Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2015

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-12-22T13:41:17Z No. of bitstreams: 1 2017_AdriánAlbertoBetancurArroyave.pdf: 3721995 bytes, checksum: 2adf25d627528d41993d93c1ee3a7fd1 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-16T17:59:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AdriánAlbertoBetancurArroyave.pdf: 3721995 bytes, checksum: 2adf25d627528d41993d93c1ee3a7fd1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-16T17:59:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AdriánAlbertoBetancurArroyave.pdf: 3721995 bytes, checksum: 2adf25d627528d41993d93c1ee3a7fd1 (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF). / O principal objetivo deste trabalho consiste em desenvolver um procedimento para problemas multiescala usando o Método dos Elementos de Contorno (MEC) para determinar o módulo de Young efetivo de um Ferro Fundido Nodular GGG-40. Todas as rotinas foram escritas usando o MEC como método numérico, devido a suas principais caracteríscas as quais fazem com que seja uma ferramenta adequada para modelagem multiscala de materiais. Foram usados procedimentos completos para a caracterização das propriedades mecânicas do GGG-40. Procedimentos de Microtomografia e Micro-indentação (dureza Vickers) também foram usados para determinar a morfologia dos nódulos de grafita e o módulo de Young, respectivamente. Para o procedimento de homogeneização foram analisados vários modelos em 2D e 3D, considerando a gemetria real e sintética dos nódulos de grafita. A malha do MEC foi gerada através das imagens adquiridas por microtomogragia computarizada por Raios X, o que permitiu modelar a morfologia real dos nódulos de grapita. O módulo de Young efetivo obtido através do procedimento de homogenização para cada modelo foi comparado com os obtidos por ensaio de tração. Finalmente, a metodologia proposta foi adaptada para homogenização multiescala para problemas de viscoelasticidade. Para efeito de comparação e validação foram usados dados reportados em literatura. A análise multiescala acoplada ao MEC mostrou ser uma metodologia numérica eficiente para problemas de micromecânica de materiais heterogêneos. / The main goal of this work relies on developing a novel for multiscale methodology using the Boundary element Method (BEM) for determining the effective Young’s modules of a GGG-40 Nodular Cast Iron (NCI). All routines were written using the BEM as numerical method, due to its main features that makes this a suitable tool for modeling multiscale materials. Full experimental procedures for characterizing the mechanical properties were used for GGG-40. Computational X-ray Microtomography (Micro-CT) and Microindentation (Vickers Hardness) tests were also used to determine the morphology of the graphite’s nodules and the Yong’s module, respectively. For the homogenization procedure several models, such as 2D and 3D, considering the real and synthetic geometry of the graphite´s nodules were analyzed. The resulted effective young’s modules from each one were compared. The BEM mesh was generated through the images acquired by Micro-CT, which allowed modeling the real morphology of the graphite’s nodule. The effective Young’s modules obtained through a homogenization procedure for each model were compared with those obtained from tensile tests. Finally, the purposed methodology herein was adapted for a multiscale homogenization for viscoelasticity problems. Geometric data parameters reported in the literature were used for comparison and validation. The multiscale analysis coupled with the BEM showed to be an efficient numerical methodology for micro mechanical problems of heterogeneous materials.

