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[en] CONSIDERATIONS ON THE MODELING OF CONNECTIONS FOR REPAIR OF PIPELINES / [pt] CONSIDERAÇÕES SOBRE A MODELAGEM DE CONEXÕES PARA REPARO DE DUTOSJOAO LUIS BATISTA DA SILVA 12 February 2009 (has links)
[pt] A redução de espessura de parede de dutos, causada por
corrosão, é um dos
defeitos que mais afetam a integridade dos mesmos. Este
defeito pode ocorrer no
metal base, nas soldas longitudinais e circunferenciais. Com
a expansão do
número de dutos rígidos instalados no fundo do mar e o
avançado tempo de uso, a
indústria de petróleo tem desenvolvido diversas ferramentas
de reparo desses
dutos, sem comprometer a segurança e a perda da produção. O
objetivo preliminar
desse trabalho foi o estudo e a geração de modelos
computacionais, os quais uma
vez parametrizados, possam servir como ferramenta para
análise de conexões de
reparo de dutos submarinos. No decorrer desse estudo, sobre
dois tipos de
conexões de reparo, foi percebido que o comportamento na
falha, descrito pelos
modelos numéricos das mesmas, possui detalhes que precisavam
ser esclarecidos
em complementação ao programa experimental adotado
(Alves,1995). Uma fase
dessa pesquisa constou o trabalho de laboratório no qual
repetiu-se a confecção da
mistura de resina epóxi e cimento, segundo as referencias
adotadas no programa
experimental de Alves e realizaram-se ensaios de compressão
em corpos-de-prova
cilíndricos moldados com essa mistura visando o levantamento
de curva tensão
versus deformação e determinação do coeficiente de Poisson.
Outra fase dessa
pesquisa foi a consulta de diversos outros trabalhos que
indicassem o
comportamento dessa mistura, quando submetida à compressão.
Por fim, foram
gerados modelos analíticos e numéricos da conexão de reparo.
Seus resultados
foram comparados com os resultados obtidos no programa
experimental de Alves.
Com base nessa comparação foram levantadas as discrepâncias
dos resultados,
bem como as possíveis causas dessas discrepâncias e suas
possíveis razões e
sugestões para se alcançar o objetivo inicial foram indicadas. / [en] The reduction of pipeline wall thickness caused by corrosion
is one of the
defects that more affect pipeline structural integrity.
These defects can take place
in the metal base, in the longitudinal and circumferential
welding. With the
expansion of the rigid submarine pipelines mesh already
installed and considering
the advanced time of using, the oil industry has been
developing several tools for
pipeline repair without compromising the safety and avoiding
production stops.
The preliminary objective of this work was the study and the
generation of
computer models, which once parameter, they could be a tool
for analyze the
repair connection of submarine pipeline. During this study,
about two types of
repair connection, it was realized that the behaviour at
failure described by the
connection numerical models has details which needed to be
explained in addition
to the considered experimental program (Alves). One phase of
this research was
the laboratory works in which it was possible to repeat the
mixture of epoxi resin
and cement, according to the references adopted in the
experimental program
(Alves). Compression test were conducted on cylindrical
specimens made of this
mixture for determining the stress-strain curve and the
Poisson coefficient.
Another phase of this research was the consulting of other
works which could
indicate the expected behaviour of the mixture subjected to
the compression load.
Finally, analytical and numerical models of repair
connection were generated the
results were compared with those obtained on experimental
program (Alves)
Based on comparison, discrepancies were detected as well as
they possible causes.
Suggestions to obtain the initial objective were indicated.
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[en] STRUCTURAL ASSESSMENT OF PIPELINES WITH REAL CORROSION DEFECTS / [pt] AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DE DUTOS COM DEFEITOS DE CORROSÃO REAISRICARDO DIAS DE SOUZA 17 November 2003 (has links)
[pt] A avaliação estrutural de dutos com defeitos de corrosão
vem sendo estudada desde o final da década de 60. A
partir dos conceitos da Mecânica da Fratura, foram
elaboradas expressões semi-empíricas que permitiram
estimar a pressão de ruptura de defeitos de corrosão.
