulados fraturados, que se relaciona diretamente ao aporte de energia (ou ao nível de tensão desenvolvido) para a criação da superfície de fratura, independentemente do tipo de solicitação mecânica aplicada. Mecanismos de tenacificação em CMM, tais como descolamento, trincamento e arrancamento de partículas de SiC da matriz metálica AA356 foram prontamente identificados e documentados por esta modalidade MEV, e correlacionados ao desempenho mecânico dos materiais investigados. Aglomeração de partículas de SiC, assim como a presença de poros e/ou vazios se revelaram freqüentemente como variáveis determinantes do desempenho mecânico do CMM em ensaios dinâmicos, quase-estáticos e cíclicos. MEV em modo de imageamento por elétrons retro-espalhados se mostrou extremamente útil na identificação de partículas de SiC aflorando em superfícies de fratura do CMM quando o emprego de elétrons secundários não foi bem sucedido na tarefa. Micro-análise química por EDS permitiu o mapeamento dos elementos Fe e Cr, além de Mn, e possibilitou classificá-los como formadores de precipitados potencialmente fragilizantes do CMM. Esta técnica também assegurou a identificação de reticulados ricos em Si ao redor dos glóbulos de fase pró-eutética (alfa), os quais (reticulados) são altamente favorecedores de fraturas intergranulares. / This work focuses on the fractographic inspection by Scanning Electron Microscopy (SEM) and micro-chemical analysis by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) of fractured surfaces of a compocast particulate metal matrix composite (MMC = AA356 alloy + SiC) subjected to different classes of mechanical testing, namely, Charpy impact, quasi-static flexure and flexural fatigue. SEM fractography in secondary electron imaging mode has shown to be a powerful tool in analyzing topographic aspects of fractured particulate MMC, which are straightforwardly related to the energy apportion (or the developed stress level) to the fracture surface creation, regardless the applied mechanical loading type. Toughening mechanisms for MMC, such as SiC particle debonding, cracking and pulling-out from the metallic matrix AA356 alloy were promptly identified and documented through this SEM modality, and correlated to the mechanical performance of investigated materials. SiC particle clusters as well as pore and/or void presence were very often discovered as the main controlling variables of mechanical performance of MMC during dynamic, quasi-static and cyclic testing. SEM fractography in backscatted electron imaging mode has shown to be extremely useful on the identification of SiC particles emerging from fractured surfaces of MMC when secondary electron mode did not succeed in this task. EDS micro-chemical analysis allowed to map Fe and Cr, besides Mn, and permitted to classify them as potentially MMC-embrittling precipitated forming elements. This technique also assured the identification of Si-rich reticulated structure around pro-eutectic phase globules, which (reticulated structure) highly favors intergranular fracture.

O conhecimento do comportamento mecânico do material é vital para a previsão da durabilidade e atendimento aos requisitos iniciais de projeto. Por meio de ensaios experimentais é possível mensurar esse comportamento e utilizar como parâmetro de entrada em simulações numéricas. Nesse ponto a temperatura altera significativamente as propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas do material. Testes de fadiga devem ser considerados na caracterização do material mesmo que um alto custo e tempo sejam necessários. Assim o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento termo-mecânico do policloropreno em tração e fadiga. Este estudo se fez necessário para prever a durabilidade em diversas temperaturas em mancais de rolamento de cardans que exigem rigidez e durabilidade. A abordagem proposta consiste em formular equações constitutivas que considerem as constantes dependentes da temperatura para a situação estática (ensaio de tração) e dinâmica (ensaio de fadiga). Foram estudados 4 modelos constitutivos já consagrados na literatura. Corpos de prova normatizados foram utilizados para a avaliação experimental do material tanto em tração quanto em fadiga. Pode-se concluir que esta abordagem conseguiu modelar adequadamente o comportamento mecânico em ambas as situações estudadas. / Mechanical behavior of materials is vital for predicting durability and compliance with initial requirements of the project. Through experimental tests can measure this behavior and use as an input parameter in numerical simulations. At this point temperature significantly changes static and dynamic mechanical properties of the material. Fatigue tests should be considered in material characterization even if a high-cost and time are required. So the aim of this study is evaluate the thermo-mechanical behavior of polychloroprene in tension and fatigue. This study was necessary to predict durability in various temperatures in driveshafts of rolling bearings that requires rigidity and durability. The proposed approach is formulating constitutive equations to consider the dependent constant temperature for static situation (tensile test) and dynamic (fatigue test). Four constitutive models already established in literature were studied. Standardized test specimens were used for the experimental evaluation of the material both in tension and in fatigue. It can be concluded that this approach could adequately model the mechanical behavior in both cases studied.

