Les revêtements semi-conducteurs déposés sur des substrats souples sont utilisés dans différentes applications de haute technologie, par exemple pour la fabrication de composants micro-électroniques flexibles ou de cellules photovoltaïques flexibles. Sous un chargement de traction, ces revêtements subissent un endommagement caractérisé par l'apparition de multiples fissures sur leur surface avec ou sans délaminage à l'interface film/substrat. A la fin du processus de la multi-fissuration, une distance caractéristique entre les fissures peut être mesurée. Cette distance dépend principalement de l'épaisseur du film et du comportement mécanique du substrat.Dans ce projet, une étude expérimentale sur des monocouches d'oxyde et des multicouches d'oxyde et d'argent de différentes épaisseurs déposées sur deux substrats souples a été menée. Cette étude nous a permis de déterminer le comportement mécanique de chaque substrat, d'identifier les stades de la multi-fissuration des couches minces à savoir un premier stade d'apparition aléatoire de fissures, un deuxième stade de fissuration régulière et un dernier stade de saturation du réseau de fissures. L'influence de l'épaisseur de la couche d'argent a été également étudiée.Nous avons développé un modèle mécanique 2D basé utilisant des zones cohésives pour simuler l'amorçage et la propagation de fissures à travers le film. Ce modèle a permis de simuler numériquement les trois stades de la multi-fissuration des monocouches d?oxyde déposées sur polymère tels qu' observés expérimentalement. Nous avons ensuite réduit le modèle à une cellule représentative permettant de modéliser seulement les deux derniers stades de la multi fissuration. Cette cellule nous a permis d'identifier l'influence des propriétés géométriques et mécaniques des couches minces et de leur substrat sur la distance inter fissures à saturation. L'influence du délaminage interfacial a également été étudié. / Semiconductor coatings deposited on flexible substrates are used in various high-tech applications, for example flexible micro-electronic components or flexible sollar cells.When submitted to large tensile strains, these coatings undergo damage characterized by the appearance of multiple cracks on their surface with or without delamination at the film/substrate interface.At the end of the multi-cracking process, a characteristic distance between cracks can be measured.This distance depends mainly on the thickness of the film and the mechanical behavior of the substrate.In this project, an experimental study on oxide layers and oxide and silver multilayers of different thicknesses deposited on two polymer substrates was carried out.Were able to determine the mechanical behavior of each substrate and to identify the stages of the three stades of multi-cracking of thin layers.A first stade of random appearance of cracks, a second stade of regular cracking and a last stade of saturation of the network of cracks were identified.The influence of the thickness of the silver layer has also been studied.We have developed a 2D based mechanical model using cohesive zones to simulate the initiation and propagation of cracks in the film.Using this model, we successfully simulate the three stages of the multi-cracking of oxide monolayers deposited on polymer as observed experimentally.We then reduced the model to a representative cell allowing only the last two stages of multi-cracking to be modeled. This cell allowed us to identify the influence of the geometric and mechanical properties of the thin layers and their substrate on the distance between cracks to saturation.The influence of interfacial delamination has also been studied.

