The potential hazard of fire is one of the major concerning issues after the recent events of 9/11 and others. A lot of studies and research work is being carried out presently, to ensure the safety of buildings. But, there is no accurate method to estimate the fire endurance/resistance for a building due to the variability of fire characteristics, material properties of construction material, and other characteristics of a building. One can only provide guidelines and can adopt from the lessons learnt in the past to ensure better quality to make the buildings more fire proof, so that they can withstand high temperatures and stresses for a longer time, before collapse mechanism occurs. From a long time, live laboratory tests have been conducted to study the performance of assemblies by subjecting them to appropriate time-temperature histories that are derived from standardized fire curves. The performance-based approach is very time consuming and also involves high costs. In recent times, due to the advances in technology, computer models have been developed, that aid towards the simulations of assemblies and other components of a building that are subjected to a fire event. This approach helps in attaining reasonable results, thereby providing an alternative to the prescriptive and performance-based approaches. This project deals with the study of heat transfer mechanism that takes place in steel structures in case of a fire event. For proper and accurate simulation process, the use of software is a must along with the support of technical resources. Due to high thermal conductivity of steel the heat gets transferred rather fast in the steel section which creates non-uniform temperature distributions because of variable thermal properties, like thermal conductivity and specific heat. 3-D finite element software TAS (Thermal Analysis Software) was used to study the non-uniform temperature distributions in case of a W 12x27 beam protected with vermiculite coating. The results were compared with the studies done by Professor Bletzacker, which involved the furnace testing of a W 12x27 beam by subjecting it to ASTM E-119 curve time-temperature history. In addition to this, the sensitivity of results was evaluated based on the variation of thermal properties for concrete, vermiculite, and gypsum board. Different beam models for W12x27 section protected with vermiculite and gypsum board coatings were simulated to justify their performance based on temperature rise within the assembly. Also, simulations were performed for analyzing the behavior of the beam when subjected to different fire curves like ASTM E-119 and ENV. Analytical analysis was also carried out using the method of Lumped mass parameter method to provide a comparison of results from different models. Finally, conclusions and recommendations were made to ensure further development and understanding in the field of Structural and Fire Protection Engineering.

Orientador: Celso Eduardo Tuna / Resumo: Com a criação de combustíveis alternativos para a redução de emissões de CO2 no setor aeronáutico, torna-se necessária a determinação de suas propriedades de segurança e, entre elas destacam-se os limites de inflamabilidade. O combustível alternativo aeronáutico, que é utilizado neste trabalho, é o farnesano, fabricado a partir da cana de açúcar, por um processo que transforma açúcar em hidrocarboneto, pela empresa Amyris, localizada em São Paulo, Brasil. O objetivo dessa dissertação é determinar experimentalmente os limites de inflamabilidade, inferior (LII) e superior (LSI) do farnesano, QAV e misturas de 10% (F10) e 50 % (F50) em massa de farnesano com o QAV a pressões reduzidas em ar. Utiliza-se uma bancada experimental, que segue a norma americana ASTM E681, para a determinação dos limites de inflamabilidade, em que se utiliza o critério visual de propagação de chama e um recipiente de vidro borosilicatado de 20,716 L. Primeiramente são determinados os limites de inflamabilidade dos combustíveis para a pressão de 101,3 kPa em temperaturas entre 140 e 220°C, comparando-se os resultados com os valores teóricos disponíveis na literatura para a validação do procedimento experimental. Em segundo lugar, são determinados os limites de inflamabilidade das amostras a pressões reduzidas como 80, 60, 40 e 20 kPa em temperaturas entre 140 e 200°C. Foram realizados, no total 636 testes para determinação dos limites de inflamabilidade, sendo a duração média, para cada teste de 20 minu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The creation of alternative fuels to reduce CO2 emissions from the aeronautical sector needs determination of their safety properties, among which are flammability limits. farnesane is the alternative aviation fuel used in here, which has been produced from sugar cane through a conversion process known as direct sugar to hydrocarbon (DSHC) created by a company called Amyris, which is located in São Paulo, Brazil. Thereby, it is aimed to experimentally determine the flammability