Este trabalho está dividido em: obtenção e caracterização de amido termoplástico (TPS); estudo do envelhecimento do TPS e blendas de PP/TPS. O estudo do TPS, foi realizado utilizando amido de milho, 30% em massa de glicerol e outros componentes que variam entre as amostras. Primeiramente foi realizado um planejamento estatístico para obter a composição ótima de TPS. Foram escolhidos cinco parâmetros de entrada: 2 de composição (umidade e teor de ácido cítrico) e 3 de processamento (temperatura, velocidade dos rotores e tempo), visando obter um TPS com propriedades térmicas e mecânicas superiores. De acordo com os resultados de infravermelho, termogravimetria, microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram escolhidas 2 composições. Estas foram calandradas e confeccionadas para obtenção dos corpos de prova de tração. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que amostras com teor de ácido cítrico de aproximadamente 2% em massa apresentam os maiores valores de módulo de elasticidade e resistência à tração. Com estes resultados foram realizadas novas composições com outros ácidos carboxílicos: adípico, málico e tartárico e amostras sem ácidos. As curvas de torque indicaram que as amostras sem ácido carboxílico e com ácido adípico perdem água durante o processamento. Analisando os resultados verifica-se que o TPS com os ácidos málico e tartárico apresentam melhores propriedades mecânicas e térmicas. Também foi analisado o envelhecimento, e notou-se que com o tempo as amostras tendem a perder plastificante, modificando suas propriedades mecânicas e sua cristalinidade. Entretanto, durante o intervalo de um ano, as amostras de TPS com ácido málico e tartárico não sofreram perda significativa de plastificante. Por último, foram obtidas blendas de PP reciclado com TPS nas composições 50/50, 60/40 e 70/30 em massa, respectivamente, com e sem adição de ácidos: cítrico, málico e tartárico e anidrido maleico. As amostras foram caracterizadas por FTIR, DRX, reometria capilar, MEV e por teste de resistência à tração. Micrografias obtidas por MEV indicaram que todas as composições estudadas possuem morfologia predominantemente co-contínua. A presença dos ácidos, geralmente, reduz os valores das propriedades mecânicas da blenda de PP com TPS e a adição de PP-g-MA é mais efetiva nas blendas sem adição de ácido. Ao analisar o envelhecimento das blendas com adição de ácidos tartárico e málico, notou-se que as propriedades mecânicas não foram alteradas em função do tempo de estocagem. / This work is divided in four parts: obtention and characterization of thermoplastic starch (TPS), study of TPS ageing, and characterization of PP/TPS blends. This study used TPS with cornstarch, glycerol (30 wt.%) and other components. First of all, a statistic study about thermoplastic starch preparation methods was performed in order to obtain the best TPS composition. Five parameters were evaluated: the starch water content, citric acid concentration, and three process parameters: temperature, time and rotor speed. According to infrared, thermogravimetry, optical microscopy, and scanning electron microscopy results, we have chosen two compositions to be mechanically tested. The mechanical tests required the samples to be calendered and cut with knife. The results of the mechanical tests showed that samples containing 2 wt.% of citric acid had the highest Young modulus and tensile strength values. Based on these results, new compositions were prepared with other carboxylic acids, such as adipic, malic and tartaric acids, as well as pure samples. The torque curves showed that the samples without carboxylic and adipic acid loose water during the processing. Analyzing the results, it is possible to see that TPS with malic and tartaric acids have better mechanical and thermal properties. Ageing was also analyzed and it was noted that the samples tend to loose plasticizer, altering their mechanical properties and crystallinity with time. However, during the one-year period, TPS samples with malic and tartaric acid suffered no significant plasticizer loss. Finally, recycled PP blends were obtained with the following compositions of PP/TPS: 50/50, 60/40, and 70/30. To these blends, some acids were added, such as citric, malic and tartaric, and maleic anhydride. Their properties were compared to the ones for pure blend. The samples were characterized by FTIR, XRD, capillary rheometry, SEM, and for tensile strength. SEM micrographs showed that all studied blends have predominantely co-continuous morphology. Usually, the presence of the acid reduces the mechanical property values of the PP/TPS blends. The addition of PP-g-MA is more effective in blends without acids. By analyzing the ageing of the blends with malic and tartaric acid it was noted that the mechanical properties were not changed as a function of the storage time.

