Thesis (MTech (Mechanical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2017. / Material testing is an important test to researchers in material science fields and other engineering related fields. This is the base for material evaluation prior to the application. This test is used in the engineering field to determine the strength of materials which is an aspect of assigning materials to different functions. The uniaxial tensile testing of material is the most common form of testing the strength of metallic material - usually to investigate whether or not the material is worthy of the intended application. Material testing is normally performed under uncontrolled conditions in most laboratories. Numerous attempts had been previously made in attempt to control the temperature conditions when performing the tensile test on special materials such as shape memory alloys (SMA) and other smart materials. Various methods had been employed to control the temperature during tensile testing, methods such as induction heating, warm liquid baths, etc. The aim of this study was to develop a temperature controlled environment for the Houndsfield tensile testing machine which is found at the Cape Peninsula University of Technology in the Mechanical Engineering Department workshop. This was achieved through designing and manufacturing of a thermally controlled chamber -better known as a furnace. This chamber was tested for the optimal combination of proportional, integral and derivative parameters which were tuned on the proportional integral derivative (PID) controller. Performing the tensile test under controlled thermal conditions will allow the analysis of SMAs and other materials behaviour at different temperatures. With the aid of the manufactured chamber, the superior features of the SMA will be able to be studied. The manufactured thermal chamber which is electrically powered is insulated with a special ceramic refractory material to prevent the heat from escaping the chamber. The PID controller was used to control the temperature and heating elements act as the heat source. The manufactured chamber could withstand the maximum temperature 350oC that it was initially designed for. However, the challenge of having the specimen to be tested fully inside the chamber was overcame by designing specimen connectors that connected the specimen to the tensile testing machine. Tensile tests were conducted on the SMA wire at room temperature and other various controlled temperatures and different behaviours were observed on the stress-strain graphs.

Orientador: Maria Salete Machado Cândido / Banca: Osmir Batista de Oliveira Júnior / Banca: José Roberto Cury Saad / Banca: Paulo Sergio Quagliato / Banca: João Carlos Gomes / Resumo: O objetivo deste trabalho foi analisar in vitro a resistência adesiva, em cavidades de classe II, restauradas com resinas compostas, através do teste de microtração . Foram realizadas cavidades padronizadas, de classe II, tipo slot, nas superfícies mesial e distal de 24 dentes terceiros molares humanos e hígidos. Os dentes foram aleatoriamente divididos em 6 grupos com 16 espécimes cada. O procedimento restaurador foi realizado através de técnica de incrementos múltiplos com as resinas compostas P60 (compactável) e Z250 (multiuso), sob efeito de diferentes técnicas restauradoras, a saber: Grupo PT1- adesivo + P60 ; Grupo PT2- adesivo + P60 + ponta fotocondensadora transparente; Grupo PT3- adesivo + flow + P60; Grupo ZT1- adesivo + Z250; Grupo ZT2- adesivo + Z250 + ponta fotocondensadora transparente; Grupo ZT3- adesivo + flow + Z250. O sistema adesivo utilizado foi o Single Bond (3M ESPE). Após as restaurações, os dentes foram armazenados em água destilada em estufa a 37°C, durante 24 horas. A seguir, os dentes foram termociclados por 500 ciclos (5°-55°) e então, seccionados paralelamente ao longo eixo com disco diamantado, no sentido vestíbulo - lingual e mesio - distal, obtendo-se amostras em forma de palitos, com área de secção transversal de 0,50mmøl0,1mmø . Antes do teste de tração, os palitos tiveram suas áreas de união medidas e anotadas, e então, foram fixados pelas suas extremidades ao dispositivo de microtração com um adesivo instantâneo e a seguir, submetidos ao ensaio de tração em máquina de testes universal (MTS) operada a velocidade de 0,5mm/min. Após a fratura, os valores de resistência adesiva foram calculados e expressos em MPa. O modo da fratura no lado de dentina foi classificada individualmente, com lupa estereoscópica com aumento de 40X. Os dados foram submetidos a análise estatística e demonstrou... