A caracterização de materiais utilizando a técnica de indentação instrumentada difundiu-se significativamente na última década, devido às melhorias dos instrumentos que permitem ensaios por esta técnica e à necessidade de se fazer ensaios em pequenos volumes de materiais, como, por exemplo, em filmes finos e materiais com superfícies modificadas por tratamentos superficiais. Neste texto, abordou-se a elaboração de um algoritmo que permita o estudo da resposta de indentação de superfícies de diferentes materiais metálicos, durante e após o contato com um indentador agudo, empregando simulações por elementos finitos e análise dimensional. Na obtenção do algoritmo analisaram-se os efeitos da formação de borda (pile-up) ou da retração (sink-in) do material indentado, o coeficiente de atrito indentador-amostra, as deformações elásticas do indentador, a geometria do indentador e a variação experimental. As relações obtidas permitiram identificar uma falta fundamental de relação única entre as propriedades mecânicas e a forma da curva de indentação para curvas com razão d r/dmax>0,9, onde d r é a profundidade residual da indentação e dmax é o deslocamento máximo do indentador durante o ensaio. Da mesma forma, concluiu-se que a relação de Sneddon tem que ser corrigida tanto pela geometria da área de contato indentador-amostra quanto pela razão entre os módulos elásticos do material e do indentador (E/Ei). Como a área de contato indentador-amostra é afetada não só pela geometria do indentador mas também pelo nível de pile-up ou sink-in nos indentadores piramidais, uma relação foi identificada entre o nível de pile-up/sink-in e o fator de correção b da equação de Sneddon para os indentadores Vickers e Berkovich. Adicionalmente, pequenas diferenças foram observadas entre as curvas P-h (onde h é a profundidade de indentação abaixo da superfície original da amostra) e as curvas P-d (onde d é o valor da aproximação mútua entre indentador e amostra durante a indentação) para um mesmo valor de módulo reduzido Er quando a razão E/Ei é grande. Assim, o módulo reduzido pode sobreestimar ou subestimar a rigidez do indentador, dependendo das propriedades do material indentado. As análises neste trabalho permitiram igualmente observar que as principais limitações na obtenção das propriedades elasto-plásticas usando a curva de indentação instrumentada vêm da falta de unicidade, seguida pela geometria do indentador, isto é, diferenças entre o cone equivalente e os piramidais Vickers e Berkovich, assim como desvios em relação à geometria ideal do indentador, o que inclui arredondamento da sua ponta. Quando não há unicidade, sabendo-se informações adicionais à curva P-d, por exemplo, o valor da área residual da indentação ou o módulo elástico, uma solução única das propriedades mecânicas pode ser obtida. Em paralelo, a variação experimental pode limitar de forma significativa a precisão no cálculo das propriedades, enquanto o atrito indentador-amostra e as deformações do indentador têm efeitos menos significativos. Em termos gerais, observa-se que as funções que compõem o algoritmo desenvolvido neste trabalho permitem: (i) predizer as curvas carga-deslocamento (curvas P-d), produto do ensaio de indentação instrumentada, para um conjunto de propriedades elasto-plásticas conhecidas; (ii) identificar quando uma mesma curva P-d pode ser obtida de mais de um conjunto de propriedades do material indentado (iii) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d quando d r/dmax<0,8 ou faixas de propriedades de materiais quando d r/dmax>0,8 e (iv) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d e a área residual da indentação. / The interest in material characterization using instrumented indentation techniques has significantly increased in the last decade, due to improvements in testing instruments and the need to carry out tests on small volumes of materials, such as thin films or materials with surfaces modified by other surface treatments. This work addresses the development of an algorithm to analyze the indentation response of a group of metallic materials, during and after the contact with a sharp indenter, using finite element simulations and dimensional analysis. The formulation of the algorithm considered the effects of pile-up or sink-in of the indented material around the indentation, the friction coefficient between the indenter and the sample, the elastic deformation of the indenter, and the defects of the indenter tip. An analysis considering algorithm output and experimental variation was also conducted. The results allowed identifying a fundamental lack of unique relationship between the mechanical properties and the shape of the indentation curve for indentation curves with ratio d r/dmax>0,9, where d r is the residual indentation depth and dmax is the maximum indenter displacement in the test. Similarly, results allowed concluding that Sneddons equation requires a correction by both the geometry of the contact area and the ratio between the elastic moduli of the material and the indenter (E/Ei). As the shape of contact area is affected not only by the geometry of the indenter but also by the level of pile-up or sink-in in pyramidal indenters, a relationship was observed between the level of pile-up/sink-in and the correction factor b in the Sneddons equation for Vickers and Berkovich indenters. Additionally, it was found that the deformation of the indenter is not fully incorporated into indentation data analysis by the consideration of a reduced modulus (Er). Small differences between P-h curves (where h is the indentation depth below the original surface) and P-d curves (where d is the indenter/sample mutual approach) were observed for the same Er when the ratio E/Ei is large. Thus, the reduced modulus can overestimate or underestimate the indenter stiffness, depending on the mechanical properties of the indented material. Additionally, the analysis in this work has identified that the most important limitations in mechanical properties estimation using the indentation curve arise from the lack of uniqueness, followed by deviations in indenter geometry, such as differences between equivalent cone and pyramidal Vickers or Berkovich and tip defects. When non-uniqueness is present, unique solution may be obtained with the knowledge of additional information, in conjunction with P-d data, such as the residual indentation area or the elastic modulus. Furthermore, even when a unique solution is available the experimental variation may significantly decrease the accuracy in mechanical properties estimation, whereas friction and indenter deformation have less significant effects. In general, it was observed that the proposed algorithm allows: (i) predicting the load-displacement curves P-d of instrumented indentation tests for a set of known elastic-plastic mechanical properties, (ii) identifying when the same P-d curve can be obtained from more than one set of mechanical properties of the indented material, (iii) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves when d r/dmax<0,8 or possible ranges for each mechanical property when d r/dmax>0,8 and (iv) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves and the knowledge of the residual indentation area.