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Leandro Palermo Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T14:43:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_Adrianados_D.pdf: 2025685 bytes, checksum: f44ef47ff8671c2244a0b67e8e7c3fe4 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é apresentada uma análise, através do método dos elementos de contorno, de problemas estáticos em placas anisotrópicas sob flexão. As formulações dos elementos de contorno é desenvolvida usando soluções fundamentais para elasto-estática e são utilizados apenas elementos quadráticos descontínuos (3 nós por elementos). As integrais de superfície provenientes das cargas de domínio, são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial. São estudadas três formulações: a formulação clássica ou de placas finas, a formulação de três parâmetros e a formulação de placas espessas ou placas com efeito da deformação por cortante ou teoria de primeira ordem. São apresentados detalhes das deduções das soluções fundamentais para a teoria clássica e para a teoria de primeira ordem. A solução fundamental da teoria clássica é obtida usando variáveis complexas. Para o caso da teoria de primeira ordem, o operador de Hörmander é usado para transformar os sistema de equações diferenciais parciais que representa as equações de equilíbrio em apenas uma equação diferencial parcial. Usando a transformada de Radon, essa equação diferencial parcial é reduzida a uma equação diferencial ordinária. A formulação desenvolvida é aplicada no cálculo de deslocamentos, tensões e momentos de estruturas planas de materiais compósitos laminados submetidos a cargas distribuídas no domínio da estrutura. Os resultados obtidos são comparados com resultados analíticos disponíveis na literatura, com o método de elementos finitos e com o método sem malhas. Em geral há uma boa concordância com os resultados da literatura / Abstract: This work presents an analysis, using the boundary element method, of static problems of anisotropic plate bending. Boundary element formulations are developed using fundamental solutions for elasto-statics and only discontinuous quadratic elements (three nodes per element) are used. Surface integrals that come from domain loads are transformed into boundary integrals using the radial integration method. Three formulations are studied: the classic formulation or of thin plate theory, the formulation of three parameters, and the formulation of thick plates, or plate with the effect of transversal shear deformation or first order theory. Details of the derivation of the fundamental solutions are presented to the classical and first order theory. The fundamental solution of the classical theory are obtained using complex variables. In the case of thick plates, the Hörmander operator is used to trans- form the partial differencial equation system that represents the equilibrium equation in only one partial differential equation. Using Radon transform, this partial differential equation is reduced to an ordinary differential equation. The developed formulations are applied to compute displacements, stresses and moments of laminated composite structures submitted to transversal loads in the structure domain. Results are compared with analytical results available in literature, with finite element method, and meshless method. In general there is a good agreement between the results obtained in this work and those available in literature / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

O uso e produção de fibra de carbono têm crescido nas últimas três décadas em diversas aplicações como aeroespacial, automotiva, nuclear, naval e construção civil. Isto é devido ao desempenho que este material possui quando comparado com os tradicionais componentes metálicos. A geração de resíduo de fibra de carbono tem aumentado a cada ano e isto tem impulsionado estudos e aprimoramento dos métodos de recuperação de fibras de carbono. Dentre os mais usuais métodos existentes, pode-se destacar a pirólise. O objetivo do presente trabalho consiste em recuperar fibras de carbono determinando e avaliando os parâmetros do processo de pirólise visando o potencial de reutilização destas fibras em novos compósitos. O compósito utilizado foi doado a partir de um descarte industrial. Para caracterizar o compósito, foram empregadas as técnicas de análise térmica (TGA), espectrometria de massa (QMS), análise estrutural em MEV juntamente com a análise pela energia dispersiva de espectroscopia de raio-X (EDS). Durante o aquecimento em atmosfera inerte, ocorre a liberação de compostos orgânicos proveniente da matriz polimérica, e as fibras de carbono permanecem intactas. As fibras de carbono recuperadas foram analisadas em MEV e EDS a fim de verificar a ocorrência de defeitos superficiais, como, resíduos da matriz polimérica, carbonização, rompimento da fibra entre outros. Os resultados obtidos mostram que pela pirolise feita a 550°C por 1h é possível de se obter fibras de carbono livres da matriz polimérica. Após o processo de pirólise nesta condição as fibras não apresentam poros, fratura do material e carbonização. / The last three decades were marked by the expansion of production and research of carbon fiber in several applications such as automotive, nuclear, navy and construction. This is a result of the extraordinary performance that this material presents when compared with the traditional metallic materials. Each year, there has been an increase of the generation of carbon fiber composite waste which has motivated studies and improvement of the current recovering processes of carbon fiber. Among the most usual methods of recovering, there is the pyrolysis method. The present study aims to recover carbon fiber from polymeric composite while evaluating parameters of the pyrolysis process focusing on the potential of reusing the recovered carbon fiber in new composites. The composite material used in this work had been acquired by donation of an industrial disposal. In order to characterize the composite, thermogravimetric analysis was done (TGA), mass spectrometry (QMS), structural analysis by SEM and analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). During heating in an inert atmosphere, there were release of organic compounds from the polymeric matrix and the carbon fibers remain untouched. Carbon fibers recovered were analyzed by SEM and EDS to verify the occurrence of superficial defects such as, traces of residual polymer matrix, carbonization, fiber breakage among others. The results show that through pyrolysis held at 550°C for 1 hour it is possible to obtain carbon fibers free of the polymeric matrix. After the pyrolysis process in this condition fibers did not presented pores, carbonization or rupture of the material.