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The aim of this work was to analyse in vitro of the tensile bond strength in class II cavities, recuperated with composite resins, throught the microtensile bond test. Standardized cavities were prepared, slot type , in the surfaces mesial and distal of 24 humans molars teeth third and health. The restorations procedures were carried out using the technique of multiple increments with P60 and Z250 resin. The teeth were randoly divided in to 6 groups of 16 specimens each, to know: Group PT1- adhesive+P60; Group PT2- adhesive+P60+ transparent photocondenser point; Group PT3-ahesive+flow+P60; Group ZT1-adhesive+Z250; Group ZT2- adhesive+Z250+ transparent photocondenser point; Group ZT3- adhesive+flow+Z250. The adhesive system were utilized Single Bond (3M/ESPE). After the restorations, the teeth were storage in destilled water for 24h at 37°C. After were thermocycled for 500 cycles at preset temperatures of 5° and 55°C, and the teeth were sectioned with a diamond disc, perpendicularly to the adhesive interface in buccal-lingual an mesio-distal directions, being obtained samples in sticks form with cross-sectional areas of 0,5 mmø. Before testing sticks had their measured and logged union areas. The specimens were then attached to a testing apparatus and tensile load was applied by universal machine at a crosshead speed of 0.5mm/min. After the fracture values of the tensile bond strenght were calculated and expressed in MPa. The dentin surfaces surfaces was examined with aid of glass magnifying stereoscopic with 40X, being verifield the way of failures. The results were submitted statistical analysis showed : 1- the largest values of shear bond strenght went to the group PT2, wich associated the resin P60 with the point photocondenser transparent; 2- the groups that you/they the resin flow didn't present... (Complete abstract, click electronic address below) / Doutor

Orientador: Welingtom Dinelli / Banca: José Roberto Cury Saad / Banca: Silmara Aparecida Milori Corona / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar, in vitro, os efeitos da desproteinização da dentina sobre a resistência de união de três diferentes sistemas adesivos. Para tal, 30 terceiros molares humanos hígidos foram seccionados transversalmente, por meio de disco diamantado, na união do terço médio com o terço oclusal e desgastados com discos de lixa de granulação 320 e 600 para completa exposição da superfície dentinária e padronização da "smear layer". Em seguida, os dentes foram divididos aleatoriamente em 6 grupos (n=5), os quais receberam aplicação dos sistemas adesivos Prime & Bond 2.1 (Dentsply), Single Bond (3M) e Clearfil SE Bond (Kuraray) de acordo com as instruções dos fabricantes (Grupos 2, 4 e 6, respectivamente) ou após desproteinização da dentina com hipoclorito de sódio a 5% durante 2 minutos (Grupos 1, 3 e 5, respectivamente). Restaurações de resina composta Z100 foram confeccionadas, de forma incremental, sobre toda a superfície oclusal. Os dentes foram, então, seccionados com disco diamantado com a finalidade de obter amostras em forma de palitos de 1,0 l 0,2mm2 de área adesiva. Vinte e cinco amostras de cada grupo foram selecionadas e armazenadas por 24 horas em água destilada a temperatura de 37ºC. Em seguida, os testes de microtração foram realizados em Máquina Universal de Ensaios MTS, à velocidade do atuador de 0,5mm/min. Os resultados, analisados estatisticamente por meio de Análise de variância e Teste de Tukey (p<0,05), indicaram que a aplicação do NaOCl proporcionou redução da resistência adesiva para todos os grupos (G1- 29,16 l 3,98; G3- 23,06 l 4,87; G5- 26,71 l 5,10) quando comparados com os grupos controle (G2- 33,11 l 5,76; G4- 30,62 l 5,47; G6- 32,09 l 6,43). Em relação aos padrões de fratura, observou-se predominância de fraturas adesivas, sendo que estas, nos grupos onde a dentina foi... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: The aim of this study was to evaluate, in vitro, the influence of dentin deproteinization on microtensile bond strength of three different adhesive systems. Thirty freshly extracted human molars were transversely wetcut using a diamond disk in order to expose the oclusal dentin surface. The teeth were randomly divided into 6 groups (n=5) and the adhesive systems Prime & Bond 2.1 (Dentsply), Single Bond (3M) e Clearfil SE Bond (Kuraray) were applied according to the manufacturer's instruction (control groups: G2, G4 and G6) or after application of sodium hypochlorite 5% for 2 minutes (G1, G3 and G5). The teeth were restored with Z100 (3M) composite resin and the microtensile specimens, with a bonded area of 1,00l 0,2mm2, were prepared by a slow-speed diamond disk. Twenty-five specimens of each group were selected and stored in distilled-water at 37oC for 24 hours. The microtensile tests were performed in a MTS universal testing machine with a cross-head speed of 0,5mm/min. The results were statistically analyzed by ANOVA and Tukey's test (p=0,05). Sodium hypochlorite pre-treatment significantly decreased the microtensile bond strength values of all adhesive systems (G1- 29,16 l 3,98; G3- 23,06 l 4,87; G5- 26,71 l 5,10) compared to control groups (G2- 33,11 l 5,76; G4- 30,62 l 5,47; G6- 32,09 l 6,43). Analysis of the morphology of the failure pattern revealed that, for the control specimens, debonding had occurred in the composite/teeth interface and in specimens that were etched and deproteinized, debonding was characterized by resin failure through the wide bases of the tag extensions into dentinal tubules. / Mestre

