Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

O objetivo deste estudo foi verificar a influência das dimensões do corpo-de-prova sobre a tensão de contração de um compósito em sistemas de teste com compliances conhecidos e em um sistema hipotético com compliance zero. A distribuição das tensões foi avaliada através de análise por elementos finitos. Cilindros de vidro com 2, 4 ou 6 mm de diâmetro foram fixados nas garras da máquina de ensaios (Instron 5565). As alturas dos corpos-de-prova foram definidas ajustando-se a distância entre os cilindros (0,5, 1, 2 e 4 mm). Um compósito quimicamente ativado (Bisfil 2B, Bisco) foi aplicado entre os cilindros. A força máxima após 30 min foi dividida pela área da seção transversal do corpo-de-prova para se obter a tensão nominal (MPa). A partir dos valores do módulo de elasticidade do vidro, diâmetro do cilindro e força desenvolvida, o valor da tensão nominal experimental foi corrigida para estimar a tensão que teria sido obtida caso o sistema tivesse compliance igual a zero. Estes valores foram utilizados na análise por elementos finitos. Alturas menores geraram maior tensão nominal apenas nos diâmetros 4 mm e 6 mm. Houve uma correlação linear direta entre tensão e fator-C. Porém, o efeito de borda ficou evidente nas curvas dos dados agrupados por diâmetro. Não houve relação entre tensão nominal e volume de compósito para todo o conjunto de dados. A correção da tensão resultou em valores mais altos e ampliou as diferenças de tensão entre as alturas. A simulação por elementos finitos evidenciou pronunciado efeito de borda em situações de alto confinamento e os valores da tensão máxima de Von Mises foram mais altos do que a tensão nominal 9 corrigida em qualquer condição experimental. Foi possível concluir que as dimensões do espécime influenciaram os valores de tensão nominal. É possível inferir que a eliminação do compliance tornaria esta influência mais evidente. Existe um pronunciado efeito de borda neste tipo de ensaio, principalmente em condições de alto confinamento. / The objective of the present study was verify the influence of specimen dimensions on polymerization shrinkage stress of a dental composite in testing systems of known compliance and in a hypothetical system with zero compliance. Stress distribution was evaluated using finite element analysis. Glass rods with 2, 4, or 6 mm diameters were attached to a universal testing machine (Instron 5565). Specimen height was defined by adjusting the distance between the rods (0.5, 1, 2 or 4 mm). A self-cure composite (Bisfil 2B, Bisco) was applied between them. Maximum contraction force after 30 min was divided by the cross-sectional area of the specimen in order to obtain nominal stress (MPa). The corrected nominal stress was calculated using the elastic modulus and elongation of the components of the system, together with the force registered during testing. Corrected values were used in the finite element analysis. Shorter specimens generated higher nominal stress only for the 4 mm and 6 mm specimens. There was a direct linear correlation between stress and C-factor. However, the effect of boundary restraints became evident when data were grouped by diameter. No correlation was found between nominal stress and specimen volume. Data correction for compliance amplified the differences in stress produced by different heights. Finite elements analysis revealed an accentuated boundary effect in high confinement groups. Maximum Von Mises stress was higher than corrected nominal stress in all groups. It was concluded that specimen dimensions influenced test results. Eliminating the influence of system compliance made the effect of specimen 11 dimensions on stress more evident. Boundary restraints have a strong influence in test results, mostly in highly confined conditions.