Esta dissertação apresenta uma avaliação da eficiência de um recapeamento constituído por mistura de asfalto-borracha (processo via-úmida), no retardamento de reflexão de trincas, através da técnica de ensaios acelerados. Para a realização do estudo foi construído um pavimento experimental com camada final de terraplenagem de argila arenosa de comportamento laterítico (50 cm), base de brita graduada (30 cm), camada de concreto asfáltico trincado (4 cm) e camada de recapeamento em asfalto-borracha (5 cm). O simulador de tráfego DAER/UFRGS aplicou aproximadamente 513.000 ciclos de carga de eixo de 100 kN. Ao longo do experimento o desempenho do pavimento foi acompanhado, com ênfase no surgimento de trincas. A evolução da condição estrutural do pavimento foi monitorada através das medidas de deflexões e dados de instrumentação (tensões e deformações). O registro da evolução da condição funcional do pavimento foi feito através do levantamento de afundamento de trilha de roda, e macro e micro textura. Com a finalidade de comparar o desempenho do recapeamento em asfalto-borracha com os de outros recapeamentos convencionais previamente ensaiados, desenvolveu-se um procedimento para correção de temperaturas. Constatou-se que o emprego de asfalto-borracha retardou em cinco vezes o surgimento de trincas. Assim, o nível de severidade do trincamento igual a 100 cm/m2 ocorreu no recapeamento em asfalto-borracha após 340.000 solicitações (100 kN), enquanto no recapeamento em asfalto convencional tal nível de severidade foi registrado com somente 66.000 solicitações da mesma carga de eixo. Globalmente, o recapeamento em asfalto-borracha conferiu ao pavimento melhores condições funcionais e estruturais, se comparado com um recapeamento convencional da mesma espessura, executado sobre um pavimento com níveis de degradação similares. / This research discusses the efficiency of asphalt-rubber overlays in cracks reflection delaying, based in APT data. In order to carry the study, a test section was built over a lateritic sandy clay subgrade. The pavement included a 30 cm thick granular base, a 4 cm thick cracked asphalt concrete and 5 cm thick asphalt-rubber overlay. A linear traffic simulator applied nearly 513,000 cycles of 100-kN axle load. During trafficking the pavement performance was followed, emphasis being given to cracking. The pavement structural condition was monitored by deflection measurements and instrumentation (stress and strain) data. Rut depths and pavement texture were measured as part of the functional evaluation. In order to compare the performance of the focused asphalt-rubber to those of conventional asphalt concrete overlays previously tested, a procedure to correct testing temperatures was developed. It was found out that cracks appeared in the asphalt-rubber overlay nearly 5 times later than in the AC conventional one. The same cracking severity index of 100 cm/m2 that occurred after 340,000 loading cycles in the asphalt-rubber overlay, was computed after just 66,000 cycles in the conventional AC overlay. All in all, the asphalt-rubber overlay provided the pavement better functional and structural conditions, than a conventional AC overlay with identical thickness would.

Componentes e equipamentos utilizados na indústria petroquímica estão suscetíveis a presença de descontinuidades e, por esta razão, diversas pesquisas são desenvolvidas com o intuito de aprimorar e criar novos métodos para evitar, remediar ou controlar estas, de forma a não causarem um dano à integridade estrutural. Neste trabalho é avaliado um conjunto de trincas induzidas pelo hidrogênio (TIH), através do método de elementos finitos, com a finalidade de verificar o fenômeno de união das suas extremidades formando uma trinca contínua do tipo SWC (Stepwise Cracking). Também se verifica a influência do conjunto de trincas à integridade da estrutura com base na metodologia Fitness for Service (FFS) através do uso dos diagramas de avaliação de falhas (FAD – Failure Assessment Diagram) indicados pelas normas API-579 / ASME FFS-1 e BS 7910 além do procedimento CEGB-R6. Os resultados mostram que o efeito de interação entre as extremidades é intenso quando estas se encontram próximas umas das outras, confirmando assim a tendência de união das fissuras. Também se constata que o fenômeno é fortemente influenciado pela pressão interna presente nas TIH, esta causada pela presença de hidrogênio. Em relação à aceitabilidade das descontinuidades, é observado que os resultados da avaliação são influenciados pela maneira como a descontinuidade é caracterizada. / Components and equipments of the petrochemical industry are susceptible to the presence of flaws and, for this reason, several studies are developed aiming to improve and create new methods to avoid, remedy and control these flaws in order they will not cause any integrity damage. In this work a cluster of Hydrogen Induced Crack (HIC) is assessed, using the finite element method, with the goal to verify the union phenomena in their tips forming a Stepwise Cracking (SWC) flaw. Also is verified the influence of the cluster to the integrity of the structure based on the Fitness for Service methodology, using the Failure Assessment Diagrams indicated by the Standards API-579 / ASME FFS-1 and BS 7910, also the CEGBR6 procedure. The results show that the interaction effect among the tip of the cracks is considerably intense when they are near to each other, confirming the tendency of union among them. Also this phenomenon is strongly influenced by the internal pressure in the HIC, caused by the presence of atomic Hydrogen diffused in the structure. In relation to the flaw assessment, it is observed that results are strongly influenced on how the flaw is characterized.

