CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O câncer de mama é um problema de saúde pública e possui a maior incidência e mortalidade na população feminina em todo o mundo. A detecção precoce do câncer de mama é essencial para redução da morbidade e mortalidade associadas a esta doença. Alguns dos métodos usados para detecção dos tumores mamários são a ultrassonografia, a imagem por ressonância magnética (MRI), a tomografia por emissão de pósitrons (PET), a tomossíntese e a mamografia, recomendada como técnica de rastreamento. Cada um dos métodos apresenta vantagens e desvantagens, como provocar desconforto ao paciente durante a realização dos exames, possíveis reações ao agente de contraste, emissão de radiação, dependência do operador para análise dos resultados, dificuldade de detecção em tecidos densos, falta de acessibilidade para pessoas com deficiência ou baixa mobilidade, alto custo e produção de rejeitos radioativos. O objetivo principal deste trabalho é aplicar os métodos de impedância eletromecânica e térmica na detecção de inclusões para que possam ser futuramente usados como técnicas alternativas às já existentes na identificação de tumores mamários. A aplicação do método da impedância eletromecânica que utiliza transdutores piezelétricos, atuando simultaneamente como sensor e atuador, acoplados à estrutura analisada permite o monitoramento das mudanças da massa, rigidez e/ou amortecimento e a consequente detecção da inclusão. O mesmo procedimento é aplicado no método da impedância térmica que, por sua vez, consiste na razão entre a variação da resposta da temperatura superficial da estrutura em função da aplicação de um fluxo de calor externo. A detecção das inclusões torna-se possível devido a definições de métricas de dano que são parâmetros estatísticos capazes de representar numericamente a diferença entre duas medições antes e após o dano. A metodologia proposta é validada experimentalmente através da aplicação em materiais hiperplásticos de geometria simples e complexa. Amostras de silicone e modelos de aplicação médica são analisadas. Os métodos de impedância propostos apontaram, preliminarmente, para uma maior sensibilidade da técnica a inclusões menores, de 10 mm de diâmetro para os testes realizados. Além disso, observou-se que o aquecimento externo imposto aos modelos e a presença de geração de calor nas inclusões auxiliou na detecção. Um teste qualitativo foi realizado in vivo para a análise do potencial de uso da impedância eletromecânica em aplicações clínicas. Este trabalho apresenta contribuições importantes, não só no campo da engenharia biomecânica, mas também na análise do comportamento estrutural, ampliando as aplicações de técnicas de dano em materiais hiperelásticos, assim como, propondo o uso da impedância térmica como um novo parâmetro para identificação de inclusões ou falhas estruturais em ensaios não destrutivos. / Breast cancer is a public health problem and has the highest incidence and mortality in the female population worldwide. Early detection of breast cancer is essential for reducing the morbidity and mortality associated with this disease. Some of the methods used to detect breast tumors are ultrasonography, magnetic resonance imaging (MRI), positron emission tomography (PET), tomosynthesis and mammography, which is recommended as a screening technique. Each method has its advantages and disadvantages, such as discomfort to the patient during the exams, possible reactions to the contrast agent, radiation emission, operator dependence for the analysis of results, difficulty for detection in dense tissues, lack of accessibility for people with disabilities or low mobility, high cost and radioactive waste production. The main objective of this work is to apply the electromechanical and thermal impedance methods in the detection of inclusions, in order to be used, in the future, as alternative techniques to those already existent for the identification of breast tumors. The application of the electromechanical impedance method using piezoelectric transducers, acting simultaneously as a sensor and actuator, coupled to the analyzed structure allows the monitoring of mass, rigidity and/or damping variations, and consequent detection of the inclusion. The same procedure is applied in the thermal impedance method, which consists of the ratio between the gradient of the surface temperature response of the structure as a function of the application of an external heat flow. The detection of inclusions is possible due to the damage metrics that are statistical parameters capable of numerically representing the difference between two measurements before and after the damage. The proposed methodology is validated experimentally through the application in hyperplastic materials of simple and complex geometry. Silicone samples and medical application models are analyzed. The proposed impedance methods preliminarily presented a higher sensitivity of the technique to smaller inclusions of 10 mm in diameter for the tests performed. In addition, it was observed that the external heating imposed on the models and the presence of heat generation in the inclusions aided in the detection. A qualitative test was performed in vivo to analyze the potential of the use of electromechanical impedance in clinical applications. This work presents important contributions not only in the field of biomechanical engineering, but also in the analysis of structural behavior, expanding the applications of damage techniques in hyperelastic materials, as well as proposing the use of thermal impedance as a new parameter for identification of inclusions or structural failures in nondestructive testing. / Tese (Doutorado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta pesquisa utilizou-se um equipamento experimental que utiliza o método do eco-impacto produzido no Laboratório de Ensaios Físicos do Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (UERJ/IPRJ), para estimar a espessuras de placas de concreto através da propagação de ondas de tensão geradas por um impacto. Para determinação dessa espessura, foram investigados vários mecanismos de estruturação do protótipo do equipamento com objetivo de se obter a melhor leitura possível, por meio das literaturas existentes. Entre parâmetros avaliados no estudo, estava o modelo de sensor a ser utilizado, o tipo de impactor, a precisão relacionada à aquisição de dados e o tratamento do mesmo, a distância entre o ponto de impacto e o transdutor (sensor), e o local de teste. Os resultados experimentais concordam com as previsões teóricas e revelam que este método é eficiente para análise de estrutura de concreto. A análise da espessura e resposta em frequência de um novo protótipo desenvolvido e os testes realizados possibilitou um erro médio de espessura real para amostras sem agregados de 0,39% e para as amostras com agregados com de 0,64%. Esses resultados apontam que o equipamento produzido tem potencial e que o mesmo pode ser utilizado para avaliação de estrutura de concreto. / In this research we used an experimental device that uses the method of impact-echo on Physical Testing Laboratory of the Polytechnic Institute of Rio de Janeiro (UERJ/IPRJ), to estimate the thickness of concrete slabs through the propagation of stress waves generated by an impact. To determine this thickness, several mechanisms for structuring the prototype equipment in order to obtain the best possible reading by means of existing literatures were investigated. Among the parameters evaluated in the study was the model of sensor being used, the type of impact, the precision related to the data acquisition and processing thereof, the distance between the impact point and the transducer (sensor), and test site. The experimental results agree with the theoretical predictions and show that this method is effective for analyzing concrete structure. The thickness analysis and frequency response of a new prototype and testing allowed an average error of actual thickness for samples without aggregates and 0.39 % for samples with aggregates with 0.64 %. These results indicate that the product produced has potential and that it can be used for evaluation of concrete structure.

Este trabalho tem por objetivo caracterizar e comparar as microestruturas de diferentes regiões de uma chapa de aço microligado para tubo API 5L X65, empregado no transporte de gás natural e petróleo, como recebido e submetido a tratamentos térmicos de austenitização e resfriamento contínuo sob diferentes taxas de resfriamento. O aço em estudo apresenta uma linha de segregação central, originada durante o processo de produção do aço. Corpos de prova de dilatometria foram usinados da região central e de outras regiões da chapa. As amostras foram previamente austenitizadas a 1200°C e temperadas em água, visando solubilizar grande parte dos precipitados presentes no aço. Após este tratamento, as amostras foram austenitizadas em um dilatômetro de têmpera a 950°C por 180s, e em seguida resfriadas nas seguintes taxas de resfriamento: 0,5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s e 60ºC/s. Valores de temperatura e tempo correspondentes a inflexões da curva dilatométrica foram obtidas e correlacionadas com a microestrutura, para cada taxa de resfriamento. Com base nesta análise foi traçado um diagrama de Transformação por Resfriamento Contínuo (TRC) do material. / This work aims to characterize and compare the microstructures of different regions of a plate of microalloyed pipeline steel that conforms to API 5L X65, employed in the transportation of natural gas and oil, as received and after being subjected to heat treatments of austenitization and continuous cooling under different cooling rates. The steel under study presents a central line of segregation that was originated during production. Specimens for dilatometry were machined from the central region and from different regions of the plate. The samples were austenitized at 1200°C and in quenched in water, with the purpose of solubilizing most of the precipitates in the steel. After the preliminary heat treatment, the specimens were austenitized at 950°C for 180s and cooled under the cooling rates: 0.5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s and 60ºC/s in a quench dilatometer. Values of temperature and time correspond of transformation for each rate of cooling were used for the determination of the Continuous Cooling Transformation (CCT) diagram.