Este trabalho é uma contribuição à análise progressiva de falhas em materiais compósitos poliméricos. Esses materiais combinam as propriedades de seus constituintes (fibra, resina polimérica e interface) de forma a melhorar o desempenho frente à utilização das fases isoladamente. A combinação de fases permite obter características como baixa densidade e elevada rigidez, que são almejadas pelo segmento aeronáutico, pois podem proporcionar um aumento de autonomia ou da capacidade de carga das aeronaves. A anisotropia inerente aos compósitos torna possível projetá-los de forma a obter-se a rigidez e a resistência desejada. Por outro lado, a anisotropia dificulta a previsão precisa dos mecanismos de falha, e conseqüentemente, do comportamento global da estrutura. Apresenta-se, assim, com base numa revisão bibliográfica criteriosa, bem como, através de resultados experimentais, a avaliação de um modelo de material fenomenológico, onde se identificam modos de falhas intralaminares. Uma vez verificad a falha por algum critério, degradam-se as propriedades do material. O modelo de material foi implementado junto ao pacote de elementos finitos Abaqus através de uma sub-rotina UMAT (\"User Material\"), escrita em Fortran. Em seguida, estudou-se o problema de um laminado em duas configurações de empilhamento (\'[0º] IND.10\' e \'[0º/90º/0º/90º/0º] IND.S\') sob flexão 3-pontos. Os resultados das simulações foram comparados com resultados experimentais, observando erros da ordem de 10%. Sendo que estes foram obtidos em função de um estudo dos parâmetros associados a solução do problema não-linear, tais como: tamanho de incremento de iteração e parâmetros associados à lei de degradação de material. Por fim, concluiu-se que o modelo de material avaliado é adequado para previsão da falha da primeira camada, bem como, da redução da rigidez estrutural e da resistência residual. Sendo que, a resposta teórica obtida se manteve parcialmente dentro dos limites inferior e superior do envelope experimental. / This work is a contribution to the progressive failure analysis in polymer composite materials. These materials combine the properties of its constituents (fiber, resin and interface) in order to improve the performance against the use of phases alone. The combination of the phases can provide characteristics such as low density and high strength, which are desired in the aeronautical segment, because it can increase the autonomy or aircraft payload. The anisotropy inherent in composites turns possible to design the material for a desired stiffness and strength. Furthermore, it turns difficult the prediction of failure mechanisms, and consequently, the overall behavior of the structure. This study presents, based on a review and experimental results, the evaluation of a phenomenological material model, which identify intralaminar failure modes. Once verified the failure by any criterion, the material properties are reduced by a degradation law. The material model was implemented in a UMAT (User Material) subroutine which linked to the finite element package Abaqus. It was applied in the study of 3-point bending problem for two stacking sequences (\'[0º] IND.10\' e \'[0º/90º/0º/90º/0º] IND.S\'). The results were compared with experimental tests, presenting a error in the order of 10%. Since that these where obtained by a study of the parameters associated to the solution of the nonlinear problem, such as: time step, and parameters associated to the material degradation laws. Finally, it was concluded that the material model is judged suitable for predicting the failure of the first ply, the reduction of structural stiffness and the residual strength. Besides, a part of the theoretical response obtained is maintained within the lower and upper limits of the experimental tests envelope.

O objetivo deste estudo foi comparar os ensaios de microtração (MI), ?push-out? (PS), ?push-out? modificado (PSM) e ?pull-out? (PL) na habilidade de mensurar a resistência de união (RU) entre pino de fibra e dentina radicular. Para tanto, além dos resultados de cada ensaio mecânico foram analisados fatores como: sensibilidade quanto às diferentes regiões radiculares, quantidade de falhas prematuras (FP), coeficiente de variação (CV), padrão de fratura (PF) pela microscopia confocal de varredura e distribuição das tensões pela análise de elementos finitos (AEF). Foram utilizados 40 dentes anteriores superiores endodonticamente tratados, divididos em quatro grupos de acordo com o tipo de ensaio realizado. Para os ensaios de PS e MI foi feita a cimentação do pino e posteriormente os cortes para a obtenção dos corpos-de-prova (cps). Para os outros ensaios (PSM e PL), a cimentação antecedeu aos cortes tanto das fatias de dentina como dos pinos. O sistema adesivo Scotbond Multi Uso Plus e o cimento Variolink II foram usados para a cimentação do pino de fibra de vidro FRC Postec Plus em todos os casos. Os cps do ensaio de PS foram obtidos pelos cortes seriados da raiz em fatias de 1±0,1mm, para os cps do ensaio de MI estas fatias sofreram ainda a confecção de entalhes laterais diametralmente opostos, que proporcionando um formato final de ampulheta. Para os testes de PL e PSM foram feitos cortes de fatias de dentina de 1±0,1mm e o pino foi dividido em três partes iguais para, então, cada fatia de uma região ser cimentada com o pino correspondente. Os cps do ensaio de PSM tinham 1mm de pino sobressalente para cima e para baixo da fatia de dentina, enquanto que os cps do PL o pino sobressalente estava apenas para cima da dentina. Todos os cps foram submetidos aos testes de RU, à velocidade de 0,5mm/min em máquina de ensaios universais. O PF foi avaliado em um aumento de cem vezes e foi feita uma distribuição de freqüência. Já a AEF obteve modelos tridimensionais de todos os ensaios, e estes foram analisados quanto à tensão de Von Mises. Para os resultados dos testes mecânicos foram feitas análises de variância de cada ensaio variando o fator região, com ou sem as FP, e análise comparando todos os ensaios. O teste Tukey foi feito quando necessário e as FP foram submetidas ao teste estatístico de Fisher. A inclusão ou não destas falhas mostra alteração dos resultados no ensaio de MI, uma vez que possui um maior número delas neste ensaio. O ensaio de PL mostrou as