Nenhuma / A presença do carbono em materiais refratários modifica a tensão superficial entre o sólido (refratário) e o líquido (metal-escória) diminuindo a penetração do líquido e, consequentemente, reduzindo o processo de corrosão das cerâmicas refratárias durante os processos siderúrgicos. Além deste efeito protetor, o carbono desempenha ainda papel importante quanto à resistência mecânica e ao choque térmico dos tijolos refratários. Nos anos recentes, têm sido desenvolvidos nanocompósitos refratários, incorporando-se na matriz cerâmica uma segunda fase de carbono com dimensões em escala nanométrica. Esta estratégia visa ao desenvolvimento de materiais com desempenhos aprimorados em relação aos materiais hoje utilizados, lançando mão das propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e físico-químicas únicas dos nanomateriais de carbono. Duas barreiras tecnológicas, entretanto, devem ser contornadas para o efetivo uso de nanocompostos de carbono em refratários: i) o controle eficiente de sua dispersão na matriz cerâmica e resina polimérica; ii) a melhoria/otimização de sua resistência à oxidação em temperaturas elevadas. Este trabalho teve como objetivos a avaliação dos aspectos termodinâmicos e cinéticos do processo de oxidação de materiais de carbono nanoestruturados (nanotubos de múltiplas paredes, nanofibras e negro de fumo) em compósitos refratários de alumina contendo ligante polimérico. Vale ressaltar que o carbono amorfo proveniente da transformação da resina polimérica é simultaneamente analisado. A análise cinética foi realizada empregando-se a termogravimetria semi-isotérmica e isotérmica, nas quais a amostra é submetida a diferentes patamares de temperatura e aquecida até atingir massa constante. Os dados das diferentes composições foram tratados de forma a obter e ajustar modelos matemáticos que representam o processo de oxidação. Foi também investigado o efeito do acréscimo de elementos com elevada afinidade termodinâmica pelo oxigênio, especificamente boro, titânio e silício, com o objetivo de reduzir ou eliminar a oxidação dos carbonos nanoestruturados incorporados. Utilizando planejamento fatorial de experimentos foi possível avaliar, acompanhar e modelar o comportamento da oxidação dos diferentes compósitos e observar os efeitos de proteção de elementos antioxidantes selecionados sobre a perda de massa dos diferentes nanocarbonos. O modelo cinético básico obtido indica que o processo de oxidação segue o modelo de difusão por poros. As análises obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) demonstraram que, para algumas formulações contendo formas nanoestruturadas de carbono e aditivos antioxidantes, houve efeito protetor do carbono, em maior ou menor grau, como evidenciado pelas análises de espectroscopia de energia dispersiva (EDS) efetuadas sob os materiais pós queima. Em determinadas situações foi possível detectar até mesmo formas aparentemente íntegras de carbono nanoestruturado pouco ou nada afetadas pelo processo de oxidação pelo qual o material foi submetido. Estas técnicas permitiram também observar por microscopia eletrônica de varredura, a aparente presença de depósito formado sobre os nanotubos de carbono, sugerindo a presença de composto não determinado, possivelmente um carbeto, o que teria efeito protetor diante do processo oxidativo. / The presence of carbon in refractory materials increases the surface tension between the solid (refractory) and the liquid (metal-slug), decreases the liquid penetration and, consequently, reduces the corrosion of refractory ceramics used in steel-making processes. Besides this protecting effect, carbon also plays an important role in the mechanical strength and thermal shock of refractory bricks. In recent year, refractory nanocomposites have been developed by incorporating a second carbon phase of nanometric dimensions into the ceramic matrix. This strategy aims at the development of materials with improved performance in relation to the currently used materials by taking advantage of the singular mechanical, thermal, electrical, and physical and chemical properties of carbon nanomateriais. Nevertheness, two technological barriers must be overcome for the effective use of carbon nanocomposites in refractory materials: i) the efficient control of dispersion in the ceramic matrix and the polymer resin, ii) improvement of the resistance to oxidation at high temperatures. This study sought to evaluate the thermodynamic and kinectic aspects of the oxidation of nanostructured carbon materials (multi-walled nanotubes (MWNT), nonofibers, and carbon black) in alumina refractory composite using a polymeric ligand. It is worth pointing out that amorphous carbon obtained by the transformation of the polymer resin was analyzed simultaneously. The kinetic analysis was conducted using semi-thermal thermogravimetry. The sample was submitted to different temperature gradients and heated until the mass was constant. Different compositions were tested in order to obtain and adjust mathematical models that represented the oxidation process. The effect of the addition of elements with high thermodynamic affinity for oxygen, specifically boron, titanium, and silica, was investigated seeking to reduce or prevent the oxidation of the incorporated nanostructured carbons. The use of experimental factorial planning allowed the evaluation, follow-up, and modeling of the oxidation behavior of the planned formulations and the observation of the effects of the protection of the antioxidation elements selected on the mass loss of the different nanocarbons. The kinetic model obtained indicates that the oxidation process follows the pore diffusion model.

