Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:10:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340638.pdf: 3067019 bytes, checksum: c8b718967d65cd7448738255d21a2134 (MD5) Previous issue date: 2016 / Na presente tese foi desenvolvido um método de simulação do limiar de percolação, da condutividade elétrica e da resposta piezoresistiva para compósitos eletricamente condutores. Compósitos eletricamente condutores são compreendidos como compósitos nos quais uma matriz polimérica isolante é misturada a cargas particuladas condutoras deforma que o compósito resultante seja condutor. Nesse contexto o limiar de percolação é um valor que indica a concentração mínima do aditivo condutor para que agregados contínuos se formem no compósito e esse conduza eletricidade, e sua relevância tecnológica se deve à busca por compósitos com baixos limiares de percolação, pois uma baixa concentração de aditivos favorecem menores custos e uma melhor preservação das propriedades mecânicas e de processamento do compósito. Adicionalmente, a resposta piezoresistiva, definida como avariação da resistência elétrica em função da aplicação de uma deformação mecânica, está diretamente relacionada à aplicação dos compósitos eletricamente condutores como sensores mecânicos. O método de simulação é implantado utilizando a linguagem de programação Python e se baseia nos conceitos de teoria da percolação,percolação em espaço contínuo, percolação por tunelamento, percolação de núcleo rígido com concha macia, propriedades de deformação dos materiais e sinergia de cargas condutoras. Especificamente para a percolação em espaço contínuo, o código foi desenvolvido de forma a tratar de partículas nas formas esféricas, esfero cilíndricas e discoidais, e pode lidar com qualquer combinação destas no mesmo compósito. As características de limiar de percolação, condutividade e piezoresistência foram avaliadas em função das seguintes propriedades das partículas:tipo de geometria, razão de aspecto e alinhamento em relação ao eixo de tensão elétrica. Para fornecer validação experimental, foi desenvolvido um compósito de poli(fluoreto de vinilideno) com cargas de fibras de sílica revestidas com polipirrol e microesferas de vidro revestidas de polipirrol. Ao final do trabalho, os modelos de simulação foram capazes de prever o limiar de percolação, a condutividade e a resposta piezoresistiva de Compósitos Eletricamente Condutores. Comparação dos valores simulados de condutividade com resultados experimentais acusaram boa correlação para compósitos com fibras, mas valores mais discrepantes para compósitos com esferas.<br> / Abstract: In the present thesis a method was developed to predict the percolation threshold, electrical conductivity and piezoresisitve response of electrically conductive composites. Electrically conductive compositesencompass composites in which an insulating polymer matrix is mixedwith a particulate conductive filler in a way that the resulting compositeis electrically conductive. In this context, the percolation threshold is avalue that indicates the minimal conductive filler concentrationnecessary for the formation of continuous clusters in the composite andcause electrical conductivity. It's technological significance is due to the search for composites with low percolation thresholds, as a low filler concentration leads to lower costs, better processability and thepreservation of mechanical and processing properties of the composite. Furthermore, a piezoresistive response, defined as the change in theelectrical resistance as a function of mechanical deformation is directly related to the use of electrically conductive composites as mechanical sensors. The simulation model is implemented using the Pythonprograming language and is based on the concepts of percolation theory,continuum space percolation, tunneling percolation, hard-core soft-shell percolation, deformation properties of materials and conductive fillerssynergy. Regarding continuum space percolation, the model wasdeveloped as to manage spherical, spherocylindrical and discoidal particles, and to deal with any combination of such particles in the composite. The percolation threshold, conductivity and piezoresistivitywere evaluated taking in account the following particle properties: typeof geometry, aspect ratio and alignment to the electrical current axis. Toprovide a validation of the model, composites of poli(vinilidenefluoride) filled with polipirrole coated silica fibers and polipirrole coatedhollow glass spheres were created. Finally, the simulation models wereused to predict the percolation threshold, the conductivity and thepiezoresistive response of Electrically Conductive Composites.Comparing simulated values of conductivity with experimental results yielded good correlation for composites with fibers, but more discrepantvalues for composites with spheric particles.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-30Bitstream added on 2014-06-13T20:27:56Z : No. of bitstreams: 1 carvalho_cg_me_ilha.pdf: 1013674 bytes, checksum: 2251b87eda27daaaa94e554489ebe5d0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para definir um condutor equivalente para um condutor múltiplo. O método baseia-se no fato de que os parâmetros dos subcondutores estão distribuídos ao longo do comprimento dos mesmos e, deste modo, cada subcondutor deve ser tratado como uma linha de transmissão. Inicialmente são obtidas as relações entre as correntes e tensões nos dois terminais de cada subcondutor. Em seguida, considera-se que a corrente no condutor múltiplo deve ser igual à corrente no condutor equivalente. Uma vez que as tensões e correntes nos terminais do condutor equivalente são conhecidas, é possível obter a impedância longitudinal e a admitância transversal deste condutor. O método desenvolvido foi aplicado em um condutor múltiplo hipotético constituído de dois subcondutores. Os resultados obtidos com este método são comparados com o método clássico de obtenção do condutor equivalente, que se baseia no raio médio geométrico dos subcondutores do condutor múltiplo. Para isto foi mostrado que quando o raio médio geométrico é usado para definir um condutor equivalente de um condutor múltiplo, os parâmetros longitudinais e transversais do condutor equivalente são afetados. / The objective of this work is to improve a methodology to define an equivalent conductor for a bundled conductor. The proposed methodology takes into account that the longitudinal and transversal parameters are distributed along the subconductors. This way, each subconductor of a bundled conductor needs to be considered as being a transmission line. Initially the relationships among currents and voltages at sending and receiving end of each subcondutor are obtained. Then, it is considered that total currents and voltages at sending and receiving end of the bundled conductor is equal to currents and voltages at sending and receiving end of the equivalent conductor. Taking into account that parameters of the equivalent conductor are distributed parameters, it is possible to obtain them from currents and voltages at sending and receiving end. The proposed methodology was applied in a hypothetical bundled conductor constituted by two subconductors. The results were compared with results obtained by using geometric mean radius. It was shown that when geometric mean radius is used to define an equivalent conductor of a bundled conductor, the longitudinal and transversal parameters of the equivalent conductor are severely affected.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-27Bitstream added on 2014-06-13T18:08:29Z : No. of bitstreams: 1 costa_ecm_me_ilha.pdf: 1777300 bytes, checksum: f5e35375b4a1e9e034ae9b487436cef5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho descreve detalhadamente uma metodologia alternativa para o cálculo dos parâmetros longitudinais e transversais de um condutor múltiplo genérico, com base na configuração de um condutor equivalente. A metodologia proposta considera precisamente o acoplamento mútuo entre os subcondutores que compões o feixe, a natureza distribuída dos parâmetros e a distribuição da corrente, uniforme ou desigual, através dos subcondutores. São calculados e analisados os parâmetros utilizando a metodologia alternativa proposta e o procedimento clássico baseado na obtenção de um condutor equivalente aplicando o conceito do Raio Médio Geométrico (RMG), para diversos condutores múltiplos, sendo eles simétricos ou não simétricos, convencionais ou não-convencionais. Posteriormente, são comparados os resultados obtidos por ambos os métodos e a partir desses é possível comprovar a eficácia da metodologia proposta e eventuais situações em que a metodologia clássica, envolvendo o conceito do RMG, apresenta algumas imprecisões derivadas da distribuição não uniforme da corrente em condutores múltiplos assimétricos ou pouco convencionais / The present work describes an alternative methodology to evaluate the longitudinal and transversal parameters of a generic bundled conductor, based on the configuration of an equivalent conductor. The proposed methodology considers precisely the mutual coupling among subconductors of the bundle, the distributed nature of parameters and the current distribution through subconductors. The parameters are calculated and analyzed using the proposed alternative methodology and the classic procedure, based on equivalent conductor applying the concept of Geometric Mean Radius (GMR), for several bundled conductors, symmetric or nonsymmetric, conventional or non-conventional. Subsequently, the obtained results are compared to both methods and then it is possible to verify the efficacy of the proposed methodology and eventual situations where the classic methodology, based on RMG concept, presents inaccuracies due to the non-uniform distribution of the current in non-symmetric or non-conventional bundled conductors

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Afonso José do Prado / Banca: Lourenço Matias / Resumo: O presente trabalho descreve detalhadamente uma metodologia alternativa para o cálculo dos parâmetros longitudinais e transversais de um condutor múltiplo genérico, com base na configuração de um condutor equivalente. A metodologia proposta considera precisamente o acoplamento mútuo entre os subcondutores que compões o feixe, a natureza distribuída dos parâmetros e a distribuição da corrente, uniforme ou desigual, através dos subcondutores. São calculados e analisados os parâmetros utilizando a metodologia alternativa proposta e o procedimento clássico baseado na obtenção de um condutor equivalente aplicando o conceito do Raio Médio Geométrico (RMG), para diversos condutores múltiplos, sendo eles simétricos ou não simétricos, convencionais ou não-convencionais. Posteriormente, são comparados os resultados obtidos por ambos os métodos e a partir desses é possível comprovar a eficácia da metodologia proposta e eventuais situações em que a metodologia clássica, envolvendo o conceito do RMG, apresenta algumas imprecisões derivadas da distribuição não uniforme da corrente em condutores múltiplos assimétricos ou pouco convencionais / Abstract: The present work describes an alternative methodology to evaluate the longitudinal and transversal parameters of a generic bundled conductor, based on the configuration of an equivalent conductor. The proposed methodology considers precisely the mutual coupling among subconductors of the bundle, the distributed nature of parameters and the current distribution through subconductors. The parameters are calculated and analyzed using the proposed alternative methodology and the classic procedure, based on equivalent conductor applying the concept of Geometric Mean Radius (GMR), for several bundled conductors, symmetric or nonsymmetric, conventional or non-conventional. Subsequently, the obtained results are compared to both methods and then it is possible to verify the efficacy of the proposed methodology and eventual situations where the classic methodology, based on RMG concept, presents inaccuracies due to the non-uniform distribution of the current in non-symmetric or non-conventional bundled conductors / Mestre

Orientador: Sérgio Kurokawa / Banca: Mariângela de Carvalho Bovolato / Banca: Humberto Mendes Mazzini / Resumo: O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para definir um condutor equivalente para um condutor múltiplo. O método baseia-se no fato de que os parâmetros dos subcondutores estão distribuídos ao longo do comprimento dos mesmos e, deste modo, cada subcondutor deve ser tratado como uma linha de transmissão. Inicialmente são obtidas as relações entre as correntes e tensões nos dois terminais de cada subcondutor. Em seguida, considera-se que a corrente no condutor múltiplo deve ser igual à corrente no condutor equivalente. Uma vez que as tensões e correntes nos terminais do condutor equivalente são conhecidas, é possível obter a impedância longitudinal e a admitância transversal deste condutor. O método desenvolvido foi aplicado em um condutor múltiplo hipotético constituído de dois subcondutores. Os resultados obtidos com este método são comparados com o método clássico de obtenção do condutor equivalente, que se baseia no raio médio geométrico dos subcondutores do condutor múltiplo. Para isto foi mostrado que quando o raio médio geométrico é usado para definir um condutor equivalente de um condutor múltiplo, os parâmetros longitudinais e transversais do condutor equivalente são afetados. / Abstract: The objective of this work is to improve a methodology to define an equivalent conductor for a bundled conductor. The proposed methodology takes into account that the longitudinal and transversal parameters are distributed along the subconductors. This way, each subconductor of a bundled conductor needs to be considered as being a transmission line. Initially the relationships among currents and voltages at sending and receiving end of each subcondutor are obtained. Then, it is considered that total currents and voltages at sending and receiving end of the bundled conductor is equal to currents and voltages at sending and receiving end of the equivalent conductor. Taking into account that parameters of the equivalent conductor are distributed parameters, it is possible to obtain them from currents and voltages at sending and receiving end. The proposed methodology was applied in a hypothetical bundled conductor constituted by two subconductors. The results were compared with results obtained by using geometric mean radius. It was shown that when geometric mean radius is used to define an equivalent conductor of a bundled conductor, the longitudinal and transversal parameters of the equivalent conductor are severely affected. / Mestre