Este trabalho trata da análise da propagação de fissuras, independente do tempo, em domínios bidimensionais utilizando uma formulação alternativa do método dos elementos de contorno (MEC). O MEC vem sendo utilizado com sucesso na análise de diversos problemas de engenharia. Considerando problemas de mecânica da fratura, o MEC é especialmente eficiente devido à redução da dimensionalidade de sua malha, o que permite a simulação do crescimento das fissuras sem as dificuldades do processo de remalhamento. Nesta pesquisa, desenvolvem-se formulações não lineares do MEC para a análise da propagação de fissuras em materiais quase frágeis. Nesses materiais, a zona de processo à frente da ponta da fissura introduz efeitos fisicamente não lineares no comportamento estrutural. Assim, para a simulação da presença da zona de processo, modelos não lineares são necessários. Classicamente a formulação dual do MEC é utilizada para modelar propagação de fissuras na quais equações singulares e hipersingulares são escritas para elementos definidos ao longo das faces das fissuras. O presente trabalho propõe uma segunda formulação utilizando um campo de tensões iniciais para a representação da zona coesiva. Nesta formulação, o termo de domínio da equação integral clássica do MEC é degenerado, de forma a atuar somente ao longo do caminho de crescimento das fissuras, sendo que esse procedimento dá origem a uma nova variável denominada dipolo, responsável por garantir o atendimento das condições de contorno. Em conjunto com essa nova formulação, se propõe o uso do operador tangente (OT), que é deduzido no trabalho, a fim de acelerar o processo de convergência da solução. Os resultados obtidos, por meio da formulação alternativa, são comparados tanto com dados experimentais quanto com o MEC dual, ambos disponíveis na literatura. As respostas encontradas foram satisfatórias no sentido de conseguir reproduzir o comportamento real da estrutura explorando as vantagens computacionais proporcionadas pelo OT. / This work presents a time-independent crack propagation analysis, in two-dimensional domains, using an alternative boundary element method (BEM) formulation. BEM has been used successfully to analyze several engineering problems. Considering fracture mechanics problems, BEM is especially efficient due to its mesh reduction aspects, which allows the simulation of crack growth without remeshing difficulties. In this research, nonlinear BEM formulations are develop in order to analyze crack propagation in quasi-brittle materials. Considering these materials, the process zone ahead of the crack tip leads to nonlinear effects related to structural behavior. Thus, nonlinear models are required for simulating the presence of the process zone. Classically, the dual BEM is used for modeling the crack propagation, in which singular and hyper-singular equations are written for elements defined along the crack faces. This work proposes an alternative formulation using the initial stress field to represent the cohesive zone. In this formulation, the classic domain integral term is degenerated in order to be non-null only at the crack growth path. This procedure leads the creation of new variable called dipole, which is responsible for ensuring the compliance of the boundary conditions. In addition to this new formulation, it is proposed the use of the tangent operator (TO), which is derived in this work, in order to accelerate the convergence. The results obtained using the new formulation, are compared with experimental data and dual BEM results available in the literature. The responses were found satisfactory in reproducing the behavior of real structures exploiting the computational advantages provided by the TO.