O objetivo deste estudo foi verificar a influência das dimensões do corpo-de-prova sobre a tensão de contração de um compósito em sistemas de teste com compliances conhecidos e em um sistema hipotético com compliance zero. A distribuição das tensões foi avaliada através de análise por elementos finitos. Cilindros de vidro com 2, 4 ou 6 mm de diâmetro foram fixados nas garras da máquina de ensaios (Instron 5565). As alturas dos corpos-de-prova foram definidas ajustando-se a distância entre os cilindros (0,5, 1, 2 e 4 mm). Um compósito quimicamente ativado (Bisfil 2B, Bisco) foi aplicado entre os cilindros. A força máxima após 30 min foi dividida pela área da seção transversal do corpo-de-prova para se obter a tensão nominal (MPa). A partir dos valores do módulo de elasticidade do vidro, diâmetro do cilindro e força desenvolvida, o valor da tensão nominal experimental foi corrigida para estimar a tensão que teria sido obtida caso o sistema tivesse compliance igual a zero. Estes valores foram utilizados na análise por elementos finitos. Alturas menores geraram maior tensão nominal apenas nos diâmetros 4 mm e 6 mm. Houve uma correlação linear direta entre tensão e fator-C. Porém, o efeito de borda ficou evidente nas curvas dos dados agrupados por diâmetro. Não houve relação entre tensão nominal e volume de compósito para todo o conjunto de dados. A correção da tensão resultou em valores mais altos e ampliou as diferenças de tensão entre as alturas. A simulação por elementos finitos evidenciou pronunciado efeito de borda em situações de alto confinamento e os valores da tensão máxima de Von Mises foram mais altos do que a tensão nominal 9 corrigida em qualquer condição experimental. Foi possível concluir que as dimensões do espécime influenciaram os valores de tensão nominal. É possível inferir que a eliminação do compliance tornaria esta influência mais evidente. Existe um pronunciado efeito de borda neste tipo de ensaio, principalmente em condições de alto confinamento. / The objective of the present study was verify the influence of specimen dimensions on polymerization shrinkage stress of a dental composite in testing systems of known compliance and in a hypothetical system with zero compliance. Stress distribution was evaluated using finite element analysis. Glass rods with 2, 4, or 6 mm diameters were attached to a universal testing machine (Instron 5565). Specimen height was defined by adjusting the distance between the rods (0.5, 1, 2 or 4 mm). A self-cure composite (Bisfil 2B, Bisco) was applied between them. Maximum contraction force after 30 min was divided by the cross-sectional area of the specimen in order to obtain nominal stress (MPa). The corrected nominal stress was calculated using the elastic modulus and elongation of the components of the system, together with the force registered during testing. Corrected values were used in the finite element analysis. Shorter specimens generated higher nominal stress only for the 4 mm and 6 mm specimens. There was a direct linear correlation between stress and C-factor. However, the effect of boundary restraints became evident when data were grouped by diameter. No correlation was found between nominal stress and specimen volume. Data correction for compliance amplified the differences in stress produced by different heights. Finite elements analysis revealed an accentuated boundary effect in high confinement groups. Maximum Von Mises stress was higher than corrected nominal stress in all groups. It was concluded that specimen dimensions influenced test results. Eliminating the influence of system compliance made the effect of specimen 11 dimensions on stress more evident. Boundary restraints have a strong influence in test results, mostly in highly confined conditions.

Submitted by João Arthur Martins (joao.arthur@ufpe.br) on 2015-03-05T18:05:44Z No. of bitstreams: 2 dissertação de José Ricardo Menezes3_Definitivo.pdf: 8016285 bytes, checksum: 6836a5a08efb99012d720c033bcee7af (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T18:05:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 dissertação de José Ricardo Menezes3_Definitivo.pdf: 8016285 bytes, checksum: 6836a5a08efb99012d720c033bcee7af (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-04-17 / Este estudo apresenta a utilização de recursos CAD e CAE como ferramentas de desenvolvimento de novos produtos com proposição ao aumento dos índices de confiabilidade. Para atingir esta meta buscou-se a implementação de um componente do sistema de conformação mecânica por injeção em uma indústria fabricante de chuveiros elétricos. A aplicação de ferramentas qualitativas detectou as falhas críticas do referido sistema e delimitou uma especificação de projeto para concepção de alternativa de solução. A análise por elementos finitos (FEA), permitiu a construção de um novo modelo de agulha para o molde de injeção em consonância às premissas estabelecidas. Decorrido o período da implantação e ajustes pertinentes coletou-se novas amostras da aplicação prática, cujo objetivo foi comparar aos resultados do sistema convencional. Os resultados consolidados corroboram para um aumento significativo dos critérios de desempenho observados, sobretudo no que concerne às funções taxa de falhas, MTTF, e confiabilidade, permitindo-se inferir que os recursos computacionais, constituem-se como alternativa insofismável para resolução dos problemas projetuais desta natureza.

