Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Mecânica. Instituto Superior de Engenharia do Porto. 2007

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Estrutural, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Carlos Reis Gomes

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Amauri Hassui / Resumo: Este trabalho é uma proposta para facilitar a quantificação da usinabilidade de um material de alta resistência destinado à produção de peças de segurança para indústria automotiva. A complexidade dos processos de usinagem necessita do desenvolvimento de um método de avaliação da usinabilidade nas mãos de quem produz o material e, pelo grande número de parâmetros envolvidos, dificulta a rápida e precisa obtenção de resultados. A evolução tecnológica tende a desenvolver materiais com melhores propriedades mecânicas e com microestruturas mais refinadas que oferecem maior resistência à usinagem. Neste trabalho foram desenvolvidas ferramentas que permitiram simular uma situação real de usinagem de barras do aço DIN C45, por torneamento radial. O objetivo do trabalho foi avaliar os parâmetros do processo atualmente utilizado, bem como, estabelecer um padrão de referência para aferição, no próprio fornecedor, de melhorias implantadas neste produto. Como resultado foi possível confirmar que o avanço e a rotação atualmente utilizados estão perfeitamente adequados. Entretanto, outro ângulo de saída proposto apresentou aumento significativo da vida da ferramenta nas várias condições testadas. Foi possível realizar a quantificação da usinabilidade, conforme a intenção inicial deste trabalho / Abstract: This is work is a proposal to quantify the machinability of a high strength material for safety parts production in automotive industry. The complexity of machining processes requires development of an evaluation method of machinability that can be done by those who produce the material before the end-user involvement and, mainly due to large number of parameters involved, it's difficult to obtain fast and accurate results. Technological evolution leads to the development of materials with improved mechanical properties and finer microstructures that offer greater resistance to machining. This work aimed to establish tools that simulated a real situation machining grade DIN C45 steel bars. The goal was to evaluate the process parameters used currently and also to establish a benchmark for evaluation in laboratory for future improvements to be incorporated in the steel bar. In this evaluation, it was confirmed that the advance and speed currently used are perfectly adequate. However, another angle output proposed achieved superior results, significantly increasing tool life in several conditions tested / Mestre

Orientador: Paulo Noronha Lisboa Filho / Banca: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Banca: Conrado Ramos Moreira Afonso / Banca: Rodrigo Cardoso de Oliveira / Banca: William Fernando Zambuzzi / Resumo: Dentre os biomateriais metálicos, largamente empregados pela indústria biomédica, o titânio (Ti) e suas ligas, principalmente o sistema Ti-6Al-4V (responsável por 45% da produção total de titânio como biomaterial) representam a principal escolha para a confecção de implantes ortopédicos e dentários. No entanto, processos de degradação (corrosão, desgaste e tribocorrosão) atuantes sobre estas ligas podem ocasionar a liberação de partículas e íons metálicos (comumente referidos produtos de desgaste ou debris), o que pode representar uma situação perigosa in vivo. Neste contexto, as propriedades físico-químicas dos produtos de desgaste irão influenciar fortemente o tipo e intensidade das respostas de um organismo vivo após sua exposição aos mesmos. De forma geral, a interação de tais produtos com as células dos tecidos adjacentes ao implante e do sistema imune pode desencadear processos de sinalização, nomeadamente em termos da produção e liberação de citocinas pró-inflamatórias, conduzindo a osteólise (reabsorção óssea) e consequente falha do implante. Ademais, muitas preocupações têm sido levantadas com relação à liberação de partículas e íons compostos pelos elementos alumínio e vanádio. Alternativamente, novas ligas de titânio isentas da adição destes elementos têm sido propostas nos últimos anos, dentre as quais podemos citar, por exemplo, a liga Ti-15Zr-15Mo. Neste trabalho, foram avaliados (in vitro), a partir de um modelo de células de camundongo, os possíveis efeitos re... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Among the metallic biomaterials, widely used in the biomedical industry, titanium (Ti) and its alloys, mainly the Ti-6Al-4V system (responsible for 45% of the total titanium production as biomaterial) represent the main choice for orthopedic and dental implants' manufacturing. However, degradation processes (corrosion, wear and tribocorrosion) acting on these alloys may lead the release of metallic particles and/or ions (also referred as wear products or debris), and this may represent a dangerous situation in vivo. In this context, the wear products' physical-chemical properties will strongly influence the type and intensity of the living organism responses after their exposure to them. In general, these products' interaction with the implants' surrounding tissues and immune system cells may trigger signaling processes, particularly in terms of the proinflammatory cytokines production and release, leading to osteolysis (bone resorption) and consequent implant loosening. Additionally, many concerns have been raised regarding the release of particles and ions composed by aluminum and vanadium. Alternatively, new vanadium and aluminum-free titanium alloys have been proposed in recent years, among which