Desde então, essas expressões foram sendo ajustadas e
aprimoradas por testes de ensaios destrutivos e análise de
elementos finitos. Os principais métodos desenvolvidos
são o ASME B31G, 085dL, Effective Area, DNV RP F-101
(defeitos isolados) e DNV RP F-101 (defeitos complexos).
Esta tese foi elaborada utilizando alguns dos ensaios
programados para o projeto Produt 600536, e parte dos
seus resultados foi aproveitada neste projeto. Para o
trabalho de tese, foram utilizados cinco espécimes
tubulares de aço API 5L X46, com 3,0 m de comprimento
aproximado, diâmetro nominal de 457,2 mm e espessura
nominal de 6,35 mm. Estes espécimes continham defeitos
reais de corrosão interna, do tipo longo, localizados na
geratriz inferior, e foram retirados do oleoduto Orbel I,
pertencente à Petrobras, durante a sua obra de
reabilitação, em 2001. Os defeitos de corrosão foram
mapeados com medições manuais por ultra-som espaçadas em
20 mm e com medições mecanizadas CSCAN espaçadas em 5mm.
Para cada espécime, foram realizados ensaios de tração em
4 corpos de prova, sendo 2 corpos retirados
transversalmente e 2 longitudinalmente. Estes espécimes
foram instrumentados com extensômetros de resistência
elétrica e pressurizados até a ruptura. Para cada
espécime, foram levantados diversos perfis de corrosão em
função do comprimento estabelecido para o defeito e do
tipo de medição (manual ou mecanizada). A pressão de
ruptura foi estimada pelas equações dos métodos ASME
B31G, 085dL, Effective Area, DNV RP F-101 (defeitos
isolados) e DNV RP F-101 (defeitos complexos),
utilizando planilha Excel e/ou os programas
computacionais RSTRENG e DNV RP F-101. Os valores de
pressão de ruptura estimados para os espécimes,
utilizando os métodos acima relacionados, foram
comparados com as pressões de ruptura reais, obtidas nos
ensaios de pressão. Os resultados confirmaram o
conservadorismo embutido no método ASME B31G e
comprovaram que os métodos Effective Area e DNV RP-F101
(complexo), que utilizam o perfil de corrosão, apresentam
resultados melhores que os métodos ASME B31G e 085dL
e podem ser considerados uma boa ferramenta para avaliar
defeitos de corrosão, considerando somente carregamento
de pressão interna. / [en] Structural assessment of pipelines with corrosion defects
has been studied since the late 1960s. From the principles
of fracture mechanics, semi-emprical mathematical
expressions have been developed for predicting burst
pressure of corroded pipes. Subsequently, these expressions
have been modified and calibrated based on the results from
finite element analyses and laboratory burst tests. The
main methods are ASME B31G, Modified B31G (version 0.85 dL),
Effective Area and DNV RP-F101 for single and complex
shaped defects. This thesis was done utilizing some
laboratory tests from Produt 600536 Project. For
this study, five specimens with 3.0 meters each were
removed from Petrobras pipeline (Orbel I), during its
rehabilitation. The pipe material was API 5L X46,
18 diameter and 0.25 wall thickness. These specimens had
real internal corrosion with very long defect length, at
the 6:00 o`clock position. The corrosion defects were
mapped by manual ultrasound, at 20 mm intervals, and
mecanized ultrasonic measurements CSCAN at 5 mm intervals.
For each pipe, the yield strength and ultimate strength
were determined by tension tests of 4 specimens, 2
removed from transverse and 2 longitudinal. Every pipe
specimen was monitored by strain gages and pressurized up
to the point of rupture. For each specimen different
profiles were determined depending on the length defined
for the defect and for the intervals of measurements. The
burst pressure was predicted by the following methods: ASME
B31G, Modified B31G (version 0.85 dL), Effective Area and
DNV RP-F101 for single and complex defects. These predicted
rupture pressures were compared with the real burst
pressures. The results confirmed the conservatism of the
ASME B31G method and demonstrated that the Effective
Area and DNV RP-F101 for complex shaped defects methods can
be considered good for evaluating longitudinal corrosion
defects, considering only internal pressure load.
