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Avaliação do método da quebra do grafite para estimação da sensibilidade de transdutores piezelétricos utilizados na técnica da Impedância Eletromecânica

Almeida, Vinicius Augusto Dare de [UNESP] 03 June 2015 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2016-01-13T13:26:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-06-03. Added 1 bitstream(s) on 2016-01-13T13:32:19Z : No. of bitstreams: 1 000846664.pdf: 1874491 bytes, checksum: bdd03a1bc1617531359131d9882c2a49 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo da sensibilidade de diferentes tipos de transdutores piezelétricos na detecção de dano em sistemas de SHM (Structural Health Monitoring - monitoramento de integridade estrutural) baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Foi realizada uma comparação de três transdutores piezelétricos: cerâmica de PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate - titanato zirconato de chumbo), dispositivo MFC (Macro Fiber Composite - compósito de macro fibra) e diafragma piezelétrico, comumente conhecido como buzzer. Todos os testes foram realizados em barras de alumínio. A avaliação experimental da sensibilidade dos transdutores de PZT e MFC foi feita de uma maneira alternativa, utilizando o método PLB (Pencil Lead Break - quebra do grafite), o qual é muito simples e utilizado em sistemas de emissão acústica. Tem, como princípio, a quebra de grafite contra a estrutura a ser analisada. Os testes foram realizados em barras de alumínio de diferentes tamanhos. O dano estrutural foi induzido utilizando-se massas metálicas (porcas de aço), as quais foram fixadas, com cola a base de cianoacrilato, nas barras. A avalição dos resultados foi feita a partir da comparação dos índices de dano, obtidos das assinaturas da impedância elétrica dos transdutores de PZT e MFC, acoplados à estrutura a ser monitorada, e nos cálculos da PSD (Power Spectral Density) - densidade espectral de potência), obtida do método PLB e calculada usando o método Welch. Os resultados experimentais indicaram que os transdutores possuem sensibilidades diferentes para a detecção de dano, as quais também dependem da faixa de frequência. Em conclusão, os resultados mostraram uma boa relação entre os índices de dano e a PSD, indicando, dessa forma, que o método PLB pode ser uma boa ferramenta para estimar a sensibilidade na detecção de dano baseada na técnica da impedância E/M / This dissertation presents a comparative study of the sensitivity of different types of piezoelectric transducers for damage detection in structural health monitoring (SHM), systems, based on the electromechanical impedance (EMI) technique. A comparison of three piezoelectric transduces was performed: PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) ceramic, MFC (Macro-Fiber Composite) device and piezoelectric diaphragm, also known as buzzer. The experimental evaluation of the sensitivity of the PZT and MFC transducers was performed in an alternative way using the pencil lead break (PLB) method, which is very simple and used in a acoustic emission (AE) systems. It is based on the break of a lead against the structure to be analyzed. The tests were carried out on aluminum beams of different sizes. The structural damage was induced by metallic mass (steel nts), which were fixed in the beams with cyanoacrylate glue. The evaluation of the results was made by comparing de damage indices obtained from the electrical impedance signatures of the PZT and MFC transducers coupled to the structure to be analyzed and the power spectral density (PSD) calculations obtained using the PLB and the Welch method. The experimental results indicated that the transducers have different sensitivities for the detection of damage, which also depend on the frequency range. The conclusion is that the results showed a good relationship between the damage indices and the PSD, indicating that the PLB method can be a useful tool to estimate the sensitivity in damage detection applications based on the EMI technique / FAPESP: 13/16434-0
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Análisis de torsión accidental en edificios con diafragma flexible

Gulppi Moncada, David Elías January 2015 (has links)
Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene como objetivo analizar el comportamiento de las estructuras debido a la acción de la torsión accidental, mediante lo dispuesto en la NCh433 Of 96, mod. 2009 y el D.S. N° 61, para su uso en diafragma rígido, y algunas variaciones de dichos métodos, incluido el que se utiliza actualmente en la práctica profesional, mediante el uso del programa ETABS, el cual se puede aplicar tanto en diafragmas rígidos como flexibles. Con este propósito se escoge una muestra de 9 edificios de tipología chilena en donde se observan posibles problemas por torsión dada la distribución irregular de los elementos resistentes, o por la forma que presentan en planta los edificios. Además, dentro de la muestra se agregan algunos edificios que se cree no presentarían problemas torsionales, o bien, que cuentan con una estructuración mixta (muros y marcos de hormigón armado), para así hacer este estudio lo más general posible. Todos estos edificios fueron analizados sísmicamente a través del programa ETABS, considerando tanto los métodos de la norma (diafragma rígido), como otras metodologías escogidas, que corresponden a la inclusión de excentricidades accidentales de 5%, 10% y una distribución triangular en la altura, estos últimos, mediante la metodología incluida en el programa, imponiendo tanto diafragmas rígidos como flexibles. A partir de dichos análisis se procede a extraer algunos parámetros sísmicos directamente del programa y a calcular externamente otros, mediante una rutina escrita en el programa Visual Basic. De los parámetros obtenidos del análisis sísmico de los edificios se observa que la incorporación de la torsión accidental en edificios, tanto para diafragmas rígidos como flexibles no es siempre posible mediante las nuevas metodologías analizadas, debido a que en algunos casos los valores encontrados con las nuevas metodologías no son conservadores comparados con los valores obtenidos mediante el uso de las metodologías de la norma, además de entregar resultados incorrectos en algunos casos, debido a las limitaciones del programa.