Orientadores: Niederauer Mastelari, Carlos Alberto Cimini Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:21:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AguiarRibeiro_AndreLuizde_M.pdf: 1696181 bytes, checksum: 0e5d5c8b94f2e38b7abbbc10c62ab120 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A utilização de materiais compósitos na indústria tem crescido cada vez mais e se firmou como uma tendência para os próximos anos. Seja nos ramos automotivo, náutico, aeroespacial ou de defesa, as aplicações são as mais diversas, tendo em comum o usufruto da excelente relação de resistência por peso oferecida por este tipo de material. Em certos ramos, entretanto, como o aeroespacial, a utilização de materiais compósitos requer atenção especial, por ser característico destes materiais a ocorrência de tipos de falha próprios como delaminações, rupturas de fibra e de matriz, descolamentos, perfuração parcial ou total, alguns dos quais não observáveis a olho nu. O presente trabalho se debruça sobre esta problemática, visando o desenvolvimento de um método de apoio a técnicas de monitoramento de integridade estrutural por meio da localização de impactos com uso de sensores piezelétricos, implantado em peças sobretudo da indústria aeroespacial, permita catalogar regiões que hajam sofrido impactos importantes e possam apresentar falhas. Para conduzir o presente trabalho, foi feita uma revisão bibliográfica de técnicas de localização de impactos ou falhas em placas presentes no estado da arte, com análise e proposta de um método que se preste a este mesmo propósito inclusive para placas anisotrópicas. Foi estudado e desenvolvido um método a base de funções de erro, associando através de uma função pertinente cada ponto do domínio da placa a um valor de erro tanto menor quanto sua distância ao ponto de impacto real. O local de impacto estará associado ao ponto de menor erro. O método proposto, que já havia sido testado em simulações e experimentalmente em placas isotrópicas, forneceu resultados promissores também em placas anisotrópicas, apresentando estimativas com erro médio inferior a 2,0 cm / Abstract: The use of composite materials in industry has been increasing and establishing itself as a tendency for the next years. Be it in automotive, nautical, aerospace or defense, applications are many, all of which have in common taking advantage of the excellent relationship amongst resistance and weight offered by this kind of material. In certain areas, however, such as in aerospace, use of composite materials demands special attention, due to being characteristic of these materials the occurrence of certain proper types of damage such as delamination, fiber or matrix ruptures, debondings or partial or total perforation, some of which aren't even observable to naked eye. The present works focus in these problematics, aiming to develop a structural health monitoring supportive method via impact localization with low cost piezoelectric sensors that, embedded in parts primarily from the aerospace industry, allows to catalogue regions that have suffered significant impact and may have been damaged. In order to conduct the present work, a bibliographic revision was made of current state-of-the-art impact and damage localization techniques, with analysis and proposal of an innovative method for the same purpose. With that in mind, an error function method was studied and developed that associates through a pertinent function to each point in the plate an error value that is as small as its distance to real point of impact. This way, the point of impact will be related to the point of smaller error. The proposed method, which has already been tested in simulations and isotropic plates, presented interesting results also in anisotropic plates, with average estimative errors of less than 2.0 cm / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zaváglia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:43:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_FabianoCosta_D.pdf: 3772112 bytes, checksum: cb918f5ac800f74bbb146bf9c3e50a84 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os bráquetes são suportes utilizados pelos ortodontistas para controlar o posicionamento dos dentes nos tratamentos ortodônticos. Por eles, mais precisamente por seus slots, passam os fios ortodônticos e ambos são responsáveis pela biomecânica dos movimentos. O bráquete pode ser confeccionado por diversos materiais, sendo o mais comum o metal pela praticidade, preço e resistência. Recentemente, com a maior demanda por aparelhos estéticos, devido ao aumento de adultos utilizando estes dispositivos, aumentou o uso de bráquetes estéticos, feitos geralmente de polímeros ou cerâmicas. As maiores dificuldades encontradas estão relacionadas a estética, resistência, capacidade de coloração por alimentos e maior atrito com o fio. O propósito deste estudo foi a obtenção de compósitos cerâmicos de alumina e zircônia (ZTA) a partir de pós finamente cominuídos em diferentes