Las chapas de zinc se caracterizan por tener muy buena maleabilidad y flexibilidad en combinación con una gran terminación superficial, lo que las hace ser ampliamente utilizadas en la industria arquitectónica en partes como techos, revestimientos, canaletas, entre otras, y además son aptas para sitios con climas adversos. Estas propiedades se logran debido a que el zinc es naturalmente resistente a la corrosión, muy duradero y requiere bajo mantenimiento. Es la adición de cobre y titanio como aleantes lo que conduce a un material con óptimas características mecánicas y físicas, principalmente en cuanto a resistencia mecánica y creep, cualidades muy apreciadas para aplicaciones en la construcción. Las chapas son producidas por colada continua seguida por laminado desde unas dimensiones iniciales de 1 m de ancho y 10 a 20 mm de espesor hasta las dimensiones finales deseadas. La presente tesis doctoral aborda el estudio numérico y experimental de la formabilidad de chapas de zinc texturado. El diagrama límite de conformado del material se determina experimentalmente mediante ensayos de laboratorio y sus resultados son predichos mediante un modelado en dos escalas. El comportamiento anisótropo del material, producto de la textura cristalográfica y la microestructura se obtiene a través de un modelo viscoplástico autoconsistente de plasticidad policristalino de base micromecánica. En conjunción con un criterio de inestabilidad plástica de Marciniak-Kuczynski, fundado en la presencia de una imperfección inicial en el material, se modeliza el comportamiento límite de zinc bajo solicitaciones de tipo tracción-compresión, deformación plana y expansión biaxial en el plano de la chapa. El carácter altamente anisótropo de la formabilidad del material es cualitativamente predicho por la modelización. Se extiende el análisis mediante el diagrama límite de conformado, el cual abarca caminos de deformación lineales, basado en expansión biaxial equilibrada seguido de una tracción uniaxial, encontrando un incremento significante de la deformación límite del material, y una menor sensibilidad a la desorientación inicial de los ejes de anisotropía y los ejes principales de la solicitación. Un énfasis especial adquiere la anisotropía exhibida por el material, producto de la textura cristalográfica y la microestructura. Se investiga la textura inducida mediante diversos procesos típicos de conformado mediante técnicas experimentales, contrastando los resultados con la predicción del modelo policristalino. El buen acuerdo cualitativo entre los experimentos y las predicciones del modelo indica que la base física del modelo es acorde para este material. Se estudia el desarrollo de la localización en ensayos de tracción uniaxial mediante el seguimiento in-situ del campo de deformaciones sobre el plano de la chapa, y a través de cartografías mediante difracción de electrones retrodifundidos de muestras deformadas. El desarrollo de un campo heterogéneo de deformaciones se hace evidente desde etapas tempranas de los ensayos, y generalmente antes del máximo en las curvas de carga. La localización de la deformación se caracteriza por el desarrollo de múltiples bandas, y una estricción final única. / Zinc sheets are characterized by their good malleability and flexibility combined with an excellent surface aspect. They are greatly used in the building industry as part of facades, roofing, rainwater systems and accessories, independently of the weather conditions. They are widely chosen for this type of uses because it is a naturally corrosion resistant, durable and low cost maintenance material. When alloyed with copper and titanium, mechanical and physical properties as mechanical strength and creep resistance are optimal for their use in the building industry. Sheets are produced by continuous casting followed by rolling from slabs 1 m wide and 10 to 20 mm thick to the required dimensions of the sheet. This thesis addresses the numerical and experimental study of the formability of textured zinc sheets. The forming limit diagram of the material is experimentally determined by means of laboratory tests and their results are predicted by a two scale model. On one side, the anisotropic behavior of the material, as a consequence of crystallographic texture and microstructure, is reproduced with a micromechanically based polycrystalline model, called viscoplastic self-consistent. On the other side, the limit strains of the zinc sheets are predicted for tension-compression, plane strain and biaxial expansion deformation conditions, with the help of the Marciniak-Kuczynski plastic instability criterion, which assumes the pre-existence of an initial materials’ imperfection that leads to localized necking. The high anisotropy exhibited by the material is qualitatively predicted by the model. The forming limit diagram analysis, which involves linear strain paths, is extended for a strain path involving equibiaxial expansion followed by uniaxial tension, finding a significant increase in the limit strains of the material and less sensibility to the initial angle between anisotropy and principal strains axes. A notorious emphasis is set on the anisotropy shown by the material, especially in terms of crystallographic texture and microstructure evolution. The texture induced by different typical forming operations is investigated through experimental techniques, and their results are compared to those predicted by the polycrystal model. The good qualitative agreement between experimental and theoretical results is an indicator that the physical basis of the polycrystal model is well suited for this material. The development of strain localization on uniaxial tension tests is studied by means of an in-situ following of the strain fields in the plane of the sheet, aided by electron backscatter diffraction measurements of deformed samples. The development of a heterogeneous field of strain distribution is evident from early stages of the tests, and is generally observed before the maximum of the true stress-true strain curve is reached. Strain localization is characterized by the development of multiple bands of localized strain, with one of them finally necking.