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A análise da formação e crescimento de fissuras em peças de concreto armado permanece como uma das principais dificuldades no campo da engenharia estrutural. Considerando que as fissuras têm uma influência muito grande no comportamento estrutural global, estudos para prever e controlar a fissuração do concreto são de essencial importância. O objetivo deste trabalho é apresentar um modelo numérico do tipo incorporado para representar as fissuras em peças de concreto armado submetidas aos esforços de flexão e corte, ou seja, um modelo que seja capaz de simular, além das fissuras perpendiculares ao eixo da peça, fissuras inclinadas. Os modelos de fissura incorporada se baseiam no conceito de descontinuidades incorporadas dentro de elementos finitos padrões. No modelo empregado neste trabalho, a fissura é representada através de uma descontinuidade no campo interno de deslocamentos do elemento. O modelo incorporado implementado é uma continuação do trabalho desenvolvido por d’Avila, que baseou-se no modelo de Dvorkin Cuitiño e Gioia que, por sua vez, não inclui a contribuição da armadura no equilíbrio interno de forças do elemento. A interação entre as barras de aço e o concreto é simulada através um modelo de transferência de tensão por aderência entre os dois materiais, conforme Russo, Zingone e Romano e FIB - Bulletin 10. Para representar o comportamento do concreto intacto, utiliza-se o modelo constitutivo de Ottosen. Já para representar as barras de aço da armadura, emprega-se o modelo incorporado desenvolvido por Elwi e Hrudey, que permite uma disposição arbitrária das barras de aço no interior dos elementos de concreto. O modelo constitutivo adotado para a armadura é do tipo elasto-plástico com endurecimento. Foi possível simular a fissuração em flexão e corte em vigas de concreto armado com boa correlação com resultados experimentais. Tais situações não poderiam ser analisadas pelo modelo básico sem as modificações propostas nesta dissertação. / The analysis of the formation and growth of cracks in reinforced concrete members remains as one of the main difficulties in the field of structural engineering. Considering that the crack has a considerable influence in the global structural behavior, studies to predict and to control concrete cracking are of essential importance. The aim of this work is to present a numerical model of the embedded type to represent the cracks in reinforced concrete members under bending and shearing efforts, i. e. , a model that is capable to simulate not only cracks that are perpendicular to the axle of the members but also inclined cracks. The embedded crack models are based on the concept of incorporated discontinuities inside of standard finite elements. In the model used in this work, the crack is represented by a discontinuity in the internal field of the element displacements. The embedded model proposed is a continuation of the work developed by d’Avila, which is based on the model of Dvorkin, Cuitiño e Gioia, that does not consider the inclusion of the reinforced contribution in the internal force equilibrium of the element. A bond stress-transfer approach is used to include this reinforcement contribution. To represent the behavior of the uncracked concrete, the Ottosen constitutive model was used. The embedded model presented by Elwi and Hrudey was employed to represent the reinforcement bars, that allows an arbitrary disposal of the bars of steel inside of the concrete elements. The constitutive model adopted for reinforcement is elasto-plastic with hardening. It was possible to simulate the cracking in bending and shearing in reinforced concrete beams with good agreement with experimental results. These cases could not be analyzed by the basi model without the present proposed modifications.

