abstract: The main objective of this study is to investigate the mechanical behaviour of cementitious based composites subjected dynamic tensile loading, with effects of strain rate, temperature, addition of short fibres etc. Fabric pullout model and tension stiffening model based on finite difference model, previously developed at Arizona State University were used to help study the bonding mechanism between fibre and matrix, and the phenomenon of tension stiffening due to the addition of fibres and textiles. Uniaxial tension tests were conducted on strain-hardening cement-based composites (SHCC), textile reinforced concrete (TRC) with and without addition of short fibres, at the strain rates ranging from 25 s-1 to 100 s-1. Historical data on quasi-static tests of same materials were used to demonstrate the effects including increases in average tensile strength, strain capacity, work-to-fracture due to high strain rate. Polyvinyl alcohol (PVA), glass, polypropylene were employed as reinforcements of concrete. A state-of-the-art phantom v7 high speed camera was setup to record the video at frame rate of 10,000 fps. Random speckle pattern of texture style was made on the surface of specimens for image analysis. An optical non-contacting deformation measurement technique referred to as digital image correlation (DIC) method was used to conduct the image analysis by means of tracking the displacement field through comparison between the reference image and deformed images. DIC successfully obtained full-filed strain distribution, strain versus time responses, demonstrated the bonding mechanism from perspective of strain field, and corrected the stress-strain responses. / Dissertation/Thesis / M.S. Civil Engineering 2013

O presente trabalho consiste na avaliação de um novo modelo de reator de cavitação hidrodinâmica pertencente à classe dos homogeneizadores de alta velocidade, comercialmente conhecidos por High Speed Homogeneizers. É sabido que esse tipo de equipamento possui um amplo leque de aplicações industriais, sendo muitas vezes constituintes de operações unitárias para emulsificação, homogeneização, síntese química, dentre outras. Neste trabalho fez-se um estudo da eficiência deste novo modelo para duas aplicações, o aquecimento controlado de líquidos e a produção de emulsões de óleo em água com diâmetros de partículas em escala sub-micrométricas. As duas aplicações foram estudadas em uma planta piloto, de onde foi possível constatar o potencial de aplicação desse novo modelo de reator, especialmente devido ao baixo custo operacional e praticidade de operação. / This work evaluates a new model of hydrodynamic cavitation reactor, which belongs to the class of high-speed homogenizers. This type of equipment has a wide range of industrial applications and it is often constituent of unit operations for emulsification, homogenization, chemical synthesis, among others. In this master thesis a study regarding the efficiency of this new model for two applications was made: the controlled heating of fluid and the production of oil in water emulsions with particle diameters in the sub-micrometer scale. The two applications were studied in a pilot plant, where it was possible to see the potential of applying this new model of reactor, especially due to the low operating costs and practicality of operation.

Este trabalho utiliza uma metodologia simplificada de análise dinâmica para o estudo das vibrações em pontes ferroviárias, produzidas pela passagem de um trem de alta velocidade, associadas à presença de irregularidades nos trilhos. Iniciou-se o estudo a partir de um modelo do veículo composto por quinze graus de liberdade, referentes aos deslocamentos verticais e horizontais transversais, e rotações em torno dos eixos longitudinal, transversal e vertical. Os modelos dinâmicos do trem e da ponte foram tratados de forma desacoplada, sendo conectados pelas forças de interação trem-ponte. Desta forma, foram calculados os carregamentos provenientes da modelação dinâmica do trem, adotando-se inicialmente a hipótese de tabuleiro rígido e indeslocável e, ainda, considerando-se a presença de irregularidades geométricas nos trilhos no plano vertical. Neste trabalho, foi considerado um estudo de caso utilizando-se o modelo veicular Alfa Pendular, avaliando-se a resposta dinâmica do trem e da estrutura, considerando o efeito das irregularidades geométricas nos trilhos, bem como a presença do lastro. As forças de interação obtidas da modelagem do veículo foram aplicadas em um modelo estrutural de alta hierarquia da ponte, dividido em elementos finitos de casca, sendo que em cada nó do modelo da ponte foram especificados os esforços obtidos da análise dinâmica do veículo. Para representar a passagem do comboio sobre a ponte, foram utilizadas funções que descrevem as forças de interação trem-ponte em cada nó do modelo da ponte, em cada intervalo de tempo, até que todo o trem tenha percorrido o comprimento da ponte. A consideração de tabuleiro rígido indeslocável foi corrigida por meio de um processo iterativo, de forma que os deslocamentos do tabuleiro obtidos para a primeira determinação dos esforços de interação foram somados às irregularidades do trilho (excitação de suporte aplicada nas rodas do trem). Com isso, foi possível identificar a resposta dinâmica proveniente da carga em movimento e das irregularidades geométricas nos trilhos, avaliando o conforto dos passageiros no interior do vagão. Por fim, realizou-se uma análise de distribuição estatística para avaliar a probabilidade de se ultrapassar os limites estabelecidos pelo Eurocode. / This thesis resorts to a simplified methodology of dynamic analysis for the study of vibrations in railway bridges, produced by the passage of a high speed train, associated to the presence of irregularities in