Neste trabalho são comparados os resultados analíticos de previsão de falha de um vaso nuclear PWR destinado à propulsão naval, contendo oito diferentes tipos de trinca, obtidos segundo a Mecânica da Fratura Elástica-Linear (MFEL) e a correspondente Elasto-Plástica (MFEP). Os resultados são fornecidos em termos da pressão interna e do gradiente de deformações ao longo da espessura da parede do componente estrutural, sendo diretamente aplicáveis às condições impostas e desenvolvidas em ensaios isotérmicos de hidro-pressurização. O elevado nível de conservativismo dos resultados derivados segundo a MFEL, via critério KIC de disparo de clivagem, quando comparados àqueles obtidos por meio da MFEP, através do critério de iniciação de rasgamento dúctil, Ji, e em especial dos critérios J50 e Jinstab.dúctil de falha com base na Teoria da Instabilidade do Rasgamento Dúctil ou Elasto-Plástico (TIRD/TIREP) por intermédio de diagramas J x T (integral-J versus módulo de rasgamento), foi avaliado e quantificado. O intenso efeito das dimensões dos corpos de prova nos resultados obtidos a partir de ambas abordagens, assim como o papel determinante dos entalhes laterais nos ensaios da MFEP foram definitivamente comprovados. Foi também demonstrado o saudável conservativismo das previsões segundo o critério J50 para projeto e serviço seguros de plantas nucleares frente às condições reais em que se verifica analiticamente a instabilidade dúctil do componente trincado, tais como definidas por Jinstab.dúctil, assim como das previsões decorrentes dos processos de extrapolação linear de curvas J-R no espaço J x T quando comparadas às resultantes de extrapolações não-lineares mais frequentemente utilizadas. Com relação aos efeitos exercidos nos resultados de previsão de falha pelo tipo, profundidade e comprimento da trinca contida na parede do vaso de pressão, ficou demonstrado que as trincas de superfície são muito mais críticas que as sub-superficiais de idênticas profundidade e comprimento, assim como que as avaliações de integridade são muito mais sensíveis a mudanças na profundidade da trinca relativamente a alterações no seu comprimento. As aproximações entre os resultados obtidos via J50 e através de Jinstab.dúttil, e entre os resultados obtidos pelos procedimentos de extrapolação linear e não-linear de curvas JMAT-TMAT, são muito mais nítidas para as trincas de superfície menos profundas e, em especial para as embutidas, mesmo aquelas mais críticas. Deste modo, a metodologia aqui aprimorada, destinada em última instância a avaliações de integridade estrutural de vasos PWR em transientes de potência durante a sua vida em serviço, se mostrou absolutamente efetiva no caso das trincas mais prováveis em tais circunstâncias, quais sejam, as de pequenas dimensões e situadas superficialmente na parede do vaso. Ainda, foi verificada a tendência da ocorrência do vazamento do meio pressurizante anteriormente à falha do vaso por instabilidade dúctil nos casos da presença das trincas mais profundas, independentemente de serem elas de superfície ou sub-superficiais e, novamente, de seu comprimento, contribuindo assim para a percepção visual da iminência da falha bem como para eventos de freamento de trinca dúctil, impedindo a falha catastrófica do vaso PWR. Por outro lado, trincas rasas ou meno·s profundas tendem a entrar no regime de instabilidade dúctil muito precocemente, com a essência da propagação se dando de modo instável, causando fratura rápida ou súbita do vaso sem sinal anterior. Finalmente, foi comprovada nesse estudo a aplicabilidade da técnica analítica de normalização linear para o levantamento de curvas J-R, e como consequência JMAT-TMAT, para a avaliação de integridade estrutural de componentes robustos falhando de modo dúctil após considerável, e mensurável, crescimento estável de trinca; também, foi aqui proposto o ajuste logarítmico de dados de curvas J-R, em oposição ao hoje consensualmente utilizado via lei de potência, de modo a computar os efeitos do fenômeno de saturação de J, permitindo assim extrapolações conservativas e seguras para as condições em que se verifica a falha do componente nuclear. / In this work the analytical results related to a nuclear pressure vessel failure conditions as obtained by Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and the Elastic-Plastic Fracture Mechanics (EPFM) were compared for eigth different crack types. The results are supplied in terms of internal pressure and strain gradient through the wall thickness of the structural component, and might be directly applied to isothermal hydrotests experiments. The high conservatism of LEFM approach, by using KIC criterion of cleavage triggering, as compared to results obtained via Ji of ductile crack initiation from EPFM approach, and specially to the J50 and Jduct.instab. criteria based on ductile Tearing Instability Theory through J x T (J-integral x tearing modulus) diagrams, was evaluated and quantified. The overriding effect of specimens size over LEFM and EPFM results were definitely proved, as well as the very strong influence of side-grooving the EPFM specimens. It was demonstrated the healthy conservatism of the predictions following the J50 criterion for safe design and service in the nuclear industry facing the real conditions where ductile instability takes place as analytically defined by Jduct.instab.. In the same way the conservatism of the predictions from the linear extrapolation procedure of J-R curves on J x T space, as compared with the most common non-linear process was proved as well. With respect to the effect exerted by type, depth and length of the crack over the results it was demonstrated that surface cracks are more critical than the embedded ones with identical dimensions, being the analytical evaluation much more sensitive to changes in the crack depth than in its length. The approximations among the results obtained from J50 and Jduct.instab. criteria as well as among the results from the linear and non-linear extrapolation procedure are best verified for the less depth surface cracks and specially for the embedded cracks even the largest ones. So, the methodology here improved, aimed in last instance to structural integrity assessment of PWR vessels on power transients during their service life has been shown to be a powerful tool in evaluating the most expected cracks under such circunstances, that is, those having small dimensions and located on surface wall. Still, it was demonstrated the trend for leak-before-ductile instability in the presence of the deepest surface and internal cracks, allowing the visual perception of the threshold of the vessel failure and the development of crack arrest events avoiding catastrofic rupture of the component. Otherwise, shallow cracks are prone to get very fast in the unstable regime of growth, with the essence of the propagation occuring under this condition, conducting to suddenly fracture of the vessel without any prior evidence. Finally, it was proved in this study the accuracy of the linear normalization technique in deriving J-R curves for the assessment of structural integrity of massive components which fail in a ductile way after undergo large stable crack extensions; it was suggested here the logarithmic fit of J-R data points taking in account more properly the J-saturation phenomena and leading to more safe and conservative extrapolation results when compared to resulting from power-law fit.