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[en] STRUCTURAL ASSESSMENT OF PIPELINES WITH BLUNT CORROSION DEFECTS COINCIDENT WITH LONG-SEAM WELDS / [pt] AVALIAÇÃO ESTRUTURAL DE DUTOS COM DEFEITOS DE CORROSÃO COINCIDENTES COM A SOLDA LONGITUDINALSERGIO IBAJE OLIVEIRA BUENO 19 October 2007 (has links)
[pt] A redução de espessura de parede causada por corrosão é
um
dos defeitos que mais afetam a integridade dos dutos.
Estes defeitos podem ocorrer no metal base, nas soldas
longitudinais ou circunferenciais, bem como nas zonas
afetadas pelo calor. Os métodos de avaliação da
resistência remanescente introduzem ressalvas ou proíbem
o
tratamento de defeitos de corrosão coincidentes com as
juntas soldadas. No presente trabalho foram avaliados os
níveis de segurança dos métodos usuais de avaliação da
resistência de dutos com defeitos introduzidos na região
da solda longitudinal de tubos soldados por arco
submerso.
Os tubos testados eram de aço C-Mn fabricados na década
de
60 e foram retirados de operação após uma campanha
superior a 30 anos. Com estes tubos foram fabricados 5
espécimes, cada qual com 1 defeito externo produzido por
eletro-erosão, sendo posteriormente submetidos a testes
de
pressão monitorados. Foram realizados ensaios de tração,
ensaios de impacto Charpy e ensaios de dobramento, para
determinação das propriedades mecânicas do metal de
base,
do metal de solda e da zona termicamente afetada (ZTA).
Foram realizados também ensaios metalográficos do metal
de
base e do metal de solda, análise química do metal de
base
e do metal de solda e medição das tensões residuais no
metal de solda. A aplicação dos métodos de nível 1 (ASME
B31G, 085dL, RPA, DNV isolado e PCORRC) resultou em
pressões previstas inferiores às pressões reais de
ruptura
para defeitos de formato esférico. Para defeitos de
seção
retangular a aplicação dos métodos de nível 1 resultou
em
pressões superiores às pressões reais. A aplicação dos
métodos de nível 2 (Effective Area e DNV geometria
complexa) resultou em pressões previstas superiores às
pressões reais de ruptura para defeitos de formato
esférico e de seção retangular. As análises das fraturas
indicaram que não ocorreu falha por deficiência de
tenacidade em nenhum espécime. A corrosão alveolar leve
pré-existente na superfície interna dos espécimes foi
apontada como causa mais provável das pressões previstas
superiores às pressões reais de ruptura. / [en] One of the most important issues that affects pipeline
integrity is corrosion-caused metal loss. This type of
defect can occur over the pipe body, seam or girth welds
or even on heat affected zones. Pipeline remaining
strength criterions are restricted or even prohibited for
assessing corrosion defects coincident with weld regions.
This present work investigated the reliability of the most
common assessment criteria for corroded pipes when defects
were coincident with seam weld region in submerged arc
welded pipes. The tested specimens were C-Mn steel pipe,
from a pipeline manufactured in the 60´s and had operated
for over 30 years. Five external defects were created on
five pipe specimens and pressure tested until rupture.
Stress, charpy V-notch and bending tests were carried out
to find the mechanical properties of the welded joints.
Microstructure and chemical composition from base metal
and weld metal were also analyzed. Residual stresses on
welds were measured. The level 1 criterion (ASME B31G,
085dL, RPA, DNV single and PCORRC) applications have
underestimated failure pressure for spherical shaped
defects. On the other hand, the same criterions have
overestimated failure pressure for rectangular shaped
defects. The level 2 criterions (Effective Area e DNV
complex geometry) application overestimated failure
pressure for all 5 specimens with both spherical and
rectangular shaped defects. Fracture analyses have
indicated that no specimen had a toughness controlled
failure. Internal pit corrosion that was found after
pressure testing is recognized as the most probable cause
of underestimated pressure forecasts.
