[pt] Este trabalho tem como finalidade a apresentação de um método novo e eficiente para a análise e separação de tensões em materiais compostos (conjugados). O método híbrido consiste no acoplamento da lei ótica para materiais ortotrópicos com as equações de compatibilidade e equilíbrio para corpos anisotrópicos. As soluções destas equações são representadas por funções analíticas de variáveis complexas. O método propõe que se aproximem as funções analíticas por funções polinomiais. Estas funções aproximadas são determinadas através do acoplamento das equações de equilíbrio e compatibilidade com dados experimentais, obtidos da resposta fotoelástica, e com métodos numéricos (Newton-Raphson e mínimos quadrados), possibilitando a determinação dos coeficientes integrantes das funções polinomiais. O método apresenta como principal vantagem a capacidade de separar as tensões, com precisão, em pequenas ou mesmo em grandes regiões de modelos fotoelásticos planos, sem requerer a leitura de franjas isoclínicas. São apresentados excelentes resultados obtidos com a aplicação do método desenvolvido em alguns casos específicos, envolvendo um material composto por uma matriz de resina reforçada por fibras de vidro com arranjo unidirecional. Três casos são objetos de estudo: A) Barra retangular submetida à tração, com a direção do reforço paralela a direção da carga aplicada. B) Barra retangular submetida à tração. com direção do reforço fazendo um ângulo qualquer com a direção da carga aplicada. C) Plano semi-infinito submetido à carga concentrada atuando perpendicularmente à direção do reforço. / [en] The objective of this paper is to present a new and efficient method to analyse and separate stresses in composite materials. The hybrid method associates the stress-optic law for orthotropic materials with the compatibility and equlibrium equations for anisotropic bodies. The solutions of these equatios are represented by analytical functions of complex variables. The method proposes that these analytical functions be approximate by polynomial functions. These aapproximate functions are determined by the association of the compatibility equilibrium equatios with experimental data (obtained from the photoelastic response) and numerical methods (Newton-Raphson and least squares method). The method presents as a major advantage the capacity to separate stresses precisely in small or even in large regions of photoelastic plane models, without needign to collect isoclinic fringe data. The thesis presents excellent results obtained by the application of the developed method in some specific cases, where a fiber glass reinforced epoxy resin is used as a model material, will be shown. Three cases are studied: A) Rectangular bar in tension with the fiber reinforcement axis parallel to the applied load direction B) Rectangular bar in tension with the fiber reinforcement axis making a known angle with the applied load direction C) Semi-infinite plane subjected to a concentrated edge load which is perpendicular to the fiber reinforcement axis.

This thesis deals with the polarization of the light and its use in the field of photoelasticity measurement. The theoretical part is divided into two sections. First the light is described as electromagnetic waves in the theoretical section. Further the polarization types are described and the principle of the photoelasticity is explained. Electronic is described in the second section of the theoretical part. In the frame of the experimental part electronic design is presented together with the program for the scanning device controller. The functionality of the device is tested in the last section.