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoaoAAB_DISSERT.pdf: 2621016 bytes, checksum: 39aa654f0df748b1db86062c61ed8f35 (MD5) Previous issue date: 2013-05-16 / Emerald mining is an important area of the economy in Brazil, country which is in second place among the exporting nations of this gem. Due to the process of extraction, a great amount of reject is generated. Since there is no appropriate destination, the reject is abandoned around the mining industries, contributing to environment degradation. Nowadays, some of the most relevant things to an industry in general are: energy conservation, cost reduction, quality and productivity enhancement. The production of isolating, transformed refractory materials achieves the sustainability dimension when protection of the environment is incorporated to such process. This work investigates the use of emerald mining rejects in the ceramic body of refractory materials, aiming at obtaining a product whose characteristics are compatible with commercial products and, at the same time, allow the use of such rejects to solve the environmental issue caused by its disposal in nature. X-ray fluorescence analysis show that the emerald reject obtained after the flotation to extract molybdenum and mica has 70% of silica and alumina (SiO2+Al2O3) and 21% of a basic oxides and alkaline metals and earthy alkaline mixture (Na2O, K2O, CaO e MgO). Because of the significant amount of silica and alumina present in the reject, four refractory ceramic bodies were prepared. Samples with a rectangular shape and dimensions 100x50x10 mm were pressed in a steel mold at 27,5 MPa and sintered at 1200?C for 40 min. under environment atmosphere in a resistive oven. The sintered samples were characterized in relation to the chemical composition (FRX), mineralogical composition (DRX), microstructure (MEV) and physical and mechanical properties. The results indicate that the mixture with 45% of reject, 45% of alumina and 10% of kaolin presents a refractory quality of 1420?C, dimensional linear variation below 2.00%, apparent specific mass of 1,56 g/cm3 and porosity of 46,68%, which demonstrates the potential use of the reject as raw material for the industry of isolating transformed refractory materials / A minera??o de esmeraldas ? uma importante ?rea da atividade econ?mica do Brasil, pa?s que ocupa o segundo lugar entre as na??es exportadoras dessa gema. Em virtude do processo de extra??o, uma grande quantidade de rejeito ? gerada. Como n?o h? uma destina??o apropriada, o rejeito ? abandonado ao redor das mineradoras, contribuindo, assim, para a degrada??o do meio ambiente. Atualmente, alguns dos pontos de maior relev?ncia para a ind?stria em geral s?o: conserva??o de energia, redu??o de custos, melhoria de qualidade e produtividade. A produ??o de refrat?rios conformados isolantes ganha a dimens?o de sustentabilidade quando a prote??o ao meio ambiente ? incorporada a tal processo. Este trabalho investiga o uso de rejeitos da minera??o de esmeraldas na massa cer?mica de materiais refrat?rios, com intuito de obter um produto com caracter?sticas compat?veis aos produtos comerciais e, ao mesmo tempo, viabilizar a utiliza??o de tais rejeitos para solucionar o problema ambiental gerado por seu descarte na natureza. An?lises de fluoresc?ncia de raios x mostram que o rejeito de esmeraldas obtido ap?s a flota??o para retirada de molibd?nio e mica possui 70% de s?lica e alumina (SiO2+Al2O3) e 21% de uma mistura de ?xidos b?sicos de metais alcalinos e alcalinos terrosos (Na2O, K2O, CaO e MgO). Em fun??o dos significativos teores de s?lica e de alumina presentes no rejeito, quatro massas cer?micas refrat?rias foram preparadas. Corpos de prova com forma retangular e dimens?es 100x50x10 mm foram prensados em uma matriz de a?o a 27,5 MPa e sinterizados a 1200?C por 40 min. sob atmosfera ambiente em forno resistivo. Os corpos de prova sinterizados foram caracterizados com rela??o ? composi??o qu?mica (FRX), composi??o mineral?gica (DRX), microestrutura (MEV) e propriedades f?sicas e mec?nicas. Os resultados obtidos indicam que a mistura com 45% de rejeito, 45% de alumina e 10% de caulim apresenta uma refratariedade de 1420?C, varia??o linear dimensional inferior a 2,00%, densidade de massa aparente de 1,56 g/cm3 e porosidade total de 46,68%. Isto demonstra que o rejeito possui um potencial como mat?ria-prima para aplica??o na ind?stria de materiais refrat?rios conformados isolante

Submitted by Sandro Camargo (sandro.camargo@unipampa.edu.br) on 2015-05-09T22:22:57Z No. of bitstreams: 1 126110018.pdf: 3775876 bytes, checksum: 4a58f20709bf7c39682924a84079246d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-09T22:22:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 126110018.pdf: 3775876 bytes, checksum: 4a58f20709bf7c39682924a84079246d (MD5) Previous issue date: 2014-09-08 / Neste trabalho, são apresentadas diferentes técnicas que possibilitam a obtenção de característica dupla-faixa para antenas de microfita especificamente voltadas para aplicações em estações rádio-base de telefonia móvel celular no Brasil. As faixas de frequência de interesse encontram-se no intervalo de 0,824 GHz a 0,960 GHz para a banda inferior e 1,710 GHz a 2,165 GHz para a banda superior. Além de atender as especificações técnicas de faixa de passagem, devem ser atendidos os requisitos de coeficiente de reflexão, polarização, ganho, largura de feixe de irradiação e impedância de entrada na faixa de interesse. Primeiramente, para obtenção de antenas de microfita com característica multibanda, descreve-se a técnica