limits, lower (LFL) and upper (UFL) of farnesane, Jet fuel and mixtures of 10% (F10) and 50% (F50) in mass of farnesane at reduced pressures with air. For such a purpose, an experimental bench was built in accordance with American standard ASTM E681 to determine the lower flammability limits, in which flame propagation was analyzed visually through a 20.716 L borosilicate glass flask. The Flammability Limits of the fuels were initially determined at a pressure of 101.3 kPa and temperatures ranging between 140 and 220 ° C, whose results were compared with theoretical values found in literature in order to validate the experimental procedure. Afterwards, the Flammability Limits of samples were determined at reduced pressures, i.e. 80, 60, 40 and 20 kPa, and temperatures ranging between 140 and 200 ° C. 636 tests were performed altogether, the average time of each test was 20 minutes. Finally, prediction equations of flammability limits, were presented as a function of temperature / Mestre

Neste trabalho são apresentados dois modelos para o ensaio de destilação ASTM D-86, desenvolvidos no simulador EMSO e validados por dados experimentais de frações de petróleo disponíveis na literatura. Estes modelos apresentam índice algébrico-diferencial igual a um, diferentemente do primeiro modelo proposto na literatura que apresentava índice algébrico-diferencial igual a 2, o qual não possibilitava ser resolvido pelos simuladores atuais. As predições obtidas com os modelos propostos geraram resultados com desvio médio em torno de 0,6 % em relação aos dados experimentais da literatura. Em seguida, foi estudado o método proposto para determinação de mistura substituta de componentes reais e foram propostas algumas alterações. Esta metodologia pode ser dividida em duas etapas consecutivas. A primeira etapa determina um conjunto de componentes reais e a segunda calcula a composição da mistura substituta de componentes reais de modo a caracterizar misturas complexas de composição desconhecida, como frações de petróleo, substituindo o conceito de pseudo-componentes. Para isso, o algoritmo se baseia em dados experimentais tais como a curva PEV, o °API, a massa molar média da mistura e outras propriedades globais disponíveis. Foram obtidos resultados que se mostraram satisfatórios. Para finalizar este trabalho, foi proposto um novo método para determinação da mistura substituta que utiliza a primeira etapa do algoritmo de determinação de mistura substituta e modificado por este trabalho. Em seguida, é realizada uma estimação dinâmica de parâmetros de condição inicial utilizando um dos modelos desenvolvidos neste trabalho para o ensaio de destilação ASTM D-86. A estimação é baseada principalmente na curva experimental da destilação ASTM D-86 e na densidade à 60°F (ou °API). Os resultados desta nova metodologia foram comparados com outros métodos de determinação de mistura substituta e constatou-se uma melhora na aproximação das suas propriedades quando comparadas com a mistura original de composição desconhecida. / This work presents two models for the assay of distillation ASTM D-86, developed in the EMSO Simulator and validated using experimental data of petroleum fractions available in the literature. These models showed differential-algebraic index equal to one, differently from the first model proposed in the literature that showed differential-algebraic index equal to two. Problems with an index higher than one are usually impossible to solve by modern simulators. The predictions obtained with the proposed models generated results with average deviation of about 0,6% in relation to those in the literature. After this, a method proposed in the literature to determinate the substitute mixture of real compounds for petroleum fractions was studied and slightly modified. This methodology can be divided in the two following steps. The first one determines a group of real components and the second one calculates the composition of the substitute mixture of the real components in order to characterize a complex mixture of unknown composition, as petroleum fractions. This methodology aims at replace the pseudo-components concept. To make this, the algorithm is based in experimental data as the TBP curve, the °API, the average molar mass of the mixture and others global properties available. The obtained results showed to be suitable. Finally, this work proposes a new method to determine the substitute mixture that uses the first step of the algorithm of determination of substitute mixture and modified in this work. Next, it was used a dynamic estimation of parameters in initial conditions using one of the models proposed in this work for the distillation assay ASTM D-86. The estimation is mainly based on distillation experimental curve ASTM D-86 and the density at 60°F (or °API). The results of this new methodology were com pared to other methods of determination of substitute mixture and it was found an evolution in the similarity of its properties when compared to the original mixture with unknown composition.