Submitted by Maria Anália Conceição (marianaliaconceicao@gmail.com) on 2016-06-23T17:13:26Z No. of bitstreams: 1 Publico-NOVO-08.pdf: 959318 bytes, checksum: 83c0427e0d41cc419211a173589a5b00 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Anália Conceição (marianaliaconceicao@gmail.com) on 2016-06-23T17:27:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Publico-NOVO-08.pdf: 959318 bytes, checksum: 83c0427e0d41cc419211a173589a5b00 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-23T17:27:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Publico-NOVO-08.pdf: 959318 bytes, checksum: 83c0427e0d41cc419211a173589a5b00 (MD5) Previous issue date: 2014 / Introdução: Na literatura, existe a descrição de muitos tipos de intervenções cirúrgicas e conservadoras para o tratamento das fraturas de patela em adultos, sem evidências conclusivas quanto à efetividade destas. Objetivo: Avaliar os efeitos (benefícios e malefícios) das intervenções cirúrgicas e não cirúrgicas para o tratamento das fraturas de patela em adultos. Métodos: Foram realizadas busca eletrônica nas principais bases de dados, pesquisa em registros e ensaios clínicos e busca manual de artigos. Não houve restrição quanto ao idioma ou forma de publicação. Foram incluídos estudos randomizados e quase randomizados que avaliaram qualquer intervenção (cirúrgica ou conservadora) para o tratamento das fraturas de patela em adultos. Resultados: Foram incluídos cinco ensaios clínicos randomizados (somente de intervenções cirúrgicas), com baixo poder analítico, e um total de 169 participantes. Dois estudos compararam implantes metálicos (banda de tensão metálica) com implantes bioabsorvíveis (banda de tensão bioabsorvível), um trabalho comparou a patelectomia simples com a patelectomia com avanço do músculo vasto medial oblíquo para o tratamento das fraturas cominutas da patela, e dois trabalhos compararam a osteossíntese percutânea com a cirurgia aberta para o tratamento das fraturas desviadas da patela. Todos os trabalhos apresentaram erros metodológicos, que os colocaram como tendo um alto risco de viés. Com uma qualidade de evidência muito baixa, dois trabalhos (48 participantes) compararam implantes metálicos com implantes bioabsorvíveis e não encontraram diferenças, em relação aos dois grupos, quanto a: dor no joelho, eventos adversos e função. Um trabalho (28 participantes), com qualidade de evidência fraca, comparou a patelectomia simples com a patelectomia com avanço do músculo vasto medial oblíquo para o tratamento das fraturas cominutas da patela e encontrou que a patelectomia com avanço do vasto xiv medial oblíquo resultou em uma melhora significante em relação à função do joelho auto- avaliada e menos pacientes com dor no seguimento de longo prazo. Dois trabalhos (93 participantes), também com baixa qualidade metodológica, mostraram que a osteossíntese percutânea melhorou a dor precoce e a dor de tempo intermediário do joelho e teve menor número de eventos adversos quando comparados com a cirurgia aberta convencional. Conclusão: Não existe evidência suficiente sobre qual o melhor tratamento para as fraturas de patela em adultos. Os ensaios clínicos randomizados de intervenções cirúrgicas possuem uma qualidade de evidência muito baixa. Os implantes bioabsorvíveis não apresentaram melhores resultados que os implantes metálicos. A patelectomia com avanço do músculo vasto medial oblíquo apresentou melhores resultados do que a patelectomia simples para fraturas cominutas da patela em relação aos escores funcionais e à dor do joelho. A osteossíntese percutânea apresentou melhores resultados que a cirurgia aberta convencional em relação à dor do joelho, a eventos adversos e aos escores funcionais. Apesar de alguns dos cinco estudos primários incluídos terem demonstrado diferenças estatísticas entre as intervenções avaliadas, estas diferenças não foram clinicamente relevantes. / Background: Fractures of the patella (kneecap) account for around 1% of all human fractures. The treatment of these fractures can be surgical or conservative (such as immobilisation with a cast or brace). There are many different surgical and conservative interventions for treating fractures of the patella in adults. Objectives: To assess the effects (benefits and harms) of surgical versus conservative interventions for treating fractures of the patella in adults. Search methods: We searched the Cochrane Bone, Joint and Muscle Trauma Group Specialised Register (2 May 2014), the Cochrane Central Register of Controlled Trials (The Cochrane Library, 2014 Issue 4), MEDLINE (1946 to April Week 4 2014), Ovid MEDLINE In-Process & Other Non-Indexed Citations (2 May 2014), Embase (1980 to 2014 Week 17), LILACS (1982 to 2 May 2014), trial registers and references lists of articles. No restrictions were applied based on language or publication status. Selection criteria: We included randomised and quasi-randomised controlled trials evaluating any surgical or conservative intervention for treating adults with fractures of the patella. The primary outcomes were patient-rated knee function and knee pain, and major adverse outcomes. Data collection and analysis: At least two authors independently selected eligible trials, assessed risk of bias and crosschecked data extraction. Where appropriate, results of comparable trials were pooled. Results: We included five small trials involving 169 participants with patella fractures. Two trials compared biodegradable versus metallic implants for treating displaced patella fractures; one trial compared patellectomy with advancement of vastus medialis obliquus versus simple patellectomy for treating comminuted patella fractures; and two trials compared percutaneous osteosynthesis versus open surgery for treating displaced patella fractures. All the trials had design