A deposição de filmes finos resistentes ao desgaste é uma prática realizada com bastante frequência para melhorar o comportamento tribológico (atrito, desgaste, lubrificação) de diferentes peças e componentes. Afim de se garantir o adequado funcionamento do sistema revestido (substrato+filme), é importante avaliar o comportamento mecânico do mesmo. Um método para avaliação e estudo do comportamento mecânico destes sistemas é o ensaio de riscamento. O ensaio é utilizado para analisar a fratura superficial do revestimento (falha chamada coesiva), ou a resistência à adesão (falha chamada adesiva), e os modos de falha de revestimentos duros (HV>=5 GPa) e finos (<=30 ?m), depositados sobre substratos cerâmicos ou metálicos. A caracterização de alguns modos de falha nos sistemas revestidos está relacionada com modelos qualitativos de tensões presentes na região de contato e nas bordas do riscamento. Neste trabalho, foi estudado o comportamento das tensões Sxx e Szz desenvolvidas durante o riscamento de sistemas compostos por combinações de revestimentos/substratos. O trabalho foi baseado no desenvolvimento de modelos de simulação em 3D e 2D, utilizando o método dos elementos finitos (MEF), nos quais, uma partícula rígida com características de indentador Rockwell C, aplica carga progressiva até 2 N, ao longo de uma distância de 0,5 mm. No estudo, variou-se a dureza, traduzida em valores de tensão de escoamento do revestimento e do substrato, da mesma forma, analisou-se o efeito da tensão residual do revestimento, o efeito da espessura, o atrito, e a rugosidade, na superfície e na interface do sistema. O fato de obter valores de tensão que ultrapassam o valor do escoamento do revestimento pressupõe a possível ocorrência de falhas nos sistemas revestidos. Os resultados obtidos por simulação indicaram que as combinações de revestimento com tensão de escoamento baixa (Sy<3000 MPa) levam a experimentar tensões ao nível da tensão de escoamento do revestimento. Os revestimentos com tensão de escoamento Sy>5000 MPa apresentaram valores de tensão inferiores aos da tensão do revestimento, bem como o uso de tensão residual de -3 GPa no revestimento, assim como o aumento da espessura do revestimento têm grande importância nos sistemas revestidos, em particular nos casos em que a tensão de escoamento no revestimento é Sy>=5000MPa. O efeito do coeficiente de atrito leva à obtenção de valores de tensão (Sxx ou Szz) suficientemente altos na maioria das combinações, sendo esta a variável de estudo que levou ao maior número de vezes que foi atingido o valor da tensão de escoamento do revestimento. Da mesma forma, a rugosidade afeta os valores de tensão Sxx (interior do sulco). Ao aumentar a rugosidade do sistema aumenta a possibilidade de ultrapassar valores da tensão do revestimento na superfície e na interface do conjunto. Finalmente, pela complexidade do número de variáveis que afetam o ensaio, a simulação numérica sugere que o fato de analisar unicamente a dureza dos materiais, assim como as diferentes variáveis de forma isolada, não permite a reprodução de um mapa de falhas próximo ao proposto na literatura. / The deposition of wear resistant thin films is a common practice to improve the tribological behavior (friction, wear, lubrication) of several mechanical components. In order to guarantee the adequate performance of the coated systems, it is important to evaluate the mechanical behavior. A method for evaluation and study of the coated systems is the scratch test. The test is used to analyze the fracture of the coating (cohesive failure), or the adhesion of the coating (adhesive failure), and the failure modes of hard coatings (HV>=5 GPa) and thin (<=30 ?m) deposited on ceramic or metallic substrates. The characterization of some failure modes in coated systems is related to qualitative stress models at the contact region and the scratch edges. In this work, the behavior of the Sxx and Szz stresses developed during the scratch test was analyzed in different combinations of coatings/substrates. The work was based on the development of 3D and 2D simulation models using the finite element method (FEM). In the simulation, a rigid particle (with the geometry of Rockwell C indenter) applied progressive load to 2N along a 0.5 mm distance. In the study, the hardness was expressed as yield stress values in the coating and the substrate. In addition, it was examined the effect of coating residual stress (-3 GPa), as well as the effect of the thickness, the friction coefficient, and roughness of the surface and interface in the stresses behavior. The fact of obtaining tension values, which exceed the yield stress of coating implies the possible occurrence of failure. The results obtained by simulation indicated that the coating combinations with low yield stress (Sy < 3000 MPa) lead to Sxx and Szz stress values in the level of the coated yield stress. The coatings with yield stress Sy > 5000 MPa enable to obtain low Sxx and Szz values. The use of the residual stresses (-3 GPa) as well as increasing the thickness of the coating are very important factors in the coated systems, especially in the case of coatings with Sy > 5000 MPa. The effect of the friction coefficient leads to stress values (Sxx or Szz) sufficiently high in most of the combinations. This factor is the most important variable leading to the greater number of times that the value of the coating yield stress was reached. The roughness is responsible for Sxx stress values (inside groove). Increasing the roughness of the system increased the possibility of exceeding stress values in the surface and interface coating. Finally, by the complexity of the number of variables that affect the scratch test, the numerical simulation suggests that the fact of only analyzing the hardness of materials, as well as other isolated variables of the scratch test does not allow reproduction of a map of failures similar to that proposed in the literature.