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A pesquisa teve como objetivo correlacionar diferentes defeitos e suas criticidades, em corpos de prova de aÃo ASTM A516 grau 60 para ensaio CTOD, cujos detalhes foram feitos no metal de base, no metal de solda e na zona termicamente afetada de uma junta soldada, com os sinais de emissÃo acÃstica obtidos durante os ensaios. Quatro mÃtodos de anÃlise fractal foram utilizados: anÃlise re-escalada de Hurst (R/S), dimensÃo de contagem de caixas, dimensÃo de cobetura mÃnima e anÃlise de flutuaÃÃo sem tendÃncias (DFA). Um nÃmero mÃnimo de pontos necessÃrios para a obtenÃÃo dos expoentes associados a cada mÃtodo de anÃlise foi determinado para os vÃrios sinais, bem como o efeito de diferentes mÃtodos de filtragem nesses expoentes. Verificou-se que nenhum dos mÃtodos isoladamente conseguiu caracterizar os defeitos nem os regimes de carregamento. Entretanto, utilizando-se representaÃÃes bidimensionais de todos os expoentes juntamente com o desvio padrÃo dos sinais foi possÃvel estabelecer, de forma satisfatÃria, uma caracterizaÃÃo hierÃrquica dos defeitos e regimes de carregamento. / The research aims to correlate different defects and their criticidades in specimens of ASTM A516 grade 60 CTOD test, details of which were made in the base metal in the weld metal and heat affected zone of welded joint with acoustic emission signals obtained during the tests. Four fractal analysis methods were applied: re-scaled analysis Hurst (R / S), the box counting dimension, cobetura minimum dimension and analysis of fluctuation without bias (DFA). A minimum number of points required to obtain the exponent associated with each method of analysis was determined for the various signals and the effect of different filtering methods such exponents. It was found that none of the methods alone failed to characterize or defects charging schemes. However, using two-dimensional representations of all the exponents with the standard deviation of signals could be made in a satisfactory way, a hierarchical characterization of defects and charging systems.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-08T11:58:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoMicroestruturalPropriedades.pdf: 6450063 bytes, checksum: 529d7a41d494d15ecf125132e9a03a1e (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-18T13:00:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoMicroestruturalPropriedades.pdf: 6450063 bytes, checksum: 529d7a41d494d15ecf125132e9a03a1e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-18T13:00:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoMicroestruturalPropriedades.pdf: 6450063 bytes, checksum: 529d7a41d494d15ecf125132e9a03a1e (MD5) Previous issue date: 2011 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / O trabalho aqui representado retrata de modo comparativo as características mecânicas e microestruturais de metais de solda empregando duas técnicas de soldagem uma já disseminada, FCAW (Soldagem a Arco Voltaico com Arame Tubular) e a outra é inovadora, FCAW-AF (Soldagem a Arco Voltaico com Arame Tubular com Adição de um Arame Frio não energizado) em três níveis de velocidades 6, 8 e 10 m/min. Sendo que este processo variou os diâmetros dos arames frio adicionados, entre 0.8 e 1.0 mm. O metal de base utilizado foi o aço naval ASTM 131 grau A (baixo carbono) em geometria de chapas de 150 mm x 300 mm x 9,5 mm, aplicadas em chanfro em V (Bisel de 22,5º) com ângulo somado de 45º, com leve abertura de raiz de 2,4 mm. A solda usada foi do tipo topo com a aplicação de dois passes, um passe de raiz e o passe de acabamento (ou enchimento). A fim averiguar as condições desses cordões de solda foram realizados 05 tipos de ensaios destrutivos, são eles: dobramento transversal de face, tração, tenacidade ao impacto (tipo Charpy com entalhe em V), microdureza e o ensaio metalográficos. Além das análises não destrutivas como o ensaio visual e o líquido penetrante. De maneira geral, os resultados para o processo FCAW-AF, mostraram-se compatíveis, em relação ao processo FCAW convencional, porém alguns resultados apresentaram valores de propriedades mecânicas menores. Este fato pode, muito provavelmente ter ocorrido pela presença de descontinuidade na junta pelo FCAW-AF. Quanto às caracterizações microestruturais, os resultados da junta FCAW-AF foram semelhantes os da FCAW convencional para todos os níveis estudados. / The work presented here show comparatively mechanical properties and microstructure of weld metals employing two welding techniques, an already disseminated, FCAW (arc welding with cored wire) and the other is innovative, FCAW-AF (arc welding with Adding Tubular Wire with a cold wire is not energized) at three levels of speed 6, 8 and 10 m / min. In this process two diameters of the cold wire 0.8 and 1.0 mm were used. The base metal used was a naval steel ASTM 131 grade A (low carbon) in geometry of plates 150 mm x 300 mm x 9.5 mm, applied to V-groove (Bisel of 