[pt] A fotoelasticidade é uma ferramenta poderosa para análise de tensões em problemas bi e tridimensionais. Nos últimos anos a técnica vem ganhando renovado interesse da comunidade científica devido à adaptação de modernas técnicas de aquisição e processamento digital de imagens. Uma das linhas mais promissoras é a Fotoelasticidade RGB, que entende a cor como uma combinação única dos níveis de intensidade das componentes Red, Green e Blue. Tratase de uma metodologia poderosa, porém de fácil compreensão e aplicação em ambientes industriais. Uma aplicação tradicional da fotoelasticidade é na inspeção de tensões residuais em componentes de vidro, utilizando-se a Norma ASTM F218. Esta Norma estabelece dois procedimentos para a determinação da ordem de franja isocromática: um quantitativo e outro qualitativo. O vidro tem birrefringência muito baixa, o que faz com que a resposta ótica seja basicamente em tons de cinza. No seu procedimento qualitativo a Norma ASTM F218 recomenda a utilização de um filtro retardador de onda inteira. Com esse simples procedimento, a resposta ótica se modifica. No lugar de tons de cinza tem-se cores em torno da passagem do vermelho para o azul, o que simplifica muito a análise de birrefringência por um operador. A aplicação da Fotoelasticidade RGB para componentes de vidro, transforma este método qualitativo em quantitativo: a cor deixa de ser um parâmetro abstrato, e passa a ser um número. Este trabalho analisa os procedimentos necessários para aplicar a Fotoelasticidade RGB à indústria do vidro. A Norma ASTM F218 recomenda que o filtro de onda inteira, seja inserido com sua direção principal alinhada à direção principal de cada ponto analisado. Foi pesquisada a diferença entre os resultados obtidos, quando a norma é seguida, e quando é utilizado um procedimento simplificado, ou seja, é utilizada apenas uma posição do filtro para analisar todos os pontos. Além disso, o método foi aplicado a dois casos: um esteme e um bulbo de lâmpada. Nos dois casos, foram analisados um componente considerado bom e outro considerado ruim, por seu fabricante, procurando mostrar seus estados de tensões residuais através da Fotoelasticidade RGB. / [en] Photoelasticity is a powerful tool for analyzing stress in bidimensional and three-dimensional problems. In the last years the technique renewed the scientific community s interest due to adaptation of modern acquisition and image digital processing techniques. One of the most promising field is called RGB Photoelasticity. It quantifies the color as an unique combination of the intensity levels of Red, Green and Blue components. It is a powerful methodology,even so of easy understanding and application in industrial enviroment.A traditional application of the photoelasticity is in the inspection of residual stresses in glass components, using the specification ASTM F218. That specification establishes two procedures for the determination of the isocromatics fringe order: one of them quantitative and anotehr one qualitative. The glass has very low birefringence, so that its optic response is basically in gray tones. In the qualitative procedure the specification F218 recommends the use of a full - wave plate. With this simple procedure the optical answer is changed. It is possible to obtain colors near the passage of the red to blue, what simplifies the analysis too much. The application of RGB photoelasticity to glass transforms the qualitative method in quantitative: the color is not more an abstract parameter, but a number. This dissertation analyzes the necessary procedures to apply RGB photoelasticity to the glass industry. The specification F218 recommends that the full wave plate must be inserted with its principal direction aligned to the principal direction of each analyzed point. A implification to that procedure was proposed: to use only one position of the filter to analyze all the points. The difference among the two procedure was researched; the results obtained following the specification and using the simplified procedure were compared. The method has been applied to two cases: a stem and a lamp bulb. In the both cases, a component in the acceptable condition and another in the non-acceptable condition were analyzed, in order to show their states of residual stresses using the RGB photoelasticity.

[pt] Foram determinados experimentalmente fatores de concentração de tensões teóricos para placas e eixos com entalhes simétricos e circunferenciais em U sujeitos à combinação de esforços de flexão e tração, para as placas e, flexão e torção para os eixos. Os fatores obtidos foram plotados em gráficos para comparação com fatores determinados aplicando-se o princípio da superposição. Foram utilizadas as relações geométricas D / d = 1,5; 1,25; 1,10 e r/d = 0,30; 0,25; 0,20 para as placas. Para os eixos utilizaram-se apenas as relações 0/d = 1,3 e r/d = 0,25. Também foram obtidos fatores de concentração de tensões para os esforços puros e seus valores comparados com resultados já publicados. Os resultados para as placas foram obtidos a partir da fotoelasticidade bidimensional. Foi empregado o método fotoelástico tridimensional de congelamento de tensões para os eixos. Neste caso, os modelos foram cortados em finas fatias para separação das tensões. Para o estudo tridimensional foi utilizado um material desenvolvido no laboratório de Fotomecanica da PUC-RJ. / [en] Theoretical stress concentration factors were determined experimentally for bars and shafts with symmetrical and circunferential U – shaped grooves subjected to combinations of bending – tension loads for the bars and bending – torsion loads for the shafts. The stress concentration factors obtained were plotted to compare with the factors determined by application of the superposition effects. The geometric relations used for the bars were Dd = 1,5; 1,25; 1,10 and rd = 0,30; 0,25; 0,20. The geometric relations used for the shafts were Dd = 1,3 e rd = 0,25. The stress concentration factors were also determined for single loaded specimens and they were compared wuth data already published. The stress concentration factors for the bars were determined by the two – Dimensional photoelastic method. In the case of the shafts they were determined by the three – Dimensional photoelastic Method of stress Freezing. In this method, the models developed in the laboratory of Photomechanics of the Universidade Católica.