Orientador: Osmir Batista de Oliveira Junior / Banca: Alexandre Henrique Susin / Banca: Oswaldo Scopin de Andrade / Resumo: O propósito deste estudo foi avaliar através do teste de microtração e da análise do padrão de fratura, o efeito da luz halógena e LED, na ativação de um adesivo de frasco único. Superfícies dentinárias planas foram criadas em 16 dentes terceiros molares hígidos. Os dentes foram aleatoriamente divididos em 4 grupos: Grupo G1 - Aparelho de luz halógena - KM-200R®; Grupo G2 - Aparelho LED - Ultraled®; Grupo G3 - Aparelho LED - UltraLume®LED5 e Grupo G4 - Aparelho LED - Biolux Single V®. O procedimento restaurador foi realizado utilizando o adesivo Single Bond® e a resina composta InTen-S®. Após as restaurações, os dentes foram armazenados em água destilada e estufa a 37ºC por 24h. A seguir, os mesmos foram cortados, resultando em espécimes com área de aproximadamente 1 mm2, que foram selecionados e submetidos ao teste de microtração para posterior observação do padrão de fratura no microscópio digital. Os resultados, submetidos a análise estatística mostram que o grupo G2 teve média de resistência de união significativamente menor que os demais grupos, que foram semelhantes entre si. Quanto ao tipo de fratura, houve diferença significativa entre os grupos G1 e G2 e entre os grupos G2 e G4. Entre os outros grupos não houve evidência de diferenças significativas. As falhas de união foram predominantemente do tipo adesivas. Conclui-se que os aparelhos LEDs de segunda e terceira geração utilizados nesta pesquisa podem ser utilizados como uma alternativa viável à luz halógena. / Abstract: The purpose of this study was to evaluate the effect of halogen light and LED on dentin tensile bond strength and fracture mode analysis. Flat dentin surfaces were created on 16 intact human third molars. The teeth were randomly divided in 4 groups: Group G1 - halogen - KM -200R®; Group G2 - LED - Ultraled®; Group G3 - LED - UltraLume LED5® and Group G4 - LED - Biolux Single V®. The restoration procedure used Single Bond® adhesive and InTen-S® composite resin. The teeth were placed in distilled water and stored at 37ºC for 24 hours. Then, they were cut on serial sections to obtain 1 mm2 area. The samples were submitted to micro tensile test and after words, the fractures were analysed with a digital microscope. The statistical analysis showed that all in all groups, except Group G2, which had a significant smaller tensile bond strength ratio. The fracture mode analysis showed that there were significant difference when comparing groups G1 / G2, and G2 / G4. There is no evidence of relevant differences among the other groups. Adhesive fracture was the most common fracture mode. As a conclusion, second and third LED generation used in this research could be use as an alternative to the conventional halogen lamp. Keyword: Dentin-bonding agents; tensile strength. / Mestre

Orientador: Celso Luiz de Angelis Porto / Banca: José Roberto Cury Saad / Banca: João Carlos Gomes / Resumo: A proposta deste estudo foi avaliar "in vitro" a resistência de união do Cerômero Artglass (Heraeus/Kulzer) ao cimento resiniso RelyX (3M), através do teste de Micro-Tração. Os seguintes tratamentos de superfície foram investigados: microjateamento com óxido de alumínio (AO), Artglass Liquid (AL), Silano (S), ácido fluorídrico (HF) e ácido fosfórico (AF). Cinco espécimes cada qual consistindo de um par de cilindro (10x10 mm) foram confeccionados. As superfícies de união foram regularizadas através de desgaste com lixas abrasivas de granulação sequencial sob refrigeração. Os espécimes foram nomeados ao acaso e submetidos aos seguintes tratamentos antes da cimentação: grupo 1 (AO/AGL), grupo 2(AO/AF), grupo 3 (AO/AF/S), grupo 4 (AO/HF) e grupo 5 (AO/HF/S). Os espécimes aos pares foram cimentados com um sistema adesivo dual e cimento resinoso dual, de acordo com as recomendações do fabricante. Espécimes foram fotopolimerizados, armazenados por 48 horas a 37ºC e, posteriormente, termociclados. Com auxílio de um disco de diamente perpendicular a superfície de união, "palitos" com 1 mm2 de área de seção foram obtidos. Os valores de resistência de união (MPa) foram obtidos com auxílio de uma máquina de teste universal (MTS800). Resultados foram: grupo 1(29,39+-5,13), grupo 2 (27,49 +- 5,32), grupo 3(29,49 +- 4,94), grupo 4(24,41 +- 2,67), e grupo 5 (22,19 +- 2,33). ANOVA e o Teste de Tukey foram aplicados com p<0,05. Não houve diferenças estatisticamente significante entre os grupo 1,2 e 3; 4 e 5; e 2 e 4. As forças de união foram significantemente maiores nos grupos 1 e 3 do que nos grupos 4 e 5; e no grupo 2 do que o grupo 5. Conclusões: Microjateamento com óxido de alumínio e Artglass