the rails. The study started from a vehicle model composed of fifteen degrees of freedom, namely, vertical and lateral displacements, and rotations about the longitudinal, lateral and vertical axes. The dynamic models of the train and the bridge were treated as uncoupled, yet being bound by the interaction train-bridge forces. Thus, the loads from the dynamic model of the train were calculated, adopting initially the hypothesis of rigid and fixed deck and also, considering the presence of geometric irregularities in the vertical track plane. In this work, we considered a case study using the Alfa Pendular vehicle model, evaluating the dynamic response of the train and the structure, considering the effect of the geometric irregularities at the tracks, as well as the presence of the ballast. The interaction forces obtained from the model of the vehicle were applied in a high hierarchy structural model of the bridge, divided into shell finite elements, specifying the forces obtained from the dynamic analysis of the vehicle at each node of the bridge model. To represent the train passage on the bridge, functions were used to describe the bridge-train interaction forces at each node of the bridge model at each time interval, until the entire train had travelled the bridge length. The consideration of rigid and fixed deck was corrected by means of an iterative process, so that the deck displacements obtained for a first determination of the interaction forces were added to the rail irregularities (excitation applied to the train wheels). Thus, it was possible to identify the dynamic response caused both by the moving loading and the geometrical irregularities of the tracks, evaluating the comfort of the passengers inside the wagon. Finally, a reliability study was carried out to evaluate the probability of exceeding the limits established by Eurocode.

Neste trabalho foi avaliada a tenacidade do aço rápido AISI M2 tratado termicamente por rotas convencionais e rotas criogênicas. A tenacidade foi verificada através de ensaios de impacto em corpos de prova sem entalhe e ensaios de flexão 3 pontos em corpos de prova cilíndricos. Os tratamentos térmicos foram realizados em forno a vácuo com resfriamento por nitrogênio sob 6 bar de pressão. As rotas convencionais foram constituídas por austenitização, têmpera e triplo revenimento a 560°C. As rotas criogênicas foram constituídas por austenitização e têmpera similares às rotas convencionais, além de processamento criogênico em nitrogênio líquido por períodos de 2 horas, 24 horas e 48 horas. As amostras submetidas a 2 horas de criogenia após a têmpera sofreram somente um revenimento e as amostras submetidas a 24 e 48 horas de criogenia sofreram triplo revenimento, todos a 560°C. Buscando-se avaliar o efeito da quantidade de austenita retida nos resultados dos processos criogênicos, utilizaram-se três temperaturas de austenitização: 1180°C, 1200°C e 1220°C. A caracterização metalográfica das amostras foi feita através de recursos de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, EDS e difração de raios-X. Os resultados do ensaio de impacto e flexão 3 pontos mostram que as rotas criogênicas produziram microestruturas finais com tenacidade igual ou superior às rotas convencionais, com destaque especial às rotas criogênicas com somente um revenimento que apresentaram resultados superiores às rotas convencionais consagradas, com múltiplos revenimentos. A análise fractográfica revela quantidade superior de áreas de fratura dúctil nas amostras tratadas por rotas criogênicas quando comparadas às amostras tratadas por rotas convencionais. Através da análise metalográfica via microscopia eletrônica de varredura verificaramse poucas diferenças microestruturais entre as amostras tratadas com e sem criogenia. O teor de austenita retida nas amostras tratadas pelas rotas criogênicas (dentro da mesma temperatura de austenitização) é bastante semelhante porém é sensivelmente inferior às amostras tratadas por rotas convencionais. Verificou-se que existem divergências na literatura no que diz respeito aos carbonetos precipitados devido ao processo criogênico, principalmente em relação a suas dimensões e características. O condicionamento da martensita e a precipitação de carbonetos pôde ser demonstrado indiretamente através do deslocamento do pico de dureza secundária na curva de revenimento de amostras submetidas à criogenia após a têmpera. Os melhores resultados foram verificados nas amostras criogênicas austenitizadas a 1180°C, que apresentaram menor quantidade de austen ita retida após a têmpera, mostrando assim que os processos criogênicos atuam na martensita obtida na têmpera e que a temperatura de austenitização desempenha papel fundamental nos resultados dos processos criogênicos. / In this work the toughness of the AISI M2 high speed steel heat treated by conventional and cryogenic routes has been evaluated. The toughness was evaluated through un-notched impact samples and 3 points bending cylindrical samples. The heat treatments were carried out in a vacuum furnace using nitrogen quenching with 6 bar of pressure. The conventional routes were constituted by austenitizing, quenching and triple tempering at 560°C. The cryogenic routes were constituted by the same austenitizing and quenching parameters used for the conventional routes, and also by cryogenic processing in liquid nitrogen for 2 hours, 24 hours and 48 hours. The samples submitted to 2 hours of cryogenic processing after quenching received only one tempering and the samples submitted to 24 and 48 hours of cryogenic processing were triple tempered, all at 560°C. In order to check the effect of the amount of retained austenite on the cryogenic processes, three different austenitizing temperatures were used: 1180°C, 1200°C and 1220°C. The