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Os materiais carbonosos apresentam excelentes propriedades termo-mecânicas aliadas à baixa massa específica (<2 g/cm3), fazendo com que os mesmos possam ser utilizados em componentes estruturais submetidos à altas temperaturas (T>1000 oC). Gargantas de tubeiras de foguete, proteções térmicas, componentes de turbinas e componentes para aplicação em áreas de processo sujeitas à altas temperaturas são exemplos típicos de aplicações desses materiais. A obtenção de Materiais Carbonosos, como por exemplo fibras de carbono e compósitos de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC), passa obrigatoriamente por um processo de pirólise controlada, onde precursores orgânicos como resinas, piches, e fibras poliméricas são convertidos, acima de 800 oC, em um material carbonoso sólido. No presente trabalho foram obtidos os parâmetros cinéticos, como por exemplo energia de ativação de uma reação, de um piche de alcatrão-de-hulha, de uma resina termorrígida fenólica resol, e de um compósito de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono por meio de análise termogravimétrica. O procedimento experimental por análise termogravimétrica envolveu o aquecimento a taxas pré-determinadas e constantes das amostras até 1000 oC. A obtenção dos parâmetros cinéticos foram efetuados pela análise da curva de perda de massa. Três métodos analíticos foram utilizados: método derivativo de Friedman, método de Ozawa e método de Kissinger. Além desses métodos de análise, baseados em regressão linear, também foi utilizado um método de ajuste não linear para obtenção dos parâmetros cinéticos, que melhor se ajustam às curvas de perda de massa, denominado de método Levemberg-Marquardt. O método derivativo de Friedman utiliza a equação cinética básica e por meio da aplicação de técnicas de derivada propõe a linearização da equação com a finalidade da obtenção dos parâmetros cinéticos. O método de Ozawa, parte da equação cinética e por meio de integração propõe a linearização da equação cinética e dela obter os parâmetros cinéticos. O método de Kissinger, utiliza apenas a temperatura no ponto de maior velocidade de perda de massa. É um método de cálculo, que parte do balanço energético associado à equação cinética, obtendo a partir dessa associação uma equação que permite o cálculo da energia de ativação. Dentre os métodos utilizados o método de Friedman e o método de Ozawa foram os que mostraram mais congruência nos resultados.

Este trabalho apresenta uma técnica de modelagem, identificação e implementação experimental de controle ativo de vibração estrutural utilizando o algoritmo híbrido Feedforward IIR: HFuRLS. O controle híbrido constitui-se de um algoritmo Feedforward IIR e Feedback FIR adaptativo desenvolvido a partir do algoritmo mínimos quadrado recursivo (RLS). O aparato experimental compreende uma viga de alumínio e uma placa de material compósito, com condições de contorno engastadas. As fontes de vibração primárias e secundárias são constituídas por dispositivos piezelétricos. Dois acelerômetros foram utilizados para medidas de sinais de referências e de erro. O controle em tempo real é implementado com um processador digital de sinais modelo ADSP 21160. Os algoritmos de controle foram desenvolvidos em linguagem C/C++ e Assembler. Nos testes para análise de desempenho dos algoritmos, foram utilizados sinais do tipo varredura em freqüência (chirps periódico) e sinais aleatórios de banda larga, entre outros. A efetividade do controle ativo proposto é avaliada comparando-se os resultados com e sem controle ativo de vibração aplicado à viga e placa de material compósito.

Os compósitos Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC) são obtidos por meio de uma combinação adequada de fibras de carbono e matriz carbonosa. Estes materiais apresentam excelentes propriedades termomecânicas aliadas à baixa massa específica (<2g/cm3). Estas características fazem com que eles possam ser utilizados em componentes estruturais submetidos à altas temperaturas (T >1000o C), como por exemplo, componentes de turbinas e componentes para aplicação em áreas de processo a altas temperaturas. Estas aplicações ocorrem em ambientes oxidantes. Embora os compósitos CRFC exibam estas boas características, seu ponto fraco é a baixa resistência à oxidação para temperaturas maiores que 400o C, e portanto, para que estas aplicações sejam possíveis é necessário a incorporação de um material refratário na forma de um inibidor interno, como modificador da matriz, e/ou recobrimento externo, para isolar o material do contato com oxigênio. O material refratário mais utilizado para incorporação e/ou recobrimento de compósitos CRFC, para temperaturas até 1500oC, é o carbeto de silício (SiC). São dois, portanto, os objetivos da presente proposta de trabalho. O primeiro é utilizar a tecnologia de "sputtering" assistido por uma descarga elétrica com catodo tipo magnetron para obter recobrimentos de Si-SiC. O segundo é obter compósitos reforçados com fibras de carbono, estas por sua vez com recobrimentos de Si-SiC, obtidos pelo mesmo processo. Para tais recobrimentos varia-se a temperatura do substrato (de 50 a 300oC), a potência da descarga elétrica (100 a 300 W), o tempo de deposição (de 10 a 180 minutos) e o fluxo de argônio e metano (de 0 a 10 mL/min). Em resumo, esta proposta visa utilizar uma tecnologia limpa e de pouco consumo de energia para recobrimentos de compósitos CRFC com camadas refratárias, cujo desenvolvimento para essa finalidade é ainda incipiente no mercado brasileiro. Demonstra-se que o uso da tecnologia de plasma como um conceito de processo mais simples e de menor custo em relação aos atualmente utilizados para recobrimento de compósitos CRFC.