Liquid foi um pré-tratamento de superfície efetivo; a sinalização pode melhorar a força de união promovida pelo microjateamento e condicionamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: The purpose of this study was to investigate the effect of surface treatments on microtensile interfacial bond strength of a composite Artglass (Kulzer) to resin cement RelyX (3M). Methods of surfaces roughening or preparation included microetching with aluminum oxide (AO), Artglass Liquid (AGL), Silane (S), hydrofluoric acid (HF), and fosforic acid (AF). Five specimens, each consisting of a pair of cylinders (10x10 mm) were fabricated. The bonding surfaces were finished with 600-grit silicon carbide paper. Specimen pairs were randomly assigned to one of five surface treatment groups: group 1 (AO/AGL), group 2 (AO/AF), group 3 (AO/AF/S), group 4 (AO/HF), and group 5 (AO/HF/S). Specimen pairs were cemented with a dual resin bonding and a dual cure resin cement, in accordance with the manufacturer's instructions. Specimens were light-cured, then thermocycled 500 times at between 5º C and 55º C. Using a diamond disk perpendicular to the bonding interface, "sticks" with 1.0 mm2 cross-sectional area were obtained. Microtensile bond strengths were determined using a MTS 800 Materials Testing Machine at a crosshead speed of 0.5 mm/min. Results: Means (n=20) and standard deviations of bond strengths (MPa) were: group 1 (29.39 +- 5.13), group 2(27.49 +- 5.32), group 3(29.49 +- 4.94), group 4 (24.41 +- 2.67), and group 5 (22.19 +- 2.33). Data were analyzed with ANOVA and Tukey Test at p<0.05. There were no significant statistical differences among the groups 1,2, and group 3; groups 4 and 5; and groups 2 and 4. Microtensile bond strengths were significantly higher in groups 1 and 3 than in groups 4 and 5; and in group 2 than in group 5. Conclusions: AO and AGL was an effective surface pretreatment; silanation may improve the bond provided by AO and etching with AF; and etching with HF is not recommended, as it decreases bond strength. / Mestre

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da microestrutura dentinária na adesão de cimentos endodônticos modernos através: do desenvolvimento de uma metodologia para caracterizar microestruturalmente a dentina; da avaliação da resistência de união (através de ensaios de tração) dos cimentos endodônticos Epiphany SE, iRoot SP e AH Plus; da correlação dos dados obtidos da caracterização da microestrutura dentinária e dos ensaios de tração. Trinta terceiros molares inclusos, recém extraídos, foram embutidos em resina epóxi e seccionados 0,5mm abaixo da junção esmalte-dentina. Doze amostras foram eliminadas durante à preparação metalográfica devido à exposição da câmara pulpar. De cada dente, uma área de análise (AA) com 3,25 mm de diâmetro foi mapeada utilizando técnicas de microscopia ótica digital para: captura de ~400 imagens formando um mosaico; análise digital de imagens, obtendo os resultados de quantidade de túbulos (QT) e de fração de área de túbulos (FAT) do mosaico; conversão da imagem do mosaico em um mapa colorido em que as cores estão diretamente relacionadas à densidade de área tubular. As dezoito amostras restantes foram divididas em 3 grupos (N=6), de acordo com o cimento utilizado, para confecção dos corpos de prova para os ensaios de tração. Os valores de da resistência de união (RU) obtidos foram analisados estatisticamente com teste não-pareado t com correção de Welch e pelo teste F para comparar variâncias Os dados de FAT e de QT foram submetidos ao teste de D'Agostino & Pearson revelando-se não normais (P>0,05), o que indica grande variabilidade da amostragem. O cimento Epiphany SE apresentou uma resistência de união significativamente menor que o cimento AH Plus (P <0,05). Os corpos de prova do iRoot SP falharam prematuramente e não foram analisados. A aplicação do teste r de Spearman não demonstrou correlação significativa entre FAT e RU (P>0,05). O MEV de pressão variável foi utilizado para avaliar qualitativamente a superfície de fratura após os ensaios de tração. A análise revelou um padrão de fratura mista para o AH Plus e o Epiphany SE, além de diferenças no tamanho e na forma das partículas desses cimentos, o que pode influenciar no comportamento mecânico. Dentro da amostragem realizada, não se encontrou correlação significativa entre microestrutura dentinária e a resistência de união. / The present study aimed at evaluating the effect of dentine microstructure on the adhesion of modern endodontic sealers through: the development of a method to characterize the microstructure of dentine; the measurement of tensile strength of the sealers Epiphany SE, iRoot SP and AH Plus; the correlation between the data obtained from microstructural characterization and tensile tests. Thirty recently extracted unerupted third molars were mounted in epoxy resin and sectioned 0.5 mm below the enamel-dentine junction. Twelve samples were descarded because