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[en] IDENTIFICATION AND SOLUTION OF HOT ROLLING CRACKING IN STRUCTURAL STEELS PROCESSED BY CONTINUOUS CASTING / [pt] IDENTIFICAÇÃO E SOLUÇÃO DE TRINCAS DE LAMINAÇÃO A QUENTE EM AÇOS ESTRUTURAIS PROCESSADOS EM LINGOTAMENTO CONTÍNUOCARLOS AUGUSTO RUPPENTHAL MILANI 18 February 2019 (has links)
[pt] O advento e consolidação do processo de lingotamento contínuo, hoje
dominante no setor siderúrgico, trouxe à tona os crescentes esforços de
investigação e análise dos fenômenos relacionados com o comportamento dos
aços a elevadas temperaturas. Diferentemente do lingotamento convencional, o
lingotamento contínuo é um processo dinâmico no qual ocorre a oscilação do
molde enquanto o veio em solidificação é continuamente extraído ao mesmo
tempo que é submetido a um segundo resfriamento dito secundário. No Brasil há
um parque industrial de empresas que se dedicam à laminação a quente de
semiacabados fornecidos por terceiros como placas de aço, as quais são cortadas a
quente sob a forma de tarugos de seção quadrada que são então destinados a
laminação. A linha de produção dessas empresas compreende basicamente
produtos estruturais tais como barras chatas, barras redondas, barras quadradas,
cantoneiras e até perfis especiais destinados à indústria automobilística e de
máquinas. Uma série catastrófica de eventos de qualidade relacionados com
trincas emergiu da laminação de tarugos de aço SAE 1020 oriundos de placas
continuamente lingotadas. Essas trincas, porventura preexistentes ou latentes no
interior das placas podem ter sido exacerbadas por efeitos de zonas termicamente
afetas durante as operações de corte. A solução proposta para superação dessa
contingência foi então a de criação de um aço de substituição com teores
inferiores de carbono e maior conteúdo de ligas que preservasse as propriedades
mecânicas do material laminado. Teores inferiores de carbono não apenas
contribuem para a minimização dos efeitos oriundos das transformações
peritéticas como também agem favoravelmente sobre as consequências
decorrentes de zonas termicamente afetadas. Essa proposta foi bem sucedida e a
composição química desse aço de substituição denominado pseudo-1020 passou a
ser desde então padrão de laminação. Amostras do SAE 1020 laminado com
ocorrências de trincas e do aço de substituição foram obtidas e transformadas em
corpos de prova para a realização de ensaios de tração, dureza e impacto. Essa
dissertação objetiva apresentar toda a fenomenologia relacionada com a
ocorrência de trincas superfícies e internas em aços continuamente lingotados, em
especial os submetidos a transformações peritéticas, e as premissas que
fundamentaram a criação do aço de substituição e os resultados auferidos. / [en] The advent and consolidation of the continuous casting process, currently
dominant in the Steel Industry, raised the increasing investigation and analyses
efforts on the phenomena related to the high-temperature behavior of the steels.