flaws that put them at high risk of bias, limiting the reliability of their findings. Very low quality evidence from two trials (48 participants) comparing biodegradable versus metallic implants found no statistically significant differences in outcomes (knee pain, adverse events and function) between the two groups. Very low quality evidence from one trial (28 participants) indicated that compared with simple patellectomy, patellectomy with advancement of vastus medialis obliquus surgery to treat comminuted patella fractures may result in a significant improvement in patient-rated knee function (12/12 versus 3/16; risk ratio (RR) 4.67; 95% confidence interval (CI) 1.82 to 11.95) and fewer participants with pain at long-term follow-up (5/12 versus 13/16; RR 3.11; 95% CI 1.01 to 9.60). In addition, patellectomy with advancement of vastus medialis obliquus may not reduce the incidence of adverse events. Very low quality evidence from two trials (93 participants) showed that percutaneous osteosynthesis may improve short-term and intermediate-term knee pain (mean difference (MD) -2.24, 95% CI -2.80 to -1.68 and -1.87, 95% CI -2.45 to -1.29, respectively). In addition, percutaneous osteosynthesis had fewer adverse events compared with traditional open surgery (8/47 versus 34/46; RR 0.23, 95% CI 0.12 to 0.45). Conclusions: There is limited evidence about the relative effects of different surgical interventions for treating fractures of the patella in adults. There is no evidence from randomised controlled trials evaluating effects of surgical versus conservative interventions or comparing different types of conservative interventions for patients with patella fractures. Based on results from five small trials at high risk of bias, this review provided some very low quality evidence that biodegradable implants seem to be no better than metallic implants for displaced patellar fractures; patellectomy with medialis obliquus advancement may give better results than simple patellectomy for comminuted patellar fractures; and percutaneous osteosynthesis may give better results than conventional open surgery. However, until conclusive evidence becomes available, treatment options must be chosen on an individual patient basis, carefully considering the relative benefits and harms of each intervention and patient preferences

Este trabalho apresenta a aplicação dos conceitos da mecânica da fratura para materiais de fricção, especificamente sobre a tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção e sua utilização como requisito de projeto de componentes para a indústria automobilística. O conceito de tenacidade à fratura foi abordado como propriedade de desempenho e requisito de aplicação no projeto de novos materiais de fricção com objetivo de mitigar a ocorrência de falhas em serviço por quebra do componente. Foi proposto um método de medição para a tenacidade à fratura dos materiais de fricção, baseado na norma pertinente, ASTM D5045-99. O método foi validado através da caracterização de cinco materiais de fricção, atualmente utilizados na montagem de sistemas de freio destinados a veículos pesados de transporte de carga e passageiros, para os mercados brasileiro, da América Latina e dos Estados Unidos, e pelo confronto dos resultados obtidos, com expectativas de resultados baseados na literatura existente. Foram realizados os testes de medição da tenacidade à fratura em função da temperatura. As análises fractográficas mostraram um padrão de superfície de fratura típica para materiais compósitos de matriz frágil, carregada com componentes granulados, particulados e fibrosos, onde o padrão de propagação da fratura se assemelhou à fratura intergranular dos metais. Verificou-se, através dos resultados quantitativos, que a tenacidade à fratura dos materiais de fricção apresenta um decaimento exponencial em função da temperatura, diferente dos materiais metálicos, por exemplo, que apresentam aumento da tenacidade à fratura quando testados em temperaturas mais elevadas. Esse comportamento diferenciado dos materiais de fricção está diretamente associado à estrutura fundamental dos termorrígidos, e a rede de ligações químicas entre cadeias. Foi escolhida uma abordagem probabilística para análise dos resultados, com foco no conceito de projeto robusto. O modelo de Weibull foi utilizado na análise de probabilidade de falha a partir da determinação do valor de KIC de cada um dos materiais caracterizados, correspondente ao critério de probabilidade de falha admitida em projeto. Adicionalmente, foi possível estabelecer um equacionamento do comportamento da tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura, o qual pode ser utilizado como ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de materiais de fricção. A tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura foi correlacionada, através da análise de elementos finitos, com os esforços em serviço do componente de fricção no sistema de freio, possibilitando a estimativa do tamanho de trinca máximo admissível para o componente de fricção submetido a tais esforços. Além disso, foi realizada a correlação da propriedade de tenacidade à fratura dos materiais de fricção com suas respectivas resistências à compressão. Verificou-se que para todos os cinco materiais, a relação entre KIC e resistência à compressão obedece a uma função linear crescente. Esta correlação entre tenacidade à fratura e resistência à compressão tem grande utilidade para indústria, visto que o ensaio de resistência à compressão é de fácil implementação e poderia ser utilizado como controle de qualidade indireto para tenacidade à fratura. / This work presents the application of fracture mechanics concepts to friction materials, specifically related to composite friction materials fracture toughness and its utilization