pulp chamber exposure during the metallographic procedure. From each tooth an analysis region 3,25 mm in diameter was mapped employing digital optical microscopy techniques to acquire ~ 400 images assembled in mosaic form; image analysis to produce results of tubule count (QT) and area fraction (FAT) in the mosaic; conversion of the mosaic image onto a color map in which colors are directly related to tubule area density. The remaining 18 samples were divided into 3 groups (N=6), according to sealer type, to prepare tensile test specimens. The values of bond strenght (RU) were statistically analyzed with the unpaired t test with Welch correction, and by the F test to compare variances. The FAT and QT data were submitted to the D'Agostino & Pearson test, and were shown to be non-normal (P>0.05), what indicates great sampling variability. The Epiphany SE sealer showed much lower values of RU as compared to AH Plus (P<0.05). The CPs of iRoot SP failed prematurely and were not analyzed. The application of the Spearman r test did not show significant correlation between FAT and RU (P>0.05). A variable pressure SEM was used to qualitatively evaluate the fracture surface after the tensile tests. The analysis revealed a pattern of mixed fracture for AH Plus and Epiphany SE, and differences in size and shape of sealer particles, what can have an influence on mechanical behavior. Within the employed sampling, no significant correlation between microstructure and bond strenght was found.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente estudo teve como objetivo avaliar a influência da variação da intensidade de luz, para uma mesma exposição radiante, na resistência à flexão, na microdureza e na resistência à tração diametral de uma resina convencional e de uma resina de baixa contração. Para a confecção dos corpos de prova foram utilizadas as resinas Filtek Z250 (3M ESPE) e Filtek P90 LS (3M ESPE) fotoativadas por meio dos seguintes protocolos: Convencional (400mW/cm por 60 s), Média intensidade (700mW/cm por 34 s) e Alta intensidade (950mW/cm por 26 s). Todos os corpos de prova receberam a mesma exposição radiante de 24J/cm. A resistência à flexão foi avaliada por meio do ensaio de flexão três pontos. Para este ensaio foram confeccionados trinta corpos de prova de cada material (n=10) com dimensões de 10mm x 2mm x 1mm. A avaliação da microdureza Knoop foi obtida a partir de seis discos de cada resina com 5mm de diâmetro por 2mm de espessura (n=2), sendo realizadas cinco indentações em cada espécime. Trinta corpos de prova cílindricos de cada compósito (n=10) com 3mm de diâmetro por 6mm de altura foram confeccionados para a realização do teste de tração diametral. A análise estatística dos resultados obtidos foi realizada por meio do teste de análise de variância (ANOVA) e do teste de múltiplas comparações de Tukey (p < 0.05). A resistência à flexão da resina P90 não foi influenciada de forma significativa pelas diferentes formas de ativação, enquanto a Z250 obteve resultados significantemente maiores para o protocolo de alta intensidade em relação ao convencional. Em todas as intensidades de luz, os resultados da Z250 foram significativamente maiores que os da P90. A microdureza da resina P90 foi estatisticamente maior para o grupo de média intensidade em relação aos outros, já a Z250 não obteve resultados com diferença estatística em relação às formas de ativação. Para a mesma irradiância, a Z250 obteve maiores valores de microdureza do que a P90, com exceção para o protocolo de média intensidade em que não houve diferença estatística entre os materiais. Os valores de resistência à tração não foram influenciados de forma significativa nem pelas diferentes intensidades de luz, nem pelos materiais utilizados. A influência da variação da intensidade de luz depende do tipo de compósito utilizado e da propriedade mecânica avaliada. / This study has the purpose of evaluating the variation of the intensity of light, for a constant radiation exposure, for flexural strength, for microhardness, and for tensile strength, of a conventional composite and a low shrinkage composite. The test samples were made of Filtek Z250 (3M ESPE) e Filtek P90 LS (3M ESPE) light-activated composites. The following light activating protocol was used: conventional (400mW/cm for 60 s); medium intensity (700mW/cm for 34 s), and high intensity (950mW/cm for 26 s). All of the test samples received the same radiation exposure of 24J/cm. The flexural strength was measured through the three-point bending test. For this test, thirty especimens were made for each material (n=10), measuring 10mm x 2mm x 1mm. The Knoop hardness evaluation was carried out using six discs of each composite measuring 5mm in diameter, and 2mm in height (n=2), with five indentations in each specimen. Thirty cylindrical test samples of each composite (n=10) measuring 3mm in diameter, and 6mm in height were obtained for the diametral tensile test. The statistical