metallographic characterization was performed using optical microscopy, scanning electronic microscopy, EDS analysis and X-ray diffraction. The impact and 3 points bending tests results show that the cryogenic routes have produced final microstructures with toughness values equal or superior to the conventional routes with a special highlight to the cryogenic routes with only one tempering after the freezing process, that have shown superior results compared to the classic multi-tempering cycles. The fractographic analysis has revealed for the cryogenic routes samples a greater amount of ductile fracture areas compared to the conventional routes of hardening. The scanning electronic microscopy analysis has revealed few microstructure differences between the conventional and cryogenic hardening routes. The amount of retained austenite amongst the cryogenic samples (with the same austenitizing temperature) is similar, but is sensibly less than the amount found in the samples submitted to the conventional routes. Several divergences has been detected in the literature related to the cryogenic treatment of tool steels, especially concerning the dimensions and characteristics of the precipitated carbides. The martensite conditioning and the fine carbide precipitation could be indirectly demonstrated by the shift of the secondary hardness peak on the tempering curve of samples submitted to cryogenic treatment after the quenching. Optimum results were observed in the cryogenic samples hardened at 1180°C. Those samples retained the lowest amounts of austenite after quenching showing that the cryogenic processes has an effect in the quenching formed martensite and that the austenitizing temperature is a key factor on the final results of the cryogenic processes.

O objetivo deste trabalho foi a análise de estratégias de retificação de virabrequins automotivos forjados utilizando rebolos de CBN vitrificados em altas velocidades. As estratégias analisadas foram: a retificação de mergulho (estratégia A) e a retificação axial (estratégia B). Foi proposta uma nova estratégia de retificação, denominada estratégia C - retificação axial múltipla, sendo esta inédita. Nesta subdividi-se o espelho do virabrequim em trechos, retificando-se o sobremetal radial do espelho em múltiplos estágios. Os aspectos teóricos das estratégias foram determinados, apresentando-se uma formulação matemática para o cálculo da taxa de remoção de material específica ao longo do perfil do rebolo utilizado. Testes comparativos foram realizados em que os principais aspectos para uma retificação eficiente foram determinados. Primeiramente verificou-se a necessidade de uma operação de dressagem efetiva, a fim de se obter uma agressividade na face do rebolo necessária para evitar o empastamento do mesmo e a queima do espelho. Para tanto, além da escolha correta da configuração e dos parâmetros de dressagem verificou-se a necessidade de um sistema de monitoramento que permita a detecção e a avaliação de possíveis não-conformidades. A utilização de um sistema de fluido de corte e de limpeza a alta pressão eficientes contribuíram para a redução dos cavacos alojados na porosidade do rebolo, evitando assim seu empastamento prematuro. Com base no modelo teórico proposto foi possível determinar-se a região de máxima solicitação do rebolo em função das estratégias adotadas, possibilitando o planejamento e a adoção das condições de usinagem mais favoráveis na redução do desgaste do rebolo e, por conseqüência, os desvios geométricos da peça usinada. Nos testes comparativos entre as estratégias verificou-se a possibilidade de utilização de todas. Porém, cada qual apresentando suas particularidades. Considerando-se o mesmo tempo de corte, a retificação de mergulho (estratégia A) apresenta a menor taxa de remoção de material específica e a mais ampla região de máxima solicitação do rebolo, sendo esta fixa e igual ao sobremetal no espelho. Neste caso a área sujeita ao desgaste na ferramenta é maior. De forma oposta, a estratégia B (retificação axial) apresenta a menor região de solicitação da ferramenta, sendo esta igual ao avanço axial por volta. Todavia nesta estratégia a taxa de remoção de material específica é máxima, sendo função do sobremetal radial da peça, diferença entre os raios máximo e mínimo do espelho. Nesta, a área desgastada será mínima, porém, esta região sofrerá a máxima solicitação e maior desgaste, com risco de empastamento do rebolo e queima da peça. A adoção da retificação axial múltipla (estratégia C) permite combinar a flexibilidade da alteração da região de máxima solicitação do rebolo com variações na taxa de remoção de material específica para cada estágio, reduzindo a tendência de queima e empastamento do rebolo, caracterizando-se como uma solução intermediária entre a retificação de mergulho e a axial. Verificou-se que a variação no número de estágios tem influência direta no volume de material removido e no desgaste radial do rebolo. Uma simulação foi desenvolvida para o desgaste radial do rebolo para cada estratégia testada. / The aim of this study was the analysis of grinding strategies for high speed grinding of forged automotive crankshaft using vitrified CBN wheels. The grinding strategies tested were: the plunge grinding (strategy A) and the face grinding (strategy B). A new grinding strategy was proposed, the multi-steps face grinding, which is innovative. In this strategy, the sidewall is divided into circular regions, removing the sidewall stock into multiple steps. The theoretical aspects of each strategy were determinate and the mathematic formulation for the specific material removal rate calculation along the wheel profile is presented. Comparative tests were performed in which the main aspect for an efficient grinding operation were determinate. First of all, the