Submitted by JOÃO PAULO MENDES TRIBST (joao.tribst@fosjc.unesp.br) on 2017-01-26T19:06:37Z No. of bitstreams: 1 merged (3).pdf: 2530158 bytes, checksum: 8e235a2d5347c6969e7816c0f8e75e91 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-01-30T19:35:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tribst_jpm_me_sjc.pdf: 2530158 bytes, checksum: 8e235a2d5347c6969e7816c0f8e75e91 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-30T19:35:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tribst_jpm_me_sjc.pdf: 2530158 bytes, checksum: 8e235a2d5347c6969e7816c0f8e75e91 (MD5) Previous issue date: 2017-01-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho buscou estudar as microdeformações geradas ao redor de implantes de hexágono externo durante carregamentos axiais e não axiais, variando-se a angulação dos implantes, utilizando a análise por elementos finitos e a extensometria linear como ferramentas. Inicialmente modelos 3D de diferentes próteses fixas foram construídos a fim de se permitir uma correlação dos resultados encontrados no modelo simplificado com o modelo anatômico e assim validar a geometria da prótese utilizada no estudo. Após a confirmação dos resultados de tensão similar entre as próteses na região dos implantes e do bloco, o modelo da prótese simplificada foi definida como válida. Em seguida, um modelo de bloco de poliuretano foi criado e duplicado. Implantes com conexão de hexágono externo (HE) foram modelados e em um bloco representados perpendiculares à superfície enquanto que em outro bloco foram colocados com inclinação de 17°. Foram modelados também intermediários do tipo mini pilar cônico retos e angulados conforme a inclinação dos implantes. Por último, foi utilizado o modelo de supraestrutura previamente validada para ambos os grupos, na qual a carga foi incidida. Todos os constituintes foram considerados perfeitamente simétricos, sólidos, isotrópicos. Os modelos receberam cargas de 300 N/cm em pontos axiais e não axiais através do software de análise por elementos finitos para se verificar a tensão máxima principal e as microdeformações. Em seguida, através da análise experimental de extensometria, dois blocos de poliuretano foram confeccionados e receberam três HE cada, bem como, respectivos mini pilares cônicos de acordo com a inclinação dos implantes instalados. Então, uma supraestrutura metálica, idêntica ao modelo computacional foi fundida em NiCr e parafusada sobre os implantes com torque de 10 N/cm. Foram aplicadas cargas de 300 N/cm durante 10 segundos em pontos axiais e não axiais. Para mensurar as microdeformações, foram colados quatro extensômetros na superfície de cada bloco tangenciando os implantes. Os dados obtidos foram analisados estatisticamente através dos testes ANOVA e Tukey (α=5%). Os resultados encontrados pela extensometria mostram que existe diferença significante entre o uso de implantes retos ou inclinados (p<0,005) em uma prótese fixa. Através da correlação das metodologias, pode-se observar que o grupo com implantes inclinados atinge picos de tensão acima do limite fisiológico. / This work aimed to study the microstrains generated around external hexagon implants during axial and non-axial loads, varying the angulation of the implants, using finite element analysis and linear strain gauge as tools. Initially 3D models of different fixed prostheses were constructed in order to allow a correlation of the results found in the simplified model with the anatomical model and thus validate the geometry of the prosthesis used in the study. After confirming the results of similar stress between the prostheses in the implants and the block region, the simplified prosthesis was defined as valid. After, a polyurethane block model was created and duplicated. Implants with external hexagon connection (HE) were modeled and inserted perpendiculary into one block while in another block, were placed with the inclination of 17 °. Straight and angled mini conical abutments were also modeled according to the inclination of the implants. Finally, the supra-structure previously validated for both groups was used, through which the load was affected. All constituents were considered perfectly symmetrical, solid, and isotropic. The models received a load of 300 N / cm in axial and non-axial points through the finite element analysis software, to verify the maximum principal stress and microstrains. Then, through the experimental analysis of strain-gauge, two polyurethane blocks were prepared and received three HE implants each, as well as respective mini tapered pillars according to the inclination of the installed implants. Then, a metallic superstructure, identical to the computational model, was cast in Ni-Cr and screwed onto the implants with torque of 10 N / cm. The load of 300 N / cm was applied for 10 seconds at axial and non-axial points. To measure the microstrains, four extensometers were glued on the surface of each block by tangential implants. The data obtained were statistically analyzed using ANOVA and Tukey tests (α = 5%). S strain-gauge data showed that there is a significant difference between using straight or angled implants (p <0.005) in a fixed prosthesis. And, through the correlation of methodologies it can be observed that the group with angled implants reaches peaks of tension above the physiological limit.