analysis of the results was carried out through analysis of variance test (ANOVA) and through Tukeys multiple comparisons test (p < 0.05). The P90 composite flexural strength was not significantly influenced by the different activating methods, while Z250 achieved significantly higher values for the high intensity protocol when compared to the conventional one. For all light intensities, the Z250 results were higher than those for P90. P90's microhardness was statistically higher for the medium intensity group when compared to the others, whereas Z250's results had no statistical difference for the different activating protocols. For the same irradiation, Z250 presented higher values for microhardness than P90, except for the medium intensity protocol, which had no statistical difference between the different materials. The tensile strength values were not significantly influenced neither by the different light intensities, nor by the materials. The influence of the variation of light intensity depends upon the type of composite, as well as the mechanical property to be evaluated.

A necessidade de exploração de petróleo em águas profundas exige o emprego de dutos flexíveis com desempenho em fadiga adequado, sendo as armaduras de tração deste tipo de duto as camadas mais críticas para este tipo de solicitação. Atento a isto, este trabalho mostra o desenvolvimento de um novo conceito de armaduras de tração, que são construídas com cabos de aço. Para avaliar o desempenho dos cabos de aço na armadura tração foi elaborada uma configuração de armadura, com a seleção e aplicação de cabos de aço disponíveis no mercado nacional. Além da caracterização metalúrgica, dimensional e mecânica, foram feitos ensaios de fadiga ao ar e em água do mar sintética no cabo de aço selecionado. Ensaios em fadiga de uma seção da conexão foram feitos para avaliar as características da falha de fadiga, comparando-as com os tendões maciços. Também foi executada uma análise por elementos finitos para avaliar a distribuição de tensões no interior da resina, sendo validada pelo uso de extensômetros no cabo. Foi projetado e construído um duto com a configuração proposta, além das conexões. Este duto foi ensaiado em tração e fadiga e comparado com um duto de referência, em termos de peso, tensões e rigidez axial e a flexão. Os resultados sugerem um grande aumento na vida em fadiga nas conexões e no ambiente com água do mar. Além disso, o duto construído suportou com sucesso todos os modos de carregamento impostos ao duto de referência, superando o número de ciclos deste. As análises de falha indicaram que o duto desenvolvido apresentou o modo de fratura dúctil, enquanto que os ensaios com as seções da conexão indicaram sinais de fadiga em regiões com falha superficial dos fios. A rigidez axial é similar ao do duto de referência e a rigidez a flexão calculada é superior ao do duto de referência devido ao maior diâmetro das camadas das armaduras. Apesar do maior peso do duto desenvolvido, a resistência específica é similar. / The need for oil exploration in deep water requires the use of flexible pipes with better fatigue performance, and the tensile armor of this type of product layers critical for this type of application. Aware of this, this work shows the development of a new concept of tensile reinforcement, which are built with wire ropes. To evaluate the performance of wire ropes in tensile armor, an armor configuration was developed, with the selection and application of steel cables available in the domestic market. Besides metallurgical characterization, dimensional and mechanical fatigue tests were carried out in air and in synthetic sea water on wire rope selected. Fatigue tests on end-fitting section were made to evaluate the characteristics of fatigue failure, compared with the massive tendons. It has also been performed by finite element analysis to evaluate the stress distribution within the resin, being validated by the use of strain on the wire rope. It was designed and constructed a pipeline with the proposed configuration, in addition to connections. This pipeline was tested in tensile and fatigue compared to a reference pipeline in terms of weight, axial and flexural stiffness and axial tension. The results suggest a large increase in fatigue life on end-fitting and the environment with seawater. Furthermore, the flexible pipe developed successfully endure all modes of loading imposed on the reference pipe, surpassing the number of cycles thereof. The failure analysis indicated that the flexible pipe developed showed ductile fracture mode, while the trials with boxes indicated signs of fatigue failure in the regions with the surface of the wires. The axial stiffness is similar to the reference pipeline and the flexural stiffness calculated is higher than the reference product, due to the greater diameter of the layers of armor. Despite the greater weight of the product developed, the specific resistance is similar.