[pt] A determinação do fator teórico ou geométrico de concentração de tensões em um cilíndrico oco de paredes espessas com furo lateral oblíquo é o objeto deste estudo. É analisada a influência do ângulo de ineliação do furo lateral sobre o fator teórico de concentração de tensões. Foi usado na análise, o método fotoelástico. Os cilindros foram fabricados com uma mistura de araldite CY-205, anidrido ftálico e anidrido maleico. O carregamento é feito, introduzindo-se no cilindro um pino fabricado com o mesmo material. É usada a técnica do congelamento das tensões. Para determinar as tensões, o cilindro é cortado em fatias que são analisados em um polariscópio. São apresentadas conclusões, formuladas a partir dos resultados obtidos na experiência. Com este trabalho, novos dados são acrescidos ao problema de concentração de tensões, ampliando os recursos para aqueles que se dedicam ao projeto de máquinas. / [en] The study deals with the problem of concentration of stress introduced by the oblique hole in th thick wall cylinder. The influence of the angle of the axes of hole and cylinder in the stress concentration factor is studied by the method of three-dimensional photoelasticity. The cylinder was manufactured from the CIBA CY-205 epoxy resin cured by mixture of phtalic and maleic anhydrides, loaded by the inner pin and studied by the stress freezing method. The results are presented, which forms of dimensionless diagrams, which permits designer to calculate stresses using the simple Lame’s formula.

[pt] A concentração de tensões nas extremidades de cilindros montados com interferência é muito pouco conhecida. Neste trabalho estudou-se a concentração de tensões na extremidade do cilindro oco. Foram analisadas várias relações de diâmetros e diferentes posições do cilindro interno, utilizando o método fotoelástico tri-dimensional. Os modelos foram construídos usando resina epóxi e anidridos ftálico e maleico como endurecedores. Após o congelamento das tensões retirou-se fatias para análise no polariscópio. Para o cálculo das tensões foi usado o método da diferença das tensões cisalhantes. Os resultados são apresentados em gráficos e analisados. / [en] The stress concentration at end of thickwall cylinders with interference assemblage is unknow yet. In present work the stress concentration has been analized for several diametral relations and differents positions of inner cylinder. The photoelastic method has been used the models was constructed with epoxy resin using phthalic and maleic anhydride as curing agent. After stress freezing procedure the model was sliced to polariscope analysis. For stress calculations the shear difference method was used. The results are plotted and analized.

[pt] O desenvolvimento de um modelo fotoelástico com módulo de elasticidade variável, é objeto deste trabalho. O material utilizado foi obtido a partir da resina epoxi (Cy-205-CIBA) com a combinação dos endurecedores anidrido ftálico e anidrido maleico. Obtidas as curvas de nível do módulo de elasticidade, temperatura crítica e coeficiente de dilatalção térmico para materiais com diferentes partes em peso dos enducedores, pode-se escolher por supersição dessas curvas materiais com mesma temperatura crítica e expansão térmica a essa temperatura. Feita a colagem dos materiais, foi analisado o efeito das tensões térmicas durante o aquecimento até alcançarem a temperatura de congelamento(crítica) e discutidos os resultados. Este trabalho destina-se a fotoelasticidade tridimensional para a análise e congelamento de tensões em materiais diferentes módulos de elasticidade, minimizando-se os efeitos causados por diferentes nos coeficientes de dilatação térmico. / [en] The present work deals with the development of the photoelastic model with variable modulus of elasticity.The experiment materials was prepared from an epoxi resin (CY-2050) with the hardener phatalic anhydride and maleic anhydride. The nomagrames of the modulus of elasticity, critical temperature and thermel expansion coefficient were obtained for these curves were selected materials with the same critical temperature and correspoding thermal expansion coefficient. These materials were bound together and the effects of thermal stresses was analised during the heating till they reach the freezing temperature and the results are subsequently discussed. This work is intended for three-dimensional experiments with analyses and frozen stress in photoelastic material with different modulus of elasticity to minimaze the different thermal expansion effects.

