Orientador: Nivaldo Lemos Coppini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T15:32:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_JoaoRoberto_D.pdf: 13698717 bytes, checksum: dcd96d9502c2709cdbe86df87d4f36c7 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho apresenta como introdução algumas propriedades dos compósitos reforçados com fibras de carbono (RFC), relacionados com sua composição, processo de fabricação, propriedades mecânicas, e aplicações. Em seguida, apresenta-se os resultados experimentais do torneamento de três compósitos: resina fenólica reforçada com fibras de carbono (i) picada; (ii) bobinada; e (iii) carbono reforçado com fibras de carbono. Durante os ensaios observou-se o desempenho de diversos materiais de ferramentas, tais como: metais duros, cerâmicas, nitreto de boro cúbico (PCBN), e diamante (PCD). Com as ferramentas de metal duro e PCD, observou-se em diferentes velocidades de corte, avanço, e profundidade de usinagem, o comportamento do desgaste da ferramenta e da rugosidade da peça. Nos testes foram medidos e analisados os desgastes e avarias das ferramentas, as forças de corte e avanço e a potência elétrica do motor da máquina. Os resultados deste trabalho mostram que somente o PCD pode assegurar um bom acabamento superficial. Em operação de desbaste, a escolha da ferramenta deve ser analisada segundo uma relação de custo/beneficio para cada compósito. Constata-se também, que existe uma grande influência da composição do compósito RFC sobre a usinabilidade, e que as condições de segurança do operador e da máquina são cruciais para viabilizara usinagem destes materiais / Abstract: This work shows, as introduction, some properties of Carbon Fiber Reinforced Composites (CFRC) related with its composition, fabrication process, mechanical properties and main applications. After, this work presents experimental results, where tuming tests were carried out to study some aspects of the machinability in the following kinds of composites: (i) chopped and (ii) winding carbon fiber reinforced phenolic resin; and (iii) carbon fiber reinforced carbon composites. During the experiments, the performance of different tool materials like ceramics, cemented carbide, cubic boron nitride (pCBN), and diamond (PCD) were observed. For the cemented carbide and PCD tools, various trials in different cutting speeds and feed rates were carried out, and the influence of the cutting conditions on tool wear and workpiece surface roughness was investigated. During the tests the tool wear was measured, and the machining forces, as well as the engine main motor electric power were monitored. Experimental results showed that only PCD tools are suitable for use in finishing tuming. In rough turning, a benefit/cost analysis was accomplished for tool choice and for each composite. This work shows that there is a strong influence of the composite composition on the machinability parameters, and that the suitable workshop environmnent for CFRC machining is crucial to machine tool and operator safety / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Rubens Caram, Sergio Gama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T01:32:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_AnaPaulaRosifini_D.pdf: 14519729 bytes, checksum: ae1635a36b25e182b6f7d4662144640a (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: o emprego de ligas eutéticas solidificadas direcionalmente constitui uma alternativa interessante na construção de dispositivos e equipamentos para operar em temperaturas acima de '1000 GRAUS'. Um sistema com potencial na obtenção desses materiais estruturais é o eutético formado pelos elementos Al e Nb e que exibe as fases 'NB IND.2' 'AL' e 'AL IND.3' 'NB'. A presente investigação teve como objetivo fundamental o estudo da microestrutura de solidificação de ligas Al-Nb, eutética e próximas à composição eutética. O trabalho envolveu a elaboração de experimentos associados à pceparação e crescimento direcional dessas ligas. Numa etapa seguinte, as amostras processadas tiveram suas microestruturas caracterizadas no tocante às condições de solidificação. Foram empregadas técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura, bem como de diftação de raios-x, para estudo da microestrutura cristalina, e de EDS, para determinação das composições em alguns pontos das amostras. Os resultados obtidos possibilitaram a compreensão do modo de solidificação das ligas estudadas, bem como da influênciada taxa de crescimento na microestutura de solidificação / Abstract: The manufacturing of devices to operate at high temperature requires the use of special materials, which are able to exhibit and maintain specific mechanical, physical and chemical characteristics, even beyond 'lOOO GRAUS'.The directionally solidification of eutectic alloys is a very promissor technique. It permits to produce in situ composites. The ternary systemsof Nb-Al- Ti and Nb-Al-Cr were studied by X-ray diffraction, EDS Electron Scanning Microscopy, Differential Thermal Analysis to determinate the chemical composition with specific eutectic structure. The Directional Solidification Bridgman Method was used to produce the eutectic alloys. The mechanical properties of these alloys were caracterized by hot compression and microhardness test. The oxidation resistance was also investigated. The results obtained in this work suggest that the alloys from systems Nb-Al-Ti and Nb-Al-Cr are able to work as composite materiaIs for high temperature / Doutorado / Materiais e Processos / Doutor em Engenharia Mecânica