Esta dissertação apresenta os resultados e análises do monitoramento de um recapeamento asfáltico executado com camada intermediária de geotêxtil. A pista experimental vem sendo solicitada desde 1999, em uma pesquisa que se encontra na sua terceira fase, atingindo 1.103.885 ciclos de carga de 100 kN aplicados. Nessa última fase de estudo o tráfego foi aplicado entre Setembro de 2008 e Fevereiro de 2009, totalizando 121.685 ciclos de carga de eixo de 100 kN. A pista foi dividida em três regiões, sendo empregado em duas delas geotêxteis impregnados com asfalto. Durante o período de estudo foram monitorados parâmetros de resposta estrutural, através de medidas de deflexões e bacias defletométricas, parâmetros de comportamento, através de medidas de deformações permanentes e mapeamento de trincas, e por fim parâmetros ambientais, através das medidas de temperatura do ar e precipitações. Foram também aplicados modelos de previsão de desempenho para o caso de reflexões de trincas. O monitoramento do trincamento na pista mostrou que as regiões com geotêxtil tiveram melhor desempenho quando comparadas à região sem camada intermediária. O comprimento de trincas no final do estudo foi de 764 cm na região sem camada intermediária, 328 cm na região com geotêxtil G150 e 554 cm na região com geotêxtil G150 TF. Foram extraídos corpos de prova da pista, sobre algumas trincas, de modo a se visualizar o modo de desenvolvimento do trincamento, e também para buscar se identificar onde ocorreu trincamento por reflexão. Não foi possível extrair CPs de todas as trincas face a proximidade das mesmas e das dimensões da sonda rotativa, porém do material retirado observou-se ocorrência de trincamento por reflexão, trincamento por fadiga e também trincamento conhecido como top-down cracking (TDC). Os resultados evidenciam que a inclusão de geotêxteis como camada de absorção de tensões aumenta significativamente a vida de recapeamentos asfálticos executados sobre pavimentos trincados. / This dissertation presents the results of the monitoring and analysis of an overlay executed with intermediate geotextile layer. The experimental track has been requested since 1999, in a research that is in its third phase, reaching 1.103.885 cycles of 100 kN axle load applied. In this last phase of the study, the traffic was applied between September 2008 and February 2009, totaling 121.685 cycles of 100 kN axle load. The track is divided into three regions, two of them uses geotextiles impregnated with asphalt. During the study period were monitored parameters of structural response, by means of deflections and basins, parameters of behavior, by means of permanent deformation and mapping of cracks, and finally environmental parameters, through the measures of air temperature and rainfall. Models were also applied to predict the performance of the overlay. The monitoring of cracking showed that regions with geotextile had improved performance when compared to the region without intermediate layer. The length of cracks at the end of the study was 764 cm in the region without intermediate layer, 328 cm in the region with geotextile G150 and 554 cm in the region with geotextile G150 TF. Samples were extracted from the track to see how the cracking was developed and also to identify where there was reflective cracking. On the material removed was observed occurrence of reflective cracking, fatigue cracking and also top-down cracking (TDC). The results show that geotextiles increases the life of concrete asphaltic overlays.

Na indústria petroquímica, fornos para craqueamento térmico são utilizados para processar hidrocarbonetos leves, como nafta, etano, propano e GLP, a fim de obter-se olefinas, como eteno e propeno. Fornos de craqueamento de etano são de fundamental importância para melhorar os rendimentos globais de uma planta de produção de olefinas. Neste contexto, um modelo matemático de um forno industrial de craqueamento de etano foi desenvolvido utilizando o simulador de processos EMSO para previsão do tempo de campanha. No modelo proposto, um reator de fluxo pistonado multi-secção foi acoplado com um modelo cinético das reações de craqueameto e coqueamento a partir de dados da literatura. Em paralelo, a câmara de radiação do forno foi modelada em fluidodinâmica computacional, através do uso do software Ansys-CFX. Os resultados das simulações no EMSO e no Ansys-CFX apresentaram boa concordância com os dados de literatura e dados industriais. Entre os principais benefícios dos modelos desenvolvidos para aplicação industrial ressaltam-se: i. a possibilidade de avaliar o impacto de contaminantes na corrente de etano que alimenta o forno e prever se ocorrerá uma redução do tempo de campanha; ii. viabilizar uma otimização dos fornos de etano, buscando operá-los em condições otimizadas de tempo de campanha reduzindo o risco de descoques simultâneos; iii. confirmar se reduções de tempo de campanha observados são em função das condições de processo ou se existe algum outro fator que esteja causando desvios em relação às previsões da simulações, iv. avaliar possíveis problemas de má distribuição de calor na câmara de radiação. / In petrochemical industries, steam cracking furnaces are used to process light hydrocarbons like naphta, ethane, propane and LPG in order to obtain olefins, like ethylene and propylene. Ethane steam cracking furnaces are of fundamental importance to improve the overall yields of an olefins production plant. In this context, a model for an industrial steam cracking furnace was developed using the equation-oriented dynamic simulator EMSO. In the proposed model, a multi-section plug flow reactor was coupled with cracking and coking kinetics from literature. Additionally, the radiation chamber was studied by computational fluid dynamics, using Ansys-CFX. The results performed are in good agreement with published and industrial design data. Among the main benefits of the models developed for industrial application, following stand out: i. the possibility to evaluate the impact of contaminants in ethane feed to the furnace and predict some run length reduction; ii. allow an optimization of ethane furnaces, seeking to operate them in optimal conditions of run length reducing the risk of simultaneous decokes; iii. confirm that observed run length reductions are depending on the process conditions, or if there is some other factor that is causing deviations from the simulation predictions, iv. evaluate possible problems due to poor heat distribution in the radiation chamber.