Unlike the conventional ingot casting process, the continuous casting is a dynamic
process in which occurs the mold oscillation while the strand under solidification
is continuously withdrawn and submitted to a secondary cooling operation. In
Brazil, it can be found an industrial park of companies dedicated to the hot rolling
of semis supplied by third parties as steel slabs, which ones are flame cut in the
form of square billets for rolling. The production mix of these companies
encompasses structural steels such as flat bars, round bars, angles and even special
profiles for the machines and automotive industries. A catastrophic series of
quality events related to cracking emerged from the rolling of SAE 1020 billets
made from continuously cast slabs. These cracks, perhaps pre-existing or latent in
the inner parts of the slabs could be exacerbated by thermal affected zones during
the flame-cut operations. The propose solution to overcoming this contingency
was the creation of a replacement steel grade with lower carbon content and
higher alloy content aiming to preserve the mechanical properties of the as rolled
material. Lower carbon contents does not only contributes to the minimization of
the effects arising from the peritetic transformations as also act in favor on the
consequences coming from thermal affected zones. This proposition was well
successful and the chemical composition of this replacement steel called pseudo-
1020 since then became a rolling standard. Samples of the rolled SAE 1020 steel
with cracks occurrences and of the replacement steel were taken and transformed
in specimens for tensile strengths, hardness and impact tests.This paper aims to
present all related phenomena to the occurrence of inner and superficial cracks in
continuously cast steels, in special the ones submitted to peritetic transformations,
and the premises that support the creation of a replacement steel and the related
results.
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[en] DEVELOPMENT OF A GAS SENSOR BASED ON CVD GRAPHENE / [pt] DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR DE GÁS BASEADO EM GRAFENO CVDGIL CAPOTE MASTRAPA 11 January 2019 (has links)
[pt] Neste trabalho foi obtido um sensor de gás baseado no grafeno crescido por CVD. Amostras foram transferidas usando o polímero Poliuretano (PU) como camada de sacrifício, sendo confirmada a eficácia do método proposto quando comparado com aqueles existentes na literatura. Foi confirmada a qualidade do filme monocamada transferido mediante o controle dos defeitos gerados durante a transferência e a fabricação do dispositivo. Foram depositados sobre o grafeno contatos na forma de um circuito interdigitado
e estudada a mudança da resistência do sensor construído para gases de NO2 e NH3. Espectroscopia Raman foi usada também neste trabalho para investigar o impacto da densidade dos defeitos no filme de grafeno na
resposta do sensor de gás. O dispositivo proposto foi capaz de detectar baixas concentrações dos gases alvo testados. / [en] In this work a gas sensor based on graphene grown by CVD was obtained. Samples were transferred using Polyurethane (PU) polymer as the sacrificial layer, and the ecacy of the proposed method was confirmed when compared with those in the literature. The quality of the transferred monolayer film was confirmed by controlling the defects generated during the transfer and fabrication of the device. Contacts were deposited on top of the transferred film in the form of an interdigitated circuit and the sensor s resistance evolution was studied in the presence of NO2 and NH3. Raman spectroscopy was also used to investigate the impact of graphene defects density on the gas sensor response. The proposed device was able to detect low concentrations of the tested target gases.
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[pt] A INFLUÊNCIA DOS DEFEITOS CRISTALINOS NA EFICIÊNCIA DE CÉLULAS SOLARES DE BANDA INTERMEDIÁRIA BASEADAS EM SEMICONDUTORES III-V / [en] THE ROLE OF DEFECTS ON THE EFFICIENCY OF INTERMEDIATE BAND SOLAR CELLS BASED ON III-V SEMICONDUCTORSLIDA JANETH COLLAZOS PAZ 09 February 2021 (has links)
[pt] Neste trabalho tem sido investigado a presença de defeitos em células
solares de banda intermediária (IB) de GaAs con pontos quânticos (PQs) de
InAs. As três células estudadas contêm camadas de separação entre as camadas
de PQs, as quais foram crescidas à diferentes temperaturas, e camadas
delgadas de recobrimento dos PQs de diferentes espessuras. As eficiências