22.5°) with angle 45° summed, with mild opening of root of 2.4 mm. The weld used was top type with the application of two passes, one root pass and the pass of finish (or filling). In order to establish of weld conditions 5 types of destructive were carried out: face transverse bend, tension, impact test (Charpy notched type V), microhardness and metallographic test. In addition to the non-destructive analysis visual and penetrating liquid. In general, the results for the process FCAW-CW, show themselves compatibles, regarding the process FCAW conventional, but some results showed smaller values of mechanical property. This fact much probably happened due the presence of discontinuities in the welded joint FCAW-CW. The microstructural characterization presented similar results to FCAW-CW and FCAW conventional for all energy levels studied.

The essence of performance-based structural fire safety design of steel building structures is the ability to predict thermal and structural response to fire. An important aspect of such predictions is the ability to evaluate strength of columns at elevated temperatures. Columns are critical structural elements, and failure of columns can lead to collapse of a structure. The ability of steel columns to carry their design loads is greatly affected by timeand temperature-dependent mechanical properties of steel at high temperatures due to fire. It is well known that structural steel loses strength and stiffness with temperature, especially at temperatures above 400 °C. Further, the reductions in strength and stiffness of steel are also dependent on the duration of exposure to elevated temperatures. The time-dependent response or creep of steel plays a particularly important role in predicting the collapse load of steel columns subjected to fire temperatures. Specifically, creep of steel leads to the creep buckling phenomenon, where the critical buckling load for a steel column depends not only on slenderness and temperature, but also on duration of exposure to fire temperatures. The main focus of the research summarized in this dissertation is on a testing program to investigate the effects of time-dependent material behavior or creep on buckling of steel columns subjected to fire. Material characterization tests were conducted at temperatures up to 1000 °C to evaluate tensile and creep properties of ASTM A992 steel at elevated temperatures. In addition, buckling tests on W4×13 wide flange columns under pin-end conditions were conducted to characterize short-time and vii creep buckling phenomena at elevated temperatures. The column test results are further used to verify analytical and computational tools developed to model the time-dependent buckling of steel columns at elevated temperatures. Test results are also compared against code-based predictions such as those from Eurocode 3 and the AISC Specification. Results of the research study presented in this dissertation clearly indicate that thermal creep of steel has a very large effect on strength of steel columns at high temperatures due to fire. The effect of creep on column capacity at high temperatures can be predicted using analytical and computational approaches presented in this dissertation. / text

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Neste trabalho são apresentados dois modelos para o ensaio de destilação ASTM D-86, desenvolvidos no simulador EMSO e validados por dados experimentais de frações de petróleo disponíveis na literatura. Estes modelos apresentam índice algébrico-diferencial igual a um, diferentemente do primeiro modelo proposto na literatura que apresentava índice algébrico-diferencial igual a 2, o qual não possibilitava ser resolvido pelos simuladores atuais. As predições obtidas com os modelos propostos geraram resultados com desvio médio em torno de 0,6 % em relação aos dados experimentais da literatura. Em seguida, foi estudado o método proposto para determinação de mistura substituta de componentes reais e foram propostas algumas alterações. Esta metodologia pode ser dividida em duas etapas consecutivas. A primeira etapa determina um conjunto de componentes reais e a segunda calcula a composição da mistura substituta de componentes reais de modo a caracterizar misturas complexas de composição desconhecida, como frações de petróleo, substituindo o conceito de pseudo-componentes. Para isso, o algoritmo se baseia em dados experimentais tais como a curva PEV, o °API, a massa molar média da mistura e outras propriedades globais disponíveis. Foram obtidos resultados que se mostraram satisfatórios. Para finalizar este trabalho, foi proposto um novo método para determinação da mistura substituta que utiliza a primeira etapa do algoritmo de determinação de mistura substituta e modificado por este trabalho. Em seguida, é realizada uma estimação dinâmica de parâmetros de condição inicial utilizando um dos modelos desenvolvidos neste trabalho para o ensaio de destilação ASTM D-86. A estimação é baseada principalmente na curva experimental