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

FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A fragilização por hidrogênio tem sido um problema constante em diferentes setores da indústria. Por ser o menor átomo existente, o hidrogênio difunde-se na microestrutura dos materiais metálicos, inserindo tensões mecânicas internas que podem, eventualmente, levar a uma falha catastrófica. Atualmente, os métodos mais comuns existentes para analisar este fenômeno são lentos e caros, configurando-se assim a necessidade de desenvolver um método de ensaio que não possua tais desvantagens. No presente trabalho, apresenta-se o desenvolvimento de um equipamento cuja função é avaliar de forma rápida a susceptibilidade à fragilização por hidrogênio (SFH) dos materiais metálicos através de ensaios de carregamento progressivo em meio assistido (RSL). Este equipamento apresenta uma grande vantagem em relação aos outros métodos avaliação da SFH, que é o menor tempo de ensaio para se ter resultados representativos. Na presente dissertação foram realizadas a concepção, projeto, simulação em elementos finitos, construção e validação do equipamento. Sua validação foi realizada ensaiando-se uma amostra sem entalhe,cuja tensão mecânica medida foi comparada com aquela retornada pelo software do RSL. Além disso, foi calculada a incerteza de medição relacionada ao cálculo da tensão mecânica na amostra. Os ensaios de verificação do desempenho do RSL foram realizados em amostras de aço AISI 4140 beneficiado com dureza de 40HRC, onde foi avaliada a relação entre o nível de potencial catódico aplicado e a SFH do material das amostras. Os resultados obtidos na validação do equipamento mostraram erros inferiores a 1%. Os resultados mostraram um aumento da SFH com o aumento da dureza indicando que há uma elevada sensibilidade da SFH em relação à dureza da amostra. Os ensaios com variação do potencial catódico mostraram uma relação direta entre esse parâmetro e a SFH da amostra, havendo uma saturação na SFH a partir de -1,1 VAg/AgCl. / Hydrogen embrittlement of metallic materials has been a frequent problem in different industry sectors. Because it is the smallest existing atom, hydrogen diffuses into the microstructure of metallic materials, resulting in internal mechanical stresses that may eventually lead to a catastrophic failure. The most common methods available to analyze this phenomenon are time consuming and expensive. For this reason, it is desired to develop a test method that does not have such disadvantages. In this work it is presented the development of an equipment to rapidly evaluate the susceptibility to hydrogen embrittlement (SHE) of the metallic materials using the rising step load (RSL) bend testing in assisted environment. This equipment has a great advantage over the other evaluation methods of SHE, which is the shortest test time to have representative results. The validation of the infrastructure was performed by testing bars without notches to, whose measured mechanical stress was compared with that returned by the RSL software. In addition, the measurement uncertainty related to the calculation of the mechanical stress in the sample was calculated. The tests to verify the performance of the RSL equipment were carried out on samples of steel AISI 4140 heat treated to a hardness of 40HRC. The effect of the cathodic potential applied to notched bars of AISI 4140 on the SHE was evaluated. The results obtained in the validation phase of the equipment showed errors lower than 1%. The results showed also an increase in SHE with increasing material hardness indicating that there is a high sensitivity to the SHE with respect to the hardness of the sample. The tests carried out using cathodic potential variation showed a direct relationship between this parameter and the SHE of the sample, with saturation of the SHE at -1.1 VAg/AgCl. / Dissertação (Mestrado)

Este trabalho trata da análise da propagação de fissuras, independente do tempo, em domínios bidimensionais utilizando uma formulação alternativa do método dos elementos de contorno (MEC). O MEC vem sendo utilizado com sucesso na análise de diversos problemas de engenharia. Considerando problemas de mecânica da fratura, o MEC é especialmente eficiente devido à redução da dimensionalidade de sua malha, o que permite a simulação do crescimento das fissuras sem as dificuldades do processo de remalhamento. Nesta pesquisa, desenvolvem-se formulações não lineares do MEC para a análise da propagação de fissuras em materiais quase frágeis. Nesses materiais, a zona de processo à frente da ponta da fissura introduz efeitos fisicamente não lineares no comportamento estrutural. Assim, para a simulação da presença da zona de processo, modelos não lineares são necessários. Classicamente a formulação dual do MEC é utilizada para modelar propagação de fissuras na quais equações singulares e hipersingulares são escritas para elementos