de conversão de energia destas células foram medidas previamente, sendo
que a célula com camadas de separação crescidas à 700 graus C e com camadas
de recobrimento de 3 nm é a mais eficiente (6.9 por cento). As outras duas células
com camadas de recobrimento de 6 nm apresentam menores eficiências:
uma, com camadas separadoras crescidas à 700 graus C, com 5.1 por cento, e a outra,
com camadas separadoras crescidas à 630 graus C, com 2.8 por cento. Estudos de DLTS
e Laplace DLTS mostram que há um grande número de defeitos em altas
concentrações na célula menos eficiente, enquanto nas outras duas células
só é detetado o mesmo defeito EL2 em menores concentrações. Portanto, a
redução dos defeitos induz o incremento da eficiência das células IB. Amostras
adicionais foram crescidas e estudadas pelas mesmas técnicas, entre
elas, três células solares com estruturas idênticas às das células IB, mas sem
PQs, e quatro amostras GaAs mono-camada dopadas com carbono e silício,
similares às camadas de contacto p e n das células IB. Do estudo das três
células sem PQs foi possível determinar que alguns defeitos nas células IB
são induzidos pelas condições de crescimento dos PQs ou são induzidos pela
temperatura de crescimento das camadas separadoras. O estudo das amostras
mono-camada indicou a presença de defeitos nos contatos p e n que
podem armadilhar os portadores foto-excitados nas células sob operação e,
portanto, limitar a eficiência delas. Os resultados deste trabalho contribuem
para desenvolver novas estratégias para crescimento epitaxial de células IB
no laboratório LabSem na PUC-Rio. / [en] Defects present in structures of intermediate band (IB) solar cells of
GaAs with InAs quantum dots (QDs) grown by MOVPE have been investigated.
The three studied IB solar cells differ in the growth temperature of
the spacer layers that separate the InAs QD layers in the active region and
the thickness of the thin layer that capping each QD layer. Previously, the
energy conversion efficiencies of these cells were measured and the cell with
the highest spacer layer-growth temperature (700 C degrees) and thinner capping
layer (3 nm) showed the highest efficiency, about 6.9 percent. The cells with thicker
capping layers (6 nm) showed lower efficiencies, one of them, with spacer
layers grown at 700 C degrees, reaching 5.1 percent, and the other one, with spacer layers
grown at 600 C degrees, reaching only 2.8 percent. In this work, DLTS and Laplace DLTS
studies show that the cell with the lowest efficiency has the largest number
and highest concentrations of defects, unlike the other two cells, which have
only one trap, EL2, in lower concentrations. These results demonstrate that
the different growth conditions are determinant for the formation of defects
and that the defect reduction leads to the increase of the IB solar cell efficiencies.
Other samples were also grown and studied by the same techniques:
three solar cells with identical structure as the IB solar cells, but without
QDs, and individually doped GaAs samples that represent the p and n contact
sides of the IB solar cells. From the study of the cells without QDs,
the origin of some defects in the IB solar cells was found to be related to
the QD growth conditions or related to the spacer layer-growth temperature.
The study of the GaAs samples indicated the presence of defects in
the p and n sides that could trap photo-excited carriers collected through
these contacts during cell operation and thus reduce the efficiency. The results
of this work allow developing new strategies to improve the epitaxial
growth quality of IB solar cells in the laboratory of semiconductors LabSem
of PUC-Rio where the studied samples were grown.
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[en] MODIFICATIONS IN THE THEORY OF EQUIVALENT DEFECTS FOR FATIGUE LIFE ASSESSMENT IN ULTRALONG REGIME OF A HIGH STRENGTH STEEL / [pt] MODIFICAÇÕES NA TEORIA DOS DEFEITOS EQUIVALENTES PARA AVALIAR A VIDA-FADIGA EM REGIME ULTRALONGO DE UM AÇO DE ALTA RESISTÊNCIATHIAGO ABREU PEREIRA PEIXOTO 28 November 2023 (has links)
[pt] O presente trabalho se baseia na teoria dos defeitos equivalentes, também
conhecida como teoria de Murakami, que permite a predição da vida-fadiga de
materiais estruturais adotando o parâmetro (raiz quadrada de area), responsável por uma
equivalência quantitativa entre heterogeneidades microestruturais (inclusões
metalúrgicas) existentes na região de análise do material e descontinuidades
mecânicas (furos) usinados nos corpos de prova.
Neste contexto, a tese propõe novas equações, a partir da teoria de Murakami,
para prever falhas por fadiga em carregamentos ultralongos (fadiga de altíssimo
ciclo, VHCF) do aço DIN42CrMo4, de larga aplicação na fabricação de eixos
virabrequins para unidades geradoras de usinas termoelétricas.
Corpos de prova do aço DIN42CrMo4 foram usinados com furos de
diâmetros variando entre 0,18 mm e 0,70 mm e ensaiados num regime de fadiga de
altíssimo ciclo, variando o valor da amplitude de tensão do ensaio, para assim
determinar em quais condições o material falha e obter a curva experimental S-N
do aço DIN42CrMo4 na presença de diferentes tamanhos de defeitos (furos).
Os resultados experimentais permitiram o desenvolvimento de equações em
função do parâmetro e curvas de Wohler do material, em conformidade com
diferentes descontinuidades mecânicas nos corpos de prova e resistências à fadiga
do material. Consequentemente, se estabeleceu uma metodologia que permite uma
correlação entre inclusões metalúrgicas, tensão aplicada e vida superlonga em
fadiga de eixos virabrequins em serviço em usinas termoelétricas. / [en] The present work is based on the theory of equivalent defects, also known as
Murakami s theory, which allows the prediction of the fatigue life of structural
materials by adopting the parameter (square root of area), responsible for a quantitative
equivalence between microstructural heterogeneities (metallurgical inclusions)
existing in the region analysis of the material and mechanical discontinuities (holes)
machined in the specimens.
In this context, the thesis proposes new equations, based on Murakami s
theory, to predict fatigue failures in ultralong loads (very high cycle fatigue, VHCF)
of DIN42CrMo4 steel, widely used in the manufacture of crankshafts for generating
units of thermoelectric power plants.
DIN42CrMo4 steel specimens were machined with holes with diameters
varying between 018 mm and 0.70 mm and tested in a very high cycle fatigue
regime, varying the value of the test stress amplitude, to determine under what
conditions the material failure and obtain the experimental S-N curve of
DIN42CrMo4 steel in the presence of different sizes of defects (holes).
The experimental results allowed the development of equations as a function
of the parameter and Wohler curves of the material, in accordance with different
mechanical discontinuities in the test specimens and resistance to fatigue of the
material. Consequently, a methodology was established that allows a correlation
between metallurgical inclusions, applied stress and super-long fatigue life of
crankshafts in service in thermoelectric power plants.
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[en] ATOMICALLY THIN SEMICONDUCTING TRANSITION-METAL DICHALCOGENIDES: FROM SYNTHESIS TO ELECTRO-OPTICAL PROPERTIES / [pt] DICHALCOGENETOS DE METAL DE TRANSIÇÃO SEMICONDUTORES ATOMICAMENTE FINOS: DA SÍNTESE ÀS PROPRIEDADES ELETRO-ÓPTICASSYED HAMZA SAFEER GARDEZI 29 December 2020 (has links)
[pt] O objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos eficientes e reprodutíveis de crescimento de monocamadas de WS2, MoS2 e outras heteroestruturas verticais por deposição química em fase de vapor à pressão atmosférica (APCVD). A monocamada separada destes materiais tem grande importância
na fabricação de novos dispositivos óticos e Nano eletrônicos. Dispositivos finos e de baixo custo necessitam temperaturas em torno de 800 graus celsius, o que é um problema para aplicações mencionadas acima. Nesta tese, nós propusemos uma nova rota usando APCVD para crescer monocamadas de MoS2 a 550 graus celsius, usando sódio como catalisador. Nós produzimos monocristais e poli cristais
controlando a razão de precursores NaNO3/MoO3 e tempo de crescimento. Usando cálculos de primeiros princípios, mostramos que o sódio atua como centro de nucleação para o processo de síntese. A razão de precursores é crucial para diminuir a energia de formação e a temperatura de síntese. Cálculos
de primeiros princípios e experimentos concordam que uma razão ideal é em torno de 0.3, proporcionando uma queda de 250 graus celsius na temperatura de crescimento. Nós investigamos as amostras crescidas por APCVD usando espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X, microscopia de força atômica,
espectroscopia Raman, fotoluminescência e mediadas de transporte. Dicalcogenetos de metais de transição (TMD) dispostos em poucas camadas permitem-nos criar materiais e estudar novos fenômenos físicos.