as a design requirement for components to automotive industry. Fracture toughness concept has been treated as a performance characteristic and application requirement in the design of new friction materials, with the purpose of mitigating service failures due to component breakage. A method was proposed to measure fracture toughness of friction materials, based on adequate standard, ASTM D5045-99. It was validated through characterization of five friction materials, currently used in assembling brake systems for heavy vehicles used for goods transportation as well as for passengers, in Brazilian, Latin American and United States markets, and by comparing results obtained with expected data base of available literature. Fracture toughness measurements were carried out as a function of temperature. Fractographic analyses have shown a fracture surface pattern, typical for composite materials with fragile matrix, filled with granulated, particulate and fibrous components, and the fracture propagation pattern has shown similarities with metals intergranular fracture. It was observed, based on quantitative results obtained, that fracture toughness of friction materials assumes an exponential drop as a function of temperature, different from metallic materials, for example, which show a fracture toughness increase when evaluated at higher temperatures. This unusual behavior of friction materials is directly associated to the structure of thermosetting materials, and its chemical bonds between molecular chains. Probabilistic approach was defined for results analyses, based on concept of robust design. Additionally, an equation has been established that represents fracture toughness behavior of friction materials as a function of temperature, which can be used as a tool for research and development of friction materials. Fracture toughness of friction materials, associated with temperature has been correlated, through finite element analysis, with stresses on friction component during brake system service, allowing the estimation of maximum admissible crack length on the friction component working under those stresses. Complementarily, a correlation of fracture toughness of friction materials with their respective compression strength has been made. It was verified that, for all materials evaluated, relation between KIC and compression strength is represented by a directly proportional linear function. The correlation between fracture toughness and compression strength has extensive usage for industry, as compression strength test can be easily implemented, and could be used as an indirect quality control parameter for fracture toughness.

Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by giuliana silveira (giulianagphoto@gmail.com) on 2016-05-10T18:07:53Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_LineamentoPiúmaCaracterísticas.pdf: 30695379 bytes, checksum: dbb63f438dba2feb49b00d4e854db62d (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-05-11T20:08:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_LineamentoPiúmaCaracterísticas.pdf: 30695379 bytes, checksum: dbb63f438dba2feb49b00d4e854db62d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-11T20:08:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_LineamentoPiúmaCaracterísticas.pdf: 30695379 bytes, checksum: dbb63f438dba2feb49b00d4e854db62d (MD5) Previous issue date: 2015 / O lineamento Piúma, situado na porção sul do estado do Espírito Santo, está entre as feições morfoestruturais mais proeminentes da província Mantiqueira Setentrional. Constitui uma feição linear regional, de direção N50°W, bem marcada em imagens de sensoriamento remoto e mapas topográficos. Face ao significado tectônico atribuído ao lineamento Piúma na margem sudeste brasileira em trabalhos desenvolvidos dentro da PETROBRAS, os quais o colocaram como novo limite entre as bacias de Campos e Espírito Santo, e sua expressão na área continental adjacente, o presente estudo foi concebido de modo a propiciar o entendimento de suas características gerais e função que desempenha tanto na Província Mantiqueira, como na bacia de Campos. Levado a efeito através trabalhos de detalhe em campo e interpretação de imagens de sensores remotos, dados magnetométricos, gravimétricos e linhas sísmicas, este trabalho pretende constituir também uma contribuição ao estudo de lineamentos de um modo geral. Os dados de sensores remotos associados aos dados obtidos em campo mostram que a família de direção NW-SE representa, de maneira geral, as estruturas rúpteis. O lineamento Piúma se traduz na junção de lineamentos menores orientados na direção N50°W, que se estendem por cerca de 70 km, indo da porção próxima à margem continental até próximo à zona de cisalhamento de Guaçuí, no interior do estado do Espírito Santo. Os resultados indicam que o lineamento Piúma se traduz, em superfície, num sistema de fraturas com orientação preferencial N40°W a N60°W, e que suas estruturas definidoras registram a ação de dois regimes tectônicos distintos: um distensivo com ligeira componente transtrativa e outro transcorrente com importante componente transtrativa. Uma hipótese é que as fraturas orientadas na direção do conjunto Piúma tenham se originado em um regime distensivo e posteriormente tenham sido reativadas em regime transcorrente. A idade absoluta da estrutura não pode ser determinada, mas uma vez que corta todas as estruturas dúcteis expostas na área investigada, e considerando que estas devem ter uma idade máxima ediacarana, pode-se estimar a sua idade máxima também como ediacarana. Prolongando-se o lineamento para o interior da bacia de Campos, ele não encontra expressão nos mapas obtidos com os métodos potenciais. Contudo, a interpretação sísmica mostra que seu prolongamento coincide com um alto do embasamento, ao