La bande transporteuse est utilisée dans l’industrie pour acheminer de la matière ou des objets dans de multiples domaines d’applications tels que les mines souterraines ou aériennes, les carrières, l’industrie alimentaire, l’industrie agricole ou les supermarchés. Ses composants lui permettent de travailler dans des conditions extrêmement difficiles. L’intérêt est porté sur les bandes transporteuses de mines de fond dont les contraintes de fonctionnement et d’acheminement sont particulières. En effet, la bande est acheminée sur rouleaux et jonctionnée sur le site de l’utilisateur pour former une bande sans fin. La jonction est le point faible de la bande transporteuse car sa résistance représente 50% seulement de la force de rupture nominale de la bande. L’objet de cette étude est de proposer une nouvelle solution de jonctionnement.Après avoir analysé les différentes contraintes mécaniques et chimiques auxquelles la bande transporteuse est soumise, une étude comparative sur les différents types de jonctions a été menée.Il y a les jonctions chimiques et les jonctions mécaniques. Chacune a des avantages et des inconvénients en termes de coût ou de longévité, qui ont été présentés. Dans un troisième temps, une étude a été menée sur la compréhension du comportement de rupture de la jonction mécanique. L’étude sur la jonction a été réalisée à l’aide d’un montage expérimental conçu spécifiquement. L’influence des paramètres de la jonction a pu être évaluée grâce à un nouvel indicateur adimensionnel représentant l’efficacité de la jonction par rapport à la bande normale (Junction Tensile Strength Efficiency : JTSE). Dans un quatrième temps, une étude a été faite sur un système de jonction innovant par couture. La jonction réalisée a été testée sur un banc de traction pour en vérifier l’efficacité, puis des essais ont été effectués sur un banc dynamique pour en étudier la fatigue. La jonction cousue est une innovation qui permet de dégager de nouvelles perspectives dans le jonctionnement des bandes transporteuses. / The conveyor belt is used as a material and object transportation tool in a lot of industries such as underground mines, quarries, food industries, agribusinesses or supermarkets. The studied subject is the underground mine conveyor belt, because of their transportation and use difficult conditions.Indeed, the conveyor belt must be cut to be dispatched using belt reeling and joined afterwards in the underground mine forming an endless belt. However, the junction is the weakest part of the conveyor belt due to the 50% belt weakening. The aim of this study is to propose a new junction solution. After analysing the underground belt mechanical and chemical use conditions, the different junction types have been analysed. A junction advantage and inconvenience comparison has been presented. Then, the junction mechanical behaviour has been studied using an original mechanical setup reproducing the mechanical junction. The different parameter influence has been evaluated using a new adimensional indicator called junction tensile strength efficiency. In the last part, a new junction solution made by a sewn has been explored. The sewn junction tensile efficiency has been tested on a tensile strength machine and its fatigue efficiency has been verified through dynamic tests. New outlines in the conveyor belt joining are open as a result of the sewn junction solution development.

O objetivo deste estudo foi confeccionar uma nova macroestrutura de implantes de Zircônia (Y- TZP) e Titânio (Grau 4) e posteriormente avaliar comparativamente a transmissão de força e a resistência flexural, submetidos à fadiga mecânica e termomecânica. Foram obtidos 33 implantes de Zircônia e de titânio Grau 4. As tensões geradas em torno dos implantes foram observadas em 3 espécimes inicialmente por meio de análise fotoelástica, com forca de 200N aplicada no longo eixo dos implantes. Em seguida, os implantes foram incluídos em resina de poliuretano (F-16, AXSON Technologies) com inclinação de 30° e aleatoriamente separados em grupos (n=10),, segundo o tipo de tratamento a que foram submetidos: Controle (sem tratamento) (Zr e Ti), fadiga mecânica (ZrM e TiM) e fadiga termomecânica (ZrTM e TiTM). A máquina de fadiga mecânica foi programada para aplicar carga de 133 N, com frequência de120 ciclos por minuto (2 Hz), totalizando 2.000.000 ciclos em cada espécime. A ciclagem térmica foi configurada com a temperatura mínima entre 2o a 5oC e temperatura máxima entre 50° a 55° C com exposição de 30 segundos para cada faixa e 5 segundos para troca dos líquidos. Após o ensaio de fadiga mastigatória, todos os grupos foram submetidos ao ensaio de tensão flexural. Os resultados foram submetidos à análise estatística (2-way ANOVA, teste de Bonferroni, p<0,05) e verificou-se que nao houve diferença estatisticamente significante na quantificação da transmissão de força entre os implantes de Zircônia e Titânio. Os implantes de Titânio apresentaram maior resistência flexural, com diferença estatisticamente significante (p<0.05) em relação aos implantes de Zircônia. Concluiu-se que foi possível obter um design de implante de zircônia compatível com as condições de forças aplicadas em ambiente bucal. A fadiga mecânica e termomecânica não influenciaram a resistência flexural dos implantes de Titânio nem dos implantes de Zircônia. / The aim of this study was to develop a new Zirconia (Y-TZP) and Titanium (Grade 4) implant macrostructure to make an accurate comparative evaluation of the stress transmission and flexural strength after both materials were subjected to mechanical and thermomechanical fatigue. Thirty three Zirconia and Titanium Grade 4 implants were obtained. A force of 200N was applied to the long axis of the implants and the distribution of the generated stress around implants was initially observed in three specimens by photoelastic analysis. Then, the implants were embedded in polyurethane resin (F-16, AXSON Technologies) with an inclination of 30°and randomly divided into groups (n = 10), according to the type of treatment they were subjected to: Control (no treatment ) (Zr and Ti), mechanical fatigue (ZRM and TiM) and thermomechanical fatigue (ZrTM and TiTM). The mechanical fatigue testing machine was programmed to apply a load of 133 N, with a frequency of 120 cycles per minute (2 Hz) and a total of 2,000,000 cycles in each specimen. The thermocycling was set with the minimum temperature between 2°-5°C and maximum temperature between 50°-55°C with 30 seconds exposure for each track and 5 seconds for the exchange of fluids. Following the fatigue test (chewing simulation), all groups were subjected to flexural strength test. The data were subjected to statistical analysis (2-way ANOVA, Bonferroni test, p <0.05) and the results showed no statistically significant difference between Zirconia and Titanium implants\'s stress transmission values. Titanium implants showed higher flexural strength, which was statistically significant (p <0.05) compared with Zirconia implants. It was concluded that it was possible to obtain a Zirconia implant design compatible with the forces applied in the oral environment. Moreover, the mechanical and thermomechanical fatigue had no influence on the flexural strength of both Titanium and Zirconia implants.