necessity of a high efficient dressing operation was detected, in which the achieving the adequate sharpness of the dressed wheel sidewall is mandatory to avoid the wheel loading and the workpiece sidewall burning. For that, besides the correct configuration and selection of the dressing parameters, it was noticed that a monitoring system is essential for the detection of non-adequate dressing operations. The adoption of an improved cutting fluid application system and scrubbers (high pressure nozzles) leaded to chips clogging reduction and premature wheel loading. Based on the proposed theoretical model it was possible to determine the region of the maximal wheel strength due to the adopted grinding strategy, allowing the process design, including the most favorable cutting conditions for the workpiece geometrical errors avoidance. In the comparative test among the strategies, it was possible to verify that all strategies can be adopted, although each of them with their particularities, which must be taken into account. Considering the same cutting time, the plunge grinding strategy (strategy A) presented the lowest specific material removal rate and the widest affected wheel region, which is fixed and equal to the sidewall stock. In this situation, the worn area is the widest. On the other hand, the face grinding strategy (strategy B) presented the narrowest affected area, with width equal to the axial infeed. Although in this strategy, the specific material removal rate is maximal, depending on the radial stock of the sidewall. The worn region is the narrowest, but the with greatest wheel wear values will be observed in this region. The wheel loading and the workpiece burn can easily occur. The adoption of the multi-steps face grinding (strategy C) allows the combination between the flexibility of changing the width of the affected wheel region and the specific material removal rate for each step, reducing the occurrence of workpiece burn and wheel loading. It is an alternative between the plunge grinding and face grinding. It was possible to verify that the number of steps has a direct influence on the volume of removed material and on the wheel wear. A simulation was developed for the wheel wear for each strategy.

É conhecido que, atualmente, o Brasil possui uma demanda substancial de obras de engenharia, como por exemplo, o Trem de Alta Velocidade (TAV) entre as cidades do Rio de Janeiro e de Campinas, necessárias para suportar as presentes e futuras demandas para o desenvolvimento do país. Este projeto governamental do TAV deverá requerer produção elevada de agregados de alta qualidade para emprego como lastro e também para concreto. No tocante ao uso como lastro, o agregado fica exposto e sujeito à ação constante das intempéries, fazendo com que estudos envolvendo alterabilidade sejam tão importantes quanto os de caracterização geomecânica dos materiais pétreos, levando-se em conta as condições intempéricas típicas de uma zona tropical que estarão submetidos. Estas constatações motivaram investigar as relações entre as propriedades tecnológicas de nove tipos de rochas cristalinas (micro-gabro, gnaisse e variedades de granitos) e suas utilizações como lastro do trecho Campinas/São Paulo do traçado do TAV. Em termo práticos, estas rochas foram submetidas a ensaios físicos, mecânicos e de alterabilidade acelerada, sendo que os testes de ciclagem água-estufa foram conjugados aos ensaios de abrasão Los Angeles, choque Treton e esmagamento. Os resultados indicaram que alguns materiais apresentaram valores de resistência inferiores ou próximos aos limites normatizados para lastros de ferrovia, além da perda de qualidade verificada nos ensaios de resistência à intempérie, inviabilizando ou restringindo a utilização de três dos materiais estudados para lastro. De modo geral, tais informações poderão servir de subsídio aos órgãos governamentais para tomada de decisões, quanto ao emprego dos materiais disponíveis na área onde será construído o TAV brasileiro, uma vez que os custos de manutenção da camada de lastro da ferrovia são críticos quando se opta por uma via lastrada ou em laje. / It is well known that Brazil currently shows a high number of engineering projects that are necessary to the development of the country. The projects include the High-Speed Rail (HSR) that will connect Rio de Janeiro and Campinas cities and requires a great production of high-quality construction aggregates to be used in track ballast and also in concrete. In the case of the track ballast, previous studies about the weathering of the aggregates together with a mechanical characterization are important and have to take in consideration that the material will be submitted to weathering conditions typical of a tropical environment. These assumptions motivated the investigation of the technological properties of nine types of crystalline rocks (microgabbro, gneiss and varied granitic rocks) considering their potential to be used as track ballast in the HSR between Campinas and São Paulo. The rock samples were submitted to physical, mechanical and accelerated weathering tests. The soundness by artificial weathering, drying water were conjugated to the Los Angeles abrasion tests, Treton shock and crushing. The results indicate that some materials present resistance values bellow or near the limit normalized for track ballast, besides the loss of the quality verified in weathering resistance tests, making it impossible or restricting the use of the three studied materials as track ballast. In general, such information can be used by government agencies to make decisions about the materials available in the area where the brazilian HSR will be built once the maintenance costs of the track ballast are critical to the choice between a track ballast or slab track.