Com o avanço da estética e da qualidade de vida, novos materiais estão sendo utilizados para substituir partes metálicas de próteses, e mais pacientes com rebordos atrofiados desejam uma reabilitação oral fixa. Este estudo teve como objetivo comparar as tensões geradas por próteses implantossuportadas mandibulares em função da variação do material utilizado nas barras e da largura do rebordo ósseo, através de análise por elementos finitos. Dois hemiarcos mandibulares (normal e reabsorvido) foram modelados em software de computador. Dois implantes cone-morse foram inseridos em cada mandíbula, sendo reabilitados com prótese do tipo protocolo. Três materiais diferentes de barra foram utilizados: cobalto-cromo, titânio e resina reforçada por fibras de vidro. Cada prótese recebeu 500N de força oblíqua distribuída entre molar (200N) e pré-molares (150N cada). A função espelho do software de análise foi utilizada para transformar cada hemiarco em arcada total. Foram analisadas as tensões máximas e mínimas principais no osso cortical e trabecular, e a tensão equivalente Von mises na infraestrutura e componentes da prótese. A variação dos materiais de infraestrutura provocou alteração na magnitude das tensões, mas não de forma significativa e nem alterando a forma de distribuição das tensões. Já a quantidade remanescente de rebordo ósseo alterou de forma significativa tanto a magnitude quanto a distribuição das tensões máximas e mínimas principais: no implante anterior localizadas somente no pescoço do implante para a mandíbula normal e no pescoço e espiras do implante para a mandíbula reabsorvida; no implante posterior houve apenas diferença significante de intensidade das tensões, não de localização. A tensão equivalente Von mises se concentrou no micro-unit em todas as situações, sendo mais alterada pela diferença de rebordo do que de material de infraestrutura. Pode-se concluir que tanto a variação da condição do rebordo ósseo remanescente como a variação do a variação do material de infraestrutura da prótese provocaram alterações na intensidade e distribuição das tensões, sendo que a primeira provocou alterações mais significativas do que a segunda / With the advancement of aesthetics and quality of life, new materials are being used to replace metallic parts of prostheses, and more patients with atrophied ridges want a fixed oral rehabilitation. The aim of this study was to compare the stress generated by mandibular implant - supported prostheses in function of the variation of the material used in the bars and the width of the bone ridge, through finite element analysis. Two mandibular hemi arcs (normal and reabsorbed) were modeled in computer software. Two cone-morse implants were inserted into each mandible, being rehabilitated with a implant-supported prostheses. Three different bar materials were used: cobalt-chromium, titanium and fiberglass reinforced resin. Each prosthesis received 500N of oblique load distributed between molar (200N) e and premolars (150N each).. The mirror function of the analysis software was used to transform each hemi arch into total arch. We analyzed the maximum and minimum principal tensions in the cortical and trabecular bone, and the equivalent stress Von mises in the infrastructure and components of the prosthesis. The variation of the materials of infrastructure caused a change in the stress magnitude, but not in a significant way nor changing the form of stress distribution. On the other hand, the remaining amount of bone ridge significantly altered both the magnitude and the distribution of the maximum and minimum principal stresses: in the anterior implant located only in the neck of the implant for the normal mandible and in the neck and spines of the implant for the reabsorbed mandible; in the posterior implant there was only a significant difference in the intensity of the stresses, not in the location. The equivalent stress Von mises was concentrated in the micro-unit in all situations, being more affected by the ridge difference than of infrastructural material. It can be concluded that both the variation of the condition of the remaining bone ridge or the variation of the variation of the infrastructure material of the prosthesis caused changes in the intensity and distribution of the stresses, being so that the first caused more significant alterations than the second