maiores médias de RU, seguido pelo ensaio de PSM, e ambos também tiveram o PF com maior quantidade de fraturas adesivas. O ensaio de PS conseguiu apontar diferença estatística entre as três regiões, mas mostrou a maior freqüência de falhas coesivas, e maior CV. O menor CV foi encontrado para o PSM que também mostrou uma adequada distribuição das tensões. A MI apresentou concentração de tensões nas bordas dos entalhes. Concluiu-se que o tipo de ensaio influencia diretamente nos resultados obtidos. / The aim of this study was to compare microtensile (MI), \"push-out\" (PS), modified \"push-out\" (PSM) and \"pull-out\" (PL) tests in the ability to accurately measure the bond strength of fiber posts luted inside root canals, at different root dentin levels, cervical, middle and apical. The evaluated parameters were: amount of premature failure (PF), coefficient of variation (CV), failure patterns (FP) and the stress distribution by finite elements analysis (FEA). Forty human intact single-rooted and endodontically treated teeth were divided into four groups according to the type test used. For PS and MI specimens, first the post was luted and then the cuts were done, for PSM and PL, first was done the cuts and then fiber post?s pices were luted. Scotbond Multi Use Plus adhesive system and Variolink II cement had been used for luting FRC Postec Plus glass fiber post, in all cases. PS samples were disc shaped of 1±0,1mm. Bond strength between post and dentin was measured in the root slice and the force applied on the center of the specimen. For the Mi test hourglass-shaped samples were obtained by trimming the proximal surfaces of each slice using a diamond bur until it touched the post. For PL and PSM tests cuts of 1±0,1mm of dentine slices were made and the fiber was divided into three parts, and then each slice were luted with a fiber post?s piece. Specimens for PSM had 1mm of post up and down the dentin slice and for PL all of the post was up the dentine slice. All specimens were submitted to a bond strength test at 0.5 mm/minute crosshead speed in a universal testing machine. For FP, each sample was examined under confocal microscopy at 100 times and a frequency distribution was made. For the AEF, three-dimensional models of each tests had been made and analyzed by Von Mises stress. Bond strength data were analyzed by ANOVA and when necessary was used Tukey?s test. For PF data the Fisher test was made. The inclusion of PF, only shows variation on MI, since these test showed the greater number of them. PL provided higher values of bond strength for root dentin and fiber post, followed by PSM. Both of them had also FP with greater amount of adhesive failures. The PS test was able to point statistically differences between root regions, but it showed the highest frequency of cohesive failure, and greater CV. Minor CV was found for the PSM that also showed adequate stress distribution. The MI showed concentration of tensions in the edges of the trimming area. One concluded that the type of test influences directly in the results obtained.

Objetivos: aprofundar na interpretação dos dados obtidos pelo teste de lascamento da aresta, com espécime em formato de barra ou de coroa, para verificar se o ensaio é capaz de reproduzir o resultado já conhecido na clínica de que porcelana sobre zircônia apresenta maior facilidade de lascamento do que porcelana sobre metal, quando o resfriamento rápido é adotado. Material e método: o teste de lascamento da aresta foi aplicado em espécimes com dois formatos: barras (monolíticas: de VM13, VM9 ou zircônia; ou em duas camadas: de VM13-metal ou VM9-zircônia) e coroas (sempre com duas camadas). Nas barras monolíticas (5 mm x 32 mm x 2,5 mm) foi realizada uma análise da microestrutura para avaliar eventuais diferenças entre a VM13 e a VM9, que poderiam interferir na interpretação de diferenças encontradas nos espécimes de duas camadas. As barras com duas camadas (5 mm x 32 mm x 2,2 mm, com infraestrutura de 0,7 mm e porcelana de 1,5) receberam dois protocolos de resfriamento (lento e rápido) e foram testadas em duas direções de carregamento (paralela ou perpendicular à interface). Para estes espécimes foram avaliadas as tensões térmicas residuais por análise por elementos finitos. Para as coroas (correspondentes ao primeiro molar inferior, com infraestrutura de 0,7 mm de espessura), foram utilizados os mesmos protocolos de resfriamento das barras de duas camadas. As superfícies de fraturas de todos os espécimes foram analisadas em estereomicroscópio com um aumento de 20x a 50x. Os dados de lascamento foram analisados através de diferentes abordagens apresentadas na literatura, sendo o parâmetro ReA (resistência ao lascamento), correspondente à média de todas as razões de força necessária para criar a lasca pela distância da aresta (N/mm), o escolhido para comparar os vários grupos experimentais. Resultados: não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes entre as resistências ao lascamento das porcelanas, apesar da VM13 apresentar maior fração de área de leucita. Nas barras de duas camadas resfriadas lentamente e carregadas na direção perpendicular à interface, a zircônia proporcionou resistência ao lascamento da porcelana estatisticamente superior à proporcionada pelo metal. Quando o resfriamento rápido foi utilizado ou quando o carregamento foi paralelo à interface, o teste não foi capaz de evidenciar diferenças entre os grupos. Nas coroas submetidas ao resfriamento rápido, o metal proporcionou resistência ao lascamento da porcelana estatisticamente superior à proporcionada pela zircônia. Quando o resfriamento lento foi utilizado, o teste não foi capaz de evidenciar diferenças entre grupos com materiais de infraestrutura distintos. Conclusão: O ensaio de lascamento em coroas reproduziu melhor que o ensaio de lascamento em barras a resistência ao lascamento relatada na clínica. Assim, esforços em aprimorar o teste utilizando espécimes com geometria mais semelhante à da coroa são importantes. / Aim: To deepen the investigation of the edge chipping method when using either bar or crown-shaped specimens, to verify whether the test is able to reproduce the well-known clinical outcome that veneered zirconia is more prone to chipping than porcelain-fused-to-metal when the fast cooling