Orientador: Shusaburo Motoyama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T21:11:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CarlosRobertodos_D.pdf: 1522457 bytes, checksum: 0ab724ca4cf14d30cac5a6eadc2e5fb7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é proposto um comutador de pacotes baseado em uma estrutura crossbar com m enlaces paralelos internos, denominado comutador CEP (Comutador Crossbar de Enlaces Paralelos), e com facilidade para prover qualidade de serviço (QoS ¿ Quality of Service). O comutador proposto utiliza uma combinação de filas na entrada e na saída. Os pacotes são transferidos dos buffers de entrada para os buffers de saída através de mxN linhas internas. Como as linhas internas e externas operam com a mesma velocidade, não há necessidade de aumentar a velocidade do clock interno, fazendo com que a estrutura proposta seja apropriada para comutadores de alta velocidade. O desempenho do comutador CEP é analisado admitindo pacotes de tamanho fixo (célula ATM) e pacotes de tamanho variável. O tempo médio de atraso dos pacotes e o tamanho médio das filas de entrada e de saída são avaliados por simulação e/ou por modelos analíticos, utilizando teoria de filas / Abstract: A QoS (Quality of Service) provisioned CIOQ (Combined Input Output Queuing) switch using crossbar structure with m parallel lines per output port is proposed in this work. The packets at input buffers are transferred to the output buffers by means of mxN internal lines. Since all internal lines have the same speed as external links, no internal clock speedup is required so that the proposed structure is suited for high-speed switches. Switch models for analysis are proposed for both fixed and variable packet lengths and their performances, in terms of average packet waiting time and average queue size for both input and output buffers, are evaluated by simulation and/or analytically by means of queuing theory. The proposed switch also presents a feature that facilitates the choice of scheduler in order to satisfy the QoS of each class of service / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo da recristalização de dois aços rápidos, AISI M2 (Werkstoffnummer 1.3343) e ABC III (Werkstoffnummer 1.3333), após o encruamento resultante do processo de laminação a frio de chapas planas utilizadas para a confecção de serras fitas. Estudar a recristalização estática nesta classe de aços é relevante, pois eles freqüentemente são laminados a frio e recozidos na etapa final de processamento, antes da confecção da peça ou componente. Inicialmente, foi realizada a caracterização das amostras no estado como recebido, ou seja \'\'laminado a quente\'\'. A caracterização envolveu análise química, ensaios mecânicos, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de dureza e dilatometria. Em seguida, as amostras sofreram deformação a frio da ordem de até 50% de redução em espessura para determinação das curvas de endurecimento por deformação. Amostras com 25% de redução foram recozidas entre 100ºC e 750ºC, durante 1 hora e os resultados de dureza foram utilizadas para determinar as curvas isócronas de amolecimento. Amostras com 25% redução foram recozidas entre 600ºC e 750ºC, entre 15 e 480 minutos para cada uma das temperaturas, para determinação curvas isotérmicas de amolecimento. Resultados da análise microestrutural mostraram que o aço rápido AISI M2 apresenta uma distribuição mais homogênea de carbonetos. Esses carbonetos são mais finos em relação aos do aço ABC III, que apresenta uma distribuição mais heterogênea. Os dois aços apresentaram curvas muito similares de endurecimento por deformação. Após recozimento das amostras encruadas, foi verificado que o aço AISI M2 apresenta recuperação e recristalização levemente mais rápidas quando comparado com o ABC III. Ainda na etapa de recuperação e antes da recristalização, notou-se nos dois aços um pequeno aumento de dureza, principalmente entre 30 e 60 minutos de recozimento, na faixa de 650 ºC e 700ºC. Utilizando-se análises por difração de elétrons retroespalhados (microtextura e mesotextura) observou-se que o aço ABC III apresenta maior resistência para a recristalização se completar que o aço AISI M2. / This work aims at the comparative study of the recrystallization of two high-speed steels, namely AISI M2 (Werkstoffnummer 1.3343) and ABC III (Werkstoffnummer 1.3333), hardened by cold rolling of sheets employed in the production of band saws. Studying static recrystallization in this class of steels is relevant, since frequently they are cold rolled and annealed in their final processing stage, prior to the actual work piece manufacturing. Initially, samples have been characterized in the as-received condition, i.e. hot rolled. Characterization involved chemical analysis, tensile testing, optical metallography, scanning electron microscopy, hardness measurements and dilatometry. Following, samples have been cold worked with a 50% thickness reduction in order to evaluate the cold work hardening curves. Samples with 25% reduction have been annealed at temperatures in the 100oC to 750oC range, for one hour and hardness results have been used to determine the isochronous softening curves. Samples with 25% reduction have been annealed between 600 oC and 750oC for 15 to 480 minutes, for each one of the temperatures, to determine the isothermal softening curves. The microstructural analysis has shown that the AISI M2 steel presents a homogeneous carbide distribution. These carbides were fine when compared to those of the ABCIII steel that presented a heterogeneous distribution. Both steels presented similar work-hardening curves. After annealing the cold worked samples, it has been observed that the AISI M2 steel presented a slightly faster recovery and recrystallization than the ABCIII steel. Still in the recovery stage, prior to recrystallization, both steels showed a small hardness increase, mainly on annealing during 30 to 60 minutes in the 650oC to 700oC temperature range. Using electron backscattered diffraction analysis (microtexture and mesotexture) it has been observed that the ABCIII steel presented higher resistance to complete recrystallization than the AISI M2 steel.