it is possible to mention, for example, the Ti-15Zr-15Mo alloy. In this work, the possible effects related to the vanadium ions exposure to bone and connective tissue cells (fibroblasts and osteoblasts) were evaluated (in vitro), from a mouse cells' model. Also, ionic speciation ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Essa dissertação apresenta um estudo experimental, com o objetivo de caracterizar a influência da estrutura no comportamento mecânico do solo saprolítico de basalto da região de Teutônia, RS. São apresentados os resultados de ensaios edométricos, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão triaxial não drenados (CIU) em amostras reconstituídas juntamente com ensaios de compressão triaxial drenados (CID) e ensaios de compressão isotrópica em amostras indeformadas. A análise dos resultados obtidos nesta dissertação juntamente com os resultados obtidos por Rigo (2005) mostrou que tanto em compressão confinada como em compressão isotrópica o solo indeformado apresenta um comportamento bem mais rígido que solo reconstituído e consegue sustentar índices de vazios bem maiores para um mesmo valor de tensão. Foi observada uma tensão de plastificação em torno de 350 kPa Nos ensaios triaxiais CID o solo indeformado apresentou um comportamento dependente do nível de tensão confinante. Para tensões confinantes mais elevadas foi observada uma queda brusca na curva tensão-deformação após o pico, associada com a formação de um plano de ruptura polido no corpo de prova. A partir dos resultados dos ensaios de compressão isotrópica e ensaios triaxiais CIU no solo reconstituído foram determinadas uma linha de compressão normal (NCL) e uma linha de estado crítico (CSL) para o solo nesta condição. Foi observado que os resultados dos ensaios triaxiais CID no solo indeformado se ajustaram bem a estas linhas de estado.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-10T18:12:35Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 943337 bytes, checksum: 854e978164d58f3fdf6c85e4e202bddf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-10T18:12:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 943337 bytes, checksum: 854e978164d58f3fdf6c85e4e202bddf (MD5) Previous issue date: 2001-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho teve por finalidade estudar o comportamento mecânico de dois solos típicos da região de Viçosa – MG, para fins de utilização em camadas de pavimentos flexíveis. Após a identificação desses solos, segundo as classificações HRB, USCS e MCT, foram realizados ensaios de compactação e CBR nos materiais em estudo nas energias do Proctor normal e na do Proctor intermediário. Também foram realizados ensaios triaxiais convencionais do tipo UIU para obtenção dos parâmetros de resistência dos dois solos em estudo, em diferentes condições de umidade das amostras. Num desses solos foi também realizado o ensaio triaxial cíclico, para a determinação das deformações permanentes e do módulo de resiliência em vários ciclos de carregamento. As tensões aplicadas nos corpos-de- prova, em laboratório, para o estudo de suas deformações foram obtidas através da utilização de um programa computacional MICH-PAVE. Com a obtenção dos valores da deformação permanente em função do nível e do número de tensão desvio aplicados, foi possível utilizar um modelo matemático que pudesse estimar a deformação permanente do solo em estudo. Essa expressão matemática permite calcular a contribuição da camada sob o ponto de vista de afundamentos de trilha- de-roda. De acordo com os resultados obtidos de deformação permanente para os níveis e número de tensão aplicados, observou-se que para este solo não compromete o desempenho do pavimento, sob o ponto de vista de afundamentos de trilha-de-roda. Observou-se neste estudo, que um dos solos, de acordo com a classificação HRB é de má qualidade, para fins de utilização em camadas de pavimento. Pela classificação MCT observou-se o contrário, ou seja, o mesmo possui qualidades para ser empregado até mesmo em camadas de sub-base de pavimentos flexíveis. Sob ponto de vista de suporte, avaliado a partir do ensaio CBR, ambos os solos pesquisados neste trabalho podem ser empregados em camadas de pavimentos de rodovia. / The objective of this paper was to study the mechanic behavior of two typical soils from Viçosa – MG, to be used in flexible pavements layers. This two soils were identified using HRB, USCS and MCT classifications and, then, were realized compaction essay and CBR (Normal Proctor and Intermediate Proctor energy), moreover, were realized triaxial compression test (UIU) to acquire the soils resistance with different humidity conditions. Triaxial cycle test were done in one of the soils to determine the deformations permanent and the resiliency modulus in many cargo. The computational program MICH-PAVE was used to define the stress would be applied in bodies of proof to study their deformation. A mathematical model was used to estimate deformation permanent of the soil in study with values of deformation permanent alive of level and number of deviation-stress applied. This model permit to comput the layer contribution under the view-point of rutting. According to results got from deformation permanent to stress levels and number applied, was observed that this soil don’t compromise the pavement performance, under the view-point of rutting. In this paper was observed that one of the study soils has bad quality, according to HRB classification, to be used in pavement layers. The opposite was observed according to MCT classification: this soil has qualities to be used in sub-base pavement layers. The soils studied can be used in pavement layer, under the view-point of support, according to CBR.