Geólogo / Dentro de la mina El Teniente se producen sismos de magnitud Mw entre -2 y +2, en su mayoría inducidos por la explotación minera, y con mayor concentración en las unidades intrusivas félsicas. Dicha concentración se debería a un contraste de rigidez entre ellas y la roca de caja, a escala de macizo rocoso. En este estudio se busca asociar variables petrográficas con la rigidez a escala de probeta (E, Módulo de Young) de las distintas unidades del yacimiento. Además, se busca establecer diferencias con rocas porfídicas no pertenecientes al interior del yacimiento, que puedan tener menor alteración, mineralización y estructuras. Se cuenta con un total de 35 muestras con sección delgada y resultados de ensayos geotécnicos. De ellas, 17 fueron sometidas a ensayos de compresión uniaxial simple (CUS) en el marco de este trabajo, mientras que las 18 restantes fueron sometidas previamente a ensayos CUS y de compresión triaxial. Las secciones delgadas se confeccionaron a partir de las muestras ya ensayadas, y se realizó una descripción petrográfica de ellas. El Módulo de Young de las muestras varía aproximadamente entre 25 y 99 GPa. Este parámetro tiene una relación directa con la densidad, la resistencia a la compresión uniaxial, y aumenta en rocas cristal-soportadas (al considerar la textura glomeroporfídica como un soporte de cristales). También se estableció una relación inversa entre el tamaño del cristal más grande en muestras matriz-soportadas (usualmente plagioclasa, o biotita, de hasta 6 mm) con el Módulo de Young. Es decir, a mayor tamaño máximo de cristal, menor Módulo de Young. Esto puede deberse a una redistribución de esfuerzos al interior de la roca, generándose una anisotropía por la razón largo/ancho mayor a 2 de estos cristales. Las muestras del exterior del yacimiento no mostraron grandes diferencias con respecto a las del interior: tienen alteración (regional, calcita-epidota; o hidrotermal, sericita-clorita-opacos), y mineralización metálica de hasta un 5%, incluyendo esfalerita, magnetita, pirita, calcopirita y en algunos casos bornita. La diferencia que sí fue notoria, es la menor densidad de estructuras (vetillas, fracturas, etc.), lo que permitió obtener rupturas por matriz, como se buscaba. Este estudio no fue determinante sobre la mayor rigidez de los intrusivos félsicos. Sin embargo, se establecieron variables petrográficas que afectan los parámetros geotécnicos, tanto para las unidades intrusivas como para la roca caja. Por lo anterior, se recomienda sectorizar volumétricamente las rocas de El Teniente en función del soporte, el tamaño máximo de cristales, entre otros.

Neste trabalho apresentamos resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e para mudanças na magnetostricção de saturação \'\'lamda\'IND.s\' em ligas amorfas ricas em cobalto na forma de fita. Estas ligas tem baixa magnetostricção (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lamda\'IND.s\', \'\'lamda\'IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). Também estudamos algumas propriedades magnéticas de fios amorfos de alta magnetostricção (+35.0 x \'10 POT.-6\'). As ligas amorfas que tem \'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' 0 foram produzidas usando a técnica de Melt-Spinning. Para a caracterização magnética varias técnicas experimentais foram utilizadas. Determinamos \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' e a curva de histereses das ligas estudadas. Usando uma maquina Instron determinamos o modulo de Young de algumas ligas. O trabalho é dividido em duas partes: Na primeira verificamos as correlações entre a derivada de \'\'lambda\' IND.s\' e a tensão aplicada, d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e o modulo de Young Y. Observamos que os valores obtidos para d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10\'), concordam com resultados da literatura e independem da amplitude de \'\'lambda\' IND.s\'. O procedimento de medida do modulo de Young em fitas delgadas é discutido em detalhes e os resultados obtidos para esta grandeza (\'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²), comparados com d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e Y. Na segunda parte do trabalho apresentamos uma serie extensa de resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e mudanças na magnetostricção \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' em amostras brutas de fusão e pré-tratadas da liga \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', provocadas por tratamentos térmicos. Analisamos teoricamente estes resultados usando a teoria micromagnetica de Kronmuller, baseada na distribuição de sistemas de dois níveis. O ajuste de dados experimentais de \'K IND.ind.\' a esta teoria demonstrou que a parte irreversível dos processos de relaxação é eliminada rapidamente. Assim os resultados são descritos por espectros de energia de ativação dos processos reversíveis, caracterizados por um tempo de relaxação reversível \'\'tau\' IND.R\'. Segundo o modelo de Fahnle e colaboradores deve-se esperar que macroscopicamente exista proporcionalidade entre \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda \'IND.s\' Usando estes argumentos foi possível ajustar os dados experimentais para \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' pela mesma expressoa analítica desenvolvida por Kronmuller para \'K IND.ind.