definidos ao longo das faces das fissuras. O presente trabalho propõe uma segunda formulação utilizando um campo de tensões iniciais para a representação da zona coesiva. Nesta formulação, o termo de domínio da equação integral clássica do MEC é degenerado, de forma a atuar somente ao longo do caminho de crescimento das fissuras, sendo que esse procedimento dá origem a uma nova variável denominada dipolo, responsável por garantir o atendimento das condições de contorno. Em conjunto com essa nova formulação, se propõe o uso do operador tangente (OT), que é deduzido no trabalho, a fim de acelerar o processo de convergência da solução. Os resultados obtidos, por meio da formulação alternativa, são comparados tanto com dados experimentais quanto com o MEC dual, ambos disponíveis na literatura. As respostas encontradas foram satisfatórias no sentido de conseguir reproduzir o comportamento real da estrutura explorando as vantagens computacionais proporcionadas pelo OT. / This work presents a time-independent crack propagation analysis, in two-dimensional domains, using an alternative boundary element method (BEM) formulation. BEM has been used successfully to analyze several engineering problems. Considering fracture mechanics problems, BEM is especially efficient due to its mesh reduction aspects, which allows the simulation of crack growth without remeshing difficulties. In this research, nonlinear BEM formulations are develop in order to analyze crack propagation in quasi-brittle materials. Considering these materials, the process zone ahead of the crack tip leads to nonlinear effects related to structural behavior. Thus, nonlinear models are required for simulating the presence of the process zone. Classically, the dual BEM is used for modeling the crack propagation, in which singular and hyper-singular equations are written for elements defined along the crack faces. This work proposes an alternative formulation using the initial stress field to represent the cohesive zone. In this formulation, the classic domain integral term is degenerated in order to be non-null only at the crack growth path. This procedure leads the creation of new variable called dipole, which is responsible for ensuring the compliance of the boundary conditions. In addition to this new formulation, it is proposed the use of the tangent operator (TO), which is derived in this work, in order to accelerate the convergence. The results obtained using the new formulation, are compared with experimental data and dual BEM results available in the literature. The responses were found satisfactory in reproducing the behavior of real structures exploiting the computational advantages provided by the TO.

The present study is focused on mechanical properties that result from cold rolling and aging treatments applied to TiNbSn alloys comprising different Nb (35% and 42%) and Sn (0% and 2.5%) contents. The alloys were arc melted, homogenized, solubilized, cold rolled and aged at 400 °C for different aging times. A set of characterization tests performed, included microstructural analysis, X-ray diffraction, microhardness, tensile tests, toughness (J) and fracture analysis. The alloys contained all three beta, α” and omega phases after cold rolling, regardless of the alloying content. The solid solution effect led to changes in the alloys’ mechanical behavior. Furthermore, the alloys presented alpha phase precipitation, and it led to a peak-aged stage after different aging times due to the Nb content. The alloys containing 42% and 35% Nb content reached the peakaged stage within 48 and 72 h, respectively. The α phase precipitation in the alloys at peak-aged stage increased the hardness, tensile strength and elastic modulus of the alloys; however, it also caused ductility and toughness decrease. The fine dispersed precipitates of the alpha phase generated small and shallow dimples, which are a characteristic fracture micromechanism of peak-aged alloys. / O presente estudo está focado em propriedades mecânicas resultantes de tratamentos de laminação a frio e envelhecimento aplicados a ligas de TiNbSn compreendendo diferentes conteúdos Nb (35% e 42%) e Sn (0% e 2,5%). As ligas foram fundidas a arco, homogeneizadas, solubilizadas, laminadas a frio e envelhecidas a 400°C durante diferentes tempos de envelhecimento. Um conjunto de ensaios de caracterizações, incluindo análise microestrutural, DRX, ensaios de tração, tenacidade (J) e análise de fraturas. As ligas apresentaram as mesmas fases beta, α" e ômega após laminação a frio, independentemente do teor de liga. O efeito da solução sólida levou a mudanças nas propriedades mecânicas. Além disso, as ligas apresentaram precipitação em fase alfa e conduziram a um estágio de pico após diferentes tempos de envelhecimento devido ao teor de Nb. As ligas contendo teor de Nb de 42% e 35% atingiram o ponto de pico de envelhecimento dentro de 48 e 72 horas, respectivamente. A precipitação da fase alfa nas ligas no ponto de pico aumentaram a dureza, a resistência à tração e o módulo de elasticidade das ligas. No entanto, também causou diminuição da ductilidade e da tenacidade. Os precipitados finos dispersos da fase alfa geraram microcavidades pequenos e pouco profundos, que são micromecanismos característicos de fratura de ligas de ponto máximo de envelhecimento.