proporções 70/30, 80/20 e 90/10 provenientes de materiais cerâmicos de alumina e zircônia separadamente. Os compósitos cerâmicos (ZTA) foram submetidos a processos de análises do tamanho de partículas, moagens, prensagens, conformações de corpos de provas (c.p.), difração de raio X, ensaios de compressão diametral, análises das propriedades mecânicas, avaliações das microestruturas e análises de propagação de trincas. Os resultados demonstraram tamanhos de partículas de 0,3µ, os valores da compressão diamentral de 296,64 MPa, 262,60 MPa, 220,30 MPa, os valores de microdureza de 13,12 GPa, 13,42 GPa, 13,81 GPa, os valores de tenacidade à fratura de 8,91 MPa m½, 9,37 Mpa m½, 9,65 Mpa m½, os tamanhos de grãos em torno de 0,6µ e uma redução significativa nas propagações das trincas em relação à alumina. Estes compósitos cerâmicos de alumina e zirconia (ZTA) demonstraram resultados superiores em seus valores de tenacidade à fratura de aproximadamente 68% em relação a alumina, atualmente utlizados em bráquetes comerciais. Ocorreu uma redução do tamanho de grãos e modificações no comportamento de propagação das trincas resultando na diminuição da ocorrência de trincas. A conclusão, diante dos resultados apresentados nas análises, foi que os materiais compósitos cerâmicos de alumina e zircônia (ZTA), nos quesitos avaliados, foram adequados para serem aplicados em bráquetes estéticos de Ortodontia, porém novos trabalhos foram sugeridos para avaliação desses materiais em relação ao desgaste, a fricção e a coloração. Palavras-chave Aparelhos ortodonticos estéticos, bráquetes cerâmicos, compósitos cerâmicos, compósitos ZTA / Abstract: The brackets are used by orthodontists to control the tooth positions on orthodontic treatments. Inside the brackets, in the slots, are the orthodontic wire and both are responsible for the biomechanical movement. The brackets can be made of different materials and the most common is the metallic by practically, price and resitance. Recently, with the greatest demand of aesthetic devices, because a adult demand, increased use of aesthetic brackets made of polymers and ceramics. The greatest aesthetic difficulties are the resitence, staining for food and the wire friction. This work aims to contribute to the development of new aesthetic orthodontic brackets. Thereby was proposed in this study the obtainment of ceramic composites alumina and zirconia (ZTA) powder finely comminuted in different proportions 70/30, 80/20 and 90/10 from alumina and zirconia separately. These ceramic composites alumina and zirconia (ZTA) were submitted to particle analysis, milling process, pressing, specimens conformations, X ray diffraction, diametral compression, mechanical properties analysis, evaluation of microstructured and crack propagation analysis. The results showed particle size 0,3µ, the diametral compression values of 296,64 MPa, 262,60 MPa, 220,30 Mpa, the hardness values of 13,12 GPa, 13,42 GPa, 13,81 GPa, the fracture toughtness values of 8,91 MPa m½, 9,37 Mpa m½, 9,65 Mpa m½, the grain size of 0,6µ and a significant reduction in crack propagation compared to alumina. These ceramic composites alumina and zirconia (ZTA) demonstrated superior results in their fracture toughness values of approximately 68% compared to alumina, currently used in commercial brackets. There was a reduction in grain size and changes in the behavior of propagation of cracks resulting in a decrease of occurance of cracks. The conclusion on the results presented was that ceramic composites alumina and zirconia (ZTA), on the variables evaluated, were suitable for application in Orthodontic aesthetic brackets however new studies have been suggested for the evaluation of these materials in relation to wear, friction and staining. Key Words Aesthetic orthodontic devices, ceramic brackets, ceramic composites, ZTA composites / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Alberto Cimini Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:32:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_RobertoSilvade_M.pdf: 4039070 bytes, checksum: 5f3fa81abaa6c19d365c550dd4b59dbd (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho, foi desenvolver uma metodologia para identificar impacto em placas laminadas de materiais compósitos, a fim de reduzir o tempo de inspeção e assim otimizar o intervalo de inspeção para uma determinada estrutura, já que muitas vezes é necessário interromper a sua operação. Uma compreensão abrangente dos efeitos de interação estrutura, sensores piezelétricos e objetos utilizados para aplicar cargas de impacto foi essencial. Este trabalho efetua uma análise numérica a partir dos tempos que conduziram ondas de deformação para alcançar os sensores e os seus efeitos sobre a exatidão dos resultados, obtidos pelo algoritmo desenvolvido, bem como a exatidão da metodologia aplicada. Sensores piezelétricos fabricados pela International APC e um sistema de aquisição de dados da National Instruments foram utilizados para obter respostas