Compósitos expandidos ou compósitos celulares reforçados com fibras vegetais são uma classe emergente de materiais que combinam boas propriedades mecânicas com densidade reduzida e capacidade superior de absorção de energia a impacto, isolamento térmico e acústico, quando comparados aos compósitos convencionais não expandidos. Os compósitos expandidos são constituídos basicamente de três fases, (1) a matriz polimérica, (2) o agente de reforço e (3) os espaços vazios no interior do compósito, que são denominados células. Nesse sentido, o presente estudo tem por objetivo o desenvolvimento de compósitos expandidos de poli(etileno-co-acetato de vinila) (EVA) reforçado com dois tipos de reforços de origem vegetal: a fibra de bananeira (FB) e o pó de madeira (PM), em diferentes concentrações e tamanhos de partícula. Inicialmente, foi avaliada a influência do tratamento alcalino em diferentes concentrações, nas propriedades térmicas (TGA), químicas (FTIR), físicas e morfológicas (MEV) da FB, e as propriedades mecânicas (rasgamento e tração) dos compósitos produzidos com a FB tratada. Para a produção dos compósitos expandidos, inicialmente, foi inserido na matriz do EVA o agente compatibilizante polietileno graftizado com anidrido maleico (PEgMA) em uma extrusora monorrosca. A FB, o PM e os aditivos foram incorporados ao EVA/PEgMA em um moinho de rolos, e o composto foi conformado e expandido por compressão em uma prensa térmica com moldes de volumes variados. Os compósitos expandidos foram avaliados quanto às propriedades físicas (densidade e absorção de água), mecânica (resistência ao rasgamento, resistência à compressão e dureza), térmica (TGA), química (FTIR) e morfológica (MEV e MO). Os resultados demonstraram que os compósitos expandidos apresentaram redução de densidade de 70 a 30%, de acordo com o molde utilizado no processo de expansão. O uso de ambos os reforços vegetais interferem na estrutura morfológica das células nos compósitos expandidos, promovendo a formação de células de tamanho e formato heterogêneo, compostas por células abertas e fechadas. Os reforços também atuam como agentes de nucleação na formação das células, proporcionando redução do tamanho e aumento na densidade das células com o aumento do teor de carga. A resistência ao rasgamento tende a diminuir com a diminuição da densidade e aumento do teor de carga, enquanto as propriedades mecânicas de resistência à compressão e dureza aumentam com o aumento do teor de carga. Em todos os compósitos desenvolvidos, na região da interface polímero-fibra, os compósitos apresentam regiões com boas e fracas propriedades de adesão. / Expanded composites or vegetable fiber-reinforced cell composites are a new emerging class of materials combining good mechanical properties of reduced density, having superior ability of energy absorption at impact, as well as thermal and acoustic isolation. Expanded composites are basically constituted of three phases, the polymeric matrix, the reinforcing agent and the void spaces in the interior of the composite, called cells. In this context, the present study aims at the development of expanded poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) composites reinforced with two kinds of vegetable fibers, banana fiber (BF) and wood flour (WF) at different concentrations and particle sizes. Initially the influence of sodium hydroxide-based (NaOH) alkaline treatment at different concentrations was evaluated as regards thermal (TGA), chemical (FTIR), physical and morphological (SEM) properties of BF as well as mechanical properties (tear and tensile) of the composites obtained from treated BF. For the production of the expanded composites initially the compatibilizing agent maleic anhydride grafted polyethylene (PEgMA) was inserted into the EVA matrix with the aid of a single screw extruder. The BF and WF fibers were incorporated into EVA/PEgMA using an open roll mill and the composite was shaped and expanded using a thermal press having variable volume dies. The expanded composites were evaluated as for physical (density, water absorption), mechanical (tear strength and hardness), thermal (TGA), chemical (FTIR) and morphological (SEM) properties. The results demonstrated that the expanded composites attained between 70 and 30% reduction in density according to the die utilized in the expansion process. The use of both fibers affect the morphological structure of cells in the composites, promoting the formation of heterogeneous structures made up of open and closed cells. Vegetable fibers work as nucleating agents in the formation of cells, providing size reduction and increased density of the cells as a result of the increased filler content. Mechanical properties of tear strength tend to diminish with reduced density and increased filler content, while mechanical properties of compression strength and hardness increase with increased filler content. In the polymer-fiber interface all composites exhibit some regions of good adhesion and other ones of poor adhesion between the matrix and the vegetable fiber.