protocol is used. Materials and methods: edge chipping test was conducted with different shaped specimens: bars (monolithic: VM13, VM9 or zirconia; or bilayers: VM13-metal and VM9-zirconia) and bi-layer crowns. A microstructure analysis was performed on the monolithic bars (5 mm x 32 mm x 2.5 mm) to evaluate possible differences between VM13 and VM9, that could account for differences on bilayer specimens data. The bilayer bars (5 mm x 32 mm x 2.2 mm, 0.7 mm and 1.5 porcelain infrastructure) were subjected to two cooling protocols (slow and fast) and load was applied in two directions (parallel or perpendicular to the interface). For bilayer bars, residual thermal stresses were evaluated using finite element analysis. For crown-shaped specimens (corresponding to the first molar, with 0.7 mm framework thickness), the cooling protocol was the same employed for bilayer bars. The fractured surfaces of all specimens were examined utilizing a stereomicroscope at a magnification from 20x up to 50x. The edge chipping data were analyzed by several approaches presented in the literature, the ReA parameter (chipping resistance), corresponding to the average of force versus distance data collected over a broad range (N / mm), was chosen to compare the different experimental groups. Results: There was no significant difference between the veneers for chipping resistance, despite that VM13 presented the highest leucite content. On bilayer bars with slow cooling protocol and loading perpendicular to the interface, zirconia provided significantly higher chipping resistance than metal-based specimens. Edge chipping test was not able to detect differences between groups when fast cooling was used or loading was applied parallel to the interface. When crowns were subject to fast cooling, results revealed that metal framework has significantly higher veneer chipping resistance than zirconia. When the slow cooling protocol was used, differences between groups with different frameworks were not observed using edge chipping test. Conclusion: The chipping test on crowns reproduced the chipping resistance reported clinically better than bar-shaped specimens. Thus, efforts to improve the test using specimens more similar to the crown geometry are important.

Grande parte dos componentes mecânicos e estruturas são solicitados por carregamentos que variam com o tempo e frequentemente falham por fadiga. Neste sentido, é indubitável que o modo de falha por fadiga seja considerado no projeto mecânico de componentes, equipamentos e estruturas sujeitas a carregamentos cíclicos. Os livros de projetos de máquinas ainda são os mais utilizados na indústria como referência teórica e prática ao dimensionamento contra a fadiga de produtos. Entretanto, muitos deles ainda não incluem as últimas descobertas e metodologias mais modernas para o cálculo de durabilidade de estruturas. Adicionalmente, de uma maneira geral, grande parte dos livros especializados em fadiga também não trazem informações detalhadas sobre a previsão de vida em fadiga sob a ótica do projeto mecânico, como a análise utilizando critérios de Fadiga Multiaxial e a análise de fadiga baseada em Elementos Finitos (FE-Based Fatigue Analysis). Baseado neste cenário, este trabalho tem o objetivo de propor um procedimento para avaliar a vida em fadiga de componentes e estruturas reunindo os métodos mais recentes utilizados nesta área. Dentre os vários assuntos incluídos no procedimento proposto, destacam-se: as importantes contribuições propostas pelo Conselho Alemão de Pesquisa em Engenharia (FKM-Guideline); a utilização de Análise por Elementos Finitos (FEA) na previsão de vida em fadiga; o cálculo do fator de tensão média utilizando pseudo tensões provenientes de FEA; a contabilização do efeito de entalhe em componentes com geometria complexa utilizando o Método do Gradiente de Tensão Relativo em conjunto com FEA, que pode ser aplicado tanto em carregamento uniaxial quanto em carregamento multiaxial; a contabilização do dano por fadiga em carregamento multiaxial de amplitude variável; a densidade da malha de elementos finitos adequada para utilizar em fadiga computacional; e a aplicação da teoria e dos critérios de Fadiga Multiaxial, principalmente em FE-Based Fatigue Analyses, cuja utilização é imprescindível em estruturas sujeitas a tensões cíclicas em mais de uma direção (x,y,z). / Most of mechanical components and structures are subjected to time varying loading and therefore often present fatigue failure. Therefore, it is essential to consider the fatigue failure mode in the project of components, machines and structures under cyclic loading. Design of Machine Elements books are still the most used in industry as theoretical and practical reference for designing products against fatigue. However, many of them still do not include the latest findings and methodologies used in fatigue life assessment of structures. Additionally, overall, most of the specialized fatigue books also do not include detailed information about fatigue life assessment in a mechanical project view, as the fatigue analysis using Multiaxial Fatigue criteria and the fatigue life prediction using the Finite Element Method (FE-Based Fatigue Analysis). Based on this fact, this thesis proposes a procedure for predicting component and structures fatigue life, gathering together the most recent methods used in the fatigue area. Among the several subjects included in this procedure, we can highlight: the important contributions of the German Engineering Research Council (FKM-Guideline); the use of Finite Element Analysis (FEA) in the fatigue life assessment; the calculation of the mean stress factor using the pseudo stresses from FEA; the computation of the notch eect in geometrically complex components using the Relative Stress Gradient Method in conjunction with FEA, method which can be applied both in uniaxial loading and multiaxial loading; the estimation of the fatigue damage in structures under variable amplitude multiaxial fatigue loading; the selection of an adequate Finite Element mesh density to use in computational fatigue; and the aplication of the Multiaxial Fatigue theory and criteria, specially in FE-Based Fatigue Analyses, of which use is essential in structures under ciclic stresses in 2 or 3 directions (x,y,z).