O objetivo deste estudo foi confeccionar uma nova macroestrutura de implantes de Zircônia (Y- TZP) e Titânio (Grau 4) e posteriormente avaliar comparativamente a transmissão de força e a resistência flexural, submetidos à fadiga mecânica e termomecânica. Foram obtidos 33 implantes de Zircônia e de titânio Grau 4. As tensões geradas em torno dos implantes foram observadas em 3 espécimes inicialmente por meio de análise fotoelástica, com forca de 200N aplicada no longo eixo dos implantes. Em seguida, os implantes foram incluídos em resina de poliuretano (F-16, AXSON Technologies) com inclinação de 30° e aleatoriamente separados em grupos (n=10),, segundo o tipo de tratamento a que foram submetidos: Controle (sem tratamento) (Zr e Ti), fadiga mecânica (ZrM e TiM) e fadiga termomecânica (ZrTM e TiTM). A máquina de fadiga mecânica foi programada para aplicar carga de 133 N, com frequência de120 ciclos por minuto (2 Hz), totalizando 2.000.000 ciclos em cada espécime. A ciclagem térmica foi configurada com a temperatura mínima entre 2o a 5oC e temperatura máxima entre 50° a 55° C com exposição de 30 segundos para cada faixa e 5 segundos para troca dos líquidos. Após o ensaio de fadiga mastigatória, todos os grupos foram submetidos ao ensaio de tensão flexural. Os resultados foram submetidos à análise estatística (2-way ANOVA, teste de Bonferroni, p<0,05) e verificou-se que nao houve diferença estatisticamente significante na quantificação da transmissão de força entre os implantes de Zircônia e Titânio. Os implantes de Titânio apresentaram maior resistência flexural, com diferença estatisticamente significante (p<0.05) em relação aos implantes de Zircônia. Concluiu-se que foi possível obter um design de implante de zircônia compatível com as condições de forças aplicadas em ambiente bucal. A fadiga mecânica e termomecânica não influenciaram a resistência flexural dos implantes de Titânio nem dos implantes de Zircônia. / The aim of this study was to develop a new Zirconia (Y-TZP) and Titanium (Grade 4) implant macrostructure to make an accurate comparative evaluation of the stress transmission and flexural strength after both materials were subjected to mechanical and thermomechanical fatigue. Thirty three Zirconia and Titanium Grade 4 implants were obtained. A force of 200N was applied to the long axis of the implants and the distribution of the generated stress around implants was initially observed in three specimens by photoelastic analysis. Then, the implants were embedded in polyurethane resin (F-16, AXSON Technologies) with an inclination of 30°and randomly divided into groups (n = 10), according to the type of treatment they were subjected to: Control (no treatment ) (Zr and Ti), mechanical fatigue (ZRM and TiM) and thermomechanical fatigue (ZrTM and TiTM). The mechanical fatigue testing machine was programmed to apply a load of 133 N, with a frequency of 120 cycles per minute (2 Hz) and a total of 2,000,000 cycles in each specimen. The thermocycling was set with the minimum temperature between 2°-5°C and maximum temperature between 50°-55°C with 30 seconds exposure for each track and 5 seconds for the exchange of fluids. Following the fatigue test (chewing simulation), all groups were subjected to flexural strength test. The data were subjected to statistical analysis (2-way ANOVA, Bonferroni test, p <0.05) and the results showed no statistically significant difference between Zirconia and Titanium implants\'s stress transmission values. Titanium implants showed higher flexural strength, which was statistically significant (p <0.05) compared with Zirconia implants. It was concluded that it was possible to obtain a Zirconia implant design compatible with the forces applied in the oral environment. Moreover, the mechanical and thermomechanical fatigue had no influence on the flexural strength of both Titanium and Zirconia implants.