O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da incorporação de diferentes tipos e concentrações de fibras sintéticas em matriz à base de pasta de cimento Portland avaliando-se o comportamento físico-mecânico após diferentes condições de exposição: cura ao ar e envelhecimento cíclico acelerado. Quinze formulações foram preparadas com diferentes concentrações de fibras sintéticas (1,8-3,7% em fração volumétrica do compósito). As amostras foram produzidas em laboratório pela mistura das matérias-primas em solução aquosa (20% de sólidos) seguido pela drenagem do excesso de água sob vácuo e prensagem das placas (3,2 MPa). Dez amostras de cada formulação foram submetidas a cura úmida por sete dias e cura ao ar até completar vinte e oito dias quando as propriedades mecânicas e físicas foram determinadas. Outras vinte amostras para cada formulação foram expostas ao ensaio de envelhecimento acelerado. Os compósitos reforçados com fibras de álcool polivinílico (PVA) e de poliacrilonitrila (PAN) apresentaram módulo de ruptura (MOR) superiores aos compósitos reforçados com fibras de polipropileno (PP). As fibras de PVA aderem à matriz de cimento Portland devido à sua natureza hidrofílica e suas características geométricas. Os resultados mostraram que as formulações reforçadas com de fibras de PP apresentaram tenacidade superior após os ciclos de envelhecimento o que está associado com a facilidade de escorregamento desta fibra na matriz cimentícia. Em relação ao parâmetro concentração volumétrica, concluiu-se que, após os ciclos de envelhecimento as formulações reforçadas com concentrações menores de fibras sintéticas (1,8 e 2,3%) apresentaram maior degradação do desempenho mecânico - MOR e tenacidade.

Neste estudo são apresentados modelos em elementos finitos (EF), para a predição do comportamento de painéis sanduíche, simplesmente apoiados e fixados por pinos em duas bordas opostas ou nas suas quatro bordas. Os painéis são submetidos a cargas distribuidas transversais e estão sujeitos a grandes deformações. Duas técnicas de modelagem foram abordadas, utilizando-se o pacote comercial de EF Nastran: a) utilizando elementos sólidos equivalentes para o núcleo e elementos de placa para as faces e b) utilizando elementos de placa com três camadas de laminados equivalentes. São também apresentados os procedimentos experimentais utilizados para a obtenção das propriedades mecânicas necessárias para a modelagem das faces e nucleo e para a obtenção da rigidez nos pontos de fixação laterais. Os resultados obtidos com os modelos numéricos foram comparados com resultados experimentais com o objetivo de validar a técnica de modelagem desenvolvida e permitir o uso subsequente do modelo simplificado bi dimensional na previsão das tensões globais e das cargas de cisalhamento nos pontos de fixação dos painéis. Os resultados obtidos demonstraram que a metodologia utilizada apresenta uma ótima relação entre precisão nos resultados e eficiência computacional associada à versatilidade da análise por elementos finitos, essenciais para aplicações do dia a dia da indústria.