A restauração de dentes com grande destruição tecidual e endodonticamente tratados ainda representa um desafio para o cirurgião-dentista. A falha mais crítica após este tipo de tratamento é a fratura radicular, com maior incidência no grupo dos pré-molares superiores. O achatamento mésio-distal dos canais destes dentes e o descolamanto do pino oval têm sido apontados como os principais fatores predisponentes para este tipo de fratura. A hipótese deste trabalho é que a presença do pino aumenta o risco de fratura quando ocorre concomitantemente descolamento na interface pino/cimento. Este risco seria maior nos casos em que o pino acompanha o formato oval característico do canal do segundo pré-molar superior. O objetivo deste trabalho foi comparar, por análise de elementos finitos, as respostas de tensão máxima principal (smax) em modelos que simularam pinos de seção transversal circular ou oval, aderidos ou descolados e em modelos de dentes hígidos com canal de seção transversal circular ou oval. Foi avaliado também o risco de descolamento da interface pino/cimento. Foram construídos dois modelos 3D de segundo pré-molar superior hígido, um com canal oval (Ho) e outro com canal circular (Hc). A partir dos modelos dos dentes hígidos foram construídos modelos com pino intra-radicular de fibra de vidro e com núcleo metálico fundido. Para os casos de canais ovais (Co), os pinos poderiam apresentar seções transversais circular (Pc) ou oval (Po), enquanto para os canais circulares (Cc) foram simulados apenas pinos circulares. Todos os materiais foram considerados homogêneos, lineares e isotrópicos, com exceção do pino de fibra de vidro que foi considerado ortotrópico. Para cada modelo foi simulada uma condição de perfeita adesão (A) e outra de total descolamento (D) entre pino e cimento resinoso. Uma carga de 300 N foi aplicada a 45° na aresta central-interna da cúspide vestibular (carregamento cêntrico) ou desviada 1,4 mm para a mesial (carregamento excêntrico). Os diferentes modelos foram comparados quanto à distribuição da smax e magnitude, localização e orientação dos vetores dos picos de smax na dentina. Foi analisado também o risco de descolamento da interface pino/cimento, e os riscos de fratura do pino, núcleo e cimento. O pico de tração para os casos D foi de até 4,7 vezes maior que o encontrado nos dentes hígidos e nos casos A. Nos casos D, os pinos circulares chegam a apresentar tensão 1,7 vezes maior que os ovais. Ainda para os casos D, as raízes de seção transversal circular tiveram smax 1,3 vezes maior que as de seção transversal oval, mantendo o pino sempre circular. Já para os casos A, os valores foram muito semelhantes (embora, em geral, um pouco maiores) aos do dente hígido. O maior risco de descolamento foi detectado entre pino metálico fundido e cimento. O risco de fraturar a raiz foi maior em pinos descolados com pino metálico. Em raízes restauradas com pino de fibra, o maior risco de fratura ocorreu no núcleo e no pino, embora o valor do índice de risco de fratura seja muito mais alto que para os dentes restaurados com pino metálico. / The restoration of teeth with a large tissue destruction and endodontic treatment still presents a challenge for clinicians. The most critical failure after this type of treatment is the root fracture, with more incidence for upper premolars. The mesial-distal flattening of the root canal of these teeth and the detachment of the oval post have been pointed out as main factors predisposed to this type of fracture. The hypothesis of this study is that the presence of posts increases the risk of failure when this happens concomitantly to its detachment at the post/cement interface. This risk would be greater for cases in which the post follows the typical oval shape of the upper second premolar root canal. The objective of this study was to compare, by finite element analysis, the reply of the maximum principal stress (smax) for models which simulated posts with circular or oval cross-section, bonded or detached and for intact teeth models with circular or oval root canal. The risk of post/cement interface detachment was also evaluated. Two 3D models of an intact upper premolar, one with an oval canal (Ho) and other with a circular one (Hc) were obtained. From these models, other ones were obtained with glass fiber intra-radicular post and with cast core. For oval canals (Co), posts could presented circular (Pc) or oval (Po) crosssections, while for circular ones (Cc), only circular posts were simulated. All materials were considered homogeneous, linear and isotropic, except the glass fiber post which was considered orthotropic. For each model, a perfect bonding condition was simulated (A) and another with total detachment (D) between the post and the cement. A 300 N load was applied at 45° on the central-internal edge of the buccal cusp (centric loading) or diverted from 1,4 mm through the mesial (excentric loading). All different models were compared on stress distribution of smax and magnitude, and also smax peak vectors localization, and orientation at the dentin. The post/cement interface risk of detachment and the risk of fracture for posts, core and cement were analyzed. The tension peak for D cases was up to 4,7 times greater than that found for intact teeth and for A cases. For D cases, circular posts sometimes presented up to 1,7 times greater than oval ones. Further for D cases, roots with circular crosssectional had the smax 1,3 times greater than those with oval cross-sectional, with the post always circular. For A cases, values were however much similar (even though, in general, they were a little greater) to intact ones. The major risk of detachment was detected between the metallic post and the cement. The risk of root fracture is greater for detached posts with metallic posts. For restored roots with fiber posts, the major risk of fracture occurs to the core and the post, even the risk of fracture index is much greater than for restored teeth with metallic post.

Grande parte dos componentes mecânicos e estruturas são solicitados por carregamentos que variam com o tempo e frequentemente falham por fadiga. Neste sentido, é indubitável que o modo de falha por fadiga seja considerado no projeto mecânico de componentes, equipamentos e estruturas sujeitas a carregamentos cíclicos. Os livros de projetos de máquinas ainda são os mais utilizados na indústria como referência teórica e prática ao dimensionamento contra a fadiga de produtos. Entretanto, muitos deles ainda não incluem as últimas descobertas e metodologias mais modernas para o cálculo de durabilidade de estruturas. Adicionalmente, de uma maneira geral, grande parte dos livros especializados em fadiga também não trazem informações detalhadas sobre a previsão de vida em fadiga sob a ótica do projeto mecânico, como a análise utilizando critérios de Fadiga Multiaxial e a análise de fadiga baseada em Elementos Finitos (FE-Based Fatigue Analysis). Baseado neste cenário, este trabalho tem o objetivo de propor um procedimento para avaliar a vida em fadiga de componentes e estruturas reunindo os métodos mais recentes utilizados nesta área. Dentre os vários assuntos incluídos no procedimento proposto, destacam-se: as importantes contribuições propostas pelo Conselho Alemão de Pesquisa em Engenharia (FKM-Guideline); a utilização de Análise por Elementos Finitos (FEA) na previsão de vida em fadiga; o cálculo do fator de tensão média utilizando pseudo tensões provenientes de FEA; a contabilização do efeito de entalhe em componentes com geometria complexa utilizando o Método do Gradiente de Tensão Relativo em conjunto com FEA, que pode ser aplicado tanto em carregamento uniaxial quanto em carregamento multiaxial; a contabilização do dano por fadiga em carregamento multiaxial de amplitude variável; a densidade da malha de elementos finitos adequada para utilizar em fadiga computacional; e a aplicação da teoria e dos critérios de Fadiga Multiaxial, principalmente em FE-Based Fatigue Analyses, cuja utilização é imprescindível em estruturas sujeitas a tensões cíclicas em mais de uma direção (x,y,z). / Most of mechanical components and structures are subjected to time varying loading and therefore often present fatigue failure. Therefore, it is essential to consider the fatigue failure mode in the project of components, machines and structures under cyclic loading. Design of Machine Elements books are still the most used in industry as theoretical and practical reference for designing products against fatigue. However, many of them still do not include the latest findings and methodologies used in fatigue life assessment of structures. Additionally, overall, most of the specialized fatigue books also do not include detailed information about fatigue life assessment in a mechanical project view, as the fatigue analysis using Multiaxial Fatigue criteria and the fatigue life prediction using the Finite Element Method (FE-Based Fatigue Analysis). Based on this fact, this thesis proposes a procedure for predicting component and structures fatigue life, gathering together the most recent methods used in the fatigue area. Among the several subjects included in this procedure, we can highlight: the important contributions of the German Engineering Research Council (FKM-Guideline); the use of Finite Element Analysis (FEA) in the fatigue life assessment; the calculation of the mean stress factor using the pseudo stresses from FEA; the computation of the notch eect in geometrically complex components using the Relative Stress Gradient Method in conjunction with FEA, method which can be applied both in uniaxial loading and multiaxial loading; the estimation of the fatigue damage in structures under variable amplitude multiaxial fatigue loading; the selection of an adequate Finite Element mesh density to use in computational fatigue; and the aplication of the Multiaxial Fatigue theory and criteria, specially in FE-Based Fatigue Analyses, of which use is essential in structures under ciclic stresses in 2 or 3 directions (x,y,z).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this study was to evaluate the effect of two cavity preparation on fracture resistande of two CAD/CAM ceramic on Finite Element Analysis, Coronal deformation, Fracture Resistance and Fracture Mode over human molar teeth restored with esthetic indirect restoration. Forty-eight human molars were select and randomly divided into the following four groups (n=12): Group 1: conventional onlay (with occlusal and proximal box), leucite glass ceramic (IPS-Empress CAD, Ivoclar Vivadent); group 2: conservative onaly (without occlusal and proximal box), leucite glass ceramic (IPS-Empress CAD, Ivoclar Vivadent); group 3: convencional onlay, lithium-disilicate glass ceramic (IPS e.max CAD, Ivoclar Vivadent); group 4: conservative onlay, lithium-disilicate glass ceramic (IPS e.max CAD, Ivoclar Vivadent). Cuspal deformation (&#956;S) was measured at 100N and Maximum fracture load by strain gauges (n = 7 teeth), Fracture Resistance (N) was measured by axial compression test and Fracture mode were recorded based on the degree of tooth structure and restoration damagemin four types (n = 12 teeth) and the Stress distributions was mesasure for all groups on Finite Element Analysis. The CS, Fracture resistance and Fracture mode were statistically analyzed using Tukey test and ANOVA two-way (p = 0.05). The Coronal deformation (CD) at 100N the Tukey s test showed that leucite ceramic restorations had significantly higher deformation than lithium-disilicate ceramic restorations, irrespective of cavity preparation (P<0.001). At maximum fracture load showed that lithium-disilicate ceramic restorations had significantly higher deformation than leucite ceramic restorations, irrespective of cavity preparation (P<0.001). The Fracture resistance and Fracture mode showed that the presence of box had no significant effect for leucite ceramic restoration (P=0.375), however the presences of box on disilicate ceramic restorations reduced significantly the fracture resistance (P<0.001). The disilicate ceramic restorations had significantly higher fracture resistance than leucite ceramic restoration (P <0.001) irrespective of cavity preparation. Fracture mode distributions showed that the leucite disilicate ceramic resulted in more severe fracture mode irrespective of cavity preparation. Whithin the limitations of this study, it was observed that the conservative onlay increase fracture resistence and the complex restored with a leucite-reinforced ceramics has less coronal deformation and fracture mode. / O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da morfologia do preparo cavitário na distribuição de tensões, comportamento biomecânico e resistência à fratura de molares restaurados indiretamente por dois sistemas cerâmicos. Quarenta e oito terceiros molares inferiores hígidos e com formas semelhantes extraídos foram divididos em 4 grupos (n=12) resultantes da combinação de dois fatores em estudo: 1- tipo de sistema cerâmico: Leucita (IPS-Empress CAD, Ivoclar Vivadent Ltda) e Dissilicato de Lítio (IPS e.max CAD, Ivoclar Vivadent Ltda); 2- Protocolo restaurador: onlay convencional e onlay conservador. A deformação coronal (&#956;S) na carga de 100N e carga máxima a fratura foi medida por strain gauges (n= 7). A resistência à fratura (N) foi medida pelo teste de compressão axial e o modo de falha foi avaliado de acordo a destruição da estrutura dental e restauração em quatro tipos (n=12) e a distribuição de tensões foram analisadas em quatro grupos pelo método de análise de Elementos Finitos. A deformação coronal (DC), resistência à fratura (RF) e modo de falha (MF), foram analisados estatisticamente usando análise de variância ANOVA two-way e Teste de Tukey (p&#706;0,05). A análise de variância ANOVA two-way mostrou que a DC, em uma carga de 100N, apenas o fator restauração cerâmica (p<0,001) teve efeito significativo, na qual a cerâmica reforçada por leucita teve significantemente maior deformação que a cerâmica reforçada por dissilicato de lítio (p<0,001). Além disso, os preparos feitos com caixas proximal e oclusal resultaram em uma deformação similar do preparo sem as caixas (p<0,001). Na carga máxima à fratura apenas o fator tipo de cerâmica (p<0,001) tiveram efeito significativo no teste de RF, na qual as restaurações de dissilicato de lítio tiveram maior deformação que a leucita (p<0,001). Os testes de RF, mostraram que a presença das caixas não teve efeito significativo nas cerâmicas reforçadas por leucita (p=0,375), enquanto que a presença das caixas proximais e oclusais nas restaurações de cerâmica reforçada por dissilicato de lítio tiveram diminuição significativa na RF (p<0,001). As cerâmicas de dissilicato de lítio tiveram significantemente maior RF do que as cerâmicas de leucita (p<0,001). E no MF, a restaurações de dissilicato de lítio resultaram em fraturas mais catastróficas independente da geometria do preparo cavitário. De acordo com as limitações deste estudo in vitro e computacional, foi observado que o preparo mais conservador aumenta a resistência à fratura e o complexo restaurador com cerâmica reforçada por leucita teve menor deformação coronal e menor modo de falha. / Mestre em Odontologia

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kyosuke Siqueira Saito.pdf: 4273063 bytes, checksum: 72ef7d0c147daede5763573276e7efda (MD5) Previous issue date: 2013-02-15 / Universidade Presbiteriana Mackenzie / The development of new commercial vehicles have as one of its major goals increase the operational energetic efficiency or fuel consumption decrease. The vehicle´s mass reduction is one of the most direct ways to achieve this goal. The vehicle´s axles usually have its structure made of ferrous materials due to its high strength and low cost. Alternative materials with lower density and higher strength are continuosly researched and developed. Among these materials the aluminum compared with ferrous materials appears as an interesting alternative to replace ferrous alloys in some applications. The aluminum have its density significantly smaller than ferrous materials opening possibilities to significant mass reductions. In this study were performed an evaluation through the comparison of aluminum alloys and ferrous materials on different load conditions and were presented the replacement gains for each load situation. It was evaluated possibility to replace ferrous materials with aluminum alloys on commercial vehicles rear axle structures through finite element analysis as a step on a new product validation. The study results show that is possible to use the aluminum in commercial vehicle axles with mass reduction ranging from 1,1% to 61,0% without loss of structural properties. / O desenvolvimento de novos veículos comerciais tem como um de seus objetivos principais o aumento da eficiência energética operacional ou redução do consumo de combustível. A redução da massa dos veículos é uma das estratégias mais diretas para o alcance deste objetivo. Os eixos de veículos tradicionalmente têm sua estrutura feita de materiais ferrosos devido à sua alta resistência e baixo custo. Materiais alternativos de mais baixa densidade e alta resistência são pesquisados e desenvolvidos continuamente. Dentre esses materiais, o alumínio, comparado com materiais ferrosos tem-se mostrado uma alternativa interessante para a substituição de ligas ferrosas para algumas aplicações. O alumínio possui uma densidade muito inferior a dos ferrosos abrindo a possibilidade de ganhos significativos de massa. Neste estudo foi feito uma avaliação através da comparação entre ligas de alumínio e materiais ferrosos em diferentes condições de carregamento e apresentado os ganhos da substituição em cada condição de carregamento. Foi avaliada a possibilidade de substituir materiais ferrosos por ligas de alumínio na estrutura de eixos traseiros de veículos comerciais através de uma análise por elementos finitos como uma etapa da validação de um novo produto. Os resultados do estudo mostram que é possível usar o alumínio na estrutura de eixos de veículos comerciais com redução de massa variando de 1,1% a 61,0% sem perda de características estruturais.