qual estão associadas falhas normais com blocos abatidos para ENE e WSW. Não é possível afirmar que a estrutura observada na porção onshore tenha continuidade para dentro da bacia de Campos. Contudo, a existência de estruturas com a mesma direção do lineamento é reportada por diversos autores como zonas de transferência, que balizaram a abertura oblíqua da margem continental sudeste brasileira. Não foram encontradas evidências para que o limite atual entre as bacias de Campos e Espírito Santo fosse alterado. _______________________________________________________________________________ / ABSTRACT : The Piúma lineament, situated in Southern Espírito Santo State, Brazil, is among the most prominent morphostructural features in northern Mantiqueira Province. The regional linear feature extends for about 70 km in a N50⁰W direction and it is recognized in satellite images and topographic maps. The lineament’s tectonic significance, not only in the continental area, but also in the Brazilian southeastern margin, is a matter of debate and the structure prolongation offshore was even pointed out as a new limit between the Espírito Santo and Campos basins. In this way, the present work is aimed to try to understand the role of this enigmatic structure, carried out through detailed field work, remote sensing imagery and geophysical data interpretation, contributing to lineaments study in general. The digital elevation model generated from SRTM data associated with field data has shown that the NW-SE lineaments in the study area set represents, in general, the brittle structures. When looked in detail, the Piúma lineament appears to be locally discontinuous and composed of several N50⁰W trending segments, extending for over 70 km in length, from the continental margin to the Guaçuí shear-zone, across the Espírito Santo State. The results obtained with this work indicate that the Piúma lineament can be described in surface as a brittle shear zone marked by the presence of small displacement faults and joints with a N40°W - N60°W preferred trend which register the action of two distinct tectonic regimes: one extensional with a minor strike-slip component, and the other strike-slip with a major trantensional component. One hypothesis is that the Piúma set fractures have their origin during an extensional regime, later reactivated in a strike-slip regime. The absolute age of the structure could not be obtained but, by cross-cutting relationships between brittle and ductile structures, we suppose that the Piúma fracture zone has an Ediacaran maximum age. The offshore geophysical investigation did not led to any expression for the Piúma lineament acting like a fault in the Campos basin. However, the seismic interpretation has shown that the lineament’s prolongation is coincident with basement highs, which are associated with normal faults dipping towards ENE and WSW. Although it was not possible to see a clear connection between the Piúma lineament onshore and a NW-SE structure offshore, several NW-SE trending structures in southeastern Brazilian margin have been often related to transfer zones that would have formed in response to the oblique aperture of the rift. No evidence was found, however, to support the change in the actual limit between Campos and Espírito Santo basins.

Orientador : Francisco Carlos Serbena / Co-orientador : Carlos Maurício Lepienski / Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná

A presente dissertação de mestrado tem por objetivo a avaliação numérica do fenômeno de crescimento de trincas em materiais viscoelásticos lineares termoreologicamente simples via Método dos Elementos Finitos para estado piano de tensões e deformações. Uma análise termo-mecânica associada é feita através da utilização de elementos finitos de mesmo tipo e ordem de interpolação para a condução de calor em estado permanente e para o problema mecânico viscoelástico. O comportamento viscoelástico é modelado via Método das Variáveis de Estado, com diferentes funções de fluência para as deformações volumétricas e desviadoras. A influência da temperatura sobre as propriedades viscoelásticas do material é considerada através da hipótese de material termoreologicamente simples. Integração reduzida á utilizada para o tratamento de materiais quase incompressíveis. A avaliação dos parâmetros de crescimento da trinca está baseada em formulação desenvolvida por Schapery e adaptada para a utilização via elementos finitos. A taxa de liberação de energia de deformação para viscoelasticidade linear é obtida via extensão virtual da trinca. Uma avaliação qualitativa do comportamento do material na zona de processo de fratura é postulada com base na Mecânica do Dano Continuo. / The aim of this work is the numerical evaluation of conditions for crack growth for thermo-rheologically simple linear viscoelastic materials using the Finite Elements Method for plane stress and plane strain. An associated thermo-mechanic analysis is implemented using finite elements with the same type and interpolation degree for the steady state heat conduction and the viscoelastic mechanic problem. State variables are used to model the viscoelastic behaviour, with different creep compliance functions for volumetric and shear strains and stresses. The influence of temperature over the viscoelastic properties of the material is represented by using the hypothesis of thermo-rheologicaly simple materials. Reduced integration is used for nearly incompressible materials. Schapery's formulation is used to evaluate the crack growth initiation parameters, adapted for Finite Elements modeling. The strain energy release rate in viscoelasticity is evaluated by the virtual crack extension method. Continuum Damage Mechanics is qualitatively used for modeling crack tip process zone.