\' Da mesma forma que para as anisotropias induzidas, o ajuste do modelo aos dados de \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' é muito bom. Obtivemos espetros de energias de ativação dos processos de relaxação similares em todos os ajustes realizados. Observamos que diferentes tipos de tratamentos térmicos provocaram diferentes cinéticas e amplitudes para \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' Usando argumentos simples foi possível interpretar qualitativamente muito bem as diferenças observadas. A biestabilidade em fios amorfos produzidos por In-Rotating-Water-Spinning foi estudada. Verificamos que o campo critico de nucleação H* destes fios depende fortemente do comprimento destes fios e que o calculo correto do fator desmagnetizante dos fios é muito importante na interpretação de resultados para a dependência de H* com tensões mecânicas aplicadas. / In this work we show results on induced anisotropy \'K IND.ind.\' and changes in the saturation magnetostriction \'\'lambda\' IND.s\' for amorphous cobalt-rich ribbons. These alloys present low \'\'lambda\' IND.s\' values (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lambda\' IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). We studied also magnetic properties of high magnetostriction amorphous wires (\'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' +35.0 x \'10 POT.-6\'). The low magnetostriction samples were produced by the Melt-Spinning technique. We have measured \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' and the hysteresis loops of the studied samples. We also used an Instron apparatus to measure the Young modulus of some of them. This work has two parts: In the first one we studied the correlation between the stress dependence of \'\'lambda\' IND.s\', d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' and the Young Modulus Y. Our experimental values obtained for d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lamda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10) agree with the results in the literature and show no dependence with respect to the \'\'lambda\' IND.s\' amplitudes. We discuss in detail the experimental procedure used to measure the Young modulus values in thin ribbons. The results (Y \'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²) were compared to d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', and no correlation between them was found. In the second part we show an extensive work about \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' in as-cast and pre-annealed amorphous ribbons of \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', during heat treatment annealing. A micromagnetic theory based on two-level systems developed by Kronmuller was used to analyze the experimental data of \'K IND.ind. and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. We observed that the irreversible part of the relaxation processes was short lived. So, only the activation energy spectra associated to the reversible relaxation time \'\'tau\' IND.r\' was responsible for the description of the results. According to the model developed by Fahnle et al. a proportionality between bulk \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' may be expected. Using these argument it was possible to adjust the experimental data for \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' to the same analytical expression developed by Kronmuller for \'K IND.ind.\'. In the same way as for the induced anisotropy the fit of the \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' data to the Kronmuller model is very good. Similar activation energy spectra of the relaxation processes were obtained in all the fits. We observed that different types of heat treatment induce different types of kinetics and amplitudes for \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. With simple arguments it was possible to elucidate very well (in a quantitative mode) the observed differences. The bi-stability in amorphous wires produced by In-Rotating-Water-Spinning was studied. We observed that the nucleation switching field H* of these wires were largely dependent on the length of the wires and that the correct calculation of the demagnetization factor is very important for the understanding of these results showing the dependence between H* and the applied mechanical stresses.