Estudaram-se os efeitos da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz sobre a resistência à fadiga térmica de ferros fundidos brancos multicomponentes. Utilizaram-se ligas do sistema Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V variando entre 5 e 8% e Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo variando entre 2 e 5%. Corpos-de-prova com a geometria de discos com seção variável foram temperados e revenidos para obtenção de dois valores de microdureza da matriz: 450 HV e 650 HV. Conduziram-se ensaios de fadiga térmica por 100 e 500 ciclos. Cada ciclo envolveu aquecimento por indução da superfície até a temperatura de 600°C em 10 segundos e subseqüente resfriamento em água por 45 segundos (equalização das temperaturas do núcleo e da superfície). Os corpos-de-prova foram caracterizados antes e após os ensaios de fadiga térmica. Antes dos ensaios, caracterizaram-se os carbonetos eutéticos (tipos, morfologia, fração volumétrica, tamanho, forma e distribuição dos carbonetos) e a microdureza da matriz. Após os ensaios, caracterizaram-se as trincas de fadiga térmica macroscópicas e microscópicas (número e profundidade) e a microdureza da matriz. A nucleação de trincas de fadiga térmica ocorre predominantemente na superfície do corpo-de-prova, induzidas por concentradores de tensão mecânicos e metalúrgicos. As trincas nucleiam na matriz (a rugosidade age como concentrador de tensão mecânico) e em carbonetos (interface carboneto/matriz ou no próprio carboneto). A taxa de nucleação sofre influência da fração volumétrica de carboneto eutético (seu aumento promove aumento da taxa de nucleação) e da dureza da matriz (seu aumento promove diminuição da taxa de nucleação). A propagação de trincas ocorre predominantemente pela interface carboneto/matriz ou através do carboneto. A taxa de propagação sofre influência da distribuição de carboneto eutético. Quanto maior a relação “continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos”, maior a taxa de propagação de trincas. A taxa de propagação de trinca diminui com o aumento do tempo de ensaio, independentemente da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz. O regime de propagação durante os primeiros 100 ciclos é caracterizado pela propagação instável da trinca controlada pela tenacidade à fratura do material; de 100 a 500 ciclos, a propagação é controlada pela magnitude da tensão. O tamanho do corpo-de-prova também influenciou os resultados dos ensaios: o aumento do tamanho promove aumento das taxas de nucleação e propagação. Este resultado é atribuído ao aumento do gradiente térmico ao longo do corpo-de-prova com o aumento do seu diâmetro. / The effects of the volume fraction of eutectic carbides and of the matrix hardness on the thermal fatigue resistance of multicomponent white cast iron were investigated. Alloys Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V ranging from 5 to 8 wt% and Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo ranging from 2 to 5 wt % were used. Disc shaped samples were quench and tempered for obtaining two matrix microhardness levels: 450 HV and 650 HV. Thermal fatigue tests were carried out for 100 and 500 cycles. Each cycle involved high frequency induction heating of the surface to 600°C and subsequent cooling in water during 45 seconds (equalization of the bulk and surface temperature). The test specimens were characterized before and after the thermal fatigue tests. Before the tests, eutectic carbide (type, morphology, volume fraction, syze, shape and distribution of carbides) and matrix microhardness were characterized. After the tests, the macroscopic and microscopic thermal fatigue cracks (number and depth) and matrix microhardness were characterized. The nucleation of the thermal fatigue cracks takes place mostly at the specimen surface, induced by mechanical and metallurgical stress risers. The crack nucleates at the matrix (roughness as mechanical stress risers as well as at carbides (at the carbide/matrix interface or at the carbide itself). The nucleation rate is influenced by the volume fraction of eutectic carbide (the higher the volume fraction, the higher the nucleation rate) and by the matrix microhardness (the higher the microhardness, the lower the nucleation rate). The crack propagation mostly takes place at the carbide/matrix interface or through the carbide. The propagation rate is affected by the carbide distribution. The higher the “carbide continuity/carbide free path” ratio, the higher the propagation rate. The propagation rate decreases with increasing test time, regardless the eutectic carbide volume fraction and the matrix microhardness. The propagation behaviour during the first 100 cycles is characterized by instable crack propagation controlled by the fracture toughness of the material; from 100 to 500 cycles, the propagation is controlled by the stress magnitude. The syze of the test specimen also influenced the tests results: the larger the specimen syze, the higher the nucleation and propagation rates. This is attributed to the effect of increasing thermal gradient across the specimen with increasing specimen diameter.