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Avaliação do método da quebra do grafite para estimação da sensibilidade de transdutores piezelétricos utilizados na técnica da Impedância Eletromecânica /

Almeida, Vinicius Augusto Dare de. January 2015 (has links)
Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Rogerio Andrade Flauzino / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo comparativo da sensibilidade de diferentes tipos de transdutores piezelétricos na detecção de dano em sistemas de SHM (Structural Health Monitoring - monitoramento de integridade estrutural) baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Foi realizada uma comparação de três transdutores piezelétricos: cerâmica de PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate - titanato zirconato de chumbo), dispositivo MFC (Macro Fiber Composite - compósito de macro fibra) e diafragma piezelétrico, comumente conhecido como buzzer. Todos os testes foram realizados em barras de alumínio. A avaliação experimental da sensibilidade dos transdutores de PZT e MFC foi feita de uma maneira alternativa, utilizando o método PLB (Pencil Lead Break - quebra do grafite), o qual é muito simples e utilizado em sistemas de emissão acústica. Tem, como princípio, a quebra de grafite contra a estrutura a ser analisada. Os testes foram realizados em barras de alumínio de diferentes tamanhos. O dano estrutural foi induzido utilizando-se massas metálicas (porcas de aço), as quais foram fixadas, com cola a base de cianoacrilato, nas barras. A avalição dos resultados foi feita a partir da comparação dos índices de dano, obtidos das assinaturas da impedância elétrica dos transdutores de PZT e MFC, acoplados à estrutura a ser monitorada, e nos cálculos da PSD (Power Spectral Density) - densidade espectral de potência), obtida do método PLB e calculada usando o método Welch. Os resultados experimentais indicaram que os transdutores possuem sensibilidades diferentes para a detecção de dano, as quais também dependem da faixa de frequência. Em conclusão, os resultados mostraram uma boa relação entre os índices de dano e a PSD, indicando, dessa forma, que o método PLB pode ser uma boa ferramenta para estimar a sensibilidade na detecção de dano baseada na técnica da impedância E/M / Abstract: This dissertation presents a comparative study of the sensitivity of different types of piezoelectric transducers for damage detection in structural health monitoring (SHM), systems, based on the electromechanical impedance (EMI) technique. A comparison of three piezoelectric transduces was performed: PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) ceramic, MFC (Macro-Fiber Composite) device and piezoelectric diaphragm, also known as buzzer. The experimental evaluation of the sensitivity of the PZT and MFC transducers was performed in an alternative way using the pencil lead break (PLB) method, which is very simple and used in a acoustic emission (AE) systems. It is based on the break of a lead against the structure to be analyzed. The tests were carried out on aluminum beams of different sizes. The structural damage was induced by metallic mass (steel nts), which were fixed in the beams with cyanoacrylate glue. The evaluation of the results was made by comparing de damage indices obtained from the electrical impedance signatures of the PZT and MFC transducers coupled to the structure to be analyzed and the power spectral density (PSD) calculations obtained using the PLB and the Welch method. The experimental results indicated that the transducers have different sensitivities for the detection of damage, which also depend on the frequency range. The conclusion is that the results showed a good relationship between the damage indices and the PSD, indicating that the PLB method can be a useful tool to estimate the sensitivity in damage detection applications based on the EMI technique / Mestre
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Análise experimental de diafragmas piezelétricos comerciais para detecção de dano estrutural baseada na impedância eletromecânica / Experimental analysis of commercial piezoelectric diaphragms for structural damage detection based on the electromechanical impedance

Freitas, Everaldo Silva de [UNESP] 30 May 2016 (has links)