Neste trabalho apresentamos resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e para mudanças na magnetostricção de saturação \'\'lamda\'IND.s\' em ligas amorfas ricas em cobalto na forma de fita. Estas ligas tem baixa magnetostricção (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lamda\'IND.s\', \'\'lamda\'IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). Também estudamos algumas propriedades magnéticas de fios amorfos de alta magnetostricção (+35.0 x \'10 POT.-6\'). As ligas amorfas que tem \'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' 0 foram produzidas usando a técnica de Melt-Spinning. Para a caracterização magnética varias técnicas experimentais foram utilizadas. Determinamos \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' e a curva de histereses das ligas estudadas. Usando uma maquina Instron determinamos o modulo de Young de algumas ligas. O trabalho é dividido em duas partes: Na primeira verificamos as correlações entre a derivada de \'\'lambda\' IND.s\' e a tensão aplicada, d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e o modulo de Young Y. Observamos que os valores obtidos para d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10\'), concordam com resultados da literatura e independem da amplitude de \'\'lambda\' IND.s\'. O procedimento de medida do modulo de Young em fitas delgadas é discutido em detalhes e os resultados obtidos para esta grandeza (\'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²), comparados com d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' e Y. Na segunda parte do trabalho apresentamos uma serie extensa de resultados para anisotropia induzida \'K IND.ind.\' e mudanças na magnetostricção \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' em amostras brutas de fusão e pré-tratadas da liga \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', provocadas por tratamentos térmicos. Analisamos teoricamente estes resultados usando a teoria micromagnetica de Kronmuller, baseada na distribuição de sistemas de dois níveis. O ajuste de dados experimentais de \'K IND.ind.\' a esta teoria demonstrou que a parte irreversível dos processos de relaxação é eliminada rapidamente. Assim os resultados são descritos por espectros de energia de ativação dos processos reversíveis, caracterizados por um tempo de relaxação reversível \'\'tau\' IND.R\'. Segundo o modelo de Fahnle e colaboradores deve-se esperar que macroscopicamente exista proporcionalidade entre \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda \'IND.s\' Usando estes argumentos foi possível ajustar os dados experimentais para \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' pela mesma expressoa analítica desenvolvida por Kronmuller para \'K IND.ind.\' Da mesma forma que para as anisotropias induzidas, o ajuste do modelo aos dados de \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' é muito bom. Obtivemos espetros de energias de ativação dos processos de relaxação similares em todos os ajustes realizados. Observamos que diferentes tipos de tratamentos térmicos provocaram diferentes cinéticas e amplitudes para \'K IND.ind.\' e \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' Usando argumentos simples foi possível interpretar qualitativamente muito bem as diferenças observadas. A biestabilidade em fios amorfos produzidos por In-Rotating-Water-Spinning foi estudada. Verificamos que o campo critico de nucleação H* destes fios depende fortemente do comprimento destes fios e que o calculo correto do fator desmagnetizante dos fios é muito importante na interpretação de resultados para a dependência de H* com tensões mecânicas aplicadas. / In this work we show results on induced anisotropy \'K IND.ind.\' and changes in the saturation magnetostriction \'\'lambda\' IND.s\' for amorphous cobalt-rich ribbons. These alloys present low \'\'lambda\' IND.s\' values (-0.5 x \'10 POT.-6\' < \'\'lambda\' IND.s\' < +0.5 x \'10 POT.-6\'). We studied also magnetic properties of high magnetostriction amorphous wires (\'\'lambda\' IND.s\' \'SEMELHANTE A\' +35.0 x \'10 POT.-6\'). The low magnetostriction samples were produced by the Melt-Spinning technique. We have measured \'M IND.s\', \'T IND.c\', \'\'lambda\' IND.s\' and the hysteresis loops of the studied samples. We also used an Instron apparatus to measure the Young modulus of some of them. This work has two parts: In the first one we studied the correlation between the stress dependence of \'\'lambda\' IND.s\', d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' and the Young Modulus Y. Our experimental values obtained for d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\' (-0.7 x \'10 POT.-10\' < d\'\'lamda\' IND.s\'/d\'sigma\' < -2.3 x \'10 POT.-10) agree with the results in the literature and show no dependence with respect to the \'\'lambda\' IND.s\' amplitudes. We discuss in detail the experimental procedure used to measure the Young modulus values in thin ribbons. The results (Y \'SEMELHANTE A\' 90 - 130 kN/mm²) were compared to d\'\'lambda\' IND.s\'/d\'sigma\', and no correlation between them was found. In the second part we show an extensive work about \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' in as-cast and pre-annealed amorphous ribbons of \'Co IND.70.4\'\'Fe IND.4.6\'\'Si IND.15\'\'B IND.10\', during heat treatment annealing. A micromagnetic theory based on two-level systems developed by Kronmuller was used to analyze the experimental data of \'K IND.ind. and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. We observed that the irreversible part of the relaxation processes was short lived. So, only the activation energy spectra associated to the reversible relaxation time \'\'tau\' IND.r\' was responsible for the description of the results. According to the model developed by Fahnle et al. a proportionality between bulk \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' may be expected. Using these argument it was possible to adjust the experimental data for \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' to the same analytical expression developed by Kronmuller for \'K IND.ind.