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Marcel Bruno.pdf: 3105575 bytes, checksum: 74afefa960dbfbf05720cec24a294ec9 (MD5) Previous issue date: 2006-09-28 / Neste trabalho são realizadas modelagens numéricas de vigas de concreto armado, reforçadas ou não com fibras metálicas. Este procedimento possibilita a análise de diversas variáveis em uma estrutura, com relativa economia. O objetivo é a determinação da energia de fratura de vigas de concreto armado empregando programas comerciais de elementos finitos. Tem ainda por escopo analisar o modo de fratura II, ocasionado por tensões cisalhantes. Para tanto foi utilizado o programa comercial DIANA. A validação das modelagens é realizada através da comparação dos resultados numéricos obtidos, com valores experimentais da literatura. Esta validação foi inicialmente realizada com vigas e por fim prismas de concreto com e sem a adição de fibras. A não-linearidade física do material foi levada em consideração. Foram utilizadas na modelagem das vigas as teorias de Rankine e Drucker Prager. No caso dos prismas utilizou-se de teorias da mecânica da fratura, onde ao invés de se utilizar as funções de plastificação do material (ou de ruptura dos mesmos), utilizar-se-ão modelos que retratam o surgimento e propagação das trincas. Os resultados obtidos foram satisfatórios fazendo-se uma comparação com os experimentais, porém a energia da fratura utilizada à tração foi tirada do CEB (1.990) para os casos das vigas de Lopes (2005) e a compressão obtida através do gráfico: tensão x deformação. Será ainda enfocado neste trabalho a retro-análise, pela combinação de variações no volume de fibras, procurando obter gráficos que retratem o comportamento tensão x volume de fibras para a resistência do concreto. Nota-se que a utilização de fibras metálicas diminui consideravelmente a armadura longitudinal para combater esforços de flexão. Porém, deve-se proceder outros ensaios de modo a obter o volume de fibra ideal a ser utilizado para diversas resistências do concreto.

Neste trabalho são comparados os resultados analíticos de previsão de falha de um vaso nuclear PWR destinado à propulsão naval, contendo oito diferentes tipos de trinca, obtidos segundo a Mecânica da Fratura Elástica-Linear (MFEL) e a correspondente Elasto-Plástica (MFEP). Os resultados são fornecidos em termos da pressão interna e do gradiente de deformações ao longo da espessura da parede do componente estrutural, sendo diretamente aplicáveis às condições impostas e desenvolvidas em ensaios isotérmicos de hidro-pressurização. O elevado nível de conservativismo dos resultados derivados segundo a MFEL, via critério KIC de disparo de clivagem, quando comparados àqueles obtidos por meio da MFEP, através do critério de iniciação de rasgamento dúctil, Ji, e em especial dos critérios J50 e Jinstab.dúctil de falha com base na Teoria da Instabilidade do Rasgamento Dúctil ou Elasto-Plástico (TIRD/TIREP) por intermédio de diagramas J x T (integral-J versus módulo de rasgamento), foi avaliado e quantificado. O intenso efeito das dimensões dos corpos de prova nos resultados obtidos a partir de ambas abordagens, assim como o papel determinante dos entalhes laterais nos ensaios da MFEP foram definitivamente comprovados. Foi também demonstrado o saudável conservativismo das previsões segundo o critério J50 para projeto e serviço seguros de plantas nucleares frente às condições reais em que se verifica analiticamente a instabilidade dúctil do componente trincado, tais como definidas por Jinstab.dúctil, assim como das previsões decorrentes dos processos de extrapolação linear de curvas J-R no espaço J x T quando comparadas às resultantes de extrapolações não-lineares mais frequentemente utilizadas. Com relação aos efeitos exercidos nos resultados de previsão de falha pelo tipo, profundidade e comprimento da trinca contida na parede do vaso de pressão, ficou demonstrado que as trincas de superfície são muito mais críticas que as sub-superficiais de idênticas profundidade e comprimento, assim como que as avaliações de integridade são muito mais sensíveis a mudanças na profundidade da trinca relativamente a alterações no seu comprimento. As aproximações entre os resultados obtidos via J50 e através de Jinstab.dúttil, e entre os resultados obtidos pelos procedimentos de extrapolação linear e não-linear de curvas JMAT-TMAT, são muito mais nítidas para as trincas de superfície menos profundas e, em especial para as embutidas, mesmo aquelas mais críticas. Deste modo, a metodologia aqui aprimorada, destinada em