O objetivo deste estudo foi comparar os ensaios de microtração (MI), ?push-out? (PS), ?push-out? modificado (PSM) e ?pull-out? (PL) na habilidade de mensurar a resistência de união (RU) entre pino de fibra e dentina radicular. Para tanto, além dos resultados de cada ensaio mecânico foram analisados fatores como: sensibilidade quanto às diferentes regiões radiculares, quantidade de falhas prematuras (FP), coeficiente de variação (CV), padrão de fratura (PF) pela microscopia confocal de varredura e distribuição das tensões pela análise de elementos finitos (AEF). Foram utilizados 40 dentes anteriores superiores endodonticamente tratados, divididos em quatro grupos de acordo com o tipo de ensaio realizado. Para os ensaios de PS e MI foi feita a cimentação do pino e posteriormente os cortes para a obtenção dos corpos-de-prova (cps). Para os outros ensaios (PSM e PL), a cimentação antecedeu aos cortes tanto das fatias de dentina como dos pinos. O sistema adesivo Scotbond Multi Uso Plus e o cimento Variolink II foram usados para a cimentação do pino de fibra de vidro FRC Postec Plus em todos os casos. Os cps do ensaio de PS foram obtidos pelos cortes seriados da raiz em fatias de 1±0,1mm, para os cps do ensaio de MI estas fatias sofreram ainda a confecção de entalhes laterais diametralmente opostos, que proporcionando um formato final de ampulheta. Para os testes de PL e PSM foram feitos cortes de fatias de dentina de 1±0,1mm e o pino foi dividido em três partes iguais para, então, cada fatia de uma região ser cimentada com o pino correspondente. Os cps do ensaio de PSM tinham 1mm de pino sobressalente para cima e para baixo da fatia de dentina, enquanto que os cps do PL o pino sobressalente estava apenas para cima da dentina. Todos os cps foram submetidos aos testes de RU, à velocidade de 0,5mm/min em máquina de ensaios universais. O PF foi avaliado em um aumento de cem vezes e foi feita uma distribuição de freqüência. Já a AEF obteve modelos tridimensionais de todos os ensaios, e estes foram analisados quanto à tensão de Von Mises. Para os resultados dos testes mecânicos foram feitas análises de variância de cada ensaio variando o fator região, com ou sem as FP, e análise comparando todos os ensaios. O teste Tukey foi feito quando necessário e as FP foram submetidas ao teste estatístico de Fisher. A inclusão ou não destas falhas mostra alteração dos resultados no ensaio de MI, uma vez que possui um maior número delas neste ensaio. O ensaio de PL mostrou as maiores médias de RU, seguido pelo ensaio de PSM, e ambos também tiveram o PF com maior quantidade de fraturas adesivas. O ensaio de PS conseguiu apontar diferença estatística entre as três regiões, mas mostrou a maior freqüência de falhas coesivas, e maior CV. O menor CV foi encontrado para o PSM que também mostrou uma adequada distribuição das tensões. A MI apresentou concentração de tensões nas bordas dos entalhes. Concluiu-se que o tipo de ensaio influencia diretamente nos resultados obtidos. / The aim of this study was to compare microtensile (MI), \"push-out\" (PS), modified \"push-out\" (PSM) and \"pull-out\" (PL) tests in the ability to accurately measure the bond strength of fiber posts luted inside root canals, at different root dentin levels, cervical, middle and apical. The evaluated parameters were: amount of premature failure (PF), coefficient of variation (CV), failure patterns (FP) and the stress distribution by finite elements analysis (FEA). Forty human intact single-rooted and endodontically treated teeth were divided into four groups according to the type test used. For PS and MI specimens, first the post was luted and then the cuts were done, for PSM and PL, first was done the cuts and then fiber post?s pices were luted. Scotbond Multi Use Plus adhesive system and Variolink II cement had been used for luting FRC Postec Plus glass fiber post, in all cases. PS samples were disc shaped of 1±0,1mm. Bond strength between post and dentin was measured in the root slice and the force applied on the center of the specimen. For the Mi test hourglass-shaped samples were obtained by trimming the proximal surfaces of each slice using a diamond bur until it touched the post. For PL and PSM tests cuts of 1±0,1mm of dentine slices were made and the fiber was divided into three parts, and then each slice were luted with a fiber post?s piece. Specimens for PSM had 1mm of post up and down the dentin slice and for PL all of the post was up the dentine slice. All specimens were submitted to a bond strength test at 0.5 mm/minute crosshead speed in a universal testing machine. For FP, each sample was examined under confocal microscopy at 100 times and a frequency distribution was made. For the AEF, three-dimensional models of each tests had been made and analyzed by Von Mises stress. Bond strength data were analyzed by ANOVA and when necessary was used Tukey?s test. For PF data the Fisher test was made. The inclusion of PF, only shows variation on MI, since these test showed the greater number of them. PL provided higher values of bond strength for root dentin and fiber post, followed by PSM. Both of them had also FP with greater amount of adhesive failures. The PS test was able to point statistically differences between root regions, but it showed the highest frequency of cohesive failure, and greater CV. Minor CV was found for the PSM that also showed adequate stress distribution. The MI showed concentration of tensions in the edges of the trimming area. One concluded that the type of test influences directly in the results obtained.