Orientadores: Graciliano de Oliveira Neto, Elias A.G. Zagatto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-19T20:29:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mattos_IvanildoLuizde_D.pdf: 6933816 bytes, checksum: 7d7550ab1a1634e66893fbd0814c7bff (MD5) Previous issue date: 1994 / Doutorado

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T17:24:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270543.pdf: 8028732 bytes, checksum: b1a5d90814adf7fde631517a17d7cbe1 (MD5) / A análise do comportamento vibroacústico dos materiais compostos possui grande importância em função da aplicação destes materiais em vários produtos ou sistemas onde o quesito ruído é relevante. O foco principal de aplicação destes materiais é a fuselagem de aeronaves, pois existe uma tendência de substituição do alumínio por compósitos, tendo em vista várias vantagens como baixo peso e ótimas propriedades mecânicas. Painéis típicos aeronáuticos geralmente possuem vigas de reforço estrutural acopladas. Logo, o comportamento vibroacústico em relação à influência de vigas de reforço nos painéis pode ser analisado sob alguns pontos de vista, relativos a parâmetros como: eficiência de radiação, perda de transmissão, densidade modal e amortecimento estrutural dos painéis. Estes parâmetros podem ser determinados através de procedimentos experimentais, sendo assim utilizados como parâmetros de entrada em modelos baseados no método de análise estatística energética (SEA) e o método híbrido entre elementos finitos e SEA, conhecido por método híbrido FE-SEA. Estes apresentam grandes vantagens para altas frequências, pois são baseados na troca de energia entre os subsistemas. Dentre os parâmetros avaliados, o fator de perda por amortecimento é um parâmetro peculiar, sendo estimado exclusivamente por métodos experimentais. Dentre os inúmeros métodos disponíveis na literatura, dois destes foram analisados: método do decaimento e método da potência de entrada. Por fim, a comparação entre os resultados numéricos e experimentais é necessária para a validação dos métodos numéricos, sendo que os parâmetros vibroacústicos calculados podem ser utilizados para avaliar de forma eficaz o comportamento vibroacústico de um sistema. / The analysis of vibro-acoustic behavior of composites is importance due to the application of these materials in several products or systems where noise is relevant. The main focus of the application of these materials is in the airplane fuselage, because there is a tendency to substitute aluminum for composite to improve mechanical properties and reduce weight. The plane samples of typical aeronautics panels generally have structural reinforcement beams. However, the vibro-acoustic behavior in relation to the reinforcement panels influence can be analyzed in many ways, related to parameters such as radiation efficiency, transmission loss, modal density and structural damping of the panels. These parameters can be determined through experimental procedures, and thus used as input parameters in models based on the method of statistical energy analysis (SEA) and the hybrid method of finite elements and SEA, known as hybrid FE-SEA Method. These parameters present many advantages in the high frequency region, because they are based in energy changes between subsystems of a structure. For the parameters discussed, the damping loss factor is an unusual parameter, as it can only be estimated by experimental procedure. Out of the several methods discussed in literature, two of them were analyzed: the decay method and the power input method. Finally, a comparison between numerical and experimental results its necessary to validate the numerical models, and thus the calculated vibro-acoustics parameters can be utilized to evaluate efficiently the vibro-acoustic behavior of a system.