\'. In the same way as for the induced anisotropy the fit of the \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\' data to the Kronmuller model is very good. Similar activation energy spectra of the relaxation processes were obtained in all the fits. We observed that different types of heat treatment induce different types of kinetics and amplitudes for \'K IND.ind.\' and \'delta\'\'\'lambda\' IND.s\'. With simple arguments it was possible to elucidate very well (in a quantitative mode) the observed differences. The bi-stability in amorphous wires produced by In-Rotating-Water-Spinning was studied. We observed that the nucleation switching field H* of these wires were largely dependent on the length of the wires and that the correct calculation of the demagnetization factor is very important for the understanding of these results showing the dependence between H* and the applied mechanical stresses.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2015-04-11T13:47:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Raiker.pdf: 5711767 bytes, checksum: 923a4fb4fc3a8c33ec43c88a1b51447a (MD5) Previous issue date: 2013-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for new materials is of vital importance to the civil construction industry in the state of Amazonas, due the lacking of aggregate material in this region. In this work we studied the mechanical properties of two new materials to be used as aggregates in pavement construction: the ASAC (sintered calcinated clay aggregates) and Açaí seed, with the perspective of sustainable use of our natural resources of raw. We performed two kind of experiment to obtain the mechanical properties of these materials: the laboratory real experiment and its simulation by Molecular Dynamics (MD). In laboratory we characterized physically both materials. From the unconfined compression test of the grains of each material, we obtained their Young Modulus, and from the confined compression test of a cylindrical sample of each material we obtained the spectrum of tension strength as a function of the deformation. In the Molecular Dynamics simulation we used a constitutive viscoelastic model to represent the interactions between the grains of the studied materials, which depend on their Young Modulus. We conducted the theoretical experiment (MD) of the confined compression test to obtain the tension strength as a function of the deformation. From the fitting of the results of the theoretical experiment to the real experiment results we obtained the Young Modulus for both materials, which are in good agreement with the results obtained from the unconfined compression test for the grains of ASAC and seeds of Açaí. / A busca por novos materiais é de importância vital para a indústria da construção civil no estado do Amazonas, devido à falta de material agregado nesta região. Neste trabalho estudamos as propriedades mecânicas de novos materiais para serem usados como agregados na construção de pavimentos: o ASAC (Agregados Sinterizados de Argila Calcinada) e caroço de Açaí, com a perspectiva de uso sustentável de nossas fontes naturais de matéria prima. Desenvolvemos dois tipos de experimentos para obtermos as propriedades mecânicas desses materiais: o experimento real em laboratório e a sua simulação por Dinâmica Molecular (DM). No laboratório caracterizamos fisicamente ambos os materiais. A partir do teste de compressão não confinada dos grãos de cada material, obtivemos os seus Módulos de Young, e do teste de compressão confinada de uma amostra cilíndrica de cada material, obtivemos o espectro da resistência à tensão como função da deformação. A partir do ajustamento dos resultados da experiência teórica aos resultados da experiência real obtivemos os Módulos de Young de ambos os materiais, que estão em boa concordância com os resultados obtidos do teste de compressão não confinada para os grãos de ASAC e os caroços de Açaí

O conhecimento da resistência ao dano por choque térmico de materiais refratários é uma das características mais importantes para determinar seu desempenho em muitas aplicações, pois quando os refratários são submetidos a abruptas e severas variações de temperatura, estes podem sofrer danos. A resistência ao dano por choque térmico de um material pode variar com o tamanho de grão, com o tipo e valor da tensão, com a taxa de carregamento e com outras condições de aplicação da tensão, ou seja, não é uma propriedade intrínseca do material. Os métodos correntemente utilizados para prever o comportamento da resistência ao dano por choque térmico são baseados nos trabalhos de Hasselman, responsável pelo estudo da determinação dos parâmetros de resistência ao choque térmico, R (oC), o parâmetro de resistência ao dano por choque térmico R\'\'\'\' (m), e o parâmetro de estabilidade da trinca sob tensão térmica Rst (m1/2.oC). As equações previstas por ele levam em consideração o módulo de Young, o módulo de ruptura, a energia de fratura e o coeficiente de expansão térmica do material a ser analisado. A resistência ao dano por choque térmico pode ser avaliada por meio de ciclos térmicos, isto é, sucessivos testes de