Orientador: Irenilza de Alencar Nääs / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:56:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Neves_DiegoPereira_D.pdf: 2128104 bytes, checksum: aae1334cdaf344654741c087740bd7c6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Os frangos podem exibir diferentes padrões de movimentos biomecânicos as partes do corpo em relação às características físicas do alimento (tamanho, formato e dureza) durante a alimentação. As limitações anatômicas relacionadas com a idade, sexo e linhagem também podem afetar o processo mecânico de alimentação. Para determinar a importância desses parâmetros, as medidas relacionadas aos movimentos biomecânicos de partes corporais são necessárias. Em particular, a trajetória, dimensões e efeitos temporais relacionados com o bico do frango e com a movimentação da cabeça devem ser considerados. No entanto, determinar esta informação manualmente do vídeo por um operador humano é tedioso e propenso a erros. A presente tese tem como objetivo avaliar o impacto de três tipos distintos de ração sobre a biomecânica da alimentação de frangos de corte. O total de 19 pintos de corte machos foram filmados durante a alimentação aos 3 e 4 dias de idade através de uma câmera de alta velocidade com taxa de aquisição de 250 fps (quadros por segundo). As rações avaliadas foram: farelada fina (F1), farelada grossa (F2) e quebrada (F3), no qual o diâmetro geométrico médio e o desvio padrão geométrico foram 476?m (2.54), 638?m (2.56), e 1243?m (2.43) , respectivamente. O peso e a morfometria do bico (comprimento e largura) foram medidos após as gravações. O deslocamento da cabeça das aves durante as fases `mouthful¿ e `mandibulação¿ e a abertura máxima do bico foram mensurados por de análise computacional de imagem. A fase `mouthful¿ consistiu no movimento da cabeça de forma ininterrupta direção oblíqua ou vertical em direção à ração até que a partícula de alimento fosse capturada. A fase `mandibulação¿ consistiu em um ciclo de abertura e de fechamento do bico, na qual existe uma abertura máxima do bico. Estas fases foram classificadas manualmente como: `mouthful¿ como 'sucedido' ou 'fracassado' e `mandibulações¿ como `catch-and-throw¿ (CT) ou `slide-and-glue¿ (SG). O `mouthful sucedido¿ consistiu quando a ave capturou o alimento com sucesso, e a `mouthful fracassado¿ quando a ave errou a partícula de alimento. `Catch-and-throw¿ consistiu no reposicionamento da partícula na ponta bico antes de iniciar o transporte para o interior da cavidade oral. `Slide-and-glue¿ consistiu na deslocação da língua até a ponta em bico para aderir as partículas de alimento com o auxílio da saliva pegajosa e transportar para o interior da cavidade oral. Os resultados indicaram correlações significativas de fraca intensidade entre o peso, as características morfométricas do bico e as variáveis biomecânicas, bem como correlação entre a abertura máxima do bico e o deslocamento cabeça. O deslocamento da cabeça foi maior no `mouthful sucedido¿ (0,439 mm ± 0,002) em relação ao `mouthful fracassado¿ (0,371 mm ± 0,005). Além disso, o deslocamento da cabeça foi mais expressivo em F3 (0,526 mm ± 0,005), F2 (0,519 mm ± 0,004) e F1 (0,431 mm ± 0,003), respectivamente. O deslocamento da cabeça também foi significativamente maior para CT (0,245 mm ± 0,001) do que SG (0,114 mm ± 0,000). Considerando os diferentes tipos de ração, o deslocamento da cabeça para CT foi maior em F3, F1 e F2, enquanto que para SG foram maiores em F3, F2 e F1, respectivamente. A abertura máxima do bico também foi maior para CT (0,245 mm ± 0,001) do que SG (0,114 mm ± 0,00). Além do mais, para CT foi maior no F3 e F1 que em F2, enquanto que para SG foi maior para F1, F3 e F2, respectivamente. Assim, os diferentes tamanhos das partículas de ração (granulometria) foi, potencialmente, o fator chave para o movimento dos pintos durante a alimentação. Além disso, esta relação não foi proporcional à granulometria, explicada por valores mais elevados em F3 e F1. A ocorrência de `mouthful fracassado¿ foi 18,0% para F3, 11,2% para F2 e 6,6% para a F1. Para a classificação das mandibulações, observou-se a maior frequência de CT em F3 (26,1%), F1 (24,9%) e F2 (17,9%), respectivamente. Esta situação sugere que os pintos capturaram as partículas na ponta bico de maneira mais adequada para a deglutição com a granulometria 638µm (F2) do que 476?m (F1) e 1243µm (F3), explicada pela menor movimentação e necessidade de reposicionamento das partículas de alimento. De forma geral, a tecnologia de câmeras de alta velocidade combinada com análise computacional de imagem adotada neste