Submitted by EVERALDO SILVA DE FREITAS null (everaldo.freitas@gmail.com) on 2016-07-03T18:42:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Mestrado_Everaldo_Freitas_2016_final.pdf: 3897384 bytes, checksum: 5c9536e39331c3a9d0ddfa1752cc723a (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-07-07T16:33:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 freitas_es_me_bauru.pdf: 3897384 bytes, checksum: 5c9536e39331c3a9d0ddfa1752cc723a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-07T16:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 freitas_es_me_bauru.pdf: 3897384 bytes, checksum: 5c9536e39331c3a9d0ddfa1752cc723a (MD5) Previous issue date: 2016-05-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental da viabilidade do uso dos diafragmas piezelétricos comerciais de baixo custo (comumente conhecidos como buzzers) em sistemas de monitoramento de integridade estrutural (SHM – Structural Health Monitoring) baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial nas últimas décadas por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves que operam simultaneamente como sensores e atuadores. Foram realizados vários testes em barras de alumínio utilizando diafragmas de diversos tamanhos; as assinaturas de impedância elétrica e os índices de dano foram comparados com os obtidos usando uma cerâmica convencional de PZT (Pb-lead Zirconate Titanate – titanato zirconato de chumbo), que é o transdutor mais comumente utilizado nessa aplicação. Os danos estruturais foram simulados utilizando-se massas metálicas (porcas de parafuso), as quais foram fixadas nas barras com cola a base de cianoacrilato. Quatro tipos de experimentos foram realizados para fins de comparação: estimação da sensibilidade dos transdutores utilizando método da quebra do grafite (PLB – Pencil Lead Break – quebra do grafite); comparação dos índices de dano RMSD (root mean square deviation – desvio da raiz média quadrática) e CCDM (correlation coefficient deviation metric – métrica do desvio do coeficiente de correlação), calculados a partir das assinaturas de impedância; avaliação dos efeitos da temperatura; e a avaliação da reprodutibilidade dos resultados a longo prazo. Os resultados indicaram que a cerâmica convencional de PZT e um diafragma de tamanho semelhante apresentam características bem próximas em relação à reprodutibilidade dos resultados, sensibilidade ao dano e aos efeitos de temperatura, o que leva a conclusão de que os diafragmas são viáveis para sistemas de SHM baseados na impedância E/M. / This dissertation presents an experimental analysis of the viability of low-cost commercial piezoelectric diaphragms (commonly known as buzzers) in structural health monitoring (SHM) systems based on the electromechanical impedance (EMI) technique. This application has received special attention in recent decades because it is based on the use of small, lightweight piezoelectric transducers operating as both sensors and actuators. Several tests were carried out on aluminum bars using diaphragms of different sizes; the electrical impedance signatures and damage indices were compared with those obtained using a conventional PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) ceramic, which is the most commonly employed transducer in this application. Structural damage was simulated using metallic bolts (steel nut), which were fixed in the bars using cyanoacrylate glue. Four types of experiments were carried out for comparison between the two transducers: sensitivity estimation using the pencil lead break (PLB) method, analysis of the feasibility to detect structural damage using conventional impedance signatures and damage indices, analysis of temperature effects, and determination of the long-term reproducibility of the results. The results indicated that conventional PZT ceramics and diaphragms with similar size exhibit very close characteristics in relation to reproducibility, sensitivity to damage and temperature effects, which leads to the conclusion that the piezoelectric diaphragms are feasible in SHM systems based on the EMI method. / FAPESP: 2015/02500-6
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Desenvolvimento de um modelo eletromecânico para diafragmas piezelétricos utilizados em sistemas de monitoramento de integridade estrutural / Development of an electromechanical model for piezoelectric diaphragms used in structural health monitoring systems

Freitas, Everaldo Silva de 23 July 2018 (has links)
Submitted by EVERALDO SILVA DE FREITAS null (everaldo.freitas@gmail.com) on 2018-09-12T02:59:57Z No. of bitstreams: 1 Tese_Doutorado_Everaldo_Freitas_FINAL_2018_ok.pdf: 1723520 bytes, checksum: dbd1b513bc9fa19ca8ac81016da5d0a9 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-09-12T12:56:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 freitas_es_dr_bauru.pdf: 1679310 bytes, checksum: e2ca0b29e71f13ee7094695c96036f7a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-12T12:56:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 freitas_es_dr_bauru.pdf: 1679310 bytes, checksum: e2ca0b29e71f13ee7094695c96036f7a (MD5) Previous issue date: 2018-07-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Os diafragmas piezelétricos são componentes eletrônicos de baixo custo utilizados em diversas aplicações. Seu uso mais comum é como transdutor de áudio e, nesse tipo de aplicação, é mais comumente conhecido como buzzer. Nos últimos anos, a utilização desses componentes em estudos científicos avançados tem aumentado bastante, e uma das