A sequência de empilhamento dos TMDs pode modificar suas propriedades opticas e elétricas. Também sintetizamos poucas camadas de MoS2 e WS2 usando APCVD. Duas e três camadas de WS2, MoS2 e suas heteroestruturas verticais foram caracterizadas através de geração de segundo harmônico (SHG).
SHG mostra que as bicamadas crescidas com ângulos de rotação relativos de 0 grau e 60 graus possuem diferentes fases de empilhamento. O SHG do empilhamento bicamada com ângulo relativo de 0 graus aumentos, enquanto para amostras com empilhamento de 60 graus foi zerado. Este comportamento do SHG sugere que duas camadas de MoS2 ou WS2, quando empilhados a 0 graus não possuem simetria de
inversão para 3R(AB) entre as camadas inferiores e superiores, enquanto as camadas de 60 graus possuem simetria de inversão (centrossimétricas) e possuem empilhamento na forma 2H(AA). Finalmente, dispositivos foram fabricados em amostras de boa qualidade para a investigação de sua performance elétrica. Os dispositivos mostram comportamento típico tipo-n e sua mobilidade foi estimada a partir das curvas de transporte. A dependência dos modos Raman das nossas amostras de heteroestruturas também foi estudada. Aplicando uma tensão nos dispositivos, o modo A1 mostrou um desvio para o azul e um novo modo surge em 410 cm-1, atribuídos defeitos (D) no cristal. / [en] The aim of this work was to develop reliable and repeatable methods for growing high-quality monolayer MoS2, WS2, and their vertical heterostructure by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) technique. The monolayer of these materials have vital importance in the fabrication of new optical and nanoelectronic devices. Thin and low-cost devices have increased the demand for new synthesis processes. Usually, the synthesis requires temperatures around 800 Celsius degrees, which is an issue for applications mentioned above. In this thesis, we propose a new route using the APCVD technique to grow monolayers
of MoS2 at 550 Celsius degrees mediated by sodium as a catalyst. We have produced single crystals and polycrystals by controlling the NaNO3/MoO3 precursor s ratio and growth time. Using first-principles calculations, we find out that sodium is the nucleation site of the growth process. The precursor s ratio is
crucial to decrease the energy formation and the synthesis temperature. Firstprinciples calculations and experiments agree with the ideal precursor s rate of 0.3 and with the decrease of the synthesis temperature of 250 Celsius degrees. We investigated the CVD grown sample with X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, and
transport experiments. Few layers of TMDs allow us to create new materials and find new physical
phenomena. The stacking sequence in few-layer TMDs can significantly impact on their electrical and optical properties.We also synthesized few layers of MoS2 and WS2 via APCVD. Two and three layers of MoS2, WS2, and their vertical heterostructures were characterized by second harmonic generation
(SHG). The SHG shows that the layers in bilayers grow with 0 degrees or 60 degrees has different phase stacking. The SHG from 0 degrees stacked bilayer has increased when compared to monolayer, while the generated signal from bilayer with 60 degrees stacking is zero. This behavior of SHG suggests that the two layers of MoS2 or WS2 when stacked at 0 degrees have no inversion symmetry to 3R(AB) phase stacking
between the top layer and the bottom layer. While when stacked with 60 degrees has inversion symmetry (Centrosymmetric) and have 2H(AA0) phase stacking. Finally, the devices were fabricated on good quality samples to investigate their electrical performance. The fabricated devices show typical n-type behavior and mobility was estimated by measuring transport curves. The dependence of Raman modes of our heterostructure device with electron doping was also studied. By applying a voltage across our device the A1 mode shows blueshift and a new mode emerges at ~ 410 cm-1, which is attributed to the defects (D) in the crystal.
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