experimento foi um método eficaz para análise de movimentação. É desejável uma melhor compreensão das limitações mecânicas do aparelho bucal das aves durante a alimentação, a fim de determinar a relação entre os diferentes tipos de alimentos sobre os padrões biomecânicas exibidos pelas aves / Abstract: Broiler chickens may exhibit different biomechanical motions patterns of the body parts in relation to the physical properties of feed (size, shape and hardness) while feeding. The anatomical limitations related to age, gender and breed may also impact the feeding mechanical process. To determine the significance of these parameters, measurements related to the biomechanical motions of body parts are required. In particular, the trajectory, dimensions and temporal effects related to the chicken¿s beak and head movements should be considered. However, determining this information manually from video by a human operator is tedious and prone to errors. The present thesis aims assess the impact of three different feed types on the biomechanics of feeding behaviour of broiler chicks. A total of 19 male broiler chicks were recorded while feeding at 3 and 4-d-old using a high-speed camera with an acquisition rate of 250 fps (frames per second). The feed types considered were: fine mash (F1), coarse mash (F2) and crumbled (F3), in which the geometric mean diameter and the geometric standard deviation were 476µm (2.54), 638µm (2.56), and 1243µm (2.43), respectively. The birds¿ weight and morphometric traits of the beak (length and width) were measured after the recordings. The birds¿ head displacement during mouthful and mandibulation phases and the maximum beak gape were measured through computational image analysis. Mouthful phase consisted an uninterruptedly head movement towards feed in an oblique or vertical direction until the feed particle is grasped. Mandibulation phase consisted in one cycle of opening and closing of the beak, in which there is a maximum beak gape. These phases were manually classified, as follows: mouthfuls as `normal¿ or `fail¿ and mandibulations as catch-and-throw (CT) or slide-and-glue (SG). Normal mouthful was when the bird successfully grasped the feed, and fail mouthful was when the birds missed the feed. Catch-and-throw is when the feed is repositioned within the beak tip before starting the transport into the oral cavity. Slide-and-glue consists in the displacement of the tongue up to the beak tip in order to glue the feed particles with the aid of the sticky saliva and carry inward oral cavity. The results indicated significant correlations of weak intensity between weight, morphometric traits of the beak, and the biomechanical variables, as well as correlation between maximum beak gape and head displacement. The head displacement was higher in a normal mouthful (0.439 mm ± 0.002) than fail mouthful (0.371 mm ± 0.005). Furthermore, head displacement was more expressive in F3 (0.526 mm ± 0.005), F2 (0.519 mm ± 0.004), and F1 (0.431 mm ± 0.003), respectively. The head displacement was also significantly higher for CT technique (0.245 mm ± 0.001) than SG (0.114 mm ± 0.000). Considering the different feed types, head displacement for CT was higher in F3, F1 and F2, while for SG were higher in F3, F2, and F1, respectively. The maximum beak gape was also higher for CT (0.245 mm ±0.001) than SG (0.114 mm ± 0.00). Moreover, for CT it was higher in F3 and F1 than in F2, while for SG was higher for F1, F3 and F2, respectively. Thus, the different size of the feed particles (granulometry) was potentially the key factor for the chicks¿ motion while feeding. Besides, this relation was not proportional to the granulometry, explained by higher values for F3 and F1. The occurrence of `fail mouthful¿ was 18,0% for F3, 11,2% for F2 and 6,6% for F1, respectively. For mandibulations classification, it was observed a higher frequency of CT in F3 (26,1%), F1 (24,9%), and F2 (17,9%). This situation suggests that the chicks grasped the particles in the beak tip more properly for swallowing with the granulometry 638µm (F2) than 476µm (F1), and 1243µm (F3), explained by the less motion and necessity of repositioning the feed particles. Overall, the high-speed camera technology combined with computational image analysis adopted in this experiment was an effective method for motion analysis. It is desirable a better understanding of the mechanical limitations of the birds¿ jaw apparatus while feeding in order to determine the relationship between different types of feed in biomechanical patterns displayed by the birds / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola