Orientador: Valdir Alves Guimarães / Coorientador: Maurício Guimarães da Silva / Banca: Edson Cocchieri Botelho / Banca: Diavana Aparecida dos Santos Napoleão / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Francisco Cristóvão Lourenço de Melo / Resumo: O estudo de fenômenos balísticos abrange muitas formas empíricas. Porém, estudos teóricos também permitem avaliar a profundidade de penetração, a condição de fragmentação de um projétil e sua energia ao impactar um alvo. Os principais parâmetros de desempenho que caracterizam uma blindagem balística são o limite balístico V50 e a variação da energia cinética que o projétil sofre durante o processo de penetração, denominada de energia de impacto. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de análise que pode ser utilizada para estimar a variação de energia cinética absorvida por alvos metálicos, quando submetidos a impactos por projéteis, baseada em uma formulação empírica desenvolvida para a profundidade de penetração. Esta metodologia requer o uso de uma base de dados de impacto para a implementação do algoritmo de análise proposto. A versatilidade da metodologia proposta está em permitir o uso de diferentes formulações na estimativa da profundidade de penetração e na melhoria contínua do procedimento de estimativa, através da realimentação do banco de dados inicialmente gerado. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta auxilia na elaboração de matrizes de ensaios balísticos, na racionalização do número de ensaios necessários para o desenvolvimento de blindagens, na escolha de materiais e espessuras ideais, correlacionando-os de acordo com o nível de proteção balística solicitada, adotando-se a melhor solução em termos da relação peso / resistência, permitindo também estimar a profundidade adimensional de penetração e a variação da energia cinética em materiais metálicos com grandes e pequenas espessuras, quando submetidos a impactos entre diversos diâmetros de projéteis, sob velocidades próximas ao regime hidrodinâmico / Abstract: The study of ballistic phenomenons encompasses many empirical forms, nevertheless, theoretical studies also allows us to assess the depth of penetration, the condition of fragmentation of a projectile and its energy to impact a target. The main parameters that characterize a shielding performance are the ballistic limit V50 and the change in kinetic energy that the projectile suffers during the penetration process, called impact energy. The objective of this work is to present an analysis methodology that can be used to estimate the variation of kinetic energy suffered by the impact of a projectile on a metal target, based on an empirical formulation developed for the penetration depth. This methodology requires the use of a impact data base to the implementation of the analysis algorithm proposed. The versatility of the methodology is to allow the use of different formulations to estimate the depth of penetration and the continuous improvement of the estimation procedure, through feedback from the database initially generated. The results have demonstrate that the proposed methodology helps in elaboration of arrays to ballistic tests, in rationalization of the number of tests required for the development of shields, in choosing materials and thicknesses ideals, correlating them according to the level of ballistic protection required, adopting the best solution in terms of weight / resistance, allowing also to estimate the dimensionless penetration depth and the variation of the kinetic energy in metallic materials with large and small thickness, when subjected to impacts between different projectile diameters under velocities close to the hydrodynamic regime / Doutor

Orientador: Helena Redigolo Pezza / Co-orientador: Hernane da Silva Barud / Banca: Maria Valnice Boldrin / Banca: Raquel Fernandes Pupo Nogeira / Banca: Eny Maria Vieira / Banca: Fernando Cesar Crnkovic / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação quantitativa de furosemida e bumetanida em amostras de urina utilizando espectroscopia por reflectância difusa (para a furosemida) e por imagem por scanner com quantificação através do histograma de cores utilizando o padrão RGB (para ambas). Envolve também o desenvolvimento de um método quantitativo para a detecção de chumbo em resíduos de armas de fogo (GSR) nas mãos de atiradores utilizando membranas de celulose bacteriana como substrato de coleta, visando o descobrimento do tempo de disparo. Também foi realizada a quantificação de chumbo em amostras de tintura para cabelos utilizando método previamente desenvolvido, visando detecção da adulteração destes produtos e controle de qualidade. Estuda também a potencialidade do uso das membranas de celulose bacteriana para a coleta de impressões digitais. Os métodos desenvolvidos consistem na reação da furosemida (FUR) com o regente cromogênico paradimetilaminocinamaldeído (p-DAC) 0,70% e ácido clorídrico (HCl) 1,72 mol L -1 em papel de filtro qualitativo com barreiras hidrofóbicas, com detecção espectrofotométrica e por histograma de cores; na reação do íon chumbo(II) (Pb 2+ ) com rodizonato de sódio (ROD) 0,16% em meio micelar de dodecil sulfato de sódio (SDS) 5 mmol L -1 em membranas de celulose bacterianas, com detecção espectrofotométrica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV); na reação de bumetanida (BMT) com o reagente p-DAC 0,6% e HCl 0,26 mol L -1 em papel de filtro qualitativo com barreiras hidrofóbicas, com detecção por histograma de cores e na coleta de impressões digitais utilizando membrana de celulose bacteriana impregnadas com ninidrina, nitrato de prata ou óxido de zinco, dos quais o nitrato de prata e a ninidrina atuaram como agentes de coleta razoáveis. Todas as concentrações foram otimizadas por... / Abstract: This work describes the development of analytical methods for the quantitative determination of furosemide and bumetanide in urine samples using diffuse reflectance spectroscopy (for furosemide) and scanning imaging with quantification by color histogram using RGB color pattern (for both). It involves also the development of a quantitative method for the detection of lead in gunshot residues (GSR) in the hands of the shooters using bacterial cellulose membranes as substrate collection, aiming the discovery of shooting time. It is also done the quantification of lead in progressive hair lotions samples using a previously developed method, aiming the detection of products adulterations and quality control. It also studies the potentiality of the usage of bacterial cellulose membranes for the collection of fingerprints. The developed methods are consisted in the reaction of furosemide (FUR) with the cromogenic reagent p-dimethylamino cinnamaldehyde (p-DAC) 0.70% and hydrochloric acid (HCl) 1.72 mol L -1 in qualitative filter papers with hydrophobic barrier, with spectrophotometric detection and by color histogram; in the reaction of lead(II) ion (Pb 2+ ) with sodium rhodizonate (ROD) 0.16% in micellar medium of sodium dodecyl sulfate (SDS) 5 mmol L -1 in bacterial cellulose membranes with spectrophotometric detection and by scanning electron microscopy; in the reaction of bumetanide (BMT) with the reagent p- dimethylamino cinnamaldehyde (p-DAC) 0.6% and hydrochloric acid (HCl) 0.27 mol L -1 in qualitative filter papers with hydrophobic barrier with color histogram detection an in the collect of fingerprints using bacterial cellulose membranes impregnated with ninhydrine, silver nitrate or zinc oxide, of which the silver nitrate and ninhydrin acted as reasonable collection agents. All concentrations were optimized through chemometrics designs. The reactions were carried out as spot test, involving the f... / Doutor

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

Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de boro, de vidro, de aramida e de carbono estão sendo progressivamente empregados em aeronaves, mísseis e veículos espaciais com o intuito de reduzir massa e aumentar a estabilidade dimensional destas peças em diferentes faixas de temperatura e resistência ao impacto. Há uma crescente necessidade em aplicações civis e militares para materiais compósitos os quais tem características estruturais excelentes, aliada à boa resistência à penetração e alongamento após impacto. Este trabalho teve por finalidade mostrar quais são os principais materiais compósitos, aplicados em painéis balísticos, as principais técnicas de processamento e avaliar sua resistência ao impacto. Um exemplo prático de aplicação foi estudado analisando propriedades balísticas e de resistência à penetração de painéis utilizados para blindagem da porta de acesso à cabine dos pilotos de aeronaves de passageiros. Além do requisito balístico a porta tem a menor massa possível, pois se utilizou materiais compósitos de ultima geração como painel balístico laminado e autoclavado apresentando alta elongação e alto teor de fibras. Foi demonstrado quais materiais, processos de fabricação e ensaios foram utilizados para confecção do modelo de porta reforçada que hoje está em produção e equipando aeronaves comerciais nos quatro cantos do mundo.

Neste trabalho é desenvolvido um modelo de blindagem balística mista composta por uma parte cerâmica (alumina), e uma parte de compósito (polietileno de ultra alto peso molecular). Paralelamente, também foi modelada a munição à qual a blindagem objetiva proteger. O modelo foi aplicado a alvos compostos somente da base de polietileno de ultra alto peso molecular, e a alvos mistos contendo cerâmica e compósito. Quando a blindagem apresentou uma V50, velocidade com 50% de chance de penetração, da ordem de 700m/s, a simulação obteve erros inferiores a 5%. Já quando a blindagem apresentou uma V50 mais baixa, cerca de 500m/s, a simulação obteve erros maiores, superiores a 15%, mas mesmo assim foi possível prever que a blindagem não era eficiente para esse tipo de solicitação.

Compósitos híbridos polímero/cerâmica têm sido bastante utilizados em painéis de blindagem balística por serem materiais que possuem capacidade de absorver impactos de alta velocidade. A eficiência de absorver impactos sucessivos e a extensão dos danos colaterais do impacto está relacionada a diversos fatores entre eles, um que tem um papel fundamental, é a interface da camada cerâmica com a camada polimérica. A natureza do adesivo utilizado e das interações estabelecidas, aliada a força de adesão e, as morfologias da camada interfacial, entre outras variáveis, podem determinar a intensidade da propagação de energia residual. Estes fatos podem afetar os modos de fragmentação da cerâmica, a capacidade do material resistir a um segundo impacto e, sobretudo interferir no tamanho e na geometria do cone residual resultante da deformação plástica da camada polimérica. Neste trabalho, analisa-se a influência da interface adesiva no desempenho balístico de materiais híbridos constituídos de compósito de fibras de polietileno de ultra-alta massa molar (UHMWPE) /matriz polimérica (Dyneema ), tecido de fibras de aramida (Kevlar ) e a cerâmica alumina. São avaliados adesivos de natureza química distinta, à base de poliuretano, epóxi e silano. A alumina é preparada e caracterizada por ensaios de massa específica, resistência à flexão, dureza Vickers, difração de raios X e Microscopia eletrônica de varredura (MEV), cujos resultados indicam que a mesma possui propriedades adequadas para aplicação balística. A caracterização da interface adesiva é realizada por meio do teste de resistência ao despelamento (T-Peel) e a superfície pós-teste é caracterizada por microscopia óptica e espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Estes testes ressaltam que no compósito utilizando Dyneema , a resistência ao despelamento foi parecida para todos os adesivos utilizados indicando que o rompimento ocorre entre as camadas do substrato polimérico. Já para as amostras com Kevlar , o adesivo PU hot melt apresenta maior adesão enquanto que o adesivo a base de silano é o menos eficiente dentre os utilizados. Ensaios balísticos foram realizados em painéis montados com adesivos selecionados no ensaio de adesão: PU hot melt (maior aderência), silano (menor aderência) e epóxi (intermediária). O desempenho dos painéis balísticos, no que diz respeito à extensão dos danos colaterais, varia de acordo com os adesivos utilizados. A força adesiva, assim como a rigidez do adesivo, influencia na transferência de energia de impacto e consequentemente nas dimensões da deformação da camada posterior e na integridade da placa cerâmica adjacente à que sofreu o impacto.

A evolução dos métodos de ignição das munições eleva o poder dos armamentos a altíssimos níveis nunca antes vistos, o que possibilita um agrupamento de impactos, quase todos num mesmo ponto. Estas verdadeiras "armas do futuro" apontam para a necessidade de "blindagens do futuro", com propriedades de alta retenção e de resistência prolongada, o que significa produzir blindagens com a capacidade de reter múltiplos disparos, em áreas cada vez menores. "Blindagens Compostas" vão ao encontro desta necessidade, pois sendo a combinação sequenciada de materiais cerâmicos, ligas metálicas e polímeros que compõe sofisticados sistemas capazes de neutralizar total ou parcialmente a ação de munições de alto poder de penetração e elevado nível energético com um mínimo de espessura, peso e custo. O objetivo deste trabalho é a concepção de uma blindagem composta de alta eficiência para a absorção da energia de impacto de uma munição 0,50" AP-M2. Neste estudo foram levados em consideração os tipos de materiais cerâmicos, metálicos e poliméricos disponíveis no mercado que atendam os requisitos aeronáuticos para se obter um conjunto que possua baixo peso e espessura e que melhor se adapte a estrutura de uma aeronave militar. Para a determinação do melhor conjunto de materiais que retenha a munição com eficiência foram preparados 7 CDPs com diferentes configurações utilizando materiais comercialmente disponíveis. Estes ensaios balísticos foram realizados de acordo com as normas MIL-PRF-46103E, Type III, Class 2C no laboratório de da Companhia Brasileira de Cartuchos (CBC), Brasil. Para a determinação da menor espessura e do menor peso foi realizado uma segunda etapa de ensaios onde 6 CDPs com diferentes configurações foram testados conforme MIL-PRF-46103E, Type III, Class 2B no laboratório Beschussamt Mellrichstadt, em Mellrichstadt, Alemanha. Nesta etapa de estudos também foram verificados a influência da resistência da blindagem, em função do local em que os blocos cerâmicos foram atingidos. Os resultados obtidos indicam que a configuração que demonstrou melhor desempenho foi a composição "J" com camada cerâmica de Carbeto de Silício do Tipo "T" e camada polimérica feita em Polietileno de Ultra Alta Massa Molecular (UHMW-PE), sendo capaz de deter os projeteis nas três posições: central e nas juntas em "T" e em "I".

O presente trabalho tem por objetivo analisar o fenômeno de impactos de blindagem composta cerâmica-metal por meio de um modelo analítico unidimensional, onde se procura correlacionar o desempenho balístico com os parâmetros de impacto e com as propriedades físicas dos materiais do alvo e do projétil. O modelo analítico permite acompanhar a perda de massa do projétil e a redução de sua velocidade, além de prever a deformação máxima da base metálica no ponto de impacto. A simplicidade do modelo permite utilizá-lo como ferramenta útil e rápida em projetos de blindagem composta cerâmica-metal, uma vez que as variáveis são facilmente determinadas. A fim de comparar os resultados experimentais com os valores previstos no modelo analítico, foram medidas as deflexões máximas da base metálica dos alvos e massa residual dos fragmentos do projétil, obtendo-se uma boa correlação entre os resultados teóricos e experimentais (1% a 40%). Este trabalho tem ainda a finalidade de investigar a influência do tamanho de grão do material cerâmico sobre o desempenho balístico, permitindo a seleção do material mais adequado para cada aplicação. Para atingir esse objetivo, foram confeccionadas duas cerâmicas com a mesma composição química, porém com diferentes tamanhos de grão, e determinados o módulo de Weibull e a tensão média de resistência. O desempenho balístico foi comparado medindo-se a máxima velocidade do projétil que cada formulação foi capaz de suportar sem sofrer perfuração. Verificou-se que a formulação com maior tamanho de grão apresentou melhor desempenho balístico.

Evalúa la permanencia de residuos de antimonio, bario y plomo en dos muestras sucesivas de residuos de disparo de un arma de fuego recolectadas de las manos del mismo tirador; la primera fue recolectada inmediatamente luego de realizado los disparos experimentales y la segunda después de transcurridas 1, 2, 3, 4, y 5 h desde que se recolectó la primera. En práctica controlada, en polígono de tiro, se efectuaron series de disparos de prueba con pistola calibre 9 mm con su munición respectiva, manipulada por personal masculino, voluntario, entrenado para el uso de armas de fuego. Se formaron aleatoriamente seis grupos experimentales (n = 30) que realizaron GI: 1 disparo, GII: 2 disparos, GIII: 3 disparos, GIV: 4 disparos, GV: 5 disparos y GVI: no realizaron disparos. Todas las muestras de residuos de disparo se recolectaron con ácido nítrico al 5 %. La cuantificación de residuos de Sb, Ba y Pb se realizó por espectroscopia de absorción atómica con horno de grafito. En las muestras primigenias de residuos de disparo recolectadas a tiempo cero de las manos de las personas que realizaron disparos experimentales con pistola calibre 9 mm, las concentraciones promedios de Sb, Ba y Pb fueron en el grupo GIM1ϕ: 0,14; 0,38 y 0,40 ppm; GIIM1ϕ:0,25; 0,77 y 0,78 ppm; GIIIM1ϕ: 0,36; 1,13 y 1,15 ppm; GIVM1ϕ: 0,49; 1,51 y 1,53 ppm; GVM1ϕ: 0,61; 1,88 y 1,92 ppm y GVIM1ϕ: 0,00; 0,00 y 0,00 ppm, respectivamente. No se hallaron residuos de antimonio, bario y plomo en todas las segundas muestras sucesivas de residuos de disparo recolectadas después de transcurridas 1 a 5 h desde que se recolectó la primera muestra de residuos de disparo de las manos de los participantes de los diferentes subgrupos experimentales. Los valores hallados en las muestras analizadas de residuos de disparo recolectadas a tiempo cero de las manos de los tiradores de los grupos que realizaron uno, dos, tres, cuatro y cinco disparos tienen igual variabilidad significativamente en la concentración de antimonio, bario y plomo; asimismo, se evidencia que la media de concentración de plomo es mayor significativamente (p < 0,05) que la media de concentración del bario y a su vez que la media de concentración del antimonio; también la media de concentración de bario es mayor significativamente que la media de concentración de antimonio. / Tesis de Segunda Especialidad

En la actualidad las Corbetas Misileras clase PR-72P, tienen como artillería principal los montajes 76/62mm, los cuales cuentan con el sistema de control de tiro Vega II, que posee un Calculador balístico híbrido “BCH”, con interfaces analógicas, el cual a través de tarjetas impresas y sistemas sincrónicos resuelven el problema de tiro. Este sistema y sus componentes ya no se fabrican en la actualidad, siendo su reparación muy onerosa y poco confiable, debido a que tienen una antigüedad de más de 35 años. El tiro contra costa se realiza con el montaje antes mencionado, con la finalidad de brindar fuego naval de apoyo, para batir blancos en tierra, lo cual en la actualidad demanda de mucha precisión, con la finalidad de evitar daños colaterales, motivo por el cual demanda de mucha fidelidad de sus sistema de control. El sistema original contempla dos métodos de tiro contra costa: el método cronométrico y el método de punto de referencia, ambos son usados estimando la posición real del buque, originando que mientras más tiempo pase se incremente el error. Actualmente existe el sistema de posicionamiento satelital (GPS), el cual es aprovechado para tener en tiempo real la posición del buque, con lo cual se reduce considerablemente el error. Asimismo, existen técnicas de control avanzado, las cuales permiten compensar errores y perturbaciones, causadas por desgaste de componentes o ruidos, aumentando la confiabilidad y precisión del sistema. Es por eso que, se obtiene el modelo matemático del cañón y se diseña un sistema de control difuso para un cañón 76/62mm en aplicaciones de tiro contra costa, el cual se compara con el sistema actual, evidenciando mejoras en las respuestas y en la robustez. Finalmente, se implementa un generador de órdenes al cañón, el cual está basado en un software y su implementación en una computadora industrial modular PXI de National Instruments, que permita realizar funciones de captura de sensores y procesamiento de datos en tiempo real para la solución del problema de control de tiro contra blancos terrestres, presentación gráfica de los principales datos importantes para el operador y pruebas dinámicas al montaje mediante un SCADA. / Tesis