A caracterização de materiais utilizando a técnica de indentação instrumentada difundiu-se significativamente na última década, devido às melhorias dos instrumentos que permitem ensaios por esta técnica e à necessidade de se fazer ensaios em pequenos volumes de materiais, como, por exemplo, em filmes finos e materiais com superfícies modificadas por tratamentos superficiais. Neste texto, abordou-se a elaboração de um algoritmo que permita o estudo da resposta de indentação de superfícies de diferentes materiais metálicos, durante e após o contato com um indentador agudo, empregando simulações por elementos finitos e análise dimensional. Na obtenção do algoritmo analisaram-se os efeitos da formação de borda (pile-up) ou da retração (sink-in) do material indentado, o coeficiente de atrito indentador-amostra, as deformações elásticas do indentador, a geometria do indentador e a variação experimental. As relações obtidas permitiram identificar uma falta fundamental de relação única entre as propriedades mecânicas e a forma da curva de indentação para curvas com razão d r/dmax>0,9, onde d r é a profundidade residual da indentação e dmax é o deslocamento máximo do indentador durante o ensaio. Da mesma forma, concluiu-se que a relação de Sneddon tem que ser corrigida tanto pela geometria da área de contato indentador-amostra quanto pela razão entre os módulos elásticos do material e do indentador (E/Ei). Como a área de contato indentador-amostra é afetada não só pela geometria do indentador mas também pelo nível de pile-up ou sink-in nos indentadores piramidais, uma relação foi identificada entre o nível de pile-up/sink-in e o fator de correção b da equação de Sneddon para os indentadores Vickers e Berkovich. Adicionalmente, pequenas diferenças foram observadas entre as curvas P-h (onde h é a profundidade de indentação abaixo da superfície original da amostra) e as curvas P-d (onde d é o valor da aproximação mútua entre indentador e amostra durante a indentação) para um mesmo valor de módulo reduzido Er quando a razão E/Ei é grande. Assim, o módulo reduzido pode sobreestimar ou subestimar a rigidez do indentador, dependendo das propriedades do material indentado. As análises neste trabalho permitiram igualmente observar que as principais limitações na obtenção das propriedades elasto-plásticas usando a curva de indentação instrumentada vêm da falta de unicidade, seguida pela geometria do indentador, isto é, diferenças entre o cone equivalente e os piramidais Vickers e Berkovich, assim como desvios em relação à geometria ideal do indentador, o que inclui arredondamento da sua ponta. Quando não há unicidade, sabendo-se informações adicionais à curva P-d, por exemplo, o valor da área residual da indentação ou o módulo elástico, uma solução única das propriedades mecânicas pode ser obtida. Em paralelo, a variação experimental pode limitar de forma significativa a precisão no cálculo das propriedades, enquanto o atrito indentador-amostra e as deformações do indentador têm efeitos menos significativos. Em termos gerais, observa-se que as funções que compõem o algoritmo desenvolvido neste trabalho permitem: (i) predizer as curvas carga-deslocamento (curvas P-d), produto do ensaio de indentação instrumentada, para um conjunto de propriedades elasto-plásticas conhecidas; (ii) identificar quando uma mesma curva P-d pode ser obtida de mais de um conjunto de propriedades do material indentado (iii) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d quando d r/dmax<0,8 ou faixas de propriedades de materiais quando d r/dmax>0,8 e (iv) calcular as propriedades mecânicas (dureza, módulo elástico, coeficiente de encruamento e limite de escoamento) de um material usando a curva P-d e a área residual da indentação. / The interest in material characterization using instrumented indentation techniques has significantly increased in the last decade, due to improvements in testing instruments and the need to carry out tests on small volumes of materials, such as thin films or materials with surfaces modified by other surface treatments. This work addresses the development of an algorithm to analyze the indentation response of a group of metallic materials, during and after the contact with a sharp indenter, using finite element simulations and dimensional analysis. The formulation of the algorithm considered the effects of pile-up or sink-in of the indented material around the indentation, the friction coefficient between the indenter and the sample, the elastic deformation of the indenter, and the defects of the indenter tip. An analysis considering algorithm output and experimental variation was also conducted. The results allowed identifying a fundamental lack of unique relationship between the mechanical properties and the shape of the indentation curve for indentation curves with ratio d r/dmax>0,9, where d r is the residual indentation depth and dmax is the maximum indenter displacement in the test. Similarly, results allowed concluding that Sneddons equation requires a correction by both the geometry of the contact area and the ratio between the elastic moduli of the material and the indenter (E/Ei). As the shape of contact area is affected not only by the geometry of the indenter but also by the level of pile-up or sink-in in pyramidal indenters, a relationship was observed between the level of pile-up/sink-in and the correction factor b in the Sneddons equation for Vickers and Berkovich indenters. Additionally, it was found that the deformation of the indenter is not fully incorporated into indentation data analysis by the consideration of a reduced modulus (Er). Small differences between P-h curves (where h is the indentation depth below the original surface) and P-d curves (where d is the indenter/sample mutual approach) were observed for the same Er when the ratio E/Ei is large. Thus, the reduced modulus can overestimate or underestimate the indenter stiffness, depending on the mechanical properties of the indented material. Additionally, the analysis in this work has identified that the most important limitations in mechanical properties estimation using the indentation curve arise from the lack of uniqueness, followed by deviations in indenter geometry, such as differences between equivalent cone and pyramidal Vickers or Berkovich and tip defects. When non-uniqueness is present, unique solution may be obtained with the knowledge of additional information, in conjunction with P-d data, such as the residual indentation area or the elastic modulus. Furthermore, even when a unique solution is available the experimental variation may significantly decrease the accuracy in mechanical properties estimation, whereas friction and indenter deformation have less significant effects. In general, it was observed that the proposed algorithm allows: (i) predicting the load-displacement curves P-d of instrumented indentation tests for a set of known elastic-plastic mechanical properties, (ii) identifying when the same P-d curve can be obtained from more than one set of mechanical properties of the indented material, (iii) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves when d r/dmax<0,8 or possible ranges for each mechanical property when d r/dmax>0,8 and (iv) calculating the mechanical properties (hardness, elastic modulus, yield stress and strain hardening coefficient) from P-d curves and the knowledge of the residual indentation area.