Resumo: Desenvolveu-se a fundamentacao matematica basica para uma Mecanica de Meios Irregulares (MMI), definindo-se um tensor de rugosidade e uma fracao volumetrica irregular efetivamente deformada, de onde se obteve uma equacao de movimento generalizada. O problema de irregularidades em meio continuo foi abordado fazendo-se uma contextualizacao teorica da Mecanica da Fratura Fractal (MFF) dentro dessa nova MMI. A modelagem e a simulacao do campo de tensao/deformacao elastico para uma trinca com e sem rugosidade foi realizada para compreender o efeito dessa irregularidade sobre o campo de tensoes no processo de fratura. Usando-se a Teoria Fractal foi feita uma revisao dos conceitos matematicos da Mecanica da Fratura Classica (MFC) os quais foram historicamente estabelecidos usando-se a geometria Euclidiana. Uma superficie de fratura generalizada foi modelada para uma dimensao de rugosidade fractal local e global, considerando-se essa superficie fraturada (ou um perfil de trinca) como sendo um fractal auto-afim, com dimensao media de rugosidade H (expoente de Hurst). Analise fractais das superficies de fratura foram realizadas. As relacoes matematicas entre as areas fraturadas, reais e projetadas, foram obtidas e incluidas, explicitamente, na MFC junto com a rugosidade da superficie de fratura, tornando sua descricao matematica mais realista e autentica. O campo de tensao na ponta de uma trinca rugosa fractal para os tres modos de carregamento foi calculado. Alem disso, um completo modelamento do crescimento estavel e instavel de trincas em materiais frageis e ducteis foi realizado, utilizando conceitos extraidos da teoria fractal. As relacoes matematicas obtidas apareceram, explicitamente, incluidas dentro de um Mecanica da Fratura Fractal (MFF) junto com as relacoes de tenacidade a fratura e da rugosidade da superficie de fratura, as quais foramcomparadas com resultados experimentais. Foi deduzido um criterio de fratura generalizado e as expressoes matematicas fractais para as curvas G ƒ{ R e J ƒ{ R para materiais elasticos lineares e materiais elasto-plasticos, que dependem do tamanho do entalhe e do tamanho critico do Griffith. Relacoes matematicas entre a MFC e a MFF foram estabelecidas. Ensaios experimentais de curva G-R e J-R de acordo com a norma ASTM 1737-96 foram realizados e os resultados experimentais para a fratura em metais e polimeros foram obtidos e comparados com o modelo e tambem com o resultados de outros autores. Uma curva J-R fractal generalizada que depende das propriedades geometricas e energeticas, valida para todos os tipos de materiais, foi obtida. Portanto, uma reformulacoes matematicas da MFC, utilizando a teoria fractal com suas respectivas validacoes experimentais, foram realizadas. Concluiu-se que uma modificacao da Mecanica da Fratura Classica, alem de necessaria, foi comprovada experimentalmente.