aquecimento e subseqüente resfriamento, com análise da queda do módulo de Young a cada ciclo. Para prever e avaliar a resistência ao dano por choque térmico, amostras de um concreto refratário comercial fornecido pela IBAR (Indústrias Brasileiras de Artigos Refratários), foram sinterizadas a 1000ºC e 1450ºC por cinco horas. Essas temperaturas foram definidas em virtude de o concreto em questão apresentar agregados de andaluzita, que sofrem mulitização após 1280ºC. Logo esse concreto exibe um comportamento distinto em função da temperatura de tratamento térmico, pois seu agregado pode se transformar em mulita e sílica. Para esse estudo, amostras prismáticas sinterizadas a 1000ºC e 1450ºC, foram submetidas a ciclos de choque térmico, permanecendo 20 minutos no forno com temperatura de 1000ºC e subseqüente resfriamento em água circulante a 25ºC. Também foram realizadas análises de porosidade aparente, de absorção de água, de massa específica aparente, de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Foi verificado que os parâmetros de Hasselman previram que o refratário sinterizado a 1450ºC apresentaria menor resistência ao choque térmico, previsão esta confirmada pelos testes experimentais. Sendo assim é importante avaliar o comportamento do concreto refratário desde a temperatura ambiente até a temperatura de trabalho, a fim de que se conheçam todas as mudanças envolvidas, e que sejam evitados problemas que possam gerar prejuízos na instalação industrial e ao processo pertinente à sua aplicação. / The thermal shock resistance of refractory materials is one of the most important characteristics that determine their performance in many applications, since abrupt and drastic differences in temperature can damage them. A material1s thermal shock resistance may vary according to grain size, the type and intensity of the stress to which it is subjected, the loading rate, and other loading conditions; hence, this resistance is not an intrinsic property of the material. The method currently employed to predict thermal shock behavior is based on the work of Hasselman, whose studies involved the determination of the parameters of thermal shock resistance, R (ºC), thermal shock damage resistance, R\"\" (m), and thermal stress crack stability, Rst (m1/2.ºC). Hasselman\'s equations take into consideration Young\'s modulus, the modulus of rupture, the energy at fracture and the coefficient of thermal expansion of the material under analysis. Resistance to thermal shock damage can be evaluated based on thermal cycles, i.e., successive heating and cooling cycles followed by an analysis of the drop in Young\'s modulus occurring in each cycle. In the present study, samples of a commercial refractory produced by IBAR (Indústrias Brasileiras de Artigos Refratários) were sintered at 1000ºC and 1450ºC for 5 hours to predict and evaluate their thermal shock resistance. These temperatures were chosen because this refractory contains andalusite aggregates that become mullitized at temperatures above 1280ºC. Therefore, this castable displays a particular behavior as a function of the heat treatment temperature, since its aggregates can transform into mullite and silica. In this study, prismatic samples from each sintering temperature were subjected to thermal shock cycles, soaking in the furnace for 20 minutes at a temperature of 1000ºC, and subsequent cooling in circulating water at 25ºC. Apparent porosity, water absorption, apparent density, X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses were also performed. It was found that Hasselman\'s parameters predicted that the refractory sintered at 1450ºC would show lower thermal shock resistance than the refractory sintered at 1000ºC, a prediction that was confirmed by the results of the thermal shock tests. Hence, is important to evaluate the behavior of refractory castables from ambient temperature to working temperature in order to be aware of all the changes that occur, thus avoiding problems leading to losses in industrial installations and in the processes involved in the specific applications of these refractories.

O conhecimento da resistência ao dano por choque térmico de materiais refratários é uma das características mais importantes para determinar seu desempenho em muitas aplicações, pois quando os refratários são submetidos a abruptas e severas variações de temperatura, estes podem sofrer danos. A resistência ao dano por choque térmico de um material pode variar com o tamanho de grão, com o tipo e valor da tensão, com a taxa de carregamento e com outras condições de aplicação da tensão, ou seja, não é uma propriedade intrínseca do material. Os métodos correntemente utilizados para prever o comportamento da resistência ao dano por choque térmico são baseados nos trabalhos de Hasselman, responsável pelo estudo da determinação dos parâmetros de resistência ao choque térmico, R (oC), o parâmetro de resistência ao dano por choque térmico R\'\'\'\' (m), e o parâmetro de estabilidade da trinca sob tensão térmica Rst (m1/2.oC). As equações previstas por ele levam em consideração o módulo de Young, o módulo de ruptura, a energia de fratura e o coeficiente de expansão térmica do material a ser analisado. A resistência ao dano por choque térmico pode