Desmonte de rochas com explosivos em áreas próximas a residenciais têm ocorrido com frequência em várias localidades em todo o Brasil. Atividades relacionadas a mineração e em especial as detonações causam muitos problemas visto que geram incômodo às comunidades vizinhas resultante de níveis elevados de pressão acústica (ruído) na atmosfera e reclamações de rachaduras em paredes das residências associadas com a propagação de vibrações no terreno. A necessidade de se obter uma melhor compreensão de como estruturas típicas da construção civil nacional respondem as vibrações geradas pelas detonações se torna evidente, bem como uma avaliação conjunta da influência de outras forças, tais como, condições meteorológicas (variações diárias de temperatura e umidade relativa do ar) que começam a agir sobre os materiais constituintes das estruturas desde o momento da construção e durante toda sua vida útil. Nesse contexto, definiu-se como meta dessa pesquisa investigar a resposta deformacional de construções de alvenaria frente aos estímulos provocados por diferentes níveis de vibração e pressão acústica gerados pelo desmonte de rochas com explosivos em diferentes condições geológicas, comparando-as com os efeitos das variações climáticas de temperatura e umidade. Visando o atendimento desta demanda, a resposta de três estruturas, duas residenciais e uma comercial, a diferentes operações com desmonte de rochas (mineração de carvão e pedreira) foram avaliadas. A movimentação das paredes de estruturas de alvenaria, comumente encontradas no entorno de empreendimentos mineiros, foi registrada com sensores de velocidade instalados nas paredes e os resultados foram correlacionados com os níveis de vibração no terreno e pressão acústica (ruído) na atmosfera que provocaram esta movimentação. A partir dos resultados das medições da movimentação das estruturas, deformações induzidas nas paredes, geradas durante trações no plano e flexões fora do plano das paredes, foram computadas e comparadas com os limites de ruptura do material mais fraco que constitui as paredes das estruturas. Em conjunto com o monitoramento da movimentação das estruturas, variações na abertura de rachaduras existentes no reboco no interior ou exterior das estruturas induzidas por forças dinâmicas (detonações) e estática (variações climáticas) foram registradas por meio de sensores de deslocamento instalados em ambos lados das rachaduras. As respostas das estruturas apresentaram excelente acoplamento da fundação com o terreno e nenhuma movimentação livre (ressonância) das paredes das estruturas foi observada após a passagem das ondas sísmicas, indicando que as estruturas seguem muito perto as excitações provocadas pelas vibrações no terreno do terreno e param de movimentar junto com o mesmo. Devido às ondas sísmicas e acústicas atingirem quase que ao mesmo tempo as estruturas, foi difícil separar a influência de cada estímulo. As deformações calculadas foram inferiores as necessárias para induzir rachaduras na argamassa utilizada como reboco nas paredes, considerada como o material mais frágil dentre os constituintes das paredes das estruturas. A resposta deformacional das rachaduras frente às variações climáticas diárias de temperatura e humidade relativa do ar foi superior as variações resultantes da influência das vibrações geradas pelas detonações. / Blasting near residential areas has become frequent in many locations throughout Brazil. Activities related to mining and in especial blasting have become a problem as they generate a potential nuisance to nearby communities resulting from high air sound pressure levels and can result in claims of wall cracking associated with ground vibrations. It was deemed necessary to have a better understanding of how structures of typical national construction respond to blast vibrations and compare this response to other forces, such as, environmental forces that naturally act on these structures since the moment they are constructed and throughout the entire life of the structure. The response of three structures, two residential and one office building, to different blasting activities (coal and quarry blasting) were evaluated in this study. Whole structure motions and the movement of existing cracks were measured in masonry built structures commonly found near mining operations. Whole structure and mid-wall motions were measured at upper and lower corners and on mid-walls using single-axis velocity transducers and compared with ground motions and air sound pressure excitations, measured next to the structures using a tri-axial geophone and microphone. Dynamic (blast-induced) and static (weather-induced) changes in crack width of existing interior and exterior wall cracks in the cement grout, typically used as wall coverage, were recorded. Dynamic structure and crack motions during blasting were time-correlated with ground vibrations and air sound pressure levels. Wall strains generated during out-of plane bending and in-plane tensile strains were computed and compared with the failure strains for the weakest material comprising the wall construction. Long-term crack movement with variations in temperature and humidity were compared with blast-induce peak crack displacements. The structures response showed good coupling of the foundations with the ground and no free-response was observed after the cessations of the ground excitations, indicating the structures are rigid following very close the ground excitation. Because air sound pressure levels and ground motions arrived at the same time in the structures, it was difficult to separate the influence of each stimulus. Calculated strains were lower than the required to induce cracks in the cement grout and environmental-induced crack response, resultant from daily changes in temperature and humidity, were greater than the response caused by blast-induced ground motions and air sound pressure levels in crack aperture.