última instância a avaliações de integridade estrutural de vasos PWR em transientes de potência durante a sua vida em serviço, se mostrou absolutamente efetiva no caso das trincas mais prováveis em tais circunstâncias, quais sejam, as de pequenas dimensões e situadas superficialmente na parede do vaso. Ainda, foi verificada a tendência da ocorrência do vazamento do meio pressurizante anteriormente à falha do vaso por instabilidade dúctil nos casos da presença das trincas mais profundas, independentemente de serem elas de superfície ou sub-superficiais e, novamente, de seu comprimento, contribuindo assim para a percepção visual da iminência da falha bem como para eventos de freamento de trinca dúctil, impedindo a falha catastrófica do vaso PWR. Por outro lado, trincas rasas ou meno·s profundas tendem a entrar no regime de instabilidade dúctil muito precocemente, com a essência da propagação se dando de modo instável, causando fratura rápida ou súbita do vaso sem sinal anterior. Finalmente, foi comprovada nesse estudo a aplicabilidade da técnica analítica de normalização linear para o levantamento de curvas J-R, e como consequência JMAT-TMAT, para a avaliação de integridade estrutural de componentes robustos falhando de modo dúctil após considerável, e mensurável, crescimento estável de trinca; também, foi aqui proposto o ajuste logarítmico de dados de curvas J-R, em oposição ao hoje consensualmente utilizado via lei de potência, de modo a computar os efeitos do fenômeno de saturação de J, permitindo assim extrapolações conservativas e seguras para as condições em que se verifica a falha do componente nuclear. / In this work the analytical results related to a nuclear pressure vessel failure conditions as obtained by Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and the Elastic-Plastic Fracture Mechanics (EPFM) were compared for eigth different crack types. The results are supplied in terms of internal pressure and strain gradient through the wall thickness of the structural component, and might be directly applied to isothermal hydrotests experiments. The high conservatism of LEFM approach, by using KIC criterion of cleavage triggering, as compared to results obtained via Ji of ductile crack initiation from EPFM approach, and specially to the J50 and Jduct.instab. criteria based on ductile Tearing Instability Theory through J x T (J-integral x tearing modulus) diagrams, was evaluated and quantified. The overriding effect of specimens size over LEFM and EPFM results were definitely proved, as well as the very strong influence of side-grooving the EPFM specimens. It was demonstrated the healthy conservatism of the predictions following the J50 criterion for safe design and service in the nuclear industry facing the real conditions where ductile instability takes place as analytically defined by Jduct.instab.. In the same way the conservatism of the predictions from the linear extrapolation procedure of J-R curves on J x T space, as compared with the most common non-linear process was proved as well. With respect to the effect exerted by type, depth and length of the crack over the results it was demonstrated that surface cracks are more critical than the embedded ones with identical dimensions, being the analytical evaluation much more sensitive to changes in the crack depth than in its length. The approximations among the results obtained from J50 and Jduct.instab. criteria as well as among the results from the linear and non-linear extrapolation procedure are best verified for the less depth surface cracks and specially for the embedded cracks even the largest ones. So, the methodology here improved, aimed in last instance to structural integrity assessment of PWR vessels on power transients during their service life has been shown to be a powerful tool in evaluating the most expected cracks under such circunstances, that is, those having small dimensions and located on surface wall. Still, it was demonstrated the trend for leak-before-ductile instability in the presence of the deepest surface and internal cracks, allowing the visual perception of the threshold of the vessel failure and the development of crack arrest events avoiding catastrofic rupture of the component. Otherwise, shallow cracks are prone to get very fast in the unstable regime of growth, with the essence of the propagation occuring under this condition, conducting to suddenly fracture of the vessel without any prior evidence. Finally, it was proved in this study the accuracy of the linear normalization technique in deriving J-R curves for the assessment of structural integrity of massive components which fail in a ductile way after undergo large stable crack extensions; it was suggested here the logarithmic fit of J-R data points taking in account more properly the J-saturation phenomena and leading to more safe and conservative extrapolation results when compared to resulting from power-law fit.