Este trabalho é uma contribuição à análise progressiva de falhas em materiais compósitos poliméricos. Esses materiais combinam as propriedades de seus constituintes (fibra, resina polimérica e interface) de forma a melhorar o desempenho frente à utilização das fases isoladamente. A combinação de fases permite obter características como baixa densidade e elevada rigidez, que são almejadas pelo segmento aeronáutico, pois podem proporcionar um aumento de autonomia ou da capacidade de carga das aeronaves. A anisotropia inerente aos compósitos torna possível projetá-los de forma a obter-se a rigidez e a resistência desejada. Por outro lado, a anisotropia dificulta a previsão precisa dos mecanismos de falha, e conseqüentemente, do comportamento global da estrutura. Apresenta-se, assim, com base numa revisão bibliográfica criteriosa, bem como, através de resultados experimentais, a avaliação de um modelo de material fenomenológico, onde se identificam modos de falhas intralaminares. Uma vez verificad a falha por algum critério, degradam-se as propriedades do material. O modelo de material foi implementado junto ao pacote de elementos finitos Abaqus através de uma sub-rotina UMAT (\"User Material\"), escrita em Fortran. Em seguida, estudou-se o problema de um laminado em duas configurações de empilhamento (\'[0º] IND.10\' e \'[0º/90º/0º/90º/0º] IND.S\') sob flexão 3-pontos. Os resultados das simulações foram comparados com resultados experimentais, observando erros da ordem de 10%. Sendo que estes foram obtidos em função de um estudo dos parâmetros associados a solução do problema não-linear, tais como: tamanho de incremento de iteração e parâmetros associados à lei de degradação de material. Por fim, concluiu-se que o modelo de material avaliado é adequado para previsão da falha da primeira camada, bem como, da redução da rigidez estrutural e da resistência residual. Sendo que, a resposta teórica obtida se manteve parcialmente dentro dos limites inferior e superior do envelope experimental. / This work is a contribution to the progressive failure analysis in polymer composite materials. These materials combine the properties of its constituents (fiber, resin and interface) in order to improve the performance against the use of phases alone. The combination of the phases can provide characteristics such as low density and high strength, which are desired in the aeronautical segment, because it can increase the autonomy or aircraft payload. The anisotropy inherent in composites turns possible to design the material for a desired stiffness and strength. Furthermore, it turns difficult the prediction of failure mechanisms, and consequently, the overall behavior of the structure. This study presents, based on a review and experimental results, the evaluation of a phenomenological material model, which identify intralaminar failure modes. Once verified the failure by any criterion, the material properties are reduced by a degradation law. The material model was implemented in a UMAT (User Material) subroutine which linked to the finite element package Abaqus. It was applied in the study of 3-point bending problem for two stacking sequences (\'[0º] IND.10\' e \'[0º/90º/0º/90º/0º] IND.S\'). The results were compared with experimental tests, presenting a error in the order of 10%. Since that these where obtained by a study of the parameters associated to the solution of the nonlinear problem, such as: time step, and parameters associated to the material degradation laws. Finally, it was concluded that the material model is judged suitable for predicting the failure of the first ply, the reduction of structural stiffness and the residual strength. Besides, a part of the theoretical response obtained is maintained within the lower and upper limits of the experimental tests envelope.