Herein, we study the contact damage performance of two armour ceramics, alumina and silicon carbide, with varying microstructures and one particle-reinforced ceramic nanocomposite, alumina/silicon carbide, in an attempt to understand the microstructural mechanisms that affect plasticity and cracking under quasi-static and dynamic conditions. Quasi-static contact damage was imitated using Vickers indentation over a varying load regime. Numerical analysis of the indentation size effect, performed using the proportional specimen resistance model, allowed the contributions of plastic deformation and cracking to be separated into two individual values. In all three samples, higher levels of surface energy were found to correlate with increased amounts of cracking per unit area of indentation impression. Analytical modelling of crack initiation during Vickers indentation together with quantitative measurements of surface flaw populations revealed that such an increase in cracking damage was the result of higher densities of larger flaws. The hardness of the monolithic ceramics was found vary based on grain size and porosity levels, a smaller average grain size and lower porosity levels resulting in higher hardness values. In the nanocomposite materials, hardening was found to occur with further additions of silicon carbide nanoparticles. Such an effect has been attributed to the increased dislocation densities, as measured using Cr3+/Al2O3 fluorescence spectroscopy, and the impedance of dislocation movement within the lattice due to the presence of silicon carbide nanoparticles. In order to simulate dynamic contact damage, a low velocity, scaled-down drop-weight test was designed and developed. The dynamic contact damage resistance was determined based on the depth of penetration of a blunt indenter. In the monolithic ceramics, the indenter penetration was found to be shallower in materials of higher hardness. However, the nanocomposite materials displayed an opposing trend, the indenter penetration becoming deeper in the samples of higher hardness. The macro-scale fracture patterns produced during drop-weight impacts were seen to vary based on flaw populations and indenter penetration. In certain microstructures, extensive micro-cracking was also observed.

Honeywords, fake passwords that when used by an adversary are set to trigger an alarm, is one way of detecting security breaches. For them to be effective, however, they must resemble real passwords as closely as possible and thus, the construction of the honeywords is crucial. In this thesis, a new model for generating honeywords, PII-Syntax, is presented that was built in part on a previous model but reworked and adapted to meet new requirements. The purpose of the study was to investigate whether an Active Directory, (AD) could be used as a resource in the construction of honeywords. The assumption was that the AD contains information about real system users that could be leveraged to create high-quality honeywords because of the very fact that they are based on actual users. It is a well-known fact that many users have a natural inclination towards incorporating personal information when choosing their passwords, information that can be leveraged by an adversary making the passwords easier to retrieve. The proposed model capitalizes on this fact and bases the honeyword generation process on users’ personally identifiable information, PII. The motivation for this is to enhance the quality of the honeywords, i.e. making them more plausible from the perspective of the adversary. The resulting model performed equally well or better than all existing honeyword generation algorithms to which it was compared with regard to flatness, DoS resistivity, multiple system vulnerability and storage cost. The most important contribution, however, is the inclusion of users’ personal information in the generation of the honeywords that ultimately help strengthen the security of password-based authentication systems. Contributions from this thesis include a novel manner in which to approach a well-known problem, both in a theoretical as well as a practical sense: PII-Syntax is a new honeyword generation algorithm that apart from performing equally well or better than previous algorithms brings an added value of believability to the generated honeywords because of the inclusion of users’ personal information found in an AD.