da destilação ASTM D-86 e na densidade à 60°F (ou °API). Os resultados desta nova metodologia foram comparados com outros métodos de determinação de mistura substituta e constatou-se uma melhora na aproximação das suas propriedades quando comparadas com a mistura original de composição desconhecida. / This work presents two models for the assay of distillation ASTM D-86, developed in the EMSO Simulator and validated using experimental data of petroleum fractions available in the literature. These models showed differential-algebraic index equal to one, differently from the first model proposed in the literature that showed differential-algebraic index equal to two. Problems with an index higher than one are usually impossible to solve by modern simulators. The predictions obtained with the proposed models generated results with average deviation of about 0,6% in relation to those in the literature. After this, a method proposed in the literature to determinate the substitute mixture of real compounds for petroleum fractions was studied and slightly modified. This methodology can be divided in the two following steps. The first one determines a group of real components and the second one calculates the composition of the substitute mixture of the real components in order to characterize a complex mixture of unknown composition, as petroleum fractions. This methodology aims at replace the pseudo-components concept. To make this, the algorithm is based in experimental data as the TBP curve, the °API, the average molar mass of the mixture and others global properties available. The obtained results showed to be suitable. Finally, this work proposes a new method to determine the substitute mixture that uses the first step of the algorithm of determination of substitute mixture and modified in this work. Next, it was used a dynamic estimation of parameters in initial conditions using one of the models proposed in this work for the distillation assay ASTM D-86. The estimation is mainly based on distillation experimental curve ASTM D-86 and the density at 60°F (or °API). The results of this new methodology were com pared to other methods of determination of substitute mixture and it was found an evolution in the similarity of its properties when compared to the original mixture with unknown composition.

Componentes de próteses e órteses humanas devem ser confortáveis, capazes de realizar as funções esperadas e, mais do que tudo, confiáveis. O foco deste trabalho é no desenvolvimento e aplicação de uma metodologia de análise de parafusos cirúrgicos. Para tanto foi desenvolvido um aparato mecânico, que consiste em um atuador de torque e um sistema de aquisição de dados. O atuador, composto por um motor elétrico acoplado a um redutor, aplica torque sobre o parafuso em teste, que o transfere a uma célula de carga e, assim, ao sistema de aquisição de dados. Parafusos canulados de aço inoxidável e corticais de titânio, de diferentes fabricantes, foram testados para torque de inserção e remoção, torque máximo e ângulo de ruptura. Os resultados mostraram que, apesar de todos os parafusos canulados seguirem os padrões recomendados, foram encontradas dispersões significativas entre os resultados verificados para os parafusos corticais de titânio, o que indica problemas de material ou manufatura. Os resultados mostraram valores mais elevados para torque de remoção que de inserção, o que, apesar de esperado, não é um efeito desejável, uma vez que facilita a fratura após a convalescência do paciente, em uma eventual remoção do parafuso. A análise dos resultados mostra a eficiência da metodologia desenvolvida, e chama a atenção para a confiabilidade dos componentes de órteses e próteses. / Human orthotic device components must be comfortable, able to execute the expected functions and, most of everything reliable. The focus of this work is the development and application of a surgical screw resistance analysis methodology. For this, a mechanical apparatus, consisting of a torque actuator and a data acquisition system was developed. The actuator, composed by an electric engine and reducer, applied torque on the tested screw, who transfers it to a load cell, especially developed, and thus to the data acquisition system. Cortical titanium and cannulated stainless steel bone screws were tested, from different manufacturers, for insertion and removal torque, maximum torque and rupture angle. The results showed that, despite that all cannulated screws had followed the recommended standards, it was found significant dispersion among the results for titanium cortical screws, which indicates manufacturing or material defects. Results also showed that removal torque was always higher than insertion torque. This is an undesirable, yet expected, effect, once fractures may come to happen after the healing of the patient, or even on the occasion of a substitution. The analysis showed the efficiency of the methodology developed, and opens a point of discussion on orthotic reliability.