Objetivos: aprofundar na interpretação dos dados obtidos pelo teste de lascamento da aresta, com espécime em formato de barra ou de coroa, para verificar se o ensaio é capaz de reproduzir o resultado já conhecido na clínica de que porcelana sobre zircônia apresenta maior facilidade de lascamento do que porcelana sobre metal, quando o resfriamento rápido é adotado. Material e método: o teste de lascamento da aresta foi aplicado em espécimes com dois formatos: barras (monolíticas: de VM13, VM9 ou zircônia; ou em duas camadas: de VM13-metal ou VM9-zircônia) e coroas (sempre com duas camadas). Nas barras monolíticas (5 mm x 32 mm x 2,5 mm) foi realizada uma análise da microestrutura para avaliar eventuais diferenças entre a VM13 e a VM9, que poderiam interferir na interpretação de diferenças encontradas nos espécimes de duas camadas. As barras com duas camadas (5 mm x 32 mm x 2,2 mm, com infraestrutura de 0,7 mm e porcelana de 1,5) receberam dois protocolos de resfriamento (lento e rápido) e foram testadas em duas direções de carregamento (paralela ou perpendicular à interface). Para estes espécimes foram avaliadas as tensões térmicas residuais por análise por elementos finitos. Para as coroas (correspondentes ao primeiro molar inferior, com infraestrutura de 0,7 mm de espessura), foram utilizados os mesmos protocolos de resfriamento das barras de duas camadas. As superfícies de fraturas de todos os espécimes foram analisadas em estereomicroscópio com um aumento de 20x a 50x. Os dados de lascamento foram analisados através de diferentes abordagens apresentadas na literatura, sendo o parâmetro ReA (resistência ao lascamento), correspondente à média de todas as razões de força necessária para criar a lasca pela distância da aresta (N/mm), o escolhido para comparar os vários grupos experimentais. Resultados: não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes entre as resistências ao lascamento das porcelanas, apesar da VM13 apresentar maior fração de área de leucita. Nas barras de duas camadas resfriadas lentamente e carregadas na direção perpendicular à interface, a zircônia proporcionou resistência ao lascamento da porcelana estatisticamente superior à proporcionada pelo metal. Quando o resfriamento rápido foi utilizado ou quando o carregamento foi paralelo à interface, o teste não foi capaz de evidenciar diferenças entre os grupos. Nas coroas submetidas ao resfriamento rápido, o metal proporcionou resistência ao lascamento da porcelana estatisticamente superior à proporcionada pela zircônia. Quando o resfriamento lento foi utilizado, o teste não foi capaz de evidenciar diferenças entre grupos com materiais de infraestrutura distintos. Conclusão: O ensaio de lascamento em coroas reproduziu melhor que o ensaio de lascamento em barras a resistência ao lascamento relatada na clínica. Assim, esforços em aprimorar o teste utilizando espécimes com geometria mais semelhante à da coroa são importantes. / Aim: To deepen the investigation of the edge chipping method when using either bar or crown-shaped specimens, to verify whether the test is able to reproduce the well-known clinical outcome that veneered zirconia is more prone to chipping than porcelain-fused-to-metal when the fast cooling protocol is used. Materials and methods: edge chipping test was conducted with different shaped specimens: bars (monolithic: VM13, VM9 or zirconia; or bilayers: VM13-metal and VM9-zirconia) and bi-layer crowns. A microstructure analysis was performed on the monolithic bars (5 mm x 32 mm x 2.5 mm) to evaluate possible differences between VM13 and VM9, that could account for differences on bilayer specimens data. The bilayer bars (5 mm x 32 mm x 2.2 mm, 0.7 mm and 1.5 porcelain infrastructure) were subjected to two cooling protocols (slow and fast) and load was applied in two directions (parallel or perpendicular to the interface). For bilayer bars, residual thermal stresses were evaluated using finite element analysis. For crown-shaped specimens (corresponding to the first molar, with 0.7 mm framework thickness), the cooling protocol was the same employed for bilayer bars. The fractured surfaces of all specimens were examined utilizing a stereomicroscope at a magnification from 20x up to 50x. The edge chipping data were analyzed by several approaches presented in the literature, the ReA parameter (chipping resistance), corresponding to the average of force versus distance data collected over a broad range (N / mm), was chosen to compare the different experimental groups. Results: There was no significant difference between the veneers for chipping resistance, despite that VM13 presented the highest leucite content. On bilayer bars with slow cooling protocol and loading perpendicular to the interface, zirconia provided significantly higher chipping resistance than metal-based specimens. Edge chipping test was not able to detect differences between groups when fast cooling was used or loading was applied parallel to the interface. When crowns were subject to fast cooling, results revealed that metal framework has significantly higher veneer chipping resistance than zirconia. When the slow cooling protocol was used, differences between groups with different frameworks were not observed using edge chipping test. Conclusion: The chipping test on crowns reproduced the chipping resistance reported clinically better than bar-shaped specimens. Thus, efforts to improve the test using specimens more similar to the crown geometry are important.