Orientador: Rodrigo Fernando Costa Marques / Resumo: A osteoporose é uma doença do tecido ósseo causada pela desregulação hormonal, que atinge uma grande parcela da população, principalmente mulheres pós-menopausa. Uma das principais consequências da osteoporose são fraturas, que ocorrem devido a diminuição da densidade óssea causada pela doença. Atualmente, busca-se uma maior eficácia em tratamentos, unificando a engenharia de tecidos e a liberação controlada de fármacos, em um sistema de drug delivery. Os compósitos são uma alternativa aos tratamentos atuais por unir em um só material as propriedades das cerâmicas e dos polímeros biodegradáveis, apresentando melhores características físicas, de biodegradabilidade e biocompatibilidade. A utilização de compósitos biocompatíveis e biodegradáveis na entrega de agentes osteogênicos, como fármacos, íons, proteínas ou sinalizadores celulares, tem se apresentado eficiente para utilização no tratamento de fraturas ósseas, com resultados positivos de osteoindução, osteintegração e reabsorção por parte do tecido, indicando o favorecimento da regeneração óssea. Desta maneira, a proposta deste trabalho foi o preparo de materiais compósitos cerâmico-polmérico para suporte de liberação controlada de agentes osteogênicos. Foram preparados compósitos de fosfato de cálcio na fase β e de copolímero Pluronic®, no qual incorporou-se íons cobalto, os fármacos alendronato ou o ranelato de estrôncio, para o estudo da liberação controlada destes agentes, visando o uso como enxerto ósseo no tratamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Orientador: Vicente Lopes Junior / Banca: Ricardo Tokio Higuti / Banca: Marcus Antônio Viana Duarte / Resumo: A crescente utilização de materiais compósitos nos projetos de engenharia tem trazido vários avanços, viabilizando e aperfeiçoando estruturas com características superiores que as encontradas nas ligas metálicas que são largamente utilizadas durante muitos anos e que atualmente estão sendo substituídas de forma parcial ou integral em aplicações onde se espera alto desempenho. A aplicação deste tipo de material tem sido significativa em vários segmentos de engenharia, como na área de transportes (aeronáutica, aeroespacial, naval, ferroviário, automobilística, etc.), construção civil, artigos esportivos, entre outras. Uma grande vantagem dos materiais compósitos é a possibilidade de compor, através da grande variedade de matrizes e reforços, um número ilimitado de combinações destes elementos, tornando cada combinação uma peça com características única, sendo capaz de atender necessidades específicas de cada projeto. Neste trabalho é proposto um método de detecção e localização de danos em compósitos que compõe a estrutura de uma fuselagem de avião, podendo ser utilizado independentemente da temperatura atuante no avião. O método é baseado nas ondas de Lamb e se caracteriza por ser um método não-destrutivo, NDE (do inglês Nondestructive Evaluation). Os testes experimentais foram realizados para diferentes condições de danos em uma faixa de temperatura que variou de -45°C a 105°C. Para a aplicação do sinal de atuação e para a aquisição dos sinais foram utilizados transdutores piezelétricos (PZT), que são indicados para este tipo aplicação por possuírem grande eficiência em altas frequências e por ser versátil, servindo tanto como atuador quanto sensor. Para auxiliar a detecção e localização automática dos danos na estrutura foi utilizada a técnica de Redes Neurais Artificiais que possuem ótima robustez e capacidade de generalização para isolar o efeito da temperatura na... / Abstract: The increasing use of composite materials has brought many beneficial advances for engineering design, improving structure features when comparing with traditional metallic alloys. Although these alloys has been used for centuries, in many applications composite materials are substituting them partially or completely. The use of this kind of materials has produced a great impact in several areas of engineering, as transportation (aeronautics, aerospace, naval, railroad, automobile, etc.), civil construction, sport equipments, etc. An important advantage of composite materials is the possibility of compose an unlimited number of combinations of this elements thought the wide variety of matrix and reinforcements. Each combination becomes a piece with unique characteristics, able to attend specific requirements in a project. In this study, a carbon fiber plate, material used as component of the fuselage in aircrafts, is used in the experimental tests for developing a damage identification and locating method that is able to be used during the flight. The method is based on Lamb waves and it is a non-destructive evaluation (NDE). The tests were done in different conditions for a temperature range from de -45oC to 105oC. The sensing and actuation were based on piezoelectric materials (PZT), which are a versatile smart material indicated to this work since it can be utilized either as actuator or as sensor and because is very efficient at high frequencies. The process automation is realized through the application of Artificial Neural Network, since this technique has optimum robustness and capability of generalization, which are important characteristics to achieve the objective / Mestre

Este trabalho focaliza a análise viscoelástica de estruturas laminadas em material compósito de matriz polimérica, propondo o emprego de métodos de inversão numérica da transformada de Laplace numa formulação adaptada ao método dos elementos finitos. Nesta abordagem alternativa, as equações constitutivas viscoelásticas, formuladas no plano complexo da variável de transformação 's', reduzem o problema a uma análise elástica equivalente. As soluções complexas são então retomadas ao plano fisico para o valor de tempo desejado, dispensando processos incrementais. Exemplos de aplicações são executados comparando-se os resultados do Método da Transformada de Laplace com o Método das Variáveis de Estado que trata o problema viscoelástico de forma incremental. / The viscoelastic analysis of laminated structures of polymeric matrix compsite materiais using Laplace transform is the objective of this work. The inverse of the Laplace transform is carried out using numerical methods adapted to a finite element method formulation. In this altemative aproach, as the constitutive equations are formulated on the complex plane in the transformation variable 's', the viscoelastic problem reduces to an equivalent elastic one. The complex solutions are then sent back to the physical plane for the desired time value, dispensing incremental processes. Examples of aplications compamng results obtained with the Laplace Transformation Method and the State Variables Method (that treats the viscoelastic problem in an incremental form) are presented.