em que são dispostas fendas nos elementos irradiadores, onde são estudadas três topologias de antenas, explicando-se os princípios de funcionamento e destacando-se as particularidades de cada geometria. As três antenas são analisadas e projetadas com o auxílio do software comercial de simulação eletromagnética Ansoft Designer ® , visando levantar os parâmetros elétricos através de diversos estudos paramétricos em função da variação das dimensões das antenas para compreender melhor o comportamento de cada estrutura simulada. A antena com elemento irradiador em forma de H foi a única que cumpriu os requisitos em termos de faixa de passagem e diagramas de irradiação para operação em sistemas de telefonia móvel celular. No entanto, esta geometria resultou em dimensões físicas consideráveis, pois necessita da utilização de múltiplas camadas dielétricas, acarretando em um protótipo de volume considerável e de elevado custo de produção. Outra técnica estudada foi a sobreposição de elementos irradiadores, porém a mesma não é investigada detalhadamente em função de o custo de produção da antena ser mais elevado em comparação a topologias coplanares. Em seguida, uma técnica com irradiadores em fenda anelar e dupla alimentação é proposta. A antena é projetada considerando-se duas portas independentes, uma para cada banda de operação, formando uma antena de dois acessos altamente isolados. Simulações com o software HFSS TM mostraram que é possível satisfazer as especificações para operação em estações rádio-base de telefonia móvel celular. A grande vantagem desta estrutura é a possibilidade de utilização de apenas um laminado de micro-ondas, o que reduz o custo de produção em comparação a outras topologias. Protótipos foram construídos e caracterizados experimentalmente para validar o projeto realizado no simulador eletromagnético. Constatou-se a presença de discrepâncias entre os resultados simulados e medidos. Após simulações paramétricas, verificou-se que o processo de construção alterou a geometria do protótipo em relação ao modelo de simulação. Após a inclusão das imperfeições do processo construtivo no modelo, foi possível estimar as mudanças necessárias no protótipo. Após os devidos ajustes realizados em bancada, os resultados medidos exibiram boa concordância com a previsão teórica. Por fim, realizou-se um estudo de viabilidade da utilização da antena em fenda anelar dupla-faixa para composição de uma rede de antenas para estações rádio-base. A análise teve como principal objetivo verificar a possibilidade de síntese de diagramas de irradiação em forma de cossecante ao quadrado em ambas as bandas de operação. Excelente resultado foi obtido para a banda inferior, enquanto que algumas limitações foram encontradas na banda superior. / In this work we present different techniques for achieving the dual-band feature for microstrip antennas aimed to be used in the mobile communication base stations of Brazil. The focused frequency range for lower and higher bands is in the 0.824-0.960 GHz and 1.710-2.165 GHz intervals, respectively. In addition to comply with the technical specifications, the solution is also supposed to meet the requirements of return loss, polarization, gain, beamwidth radiation and input impedance in the focused frequency range. Initially, in order to obtain microstrip antennas with dual-band characteristic, we describe the technique in which slots are placed in the irradiating elements. Three antenna topologies are analyzed in its operation principles, emphasizing the particularities of each geometry. The antennas are designed with support of Ansoft Designer ® , a commercial software that simulates electromagnetic features, in order to find out the electrical parameters through parametric studies and to better understand the behavior of each simulated structure. These studies considered the variation in the dimensions of antennas. The H-shaped microstrip antenna was the only one able to fulfill the requirements of bandwidth and irradiation diagrams for operation in mobile communication. However, this geometry originated an antenna of considerable physical dimensions, because it requires the use of multiple dielectric layers, resulting in a prototype of considerable volume and high production cost. Another technique studied was the stacking of irradiating elements. However it isn’t investigated in detail because of the production cost of the antenna, which is higher than the ones of coplanar topologies. After all that, we propose a technique based in annular-slot antennas and double feed. The antenna is designed considering two independent ports, one for each band of operation, making an antenna of two highly insulated accesses. Simulations by the HFSS TM software have shown that it’s possible to comply with the specifications for operation in base stations of the mobile communication. The biggest advantage of this structure over other topologies is that it may be made of only one microwave laminate, reducing the production cost. Prototypes were built and measured to validate the design in the electromagnetic simulator. It was noted the discrepancies between the simulated and measured results. After running parametric simulations, we found out that the building process of the prototype changed the geometry of the simulation model. We included these imperfections in the model and it was possible to estimate the necessary changes in the prototype. After inclusion of the adjustments, the measured results behaved just alike the theoretical prediction. Finally, we’ve done a feasibility study on the use of the dual-band annular slot antenna for making an array of antennas for base stations. The study aimed to verify the suitability of synthetizing squared-cosecant shaped pattern in both operation bands. We got excellent results for the lower band, although some limitations were found for the higher band.