Considerando-se que o tabagismo afeta a maioria dos sistemas do corpo humano, que os estudos concentram-se mais sobre os efeitos deletérios do tabaco em doenças cujos órgãos vitais são afetados e que seu impacto na formação e na consolidação óssea ainda não está estabelecido, a proposta neste estudo foi avaliar os efeitos da exposição à fumaça de cigarro no mecanismo de consolidação e remodelamento da matriz óssea e relacioná-los ao processo inflamatório desencadeado por fratura em modelo desenvolvido em camundongos. Para isso, camundongos C57BL6 machos foram distribuídos em quatro grupos: C (n=29) expostos ao ar ambiente; F (n=23) expostos ao ar ambiente e submetidos à osteotomia da tíbia direita; CS (n=29) expostos à fumaça de cigarro; FCS (n=23) expostos à fumaça de cigarro e submetidos à osteotomia da tíbia direita. Nossos dados indicaram diminuição do volume trabecular, da mineralização, MS/BS% (p < 0,05), e da formação óssea, MAR (p=0,0004), bem como aumento de osteoclastos, Oc.S/BS% (p=0,0361), e de reabsorção óssea, ES/BS% (p=0,0114), no grupo CS, quando comparado ao grupo C. Identificamos uma elevação significativa de IL-6 nos grupos CS e FCS (p < 0,001) na comparação com os grupos C e F (p < 0,05). Observamos diminuição de VEGF nos grupos CS e FCS, quando comparados com os grupos C e F (p=0,01). O índice de IGF demonstrou-se diminuído nos grupos CS e FCS, quando comparados com os grupos C e S (p < 0,05). A matriz fibrilar apresentou um intenso remodelamento, caracterizado pelo aumento da expressão de Colágeno V na avaliação por imuno-histoquímica nos grupos CS, F e FCS, comparados com C (p < 0,05), e da expressão dos genes COL5A1 (p < 0,0001) e COL5A2 nos grupos F e FCS (p < 0,0001). Identificamos também diminuição significativa de Colágeno I nos grupos CS, F e FCS, comparados com C (p < 0,001), e da expressão dos genes COL1A1 no grupo CS (p=0,008) e COL1A2 nos grupos CS, F e FCS (p=0,005). Nosso estudo mostra que a exposição à fumaça de cigarro altera a composição das fibras de colágeno pertencentes à matriz fibrilar óssea, retarda a mineralização e modifica a interação entre os diferentes tipos de colágeno, importantes no desempenho funcional do osso / Introduction: The impact of cigarette smoke on bone metabolism is not yet fully understood. This study aimed to verify the effects of cigarette smoke exposure in bone healing in an experimental tibial fracture model, evaluating the mineralization process, bone cellular differentiation/function and collagen types deposition. Materials and Methods: C57BL/6 male mice were assigned into four groups: C(n=29): exposure to room air; F(n=23): exposure to room air and right tibia osteotomy; CS(n=29): exposure to cigarette smoke; FCS(n=23): exposure to cigarette smoke and right tibia osteotomy. Results: Histomorphometry of Bone Mineral Matrix revealed that cigarette smoke exposure significantly reduced thickness of bone trabeculae, associated with a decrease in mineralizing surface and in rate of mineral apposition, which was reflected in lower bone formation rate and consequently in a longer time for mineralization. Both resorption surface and osteoclastic surface were higher in the CS group, evidencing the increase of the resorptive action of cigarette smoke. Histomorphometry of Bone Fibrillar Matrix: Type I collagen demonstrated a decrease in CS and FCS compared to C (p < 0.01); Type V collagen demonstrated an increase in CS, FC and FSC compared to C (p < 0.0001). The cytokines expression evaluation demonstrated that only CS exposure has already induced a VEGF and IGF decrease with a concomitant increase in IL-6 and these changes were intensified under fracture conditions. COL1A1 gene expression was reduced in the CS and FCS groups, similar result was observed in COL1A2 evaluation. COL5A1 gene expression, showed an increase in CS and Fracture groups while the COL5A2 gene expression increase was detected only in Fracture groups. Conclusion: Cigarette smoke exposure alters bone matrix composition and worsens bone mineralization, leading to bone fragility by increasing collagen V synthesis and deposition and impairing collagen I fibril forming and assembling