áreas que tem merecido destaque é a dos sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural – Structural Health Monitoring (SHM) – baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves minimamente invasivos à estrutura monitorada. Portanto, tomando como base o crescente interesse por esses componentes, é proposto neste estudo um circuito eletromecânico equivalente básico que relacione as propriedades elétricas dos diafragmas piezelétricos com as propriedades mecânicas da estrutura monitorada por meio da impedância elétrica. Essa relação é baseada no efeito piezelétrico, que proporciona um acoplamento eletromecânico com a estrutura monitorada e, portanto, permite avaliar as condições mecânicas da estrutura a partir das propriedades elétricas do transdutor. A estrutura utilizada no estudo foi uma barra de alumínio com dimensões de 500 mm x 38,10 mm x 3,18 mm, tipicamente utilizada em laboratórios, e diafragmas com espessuras da ordem de uma fração de milímetro. Nessas condições, o modo de vibração principal pode ser considerado na direção longitudinal da estrutura para uma suposição unidimensional, de forma que o diafragma piezelétrico pode ser representado como um hexapolo com três portas, sendo uma porta elétrica e duas portas acústicas, solução esta comumente usada na literatura. As sensibilidades aos danos estruturais foram teoricamente analisadas em três diafragmas de diferentes tamanhos utilizando o circuito equivalente proposto. Essas sensibilidades foram comparadas com a de uma cerâmica piezelétrica convencional, que é o transdutor comumente utilizado no método da impedância E/M. Além disso, testes experimentais foram realizados em barras de alumínio para validação do circuito equivalente. Pode-se concluir que há correspondência entre os resultados teóricos e experimentais, pois as sensibilidades dos transdutores em ambas as análises foram próximas com poucas variações. / Piezoelectric diaphragms are inexpensive electronic components used in a variety of applications. Its most common use is as an audio transducer and, in this type of application, it is commonly known as "buzzer". In recent years, the use of these components in advanced scientific studies has increased significantly, and one of the areas that has received special mention is the Structural Health Monitoring (SHM) systems based on electromechanical impedance (EMI). This type of application has received special attention because it is based on the use of small and lightweight piezoelectric transducers minimally invasive to the monitored structure. Therefore, based on the growing interest in these components, a basic equivalent electromechanical circuit is proposed in this study that relates the electrical properties of the piezoelectric diaphragms to the mechanical properties of the monitored structure through the electrical impedance. This relationship is based on the piezoelectric effect, which provides an electromechanical coupling with the monitored structure and, therefore, allows to evaluate the mechanical conditions of the structure from the electrical properties of the transducer. The structure used in the study was an aluminum bar with dimensions of 500 mm x 38.10 mm x 3.18 mm, typically used in laboratories, and diaphragms with thicknesses of the order of a fraction of millimeter. Under these conditions, the main vibration mode can be considered in the longitudinal direction of the structure for a one-dimensional assumption, so that the piezoelectric diaphragm can be represented as a three-port hexapolo, one electric port and two acoustic ports, which is a solution commonly used in the literature. Sensitivities to structural damage were theoretically analyzed in three diaphragms of different sizes using the proposed equivalent circuit. These sensitivities were compared with that of a conventional piezoelectric ceramic, which is the transducer commonly used in the EMI method. In addition, experimental tests were performed on aluminum bars for equivalent circuit validation. It can be concluded that there is a correspondence between the theoretical and experimental results, because the sensitivities of the transducers in both analyzes were close with few variations. / FAPESP: 2015/02500-6
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Análise teórica e experimental de ligações em aço entre pilar tubular de seção circular e viga de seção I / Theoretical and experimental analysis of steel connections between circular hollow section column and I section beam

Calil Zumerle Masioli 15 April 2011 (has links)