O entendimento das características de compósitos com fibras naturais pode promover o seu uso a ponto de sugerir sua aplicação no lugar de compósitos reforçados com fibras sintéticas. Este trabalho busca embasar essa alternativa através da comparação do comportamento mecânico de compósitos unidirecionais de matriz poliéster isoftálica reforçada com fibras de curauá e reforçada com fibras de vidro. Os compósitos foram produzidos na forma de lâminas finas com teor de fibra de 20% onde se variou o ângulo do reforço (0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º e 90º) com o objetivo de estudar o efeito de orientação da fibra nas suas propriedades. Foram moldados compósitos variando-se o teor volumétrico de fibras (10 %, 20 %, 30 %, 40 % e 50 %) a fim de avaliar a quantidade ótima de reforço em cada lâmina; a eficiência de um tratamento alcalino (5 % em peso de NaOH) na superfície das fibras de curauá também foi avaliada afim de se observar o ganho em resistência mecânica dos compósitos. Todos os compósitos unidirecionais foram caracterizados por meio de ensaios de tração, flexão e cisalhamento short-beam. As propriedades das lâminas reforçadas com fibra de curauá ou com fibra de vidro também foram estudadas utilizando-se as teorias da micromecânica disponíveis em softwares comerciais. As fibras de curauá tratadas com a solução alcalina produziram compósitos com maior resistência à tração quando comparados aos compósitos de curauá sem o tratamento devido a melhor interação com a matriz. A variação do ângulo de reforço mostrou o quão dependente são a resistência e o módulo dos compósitos reforçados com fibra de curauá ou vidro em relação à orientação das fibras. O efeito da orientação da fibra foi mais pronunciado em compósitos reforçados com fibra de vidro. Por último, embora os compósitos reforçados com fibra de vidro sejam mais resistentes que aqueles com fibra de curauá, os resultados para ângulos maiores que 45° foram considerados similares, equiparando as duas fibras nessas condições. / The understanding of natural fibers composites can promote its use. This work aims in compare the behavior of unidirectional polyester matrix composites reinforced with curaua fibers and reinforced with glass fiber. The composites were produced in the shape of a thin sheet where was varied the reinforcement angle (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°) with the objective of studying the fiber orientation effect on composite properties. For this study was also mold composites varying the fiber volume fraction (10 %, 20 %, 30 %, 40 % and 50 %) in order to evaluate the best amout of reinforcement in each composite sheet and the efficiency of an alkaline treatment (5 % NaOH) at the curaua fiber surface. All the unidirectional composites were characterized using tensile, flexural and short-beam tests according to ASTM standards. The composites reinforced sheet properties with either glass or curaua fibers were also studied using theoretical micromechanical approach available in commercial software. Curaua fibers treated with alkaline solution produced higher tensile strength results compared with untreated fibers. As expected, the increase in reinforcement angle significantly decreased strength and modulus of curaua reinforcement composites as in glass reinforcement composites. The effect of fiber orientation was more relevant in the glass fiber composites. At last, although the glass fiber composites indicate higher strenght than curaua fiber composites, the results for higher angles (> 45°) were considered similar for both fibers in this conditions.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico estático de diferentes cabos poliméricos reforçados por fibras em solicitações de tração e flexão através de ensaios experimentais, modelos analítico e numérico, inserindo as incertezas probabilísticas experimentais. Diferentes fios de compósitos pultrudados de seção circular foram ensaiados experimentalmente para se determinar seus respectivos coeficientes de atrito estático (COF), módulo de elasticidade (E1), coeficiente de Poisson (12) e máxima deformação axial na ruptura (). Cabos utilizando fibras de carbono e resina epóxi de arquitetura 1×7 foram ensaiados experimentalmente em tração e flexão 4 pontos, os resultados foram comparados com um modelo analítico bidimensional simplificado adaptado do modelo de Costello e com um modelo numérico tridimensional dedicado. Considerou-se as incertezas probabilísticas em ambos os modelos incorporando as variações experimentais das