ser avaliada por meio de ciclos térmicos, isto é, sucessivos testes de aquecimento e subseqüente resfriamento, com análise da queda do módulo de Young a cada ciclo. Para prever e avaliar a resistência ao dano por choque térmico, amostras de um concreto refratário comercial fornecido pela IBAR (Indústrias Brasileiras de Artigos Refratários), foram sinterizadas a 1000ºC e 1450ºC por cinco horas. Essas temperaturas foram definidas em virtude de o concreto em questão apresentar agregados de andaluzita, que sofrem mulitização após 1280ºC. Logo esse concreto exibe um comportamento distinto em função da temperatura de tratamento térmico, pois seu agregado pode se transformar em mulita e sílica. Para esse estudo, amostras prismáticas sinterizadas a 1000ºC e 1450ºC, foram submetidas a ciclos de choque térmico, permanecendo 20 minutos no forno com temperatura de 1000ºC e subseqüente resfriamento em água circulante a 25ºC. Também foram realizadas análises de porosidade aparente, de absorção de água, de massa específica aparente, de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Foi verificado que os parâmetros de Hasselman previram que o refratário sinterizado a 1450ºC apresentaria menor resistência ao choque térmico, previsão esta confirmada pelos testes experimentais. Sendo assim é importante avaliar o comportamento do concreto refratário desde a temperatura ambiente até a temperatura de trabalho, a fim de que se conheçam todas as mudanças envolvidas, e que sejam evitados problemas que possam gerar prejuízos na instalação industrial e ao processo pertinente à sua aplicação. / The thermal shock resistance of refractory materials is one of the most important characteristics that determine their performance in many applications, since abrupt and drastic differences in temperature can damage them. A material1s thermal shock resistance may vary according to grain size, the type and intensity of the stress to which it is subjected, the loading rate, and other loading conditions; hence, this resistance is not an intrinsic property of the material. The method currently employed to predict thermal shock behavior is based on the work of Hasselman, whose studies involved the determination of the parameters of thermal shock resistance, R (ºC), thermal shock damage resistance, R\"\" (m), and thermal stress crack stability, Rst (m1/2.ºC). Hasselman\'s equations take into consideration Young\'s modulus, the modulus of rupture, the energy at fracture and the coefficient of thermal expansion of the material under analysis. Resistance to thermal shock damage can be evaluated based on thermal cycles, i.e., successive heating and cooling cycles followed by an analysis of the drop in Young\'s modulus occurring in each cycle. In the present study, samples of a commercial refractory produced by IBAR (Indústrias Brasileiras de Artigos Refratários) were sintered at 1000ºC and 1450ºC for 5 hours to predict and evaluate their thermal shock resistance. These temperatures were chosen because this refractory contains andalusite aggregates that become mullitized at temperatures above 1280ºC. Therefore, this castable displays a particular behavior as a function of the heat treatment temperature, since its aggregates can transform into mullite and silica. In this study, prismatic samples from each sintering temperature were subjected to thermal shock cycles, soaking in the furnace for 20 minutes at a temperature of 1000ºC, and subsequent cooling in circulating water at 25ºC. Apparent porosity, water absorption, apparent density, X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses were also performed. It was found that Hasselman\'s parameters predicted that the refractory sintered at 1450ºC would show lower thermal shock resistance than the refractory sintered at 1000ºC, a prediction that was confirmed by the results of the thermal shock tests. Hence, is important to evaluate the behavior of refractory castables from ambient temperature to working temperature in order to be aware of all the changes that occur, thus avoiding problems leading to losses in industrial installations and in the processes involved in the specific applications of these refractories.

Ossos trabeculares possuem uma microestrutura porosa e podem ser modelados como um sólido elástico linear, heterogêneo e anisotrópico. A microtomografia tridimensional por raios-x (&#956CT) tem sido mundialmente utilizada para a caracterização de osso trabecular em pesquisas relacionadas à qualidade óssea e a doenças do metabolismo ósseo como a osteoporose. Na literatura existem poucas investigações sobre a influência de diferentes subvolumes amostrais na caracterização de propriedades mecânicas de osso trabecular humano através de &#956CT e ensaio mecânico computacional pelo método de Elementos Finitos. Nesta investigação doze vértebras humanas da região lombar foram utilizadas para a caracterização das propriedades mecânicas do osso trabecular através de &#956CT e modelagem computacional por elementos finitos. Uma amostra cúbica virtual com 18,5 mm de lado foi extraída de cada vértebra e quatro cubos menores centrais foram obtidos a partir dela com reduções de 20%, 40%, 60%, 80% do volume original de cada cubo. A abordagem Direct Mechanics por meio de análise de