A ocorrência de fraturas dúcteis propagantes em dutos para transporte de CO2 supercrítico é um aspecto que deve ser considerado no projeto e operação de sistemas de recuperação avançada de petróleo utilizando CO2. Os métodos disponíveis para determinação da tenacidade para interrupção intrínseca destas fraturas são revisados, destacando-se as suas limitações e os procedimentos experimentais existentes para averiguação deste parâmetro. São apresentadas informações relativas ao projeto de crack arrestors e particularidades de dutos submarinos. Este fenômeno depende fundamentalmente de aspectos da descompressão das misturas de CO2 transportadas, que são também analisados. Com o objetivo de verificar se os materiais usualmente utilizados em linhas de transporte de gás natural possuem propriedades mecânicas que garantam controle de fraturas dúcteis propagantes em dutos de transporte de CO2 supercrítico, os métodos Battelle e HLP foram aplicados para a determinação da energia Charpy mínima para interrupção da propagação da fratura em dutos construídos nos aços API 5L graus B, X65, X70 e X80, com diâmetros entre 150 e 310mm e espessuras entre 17 e 32mm. Considerouse pressão de saturação máxima de 10,2MPa. Verificou-se que, na faixa analisada, dutos construídos em aço grau B podem possuir energia Charpy mínima superior às especificações mínimas das normas de fabricação. Esse material apresenta também uma maior sensibilidade ao nível da pressão de interrupção que os demais. Foi apresentado um critério alternativo para controle de fraturas através da limitação da velocidade de propagação da fratura a uma fração da velocidade de descompressão do CO2 sob elevado nível de pressão. Este critério é recomendado para materiais com propriedades mecânicas mais elevadas, por exemplo, a partir do grau X80. / The occurrence of ductile propagating fractures in pipelines for supercritical CO2 transportation is an aspect which must be considered on design and operation of CO2- enhanced oil recovery systems. The existing methods to calculate the material toughness for fracture arrest and their limitations are reviewed. It was presented experimental methods used for arrest toughness determination as well as aspects related to crack arrestor design and subsea CO2 pipelines. The decompression behavior of the transported CO2 streams is also analyzed. In order to check whether the materials usually required for natural gas pipelines have suitable mechanical properties to promote fracture arrest in CO2 pipelines, Battelle and HLP methods were employed. Minimum Charpy energy values for fracture arrest were determined for pipelines of API 5L grades B, X65, X70 and X80, with diameters between 150 and 310mm and wall thicknesses of 17 to 32mm. The higher saturation pressure considered was 10,2MPa. It was ascertained that pipelines of API 5L grade B may have a minimum fracture arrest Charpy energy higher than minimum standard requirements within the analyzed range. Fracture arrest in this material is also more sensitive to the arrest pressure than the other steel grades considered. It was presented an alternative criterion for fracture arrest based on limitation of the fracture propagation velocity to a certain percentage of the stream decompression velocity in a high pressure level. This criterion is recommended for pipelines made of materials with higher mechanical properties, for instance grade X80 or higher.

Este trabalho apresenta a aplicação dos conceitos da mecânica da fratura para materiais de fricção, especificamente sobre a tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção e sua utilização como requisito de projeto de componentes para a indústria automobilística. O conceito de tenacidade à fratura foi abordado como propriedade de desempenho e requisito de aplicação no projeto de novos materiais de fricção com objetivo de mitigar a ocorrência de falhas em serviço por quebra do componente. Foi proposto um método de medição para a tenacidade à fratura dos materiais de fricção, baseado na norma pertinente, ASTM D5045-99. O método foi validado através da caracterização de cinco materiais de fricção, atualmente utilizados na montagem de sistemas de freio destinados a veículos pesados de transporte de carga e passageiros, para os mercados brasileiro, da América Latina e dos Estados Unidos, e pelo confronto dos resultados obtidos, com expectativas de resultados baseados na literatura existente. Foram realizados os testes de medição da tenacidade à fratura em função da temperatura. As análises fractográficas mostraram um padrão de superfície de fratura típica para materiais compósitos de matriz frágil, carregada com componentes granulados, particulados e fibrosos, onde o padrão de propagação da fratura se assemelhou à fratura intergranular dos metais. Verificou-se, através dos resultados quantitativos, que a tenacidade à fratura dos materiais de fricção apresenta um decaimento exponencial em função da temperatura, diferente dos materiais metálicos, por exemplo, que apresentam aumento da tenacidade à fratura quando testados em temperaturas mais elevadas. Esse comportamento diferenciado dos materiais de fricção está diretamente associado à estrutura fundamental dos termorrígidos, e a rede de ligações químicas entre cadeias. Foi escolhida uma abordagem probabilística para análise dos resultados, com foco no conceito de projeto robusto. O modelo de Weibull foi utilizado na análise de probabilidade de falha a partir da determinação do valor de KIC de cada um dos materiais caracterizados, correspondente ao critério de probabilidade de falha admitida em projeto. Adicionalmente, foi possível estabelecer um equacionamento do comportamento da tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura, o qual pode ser utilizado como ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de materiais de fricção. A tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura foi correlacionada, através da análise de elementos finitos, com os esforços em serviço do componente de fricção no sistema de freio, possibilitando a estimativa do tamanho de trinca máximo admissível para o componente de fricção submetido a tais esforços. Além disso, foi realizada a correlação da propriedade de tenacidade à fratura dos materiais de fricção com suas respectivas resistências à compressão. Verificou-se que para todos os cinco materiais, a relação entre KIC e resistência à compressão obedece a uma função linear crescente. Esta correlação entre tenacidade à fratura e resistência à compressão tem grande utilidade para indústria, visto que o ensaio de resistência à compressão é de fácil implementação e poderia ser utilizado como controle de qualidade indireto para tenacidade à fratura. / This work presents the application of fracture mechanics concepts to friction materials, specifically related to composite friction materials fracture toughness and its utilization as a design requirement for components to automotive industry. Fracture toughness concept has been treated as a performance characteristic and application requirement in the design of new friction materials, with the purpose of mitigating service failures due to component breakage. A method was proposed to measure fracture toughness of friction materials, based on adequate standard, ASTM D5045-99. It was validated through characterization of five friction materials, currently used in assembling brake systems for heavy vehicles used for goods transportation as well as for passengers, in Brazilian, Latin American and United States markets, and by comparing results obtained with expected data base of available literature. Fracture toughness measurements were carried out as a function of temperature. Fractographic analyses have shown a fracture surface pattern, typical for composite materials with fragile matrix, filled with granulated, particulate and fibrous components, and the fracture propagation pattern has shown similarities with metals intergranular fracture. It was observed, based on quantitative results obtained, that fracture toughness of friction materials assumes an exponential drop as a function of temperature, different from metallic materials, for example, which show a fracture toughness increase when evaluated at higher temperatures. This unusual behavior of friction materials is directly associated to the structure of thermosetting materials, and its chemical bonds between molecular chains. Probabilistic approach was defined for results analyses, based on concept of robust design. Additionally, an equation has been established that represents fracture toughness behavior of friction materials as a function of temperature, which can be used as a tool for research and development of friction materials. Fracture toughness of friction materials, associated with temperature has been correlated, through finite element analysis, with stresses on friction component during brake system service, allowing the estimation of maximum admissible crack length on the friction component working under those stresses. Complementarily, a correlation of fracture toughness of friction materials with their respective compression strength has been made. It was verified that, for all materials evaluated, relation between KIC and compression strength is represented by a directly proportional linear function. The correlation between fracture toughness and compression strength has extensive usage for industry, as compression strength test can be easily implemented, and could be used as an indirect quality control parameter for fracture toughness.

As propriedades mecânicas e metalúrgicas de uma junta soldada devem ser minuciosamente estudadas para que se possa qualificá-la para aplicação em engenharia. Assim, com o desenvolvimento de novos processos de soldagem torna-se necessário um estudo detalhado para determinação destas propriedades. Este é o caso da soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (Friction Stir Welding) em que, ao contrário das outras técnicas convencionais, a temperatura de fusão do material não é atingida durante o processo. Com isto, vários problemas que são relacionados às altas temperaturas desaparecem e, além disto, excelentes propriedades mecânicas são atingidas. Neste trabalho buscou-se verificar a influência de dois tratamentos térmicos (T 4 e T6) aplicados à liga de alumínio AA6056 soldada Fricção e Mistura Mecânica, principalmente nas diferentes regiões resultantes deste processo (zona termomecanicamente afetada, zona termicamente afetada e centro da solda). Para isto foram realizadas metalografias, ensaios de microdureza e ensaio de tenacidade à fratura em cada região. Os resultados indicam que o envelhecimento artificial altera a microdureza, mas não aumenta a tenacidade à fratura. Caso este envelhecimento for aplicado, recomenda-se fazê-lo antes do processo de soldagem para atingir uma maior tenacidade. / The mechanical and metallurgical properties of welded materiais must be completely understood to qualify it application. The development of new welding techniques requires a detailed study to determine it properties. This is the case of friction stir welding method (FSW) where the melting temperature is not reached in the weld zone in opposite of other conventional welding processes. The consequence is the disappearance of many problems related to high temperature and excellent mechanical properties. The aim of this work is to determine the influence of the T4 and T6 conditions in the fracture toughness of AA6065 aluminium alloy friction-stir welded, especially in the different zones resulting from the process (thermomechanically affected zone - TMAZ, heat affected zone - HAZ and nugget. The results indicate that the artificial aging modifies the properties but does not result in higher fracture toughness. lf T6 heat treatment is necessary it should be done prior to the welding process to achieve higher fracture toughness.

Tese de Doutorado—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Mecânica, 2011. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2012-01-18T13:46:41Z No. of bitstreams: 1 2011_LucivalMalcher.pdf: 9705147 bytes, checksum: 53fb7f9b14adc589f33a07be929ae96a (MD5) / Approved for entry into archive by Elzi Bittencourt(elzi@bce.unb.br) on 2012-01-20T14:46:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_LucivalMalcher.pdf: 9705147 bytes, checksum: 53fb7f9b14adc589f33a07be929ae96a (MD5) / Made available in DSpace on 2012-01-20T14:46:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_LucivalMalcher.pdf: 9705147 bytes, checksum: 53fb7f9b14adc589f33a07be929ae96a (MD5) / A capacidade de se prever e determinar o momento e local correto de iniciação de uma trinca dúctil é de grande importância e aplicabilidade na indústria de uma forma geral. Inúmeros processos de fabricação e critérios de projeto mecânico adotam modelos elasto-plásticos e com dano acoplado, como condição inicial e de otimização da descrição do comportamento de materiais dúcteis. Pesquisas realizadas nas últimas décadas mostram que a capacidade preditiva destes modelos é fortemente dependente da condição de calibração utilizada para determinação dos parâmetros materiais. Assim, neste trabalho, busca-se aperfeiçoar o modelo de dano de Lemaitre, que é baseado na Mecânica do Dano Contínuo e aplicado a materiais dúcteis, no que se refere à redução de sua dependência da condição de calibração. Para isto, sugere-se a criação de uma chamada função denominador de dano, de maneira a substituir o denominador de dano que é se apresenta como uma constante material na lei de evolução de dano originalmente proposta por Lemaitre. Como primeira etapa do trabalho, faz-se uma revisão dos conceitos da mecânica do contínuo, da termodinâmica dos sólidos e da modelação constitutiva. Posteriormente, uma análise do modelo original de Lemaitre, com dano e endurecimento isotrópicos, é feita, levando em consideração seus aspectos matemáticos e numéricos. Através de simulações numéricas preliminares, demonstra-se a imprecisão do modelo quando utilizado em condições reais distantes do ponto utilizado para calibração dos parâmetros materiais. Desta forma, é sugerida a criação de uma função denominadora de dano, dependente tanto do nível de triaxialidade quanto do terceiro invariante normalizado, e acoplada a lei de evolução da variável de dano, como originalmente sugerido por Lemaitre. Após o acoplamento, é feito um novo estudo da consistência termodinâmica da nova formulação, no que se refere ao seu potencial de estado e potencial de dissipação. Um novo modelo de integração numérica implícito é sugerido, levando em consideração agora, uma lei de fluxo plástico, obtida através da plasticidade associativa e também não-associativa. O modelo implícito é então implementado em uma ferramenta acadêmica de elementos finitos, juntamente com sua matriz tangente consistente. Para se avaliar a robustez da nova proposição, simulações numéricas são feitas, levando em consideração dois tipos de materiais, como um liga de alumínio 2024-T351 e o aço 1045, e corpos de prova que simulem estados de tensão dentro das regiões de alta e baixa triaxialidade. Por fim, através de uma comparação entre os resultados numericamente obtidos e dados experimentais disponíveis na literatura, mostra-se a redução da dependência do modelo, a sua melhoria e aplicabilidade em largas faixas de triaxialidade. Parâmetros como o nível de deslocamento na fratura, a evolução do parâmetro de dano, o nível de deformação plástica na fratura e a capacidade de determinar o potencial local de início da fratura dúctil são avaliados. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The ability to predict and determine the correct fracture onset and displacement at fracture initiation is of paramount importance and applicability in the industry in general. Many manufacturing processes and project criteria rely on elasto-plastic models coupled with damage, as the initial condition and optimization of the description of the behavior of ductile materials. Research studies in recent decades have shown that the predictive ability of these models is strongly dependent on the condition of calibration used to determine material parameters. Thus, this thesis seeks to improve the damage evolution law of Lemaitre’s model, which is based on Continuum Damage Mechanics and applied on ductile materials, with regard to reducing its dependence on the calibration point. To this end, creation of a function called the function of damage denominator is suggested in order to replace the denominator of damage that is a constant and is presented in the evolution damage law originally proposed by Lemaitre. As the first stage of the work, a review of the concepts of Continuum Mechanics, Thermodynamics of Solids and Constitutive Modeling Theory is conducted. Subsequently, an analysis of the original Lemaitre’s model with isotropic hardening and damage is done, taking into account its mathematical and numerical aspects. Through preliminary numerical simulations, the inaccuracy of the original model when it is used under conditions far from the calibration point of material parameters is demonstrated. Thus, creation of a function of damage denominator is demonstrated, dependent on both stress triaxiality and the normalized third invariant of the deviatoric stress, and coupled in the evolution law of a damage variable, as originally suggested by Lemaitre. Once the coupling procedure is completed, a new study is conducted based on the thermodynamic consistency of the new formulation, with regard to its state potential and mechanical dissipation. A new implicit numerical integration algorithm is suggested, now taking into account a plastic flow rule, obtained through both associative and non-associative plasticity. The implicit model is then implemented in an academic finite element environment, along with its consistent tangent matrix. To assess the robustness of this new proposition, numerical simulations are made, taking into account two types of materials, such as aluminum alloy 2024-T351 and 1045 steel, and specimens that simulate a state of tension within the regions of high and low stress triaxiality. Finally, through a comparison between the numerical results and experimental data available in the literature, the reduction of dependence on the model, its improvement and broad applicability in a wide range of stress triaxiality is demonstrated. Parameters such as the level of the displacement at fracture, the evolution of damage parameter, the level of equivalent plastic strain at fracture and the ability to determine the potential site to crack formation are further evaluated.