A restauração de dentes com grande destruição tecidual e endodonticamente tratados ainda representa um desafio para o cirurgião-dentista. A falha mais crítica após este tipo de tratamento é a fratura radicular, com maior incidência no grupo dos pré-molares superiores. O achatamento mésio-distal dos canais destes dentes e o descolamanto do pino oval têm sido apontados como os principais fatores predisponentes para este tipo de fratura. A hipótese deste trabalho é que a presença do pino aumenta o risco de fratura quando ocorre concomitantemente descolamento na interface pino/cimento. Este risco seria maior nos casos em que o pino acompanha o formato oval característico do canal do segundo pré-molar superior. O objetivo deste trabalho foi comparar, por análise de elementos finitos, as respostas de tensão máxima principal (smax) em modelos que simularam pinos de seção transversal circular ou oval, aderidos ou descolados e em modelos de dentes hígidos com canal de seção transversal circular ou oval. Foi avaliado também o risco de descolamento da interface pino/cimento. Foram construídos dois modelos 3D de segundo pré-molar superior hígido, um com canal oval (Ho) e outro com canal circular (Hc). A partir dos modelos dos dentes hígidos foram construídos modelos com pino intra-radicular de fibra de vidro e com núcleo metálico fundido. Para os casos de canais ovais (Co), os pinos poderiam apresentar seções transversais circular (Pc) ou oval (Po), enquanto para os canais circulares (Cc) foram simulados apenas pinos circulares. Todos os materiais foram considerados homogêneos, lineares e isotrópicos, com exceção do pino de fibra de vidro que foi considerado ortotrópico. Para cada modelo foi simulada uma condição de perfeita adesão (A) e outra de total descolamento (D) entre pino e cimento resinoso. Uma carga de 300 N foi aplicada a 45° na aresta central-interna da cúspide vestibular (carregamento cêntrico) ou desviada 1,4 mm para a mesial (carregamento excêntrico). Os diferentes modelos foram comparados quanto à distribuição da smax e magnitude, localização e orientação dos vetores dos picos de smax na dentina. Foi analisado também o risco de descolamento da interface pino/cimento, e os riscos de fratura do pino, núcleo e cimento. O pico de tração para os casos D foi de até 4,7 vezes maior que o encontrado nos dentes hígidos e nos casos A. Nos casos D, os pinos circulares chegam a apresentar tensão 1,7 vezes maior que os ovais. Ainda para os casos D, as raízes de seção transversal circular tiveram smax 1,3 vezes maior que as de seção transversal oval, mantendo o pino sempre circular. Já para os casos A, os valores foram muito semelhantes (embora, em geral, um pouco maiores) aos do dente hígido. O maior risco de descolamento foi detectado entre pino metálico fundido e cimento. O risco de fraturar a raiz foi maior em pinos descolados com pino metálico. Em raízes restauradas com pino de fibra, o maior risco de fratura ocorreu no núcleo e no pino, embora o valor do índice de risco de fratura seja muito mais alto que para os dentes restaurados com pino metálico. / The restoration of teeth with a large tissue destruction and endodontic treatment still presents a challenge for clinicians. The most critical failure after this type of treatment is the root fracture, with more incidence for upper premolars. The mesial-distal flattening of the root canal of these teeth and the detachment of the oval post have been pointed out as main factors predisposed to this type of fracture. The hypothesis of this study is that the presence of posts increases the risk of failure when this happens concomitantly to its detachment at the post/cement interface. This risk would be greater for cases in which the post follows the typical oval shape of the upper second premolar root canal. The objective of this study was to compare, by finite element analysis, the reply of the maximum principal stress (smax) for models which simulated posts with circular or oval cross-section, bonded or detached and for intact teeth models with circular or oval root canal. The risk of post/cement interface detachment was also evaluated. Two 3D models of an intact upper premolar, one with an oval canal (Ho) and other with a circular one (Hc) were obtained. From these models, other ones were obtained with glass fiber intra-radicular post and with cast core. For oval canals (Co), posts could presented circular (Pc) or oval (Po) crosssections, while for circular ones (Cc), only circular posts were simulated. All materials were considered homogeneous, linear and isotropic, except the glass fiber post which was considered orthotropic. For each model, a perfect bonding condition was simulated (A) and another with total detachment (D) between the post and the cement. A 300 N load was applied at 45° on the central-internal edge of the buccal cusp (centric loading) or diverted from 1,4 mm through the mesial (excentric loading). All different models were compared on stress distribution of smax and magnitude, and also smax peak vectors localization, and orientation at the dentin. The post/cement interface risk of detachment and the risk of fracture for posts, core and cement were analyzed. The tension peak for D cases was up to 4,7 times greater than that found for intact teeth and for A cases. For D cases, circular posts sometimes presented up to 1,7 times greater than oval ones. Further for D cases, roots with circular crosssectional had the smax 1,3 times greater than those with oval cross-sectional, with the post always circular. For A cases, values were however much similar (even though, in general, they were a little greater) to intact ones. The major risk of detachment was detected between the metallic post and the cement. The risk of root fracture is greater for detached posts with metallic posts. For restored roots with fiber posts, the major risk of fracture occurs to the core and the post, even the risk of fracture index is much greater than for restored teeth with metallic post.