Neste trabalho o comportamento estático e dinâmico (transiente) de cascas laminadas anisótropas, dotadas ou não de enrijecedores excêntricos, é investigado usando o método dos elementos finitos. São empregados elementos tridimensionais degenerados de cascas em conjunção com uma formulação Lagrangeana Total, resultando assim um modelo numérico que permite o tratamento de problemas com grandes deslocamentos e rotações, e pequenas deformações. São considerados os casos de material elástico linear e elasto-plástico com ou sem endurecimento. O modelo elasto-plástico baseia-se nos preceitos da teoria da plasticidade associada e numa extensão do critério de Huber-Mises para materiais anisótropos. Os procedimentos utilizados são feitos, particularmente, apropriados para a análise de cascas constituidas por lâminas de materiais compostos, podendo a estrutura apresentar geometria e esquemas de laminação arbitrários. No caso da análise estática, as equações não lineares de equilíbrio são resolvidas utilizando-se o método de Newton-Raphson ou o método de controle por deslocamentos generalizados. No caso da análise dinâmica, as referidas equações são discretizadas no tempo através do método de Newmark e o sistema de equações algébricas resultante é resolvido usando o método de Newton-Raphson. / In this work the static and dynamic (transient) behavior o anisotropic laminated shells, with eccentric stiffeners or not, is investigated using the finite element method. The model employs three-dimensional degenerated elements of shells and is based on a Total Lagrangian formulation that allows the treatment of large displacements and rotations with small strains. The material is considered linear elastic or elastoplastic with strain hardening or not. The elastoplastic analysis is based on the concepts of the associated plasticity theory and uses an extension of the Huber-Mises criterium or anisotropic materials. The procedures are particularly appropriate for the analysis o laminated shells o composite materiais with arbitrary geometry and lamination schemes. For the static analysis the nonlinear equi1ibrium equations are solved by Newton-Raphson method or, alternatively, by the called generalized displacement control method. In the case o dynamic analysis, those equations are discretized in t-he time by Newmark method and the resultant set o algebraic equations are solved by Newton - Raphson method.

Os materiais compostos de fibras longas vêm se destacando entre o conjunto de novos materiais em desenvolvimento, com larga aplicação na indústria e também na construção civil. Elabora. se aqui um texto introdutório no campo das placas laminadas constituídas de lâminas em compostos de fibras longas. A partir das propriedades dos materiais constituintes, fibra e matriz, são apresentadas as teorias para a determinação das propriedades equivalentes das lâminas. A teoria da anisotropia elástica é formulada e a teoria dos laminados em flexão é desenvolvida. Conclusões com respeito ao acoplamento de esforços em tais estruturas são mostradas. Os modos básicos de ruptura da fibra, matriz e da interface entre ambas são apresentados, bem como os modos básicos de delaminação. Alguns critérios de ruptura são mostrados, assim como um critério de escoamento. Ao fim alguns exemplos ilustram a análise pelo método dos elementos finitos de tais estruturas feita por programa disponível em literatura, com a implementação de subrotina para análise da temperatura. / Long fiber composite materials have been standing out among the group of new materials in development with wide industrial application and also in civil construccion. Here is elaborated an introductory text in laminated plates field constituted of long fiber composite laminae. Starting from constituent materials properties, fiber and matrix, the theories for determination of laminae equivalent properties are presented. Elastic anisotropy theory is formulated and the bending laminated theory is developed. Conclusions about the coupling efforts in such structures are showed. Fiber, matrix and the interface between both failure basic modes are presented, as well as delamination basic modes. Some failure criteria are showed, as well as a yielding criteria. At the end some examples illustrate the finite element method analysis of such structures made by available literature programme with temperature analysis subroutine implementation.