O aumento da capacidade de penetração dos novos projéteis, utilizados tanto em operações de guerra como na violência urbana, tem obrigado o desenvolvimento contínuo de materiais mais resistentes e mais leves no emprego de blindagens. Na aplicação aeronáutica, os fatores peso e eficiências balísticas são extremamente críticos. Uma blindagem tem que oferecer proteção contra calibres de munição antiaérea sem acrescentar muito peso, para que a autonomia e capacidade de carregar armamentos não sejam limitadas. As blindagens que melhor desempenham esse papel são do tipo cerâmica/compósito. Contudo uma grande quantidade de combinações é possível, variando o tipo de cerâmica e de compósito. No presente trabalho foram abordados dois tipos de estudos. O primeiro estudo abordado é um modelo analítico que representa o impacto de um projétil sobre uma blindagem cerâmica/compósito, cuja simulação foi rodada em MATLAB V.5. Na simulação, os valores da V50 foram obtidos para os painéis de Al2O3/aramida e B4C/aramida contra os projéteis 7,62x51mm AP e 0,50 pol. NATO AP, respectivamente. O ensaio do painel SiC/aramida contra 0,50 pol. NATO AP serviu para calibrar a simulação e determinar o valor da deformação máxima da base, que é o critério de falha do modelo. Os resultados da simulação comparados com os resultados obtidos nos ensaios foram bem próximos, indicando que o modelo analítico é representativo. O segundo estudo é uma análise da vulnerabilidade de uma aeronave. Desta forma, um cone de ameaças é definido tendo a aeronave no seu vértice e os inimigos distribuídos aleatoriamente em sua base. Através de composição vetorial de velocidade calculam-se a velocidade de impacto e a seção oblíqua do projétil paralela ao plano da aeronave. Dessa forma é possível determinar a espessura necessária para proteger aquela área, utilizando a simulação, e assim otimizar a blindagem para que ela tenha o melhor quociente desempenho balístico/peso.

A pultrusão é um processo de manufatura que é usado para fabricação de materiais compósitos de secção constante. Este processo consiste de um sistema de tracionamento da fibra por um puxador contínuo, em que os filamentos de fibra são impregnados em um banho de resina, posteriormente, a fibra impregnada com a resina passa por um molde aquecido, em que neste, as altas temperaturas induzem a ocorrência de reações químicas exotérmicas, provocando a polimerização, que é a cura do material compósito. Nos últimos anos a demanda destes materiais tem aumentado bastante nos mais diversos segmentos como na indústria automobilística e aeroespacial uma vez que estes materiais apresentam características importantes como: alta resistência à ambientes corrosivos, baixo peso, baixa condutividade elétrica. O processo da pultrusão pode ser entendido como um problema de difusão-reação-advecção modelado por duas equações diferenciais parciais: energia e grau de cura. Estas equações são acopladas por um termo fonte proveniente da reação de cinética de cura. Neste trabalho, procurou-se analisar os diferentes modelos (abordagens elíptica e parabólica) existentes para o processo de pultrusão, a fim de avaliar os fenômenos efetivos deste processo, adicionalmente obteve -se vários resultados no que dizem respeito às condições de operação deste processo com vistas a sua otimização, como a influência da fração de fibra, temperatura da parede do molde, temperatura de entrada no molde, velocidade de tração, diâmetro do molde e propriedades térmicas do compósito variáveis com a temperatura e com o grau de cura, procurando quantificar os efeitos destas variáveis. Os resultados revelaram que as modelagens elípticas e parabólicas apresentam previsões dos perfis de temperatura e grau de cura similares para velocidades de tração mais elevada (Pe >70). As variáveis como: fração de fibra e o diâmetro do material pultrudado bem como a temperatura da parede do molde e propriedades térmicas do compósito apresentaram forte influência no processo da pultrusão, ao contrário da temperatura de entrada do molde que, na faixa de condições de operação estudadas, não apresentou efeito significativo.

Quando peças aeronáuticas são danificadas, muitas vezes é mais econômico repará-las do que substituí-las. No intuito de analisar o efeito de discrepâncias na posição nominal de orifícios em juntas mecânicas de compósitos laminados, este trabalho compara duas técnicas de reparo estrutural, sendo elas denominadas reparo convencional e reparo por spot-face, com o objetivo de restaurar as propriedades mecânicas de modo a não refugar a peça. O método convencional usa tecido seco picado na região interna do orifício, com o acréscimo de uma camada de material pré-impregnado em cada lado do laminado. Esta técnica é largamente utilizada em função de sua eficiência na restauração das propriedades mecânicas. O método spot-face consiste em preencher a região do orifício com um empilhamento de camadas de nivelamento, seguida de camadas de reparo de material pré-impregnado. A resina adesiva é responsável pela colagem desta estrutura no orifício da peça. Esta técnica é mais simples e mais rápida do que o reparo convencional. Este trabalho compara a resistência de juntas reparadas pelos dois processos. O ensaio de bearing foi o escolhido para avaliar a resistência mecânica dos orifícios de juntas de compósitos reparados. Os corpos-de-prova foram fabricados com materiais pré-impregnados de carbono e fibra de vidro e resina epóxi com orifício de diâmetro 3/16"(5,1mm). O uso da técnica spot-face nos reparos em peças de carbono não leva a uma perda considerável das propriedades mecânicas. Por se uma técnica mais rápida do que a convencional, o seu uso reduz consideravelmente o tempo gasto comparado ao reparo convencional. Quanto ao uso do método spot-face em peças reparadas com fibra de vidro, é necessário um critério mais rigoroso para sua utilização, já que ocorre uma queda média de resistência a bearing em relação à técnica convencional de 12,7%.