elementos finitos foi realizada através do Software FAIM (v6.0, Numerics88 Solutions Ltd). Os valores médios nas três direções principais de carregamento para os módulos de Young, Poisson e Torção obtidos foram, respectivamente, E1 = 294 MPa , E2 = 258 MPa , E3 = 153 MPa, G23 = 86 MPa, G31 = 103 MPa, G12 = 100 MPa, v21 = 0,121, v31 = 0,076, v12 = 0,137, v32 = 0,077, v13 = 0,141 e v23 = 0,140. O teste estatístico de Kruskal - Wallis ANOVA fator único foi aplicado com os procedimentos de comparação aos pares (teste de Tukey) mostrou que E1 &#8800 E3, E2 &#8800 E3 e E1 = E2. Isso indica que há a tendência para duas direções diferentes de carregamento mecânico nas amostras de osso trabecular das vértebras humanas analisadas, caracterizando uma simetria transversalmente isotrópica. Entretanto, os autovalores da matriz M (tensor anisotropia) expressaram uma tendência da microestrutura trabecular das vértebras humanas para a simetria ortotrópica, mostrando que a análise do fabric não classifica adequadamente a simetria da estrutura. A avaliação dos parâmetros microestruturais mostrou a tendência de um aumento do grau de conectividade das trabéculas a medida que ocorre uma redução dos subvolumes analisados (100% para 20% ou em milímetros de 18,5 para 3,7) acompanhado de um acréscimo dos valores da fração de volume ósseo. Esta tendência reforça a ideia de analisar-se as possíveis variações dos parâmetros morfométricos e mecânicos em domínios específicos. Em outras palavras, uma avaliação local com a escolha de volumes menores dos parâmetros microestruturais fração de volume, conectividade, espessura trabecular, separação trabecular, número trabecular e parâmetros mecânicos (Módulos de Young, Poisson e Torção) podem melhorar o prognóstico da resistência óssea, a qual prediz o risco de fratura de estruturas de osso esponjoso com precisão. Quando as propriedades mecânicas estão associadas com informações microestruturais por &#956CT são gerados mais parâmetros para se avaliar a qualidade óssea no diagnóstico de doenças do metabolismo ósseo. Portanto, a microtomografia de raios-X e análise de elementos finitos oferecem uma técnica não-invasiva com grande potencial para a avaliação da qualidade óssea. / Trabecular bone structures have a porous microstructure and can be modeled as linear elastic solid with a heterogeneous and anisotropic structure. The X-ray microtomography (&#956CT) has been used worldwide for the characterization of trabecular bone and its relationship with bone quality in metabolism diseases such as osteoporosis. In the literature there are few investigations regarding the influence of trabecular samples subvolumes in the assessment of microstructure and mechanical properties using &#956CT and finite element analysis. In this investigation twelve human vertebraes were used for the characterization of mechanical properties of trabecular bone using CT and computational modeling by finite elements. A cube sample with 18.5 mm sides was computationally extracted from each vertebrae and four smaller central cubes were obtained from it, with a 20%, 40%, 60%, 80% reduction from the original volume. The Direct Mechanics approach by finite element analysis was performed through the FAIM Software (v6.0, Numerics88 Solutions Ltd.). The mean values on three main directions of loading for Youngs Modulus, Poissons Modulus and Shears Modulus, were: E1 = 294 MPa , E2 = 258 MPa , E3 = 153 MPa G23 = 86 MPa, G31 = 103 MPa e G12 = 100 MPa, v21 = 0,121, v31 = 0,076, v12 = 0,137, v32 = 0,077, v13 = 0,141 e v23 = 0,140. The Kruskal-Wallis One Way Analysis of Variance on Ranks was applied with pairwise multiple comparison procedures (Tukey Test) showing that E1 &#8800 E3, E2 &#8800 E3 e E1 = E2. This indicates that there are two different main directions of loading on the trabecular bone samples of human vertebrae which is related to a transversely isotropic symmetry. However the eigenvalues of the matrix M (tensor anisotropy) expressed a tendency to orthotropic symmetry of the trabecular microstructure of human vertebrae, showing that the fabric assumption does not adequately classify the symmetry of the structure. The assessment of microstructural properties showed a tendency to increase the connectivity of the trabeculae with the reduction of the analyzed subvolumes (100% to 20% or 18.5 mm to 3.7 mm) as well as an increase of the bone volume fraction values. Those results highlight the idea that mechanical properties are better described in local regions. In other words, a local assessment of the microstructure parameters volume fraction, connectivity, trabecular thickness, trabecular separation, trabecular number and mechanical parameters (Youngs Modulus, Poissons Modulus and Shears Modulus) can improve the prediction of bone strength, which predicts the risk of cancellous bone fracture accurately. When the mechanical properties are associated with microstructural information more bone quality parameters are generated for the diagnosis of bone metabolism diseases and they can predict the fracture risk of cancellous bone structures with higher accuracy. Therefore, the X-ray microtomography and finite element analysis offer a non-invasive technique with great potential for the assessment of bone quality.