de ondas de tensão geradas por cargas de impacto. Uma identificação simples e robusta do impacto em tempo real com base na triangulação foi implementada. O uso de recursos computacionais através da plataforma Labview, juntamente com um algoritmo implementado no código computacional, forneceu resultados promissores, após testes realizados em configurações de placas experimentais monitoradas com redes de sensores piezelétricos. A metodologia proposta foi validada para placas de material isotrópico (aço) e anisotrópico (carbono/epóxi) apresentando bons resultados. A interface foi desenvolvida para ser aplicada a materiais com diferentes índices de anisotropia, onde se pode ajustar os valores de velocidade das ondas em diferentes direções. Observou-se que o erro máximo medido foi de 0,028 m. O código computacional apresentou-se robusto para identificar o local do impacto em qualquer ponto da placa em tempo real. Foi possível também comprovar para as diferentes massas de impacto que um procedimento simples de triangulação combinado com as características de velocidade de propagação das ondas proporciona um meio de localizar impactos / Abstract: The main objective of this work was to develop a methodology for identifying impact in laminated plates of composite materials in order to reduce inspection time and thus reduce the inspection interval for a given structure, since it is often necessary to stop its operation. A comprehensive understanding of the interaction effects of structure, piezoelectric sensors and objects used to apply impact loads was essential. This work demonstrates the numerical analysis of time leading waves of deformation to reach the sensors and their effect on not only the accuracy of the results obtained by the algorithm but also the accuracy of the methodology applied. In this work, piezoelectric sensors manufactured by International APC and data acquisition system of National Instruments were used. A simple and robust real-time impact identification based on triangulation was implemented. The use of computational resources within Labview platform along with a computer code implemented algorithm provided promising results after testing experimental settings for plates monitored with of piezoelectric sensors. The proposed methodology was validated for isotropic (steel) and anisotropic (carbon/epoxy) plate materials with fairly good results. The interface was designed to be applied to materials with different degrees of anisotropy, adjusting the values of wave velocity in different directions for composite materials. It was observed that the maximum error was 0.028 m. The computer code was robust enough to identify the impact location at any point of the plate in real time. It was also possible to demonstrate for different impact masses that a simple triangulation procedure combined with the characteristics of wave propagation provides a methodology for locating impacts / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

The advance of the materials science has motivated the advent of composite materials with different characteristics that assure high performance thermo-mechanical, such as the advanced fiber reinforced composites and those that present a gradual variation in its microstructure. Nowadays, many computational models and analytical methods are being employed for evaluation of the behavior of such materials. An alternative technique, applied to the steady-state thermo-mechanical analysis, which considers the coupling between microstructure and macrostructure behaviors, is that originally denominated of Higher-Order Theory. In this work is used the same theoretical base of the Higher-Order Theory, with a simplification in the discretization and assembly of the system of equations. In this way, this theory presents some similarities in relation to the finite-volume technique used in fluid dynamics problems, reason for which is enough reasonable to adopt the denomination finitevolume theory for this method. Besides, as a contribution of this study, it is presented a parametric formulation that allows a larger flexibility in the mesh generation and a reduction of the problem in relation to the number of variables, particularly appropriate for analysis of structures with curved contour. The formulation was also extended for the accomplishment of transient thermo-mechanical analysis. In the present study, a three-dimensional formulation of the method is also used for the determination of the effective properties of fiber reinforced composites and particulate materials, where comparisons were accomplished with micromechanics simplified models and with those based on the mean field theory (selfconsistent, Mori-Tanaka and differential scheme). Besides, there is a series of numerical applications in bi-dimensional thermo-elastic and elastic problems, where are accomplished verifications using analytical solutions and comparisons with the finite element method. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O avanço da ciência de materiais tem proporcionado o advento de materiais compósitos com características peculiares que asseguram elevado desempenho termo-mecânico, tais como os compósitos avançados reforçados por fibras e aqueles dotados de microestrutura com variação gradual. Atualmente, muitos modelos computacionais, assim como métodos analíticos, vêm sendo empregados para avaliação do comportamento de tais materiais. Uma técnica alternativa, voltada à análise termo-mecânica em regime estacionário, na qual o comportamento do material é analisado considerando-se o acoplamento entre microestrutura e macroestrutura, é aquela originalmente denominada de Higher-Order Theory. Neste trabalho, utiliza-se a mesma base teórica da Higher-Order Theory, com uma simplificação em termos de discretização e montagem do sistema de equações. Neste sentido, esta teoria apresenta algumas semelhanças em relação à técnica de volumes finitos usada em problemas de dinâmica dos fluidos, razão pela qual é bastante razoável adotar a denominação teoria de volumes finitos para o método. Além disso, como uma contribuição deste estudo, apresenta-se uma formulação paramétrica que permite uma maior flexibilidade na geração da malha e uma diminuição do problema em relação ao número de incógnitas, particularmente apropriada para análise de estruturas com contorno curvo. A formulação também foi ampliada para possibilitar a execução de análises termo-mecânicas transientes. No presente estudo, também é utilizada uma formulação tridimensional do método para a determinação das propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras e particulados, onde foram realizadas comparações com modelos simplificados da micromecânica e com aqueles baseados na teoria de campos médios (Auto-consistente, Mori-Tanaka e Esquema Diferencial). Além disso, há uma série de aplicações numéricas em problemas termo-elásticos e elásticos bidimensionais, onde são realizadas verificações a partir de soluções analíticas e comparações com o método dos elementos finitos.

Considerando a necessidade de adaptar, para mão de obra local e não especializada, os dos ciclos de desenvolvimento de projeto baseado em desempenho do material, objetiva-se comparar processos de projeto de modelos form-making, algorítmico e formfinding, e assim avaliar seus desempenhos estruturais; produzir um material compósito polimérico com fibra natural e, por último, generalizar um ciclo de desenvolvimento de projeto que englobe fabricação com materiais compósitos de morfologias oriundas de processos digitais de projeto. Deste modo, a hipótese avaliada pela tese, e que trata tanto as discussões sobre processo de projeto bem como a adaptação da fabricação para a mão de obra local é: o processo digital performático deve definir o material, além de aferir seu desempenho, já nas fases iniciais do ciclo de desenvolvimento do projeto. Para tanto, procede-se à uma abordagem de pesquisa orientada por projeto conhecida como design research, além metodologia exploratória, experimental, descritiva e de aplicação. Desse modo observou-se que os modelos de formação baseada em desempenho simulados apresentaram resultados menores na deformação máxima e energia elástica de deformação que resultam em estruturas otimizadas que necessitam de menos material para serem produzidas. Isto permitiu concluir que o ciclo de desenvolvimento de projeto proposto pela pesquisa é capaz de viabilizar formas não convencionais geradas por processos digitais de projeto e fabricadas com materiais compósitos poliméricos. / Considering the need to adapt, for local and non-specialized hand labor, the design development cycle based on material performance, this thesis aims to compare design methods through form-making, algorithmic and form-finding models, and thus to evaluate their structural performances; to produce a polymeric composite material with natural fiber and; at last, to generalize a design development cycle that encompasses fabrication with composite materials of morphologies originated by digital design. Thus, the hypothesis evaluated by this thesis, which addresses both the discussions about the design process as well as the adaptation of the manufacturing to the local workforce, is: the digital performative design must define the material, as well as measure its performance, already in the early stages of the design development cycle. In this sense, the study relied on a design driven research approach, known as design research, in addition to an exploratory, application, descriptive and experimental methodology. In this way, it was observed that, the simulated performance-based models presented lower results in the maximum deformation and elastic energy of deformation that resulted in optimized structures that requires less material to be produced. This allowed to conclude, that the design development cycle proposed by this research is capable of enabling non-conventional forms generated by digital design and fabricated with polymer composites.