Neste trabalho são apresentados dois modelos para o ensaio de destilação ASTM D-86, desenvolvidos no simulador EMSO e validados por dados experimentais de frações de petróleo disponíveis na literatura. Estes modelos apresentam índice algébrico-diferencial igual a um, diferentemente do primeiro modelo proposto na literatura que apresentava índice algébrico-diferencial igual a 2, o qual não possibilitava ser resolvido pelos simuladores atuais. As predições obtidas com os modelos propostos geraram resultados com desvio médio em torno de 0,6 % em relação aos dados experimentais da literatura. Em seguida, foi estudado o método proposto para determinação de mistura substituta de componentes reais e foram propostas algumas alterações. Esta metodologia pode ser dividida em duas etapas consecutivas. A primeira etapa determina um conjunto de componentes reais e a segunda calcula a composição da mistura substituta de componentes reais de modo a caracterizar misturas complexas de composição desconhecida, como frações de petróleo, substituindo o conceito de pseudo-componentes. Para isso, o algoritmo se baseia em dados experimentais tais como a curva PEV, o °API, a massa molar média da mistura e outras propriedades globais disponíveis. Foram obtidos resultados que se mostraram satisfatórios. Para finalizar este trabalho, foi proposto um novo método para determinação da mistura substituta que utiliza a primeira etapa do algoritmo de determinação de mistura substituta e modificado por este trabalho. Em seguida, é realizada uma estimação dinâmica de parâmetros de condição inicial utilizando um dos modelos desenvolvidos neste trabalho para o ensaio de destilação ASTM D-86. A estimação é baseada principalmente na curva experimental da destilação ASTM D-86 e na densidade à 60°F (ou °API). Os resultados desta nova metodologia foram comparados com outros métodos de determinação de mistura substituta e constatou-se uma melhora na aproximação das suas propriedades quando comparadas com a mistura original de composição desconhecida. / This work presents two models for the assay of distillation ASTM D-86, developed in the EMSO Simulator and validated using experimental data of petroleum fractions available in the literature. These models showed differential-algebraic index equal to one, differently from the first model proposed in the literature that showed differential-algebraic index equal to two. Problems with an index higher than one are usually impossible to solve by modern simulators. The predictions obtained with the proposed models generated results with average deviation of about 0,6% in relation to those in the literature. After this, a method proposed in the literature to determinate the substitute mixture of real compounds for petroleum fractions was studied and slightly modified. This methodology can be divided in the two following steps. The first one determines a group of real components and the second one calculates the composition of the substitute mixture of the real components in order to characterize a complex mixture of unknown composition, as petroleum fractions. This methodology aims at replace the pseudo-components concept. To make this, the algorithm is based in experimental data as the TBP curve, the °API, the average molar mass of the mixture and others global properties available. The obtained results showed to be suitable. Finally, this work proposes a new method to determine the substitute mixture that uses the first step of the algorithm of determination of substitute mixture and modified in this work. Next, it was used a dynamic estimation of parameters in initial conditions using one of the models proposed in this work for the distillation assay ASTM D-86. The estimation is mainly based on distillation experimental curve ASTM D-86 and the density at 60°F (or °API). The results of this new methodology were com pared to other methods of determination of substitute mixture and it was found an evolution in the similarity of its properties when compared to the original mixture with unknown composition.