principais propriedades de entrada. O modelo numérico foi empregado para o estudo de cabos com construções híbridas (fios de diferentes compósitos). Como principais resultados para o cabo 1×7 CFRP, a carga de ruptura média em tração foi 190,25 kN, em flexão o cabo apresentou uma força média de 598,5 N para um deslocamento de 10 mm. O modelo numérico mostrou-se muito confiável, com uma diferença de -1,15% (181,1 kN) em relação aos resultados experimentais médios para tração, mas o modelo analítico simplificado apresentou diferenças acima de 10%. Para os ensaios em flexão o desempenho dos dois modelos foram similares, o numérico apresentou uma diferença de -3,11% (580,5 N) com relação ao experimental e o modelo analítico apresentou diferença acima de 10% (680,5 N). As análises estatísticas constataram não haver diferenças significativas entre os resultados do modelo numérico em relação ao experimental para ambas as solicitações analisadas. Por outro lado, há uma diferença estatística significativa entre os resultados experimentais e os gerados pelo modelo analítico. Concluiu-se também que todos as propriedades de entrada contribuem de maneira similar aos resultados dos dois modelos. Com o modelo numérico, comprovou-se a ocorrência de escorregamento entre os fios do cabo levando a uma perda da seção transversal circular e diminuição do momento de inércia. Encontrou-se o melhor compromisso entre maior flexibilidade em flexão sem comprometer a resistência à tração, para o cabo 1×7 com passo entre 90 e 150 mm, e que a variação do COF não afeta significativamente o desempenho do cabo em tração e flexão. Por fim, os demais resultados obtidos empregando este modelo indicam que os cabos de compósitos, mesmo em construções multicamadas, apresentam um real potencial de aplicação em diversos setores da engenharia. / The aim of this work is to evaluate the static mechanical behavior of different fiber reinforced polymer cables in tensile and flexural stresses through experimental, analytical and numerical models, inserting the experimental probabilistic uncertainties. Different wires of pultruded composites of circular section were tested experimentally to determine their respective coefficients of static friction (COF), modulus of elasticity (E1), Poisson coefficient (12) and maximum axial deformation at rupture (). Cables using carbon fibers and epoxy resin of 1 × 7 architecture were tested experimentally in traction and 4-point bending, the results were compared with a simplified two-dimensional analytical model adapted from the Costello model and also with a dedicated three-dimensional numerical model. Probabilistic uncertainties were considered in both models by incorporating the experimental variations of the main input properties. The numerical model was used for the study of cables with hybrid constructions (wires of different composites). As the main results for the 1 × 7 CFRP cable, the average tensile ultimate load was 190.25 kN, in flexion the cable had a mean force of 598.5 N for a displacement of 10 mm. The numerical model was very reliable, with a difference of -1.15% (181.1 kN) in relation to the average experimental results for traction, but the simplified analytical model presented differences above 10% For the bending test the performance of the two models was similar, the numerical one presented a difference of -3.11% (580.5 N) in relation to the experimental one and the analytical model showed difference above 10% (680.5 N) . Statistical analysis showed that there were no significant differences between the results of the numerical model in relation to the experimental one for both analyzed requests. On the other hand, there is a statistically significant difference between the experimental results and those generated by the analytical model. It was also concluded that all input properties contribute in a similar way to the results of the two models. With the numerical model, it was verified the occurrence of sliding between the cables of the cable leading to a loss of the circular cross section and decrease of the moment of inertia. The best compromise between greater bending flexibility without compromising tensile strength was found for the 1 × 7 cable with pitch length between 90 and 150 mm, and that the COF variation did not significantly affect the cable's performance in traction and bending. Finally, the other results obtained using this model indicate that composite cables, even in multilayer constructions, present a real potential of application in several engineering sectors.