L’un des principaux enjeux des acteurs aéronautiques est l’allègement des structures afin de réduire la consommation de carburant et donc les coûts de fonctionnement. A cette fin, les alliages de titane sont de plus en plus utilisés du fait de leurs très bonnes propriétés mécaniques notamment à hautes températures, pour une densité relativement faible. C’est dans ce contexte que s’inscrivent les travaux de cette thèse. L’alliage étudié est le Ti-21S, utilisé actuellement dans la fabrication des systèmes d’éjection des gaz des moteurs d’avions. La problématique de la thèse est d’évaluer les potentialités du Ti-21S, au-delà des limites conventionnelles. Pour cela, des vieillissements thermiques sous air à différentes températures (450°C - 700°C) pendant diverses durées (500h - 10000h) sont réalisés. La microstructure avant et après vieillissement est caractérisée afin de déterminer l’impact du vieillissement thermique. Ces observations montrent que les évolutions microstructurales sont directement liées à la température de vieillissement, et l’impact de la durée de vieillissement n’est pas identique pour toutes les températures de vieillissement. L’enjeu suivant de cette thèse est d’étudier le comportement mécanique en traction et en fatigue à température ambiante et à 550°C après vieillissement. Le comportement mécanique en traction est très dépendant des conditions de traitement thermique, et de ce fait de la microstructure de l’alliage. De plus, les comportements mécaniques sont également très dépendants de la température d’essai. Un autre enjeu est la compréhension des phénomènes d’oxydation sur cette plage de températures de vieillissement. La diffusion de l’oxygène dans le matériau entraîne des modifications microstructurales en proche surface, et impacte fortement la tenue mécanique de l’alliage en fragilisant le matériau. Un lien entre paramètres microstructuraux et teneur en oxygène a été mis en évidence. De même, la résistance mécanique en traction a été reliée à la microstructure. / One of the main issues of the aeronautic industry is to decrease the weight of structures in order to reduce fuel consumption. Titanium alloys are more and more used due to their good mechanical properties at high temperatures, with a low density. Ti-21S, currently used in the manufacturing of nozzles, was investigated. The aim of this work is to study the potential of this alloy beyond conventional limits. Thermal treatments on air are carried out at different temperatures (450°C - 700°C) for various durations (500h - 10000h). The microstructure is characterized before and after aging in order to determine the impact of aging thermal. The observations show that microstructural evolutions are related to aging temperature, and impact of time aging is not the same for all temperatures. Another aim is to study the mechanical behavior with tensile and fatigue tests at room temperature and 550°C after aging. Mechanical tensile behavior depends on the aging temperature and the microstructure of the alloy. Moreover, mechanical behavior depends on test temperature. Another issue is the understanding of oxidation phenomena over the range of temperatures, and to determine the effects of oxidation on both microstructure and mechanical behavior. The diffusion of oxygen in the material leads to the microstructural evolution near the surface, and impacts mechanical strength by weakening the material. A link between microstructure and oxygen content is demonstrated. Similarly, the tensile strength is connected to microstructure.