A resistência à ruptura de materiais frágeis como o concreto de granulometria fina é fortemente dependente de sua heterogeneidade, do tamanho da amostra e da heterogeneidade das tensões. A partir de uma abordagem probabilista, fundamentada no modelo de Weibull, este trabalho trata da influência de tais efeitos sobre a resistência à tração de painéis compósitos formados por concreto de granulometria fina e telas soldadas. Desde que as armaduras se mantenham em regime elástico, mostra-se que o modelo de Weibull de dois parâmetros pode ser empregado com sucesso na previsão da ruptura dos painéis compósitos em estudo. Os parâmetros foram então identificados com medidas de ensaios de flexão em três e em quatro pontos de barras de concreto de granulometria fina de dois tamanhos diferentes. A utilização do modelo de Weibull confirmou, por outro lado, a validade da teoria de misturas como ferramenta para estimar as resistências de rupturas locais correspondentes a diferentes níveis de formação de fissuras / The rupture strength of brittle materials such as the microconcrete is strongly dependent on the microstructural heterogeneity, the sample size and the stress heterogeneity. Using a probabilistic approach, based on the Weibull distribution, this work deals with the influence of such effects on the tensile strength of composite panels formed by microconcrete and welded wire grids. Provide the reinforcements behaves in elastic regime, it is shown that the model of Weibull of two parameters can be used with success to predict the failure of the composite panels studied. The parameters were then identified from measurements of flexural tests in three and in four points of two different sizes of microconcrete samples. The feasibility of the Weibull model validates, as well, the rule of mixture as a satisfactory tool to estimate local failure strengths of related to different levels of cracking

Recent improvements in manufacturing processes and materials properties associated with excellent mechanical characteristics and low weight have became composite materials very attractive for application on civil aircraft structures. However, even new designs are still very conservative, because the composite structure failure phenomena are very complex. Several failure criteria and theories have been developed to describe the damage process and how it evolves, but the solution of the problem is still open. Moreover, modern manufacturing processes, e.g. filament winding, have been used to produce a wide variety of structural shapes. Therefore, this work presents the development of a damage model and its application to simulate the progressive failure of flat composite laminates as well as for composite cylinders made by filament winding process. The proposed damage model has been implemented as a UMAT (User Material Subroutine) and VUMAT (User Material Subroutine for explicit simulations), which were linked to ABAQUSTM Finite Element (FE) commercial package. Progressive failure analyses have been carried out using FE Method in order to simulate the failure of filament wound composite structures under different quasi-static and impact loading conditions. In addition, experiments have been performed not only to identify parameters related to the material model but also to evaluate both the potentialities and the limitations of the proposed model. / As recentes melhorias nos processos de fabricação e nas propriedades dos materiais associadas a excelentes características mecânicas e baixo peso tornam os materiais compósitos muito atrativos para aplicação em estruturas aeronáuticas. No entanto, mesmo novos projetos, ainda são muito conservadores, pois os fenômenos de falha dos compósitos são muito complexos. Vários critérios e teorias de falha têm sido desenvolvidos para descrever o processo de dano e sua evolução, mas a solução do problema ainda está em aberto. Além disso, técnicas modernas de fabricação, como o enrolamento filamentar (filament winding) vêm sendo utilizadas para produzir uma ampla variedade de formas estruturais. Assim, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de dano e a sua aplicação para simular a falha progressiva de estruturas planas e cilíndricas fabricadas em material compósito através do processo de filament winding. O modelo de dano proposto foi implementado como sub-rotinas em linguagem FORTRAN (UMAT-User Material Subroutine e, VUMAT-User Material Subroutine para simulações explícitas), que foram compiladas junto ao programa comercial de Elementos Finitos ABAQUSTM. Várias análises numéricas foram realizadas via elementos finitos, a fim de prever a falha dessas estruturas de material compósito sob diferentes condições de carregamentos quase-estáticos e de impacto. Além disso, vários ensaios experimentais foram realizados, a fim de identificar os parâmetros relacionados com o modelo de material, bem como avaliar as potencialidades e as limitações do modelo proposto.