Neste trabalho buscou-se propor e implementar um modelo de material capaz de prever o comportamento mecânico de estruturas em compósitos poliméricos reforçados (CPR). Inicialmente fez-se um levantamento bibliográfico sobre os modos de danificação intralaminar e falhas interlaminares bem como sobre formas de abordagem (analítica e numérica) para tratar esses problemas. Em seguida, foram apresentadas em detalhes as etapas experimentais executadas, descrevendo todo o procedimento de fabricação dos corpos-de-prova e os resultados obtidos a partir dos ensaios quase-estáticos de tração, compressão, cisalhamento e flexão. Com base nesses resultados e em informações provenientes da literatura, propõem-se alguns modelos de material que foram implementados em sub-rotinas FORTRAN. Tais modelos são posteriormente compilados em conjunto com um programa de elementos finitos (ABAQUS®) a fim de serem avaliados e terem seus parâmetros calibrados. Numa primeira fase, através de simulações computacionais dos ensaios de tração e compressão avaliou-se os modelos de material implementados. Numa segunda fase, os parâmetros foram calibrados tomando como base três estudos de caso (flexão, endentação e teste de impacto) envolvendo seqüências de empilhamento distintas. Após a simulação computacional desses estudos, apresentou-se a proposta de uma metodologia para avaliar problemas de impacto a baixa velocidade em estruturas laminadas. Conclui-se assim que o presente projeto de pesquisa traz contribuições inovadoras, mas também apresenta várias perspectivas de trabalhos futuros. / In this work, material models were proposed to predict the mechanical behavior of composite structures. First of all, it was done a study about damage intra-ply and inter-ply (delamination) on composite materials and about analytical and numerical approaches to solve problems of progressive damage on composite structures was performed. After, many specimens were manufactured and experimental tests (tensile, compression, shear and flexural tests) were carried out. Experimental results and information from literature were used to develop some material models, which were implemented using FORTRAN compiler. These material models were compiled with a commercial finite element program (ABAQUS®) in order to evaluate and calibrate parameters of the models. In the first step, computational simulations of tensile and compression test were carried out to evaluate material models implemented. In the second step, the parameters of the material models were calibrated using three case studies (flexural, indentation and impact test) with some staking sequences. After that, a methodology was proposed to evaluate impact problems on composite structures under low velocity. Therefore, this research project not only shows new contributions but also suggests many future investigations.