Este trabalho foca a avaliação da vida em fadiga de um novo modelo de terminal conector para dutos flexíveis (risers) de camadas não aderentes (unbonded). Os ensaios foram feitos levando em consideração apenas a parte estrutural desses dutos, de forma a ensaiar uma nova configuração de ancoragem da armadura de tração encontrada nesse equipamento conhecido como terminal conector (end fitting). É dentro deste componente que os arames da armadura de tração são fixados por resina epóxi em conjunto com uma configuração específica permitindo dessa maneira a sustentação do duto flexível quando fixado a plataformas offshore. Para a escolha do novo modelo de ancoragem aqui proposto, além de se tomar como referência, fez-se também uma analogia aos modelos utilizados nas ancoragens das barras metálicas utilizadas em concreto protendido. Isto foi feito por entender que algumas características mecânicas da resina epóxi aproximam-se das do concreto. Para a definição do novo modelo de ancoragem, uma análise simplificada, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), foi feita em dois modelos de ancoragens recomendados na API RP 17B (2002) e utilizado por alguns fabricantes, no intuito de verificar as distribuições das tensões ao longo desses arames dentro do terminal conector quando envolto pela resina epóxi. Esta análise destacou as regiões ao longo dos arames onde havia concentrações das tensões. Utilizando-se dessas informações, foi desenvolvida uma nova configuração para o arame dentro da resina de maneira a minimizar esses concentradores de tensão, permitindo assim que o modelo de ancoragem proposto tenha um melhor desempenho em fadiga. Para tanto, as verificações desses modelos feitas através do MEF e validadas através de ensaios experimentais em escala reduzida, mostraram que o modelo proposto apresentou reduções do KT da ordem de 16,5% e das tensões na resina de 60% quando comparados aos outros dois modelos comerciais. Após essas avaliações protótipos do novo terminal conector foram confeccionados em escala real e montado a dois pedaços de duto flexível de 2,5" de diâmetro, compondo assim dois corpos de prova: o CP1 e o CP2, os quais foram submetidos a ensaios de tração estáticos e carregamentos dinâmicos. Nos ensaios o CP1 foi submetido a uma carga máxima em tração de 844 kN e após esse carregamento, a não evidência de ruptura nos arames da armadura de tração o levou para o ensaio de fadiga com cargas em tração variando entre 130 e 304 kN a uma freqüência de 1Hz para uma vida de 1.000.000 de ciclos de carga. O resultado desse ensaio mostrou a viabilidade do conceito, uma vez que se atingiu a 1.000.000 de ciclos de carga sem a ruptura de qualquer arame dentro do terminal conector, evidenciado através da dissecação. Para finalizar os trabalhos, um segundo corpo de prova (CP2) foi confeccionado, obedecendo as recomendações estipuladas na API RP 17B (2002). Ensaiado com os mesmos parâmetros do CP1, se conseguiu levá-lo a fase de Dano igual a 1. Ao final desse ensaio observaram-se a ruptura de alguns arames na região mediana sobre o duto flexível que unia os dois conectores. Já as dissecações não mostraram evidências de arames rompidos internamente aos conectores. / This work focuses on the evaluation of the fatigue of life in a new model of end fitting for unbounded flexible pipe (risers). The tests had been made taking in consideration only the structural part of these risers, in order to test a new configuration of anchorage of the tensile armor found in equipment known as an end fitting. It is inside of this component that the tensile armor wires are fixed by epoxy resin in the set with specific configuration in this way allowing the sustentation these flexible pipes when the fixed offshore platforms. For the choice of the new model of anchorage considered here, beyond the reference if taking an analogy to the models used in the anchorage dues ones of the metallic bars used in prestressed concrete. This was made by understanding that some mechanical characteristics of the epoxy resin are come close to the concrete. For the definition of the new model of anchorage, the simplified analysis, using the Finite Element Method (FEM), was made in two models of anchorage dues recommended in API RP 17B (2002) and used by some manufacturers, in intention to verify the distributions tensions along the wires within of the end fitting when wrapped for the epoxy resin. This analysis highlighted the wires throughout the regions where it had concentrations of the tensions. Using these information of itself, a new configuration for the wire inside of the way resin was developed to minimize these concentrators of tension as soon as, allowing anchorage of the considered model one has better performance in fatigue. For in such a way, the verifications of these models made through the FEM and validated through experimental tests in reduced scale, had shown that the considered model presented reductions of the KT of the order of 16.5% and stress in the resin of 60% when compared with the others two commercial models. After these evaluations archetypes of connecting the new end fitting had been confectioned in real scale and mounted two pieces of flexible pipe of 2.5" of diameter, thus composing test of two bodies: the CP1 and the CP2, which had been submitted the static tension tests and dynamic loads tests. In the tests the CP1 was submitted to tension in the maximum load of 844 kN and after this shipment, the evidence of rupture in the wires of armor did not take the tension it for the tests of fatigue in traction with loads varying between 130 and 304 kN to the frequency of 1Hz for a life of 1,000,000 cycles of load. The result of this test showed the viability of the concept, that if the team reached the inside of 1,000,000 load cycles without the rupture of any wire of the end fitting, evidenced through the dissection. To finish the works, the body of the test (CP2) it was confectioned, obeying to the recommendations stipulated in API RP 17B (2002). Tested with the same parameters of CP1, were taken to the stage Damage equal to 1. To the end of this test they had observed it rupture of some wires in the region on the medium flexible pipe that joined the two end fittings. Already the dissections had not shown evidence of broken internally wires to the end fittings.