Este estudo avaliou propriedades de fratura e seus parâmetros de superfície em composições de pasta de cimento de mesma porosidade capilar, variando o teor de filler calcário como substituinte ao cimento comercial. Ainda, para avaliação do efeito em composições de argamassa, foi avaliada a capacidade de redução de água que essa adição pode proporcionar e seu efeito na resistência mecânica. A avaliação dos parâmetros de fratura ocorreu por ensaio de flexão por carregamento em três pontos, com controle por taxa de deslocamento e as análises de superfície por ensaio de interferometria, em seções de fratura e entalhe. O aumento do teor de filler calcário proporcionou redução da demanda de água nas argamassas, para mesmo comportamento. A redução da demanda foi ainda maior para as composições dispersas com aditivo, em relação à referência com aditivo. As resistências à compressão das argamassas apresentaram boa correlação em relação ao ajuste com todas as composições, enquanto foi observado que argamassas de médio teor de filler podem apresentar mesma resistência à flexão que as argamassas de referência, mesmo que estas apresentem menor porosidade capilar. As pastas ensaiadas à flexão por carregamento três pontos não apresentaram comportamento quase-frágil, impedindo o cálculo da energia de fraturamento. Isto ocorreu devido ao método de ensaio adotado, com configuração inadequada, e que pode ser ajustada através da redução da taxa de deslocamento do ensaio, da geometria dos corpos de prova ou da geometria dos entalhes produzidos. Todas as composições apresentaram insensibilidade à profundidade de entalhe sob as condições de ensaio adotadas, possivelmente devido às falhas de configuração do método. As médias de resistência à flexão e do fator de intensidade de tensão crítico foram maiores para a composição de alto teor de filler, seguidos da referência e da composição de médio teor de filler, respectivamente. Em todas as análises e tipos de superfície estudadas, as composições de alto teor de filler apresentaram maior índice de rugosidade e amplitude entre picos e vales, enquanto não foi identificada diferença entre a referência e a composição de médio teor de filler. Estes dois parâmetros e a raiz quadrática da rugosidade indicaram que a rugosidade das superfícies fraturadas é maior que em superfícies cortadas com disco diamantado. / This study assesses fracture properties and their surface parameters in cement paste compositions of the same capillary porosity, varying the filler content of limestone as a substitute for commercial cement. Also, to evaluate the effect in mortar compositions, the water reduction capacity that this addition can provide and its effect on the mechanical resistance was evaluated. The evaluation of the fracture parameters was performed by three-point loading flexion test with displacement rate control and surface analysis by interferometry test in fracture and notch sections. The increase of limestone filler provided a reduction of the water demand in the mortars, in relation to the reference, for spreading of 265mm in table of consistency. The water demand reduction was even greater for compositions dispersed with admixture, relative to the reference with admixture. The compressive strength of the mortars presented a good correlation in the fit with all the compositions, while it was observed that mortars of medium filler content may have the same flexural strength as the reference mortars, even if they have lower capillary porosity. The pastes tested by three-point loading did not exhibit quasi-fragile behavior, preventing the calculation of fracturing energy. This was due to the inadequately configured test method adopted, which can be adjusted by reducing the test displacement rate, the geometry of the specimens or the geometry of the notches produced. All compositions presented insensitivity to the notch depth under the test conditions adopted, possibly due to method configuration failures. The averages of flexural strength and critical stress intensity factor were higher for the high filler composition, followed by the reference and medium filler composition, respectively. In all analyzes and surface types studied, high filler compositions presented higher roughness and amplitude index between peaks and valleys, while no difference between the reference and medium filler composition was identified. These two parameters and the quadratic root roughness indicated that the roughness of the fractured surfaces is greater than on surfaces cut with diamond disc.