A indústria de papel e celulose representa um dos mais expressivos setores industriais do mundo, sendo de grande importância para a economia mundial. Na América do Sul, devido à grande disponibilidade de recursos florestais, O Brasil e o Chile são os maiores produtores de celulose. O Brasil produz em torno de 6 milhões de toneladas de polpa por ano, dos quais 98% são branqueadas, segundo pesquisas da Unicamp (2004). A produção de papel passou por evoluções ao longo dos anos, que possibilitou o melhoramento da qualidade e velocidade de produção, fazendo com que este setor industrial gerasse um aumento na capacidade produtiva, acarretando um aumento do volume de resíduos gerados pela indústria de papel e celulose. O alto consumo de papel e seus métodos de produção endossam o rol das atividades humanas mais nocivas ao planeta. Para produzir 1 tonelada de papel são necessárias 2 a 3 toneladas de madeira, uma grande quantidade de água (mais do que qualquer outra atividade industrial) e muita energia (está em quinto lugar na lista das que mais consomem energia). O principal objetivo deste trabalho é apresentar resultados da avaliação, em laboratório, de propriedades físicas e mecânicas de misturas constituídas de solo, cal e resíduo da fabricação de papel, visando sua utilização na construção rodoviária. Os ensaios de compactação foram realizados na energia equivalente ao Proctor Normal e o comportamento mecânico das misturas foi avaliado mediante os resultados obtidos dos ensaios de compressão simples, compressão diametral e triaxial cíclico. Para a realização destes ensaios escolheram-se os teores de 0 e 40% de resíduo e os teores 0,5 e 10% de cal. Avaliou-se, também, a rigidez do material mediante o módulo tangente inicial (Eo) e módulo de resistência (Mr). Os corpos-de-prova foram ensaiados sem imersão e após imersão em água por 4 horas, decorridos 7 dias de cura em câmara úmida. Posteriormente, analisou-se a influência do tempo de cura para 0, 2, 7, 28 84 dias de permanência em câmara úmida. Para determinar a periculosidade do resíduo foram executados ensaios ambientais de lixiviação e solubilização. Os resultados mostraram que a adição do resíduo e a influência da água agiram como agentes redutores das propriedades mecânicas. Entretanto, as misturas de solo-cal e solo-resíduo-cal atendem às especificações técnicas da State of the art 5 - Lime stabilization (TRB, 1987), oferecendo uma solução viável para a utilização destas misturas na construção rodoviária. Observou-se, também, que o aumento do tempo de cura e teor de cal conduziu a valores crescentes de resistência e rigidez. Os ensaios ambientais realizados no solo, resíduo da fabricação de papel e na mistura solo-resíduo-cal foram essenciais para se obter parâmetros que permitam acompanhar o desequilíbrio que possa surgir no meio ambiente decorrente da aplicação deste resíduo em camadas de base e sub-base de pavimentos. / The paper and pulp industry represent one of the most expressive industrial sector around the world, being of great importance to the world economy. In South America, because of the wide forest resources, Brazil and Chile are the largest pulp-producing. Brazil produces around 6 million tons of pulp per year, among which 98% of the pulp are produced by the bleaching process, according to research from Unicamp (2004). The paper production has undergone changes through the years, which enabled the improvement of the quality and speed of production. It made that this industrial sector has an increase of productive capacity and of waste\'s volume produced for the paper and pulp industry. The high consumption of paper and its productions ways increase the contingent of human most harmful activities o the planet. To produce 1 ton of paper are necessary from 2 to 3 tons of wood, a lot of water (more than any other industrial activity) and a lot of energy (it is in the fifth place in the list of industries that consume more energy). The main goal of this paper is present results of assessment, in laboratory, of physical and mechanical properties of mixtures of soil, lime and residue from the manufacture of paper, for their use in road construction. The compaction tests were made in the equivalent energy to the normal Proctor and the mechanical behavior of the mixtures was evaluated on the strength of the results of tests for unconfined compressive strength, diametrical compression and cyclic loading triaxial. For these tests have been chosen the levels of 0 and 40% of waste and the levels 0,5 and 10% of lime. It was evaluated also the stiffness of the material by the initial tangent modulus (Eo) and resilient modulus (Mr). The samples were tested without immersion and after immersion in water for 4 hours, after 7 days of cure in a moist chamber. Subsequently, it was analyzed the influence of curing time for 0, 2, 7, 28 and 84 days of stay in a moist chamber. To determine the dangerousness of the residue were performed environmental testing of leaching and solubility. The results showed that the addition of waste and the influence of water acted as reducing agents of mechanical properties. However mixtures of soil-lime and soil-residue-lime meet the technical specifications of the State of the art 5 - Lime stabilization (TRB, 1987), providing a feasible solution to the use of such mixtures in road construction. Observed also that increasing the curing time and content of lime led to increasing values of strength and stiffness. The environmental testing conducted in the soil residue from the manufacture of paper and the mixture soil-residue-lime were essential for obtaining parameters for monitoring the imbalance that may arise in the environment resulting from the application of this waste in layers of base and sub base\'s pavements.