O atrativo estético proporcionado pela forma arredondada é o fator que na maioria das vezes determina a utilização de estruturas tubulares circulares. É crescente a concepção de pórticos formados por colunas tubulares e as tradicionais vigas de seção I. Esse tipo de ligação ainda é pouco estudado no Brasil, e esse trabalho busca avançar no entendimento do comportamento estrutural dessas ligações. Foram realizados estudos analíticos, numéricos e experimentais em quatro configurações de ligação, com diafragmas externos transversais, chapa de alma, soldas, parafusos e enrijecedor. Avaliou-se a relação M-\'fi\' (momento-rotação) das ligações estudadas e os parâmetros envolvidos como resistência, rigidez e ductilidade, evidenciando-se o modo de colapso das ligações. O estudo analítico foi desenvolvido baseado nas recomendações do Eurocode 3 (2005), com a utilização do Método das Componentes. A análise numérica, através do Método dos Elementos Finitos, foi realizada por meio dos programas computacionais TRUEGRID® e ANSYS®. Os modelos numéricos consideram as características mecânicas do aço, como plastificação, encruamento e não-linearidades geométricas e de contato. As formulações do Eurocode 3 (2005), adaptadas para a determinação da resistência das ligações viga-coluna, apresentaram resultados coerentes e a análise numérica foi representativa frente aos resultados experimentais. A utilização de diafragmas externos conectados à viga apresentou boa funcionalidade, ajudando na distribuição das tensões na região da ligação, melhorando o comportamento da coluna. / The aesthetic appeal provided by the round shape is the factor that mostly determines the use of circular tubular structures. There is an increasing conception of structures formed by hollow columns and traditional beams of section I. This type of connection hasn\' t been sufficiently studied in Brazil, and this paper tries to advance the comprehension of the structural behavior of these connections. Analytical, numerical, and experimental study were performed in four connections configurations, with transverse external diaphragms, web plate, welds, bolts and stiffener. The relation M-\'fi\' (moment-rotation) of the studied connections and the parameters involved such as strength, stiffness and ductility were evaluated, evidencing the failure mode of connections. The analytical study was developed based on recommendations of Eurocode 3 (2005) using the Method of Components. The numerical analysis using the Finite Element Method was performed with the computer programs TRUEGRID® and ANSYS®. The numerical models consider the mechanical characteristics of steel, such as yielding and hardening, and also the geometric and contact nonlinearity. The formulations of Eurocode 3 (2005), adapted for determining the strength of beam-column connections, showed coherent results and the numerical analysis was representative compared to experimental results. The use of external diaphragm connected to the beam showed good functionality, helping in the distribution of stress in the region of connection, improving the behavior of the column.
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Análise experimental de diafragmas piezelétricos comerciais para detecção de dano estrutural baseada na impedância eletromecânica /

Freitas, Everaldo Silva de. January 2016 (has links)
Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Paulo Sérgio da Silva / Banca: Carlos de Marqui Junior / Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental da viabilidade do uso dos diafragmas piezelétricos comerciais de baixo custo (comumente conhecidos como buzzers) em sistemas de monitoramento de integridade estrutural (SHM - Structural Health Monitoring) baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial nas últimas décadas por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves que operam simultaneamente como sensores e atuadores. Foram realizados vários testes em barras de alumínio utilizando diafragmas de diversos tamanhos; as assinaturas de impedância elétrica e os índices de dano foram comparados com os obtidos usando uma cerâmica convencional de PZT (Pb-lead Zirconate Titanate - titanato zirconato de chumbo), que é o transdutor mais comumente utilizado nessa aplicação. Os danos estruturais foram simulados utilizando-se massas metálicas (porcas de parafuso), as quais foram fixadas nas barras com cola a base de cianoacrilato. Quatro tipos de experimentos foram realizados para fins de comparação: estimação da sensibilidade dos transdutores utilizando método da quebra do grafite (PLB - Pencil Lead Break - quebra do grafite); comparação dos índices de dano RMSD (root mean square deviation - desvio da raiz média quadrática) e CCDM (correlation coefficient deviation metric - métrica do desvio do coeficiente de correlação), calculados a partir das assinaturas de impedância; avaliação dos efe... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This dissertation presents an experimental analysis of the viability of low-cost commercial piezoelectric diaphragms (commonly known as buzzers) in structural health monitoring (SHM) systems based on the electromechanical impedance (EMI) technique. This application has received special attention in recent decades because it is based on the use of small, lightweight piezoelectric transducers operating as both sensors and actuators. Several tests were carried out on aluminum bars using diaphragms of different sizes; the electrical impedance signatures and damage indices were compared with those obtained using a conventional PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) ceramic, which is the most commonly employed transducer in this application. Structural damage was simulated using metallic bolts (steel nut), which were fixed in the bars using cyanoacrylate glue. Four types of experiments were carried out for comparison between the two transducers: sensitivity estimation using the pencil lead break (PLB) method, analysis of the feasibility to detect structural damage using conventional impedance signatures and damage indices, analysis of temperature effects, and determination of the long-term reproducibility of the results. The results indicated that conventional PZT ceramics and diaphragms with similar size exhibit very close characteristics in relation to reproducibility, sensitivity to damage and temperature effects, which leads to the conclusion that the piezoelectric diaphragms are fea... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre
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Análise teórica e experimental de ligações em aço entre pilar tubular de seção circular e viga de seção I / Theoretical and experimental analysis of steel connections between circular hollow section column and I section beam

Masioli, Calil Zumerle 15 April 2011 (has links)
O atrativo estético proporcionado pela forma arredondada é o fator que na maioria das vezes determina a utilização de estruturas tubulares circulares. É crescente a concepção de pórticos formados por colunas tubulares e as tradicionais vigas de seção I. Esse tipo de ligação ainda é pouco estudado no Brasil, e esse trabalho busca avançar no entendimento do comportamento estrutural dessas ligações. Foram realizados estudos analíticos, numéricos e experimentais em quatro configurações de ligação, com diafragmas externos transversais, chapa de alma, soldas, parafusos e enrijecedor. Avaliou-se a relação M-\'fi\' (momento-rotação) das ligações estudadas e os parâmetros envolvidos como resistência, rigidez e ductilidade, evidenciando-se o modo de colapso das ligações. O estudo analítico foi desenvolvido baseado nas recomendações do Eurocode 3 (2005), com a utilização do Método das Componentes. A análise numérica, através do Método dos Elementos Finitos, foi realizada por meio dos programas computacionais TRUEGRID® e ANSYS®. Os modelos numéricos consideram as características mecânicas do aço, como plastificação, encruamento e não-linearidades geométricas e de contato. As formulações do Eurocode 3 (2005), adaptadas para a determinação da resistência das ligações viga-coluna, apresentaram resultados coerentes e a análise numérica foi representativa frente aos resultados experimentais. A utilização de diafragmas externos conectados à viga apresentou boa funcionalidade, ajudando na distribuição das tensões na região da ligação, melhorando o comportamento da coluna. / The aesthetic appeal provided by the round shape is the factor that mostly determines the use of circular tubular structures. There is an increasing conception of structures formed by hollow columns and traditional beams of section I. This type of connection hasn\' t been sufficiently studied in Brazil, and this paper tries to advance the comprehension of the structural behavior of these connections. Analytical, numerical, and experimental study were performed in four connections configurations, with transverse external diaphragms, web plate, welds, bolts and stiffener. The relation M-\'fi\' (moment-rotation) of the studied connections and the parameters involved such as strength, stiffness and ductility were evaluated, evidencing the failure mode of connections. The analytical study was developed based on recommendations of Eurocode 3 (2005) using the Method of Components. The numerical analysis using the Finite Element Method was performed with the computer programs TRUEGRID® and ANSYS®. The numerical models consider the mechanical characteristics of steel, such as yielding and hardening, and also the geometric and contact nonlinearity. The formulations of Eurocode 3 (2005), adapted for determining the strength of beam-column connections, showed coherent results and the numerical analysis was representative compared to experimental results. The use of external diaphragm connected to the beam showed good functionality, helping in the distribution of stress in the region of connection, improving the behavior of the column.
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Comportement mécanique de planchers diaphragmes en bois : semi-rigidité et résistance pour une situation sismique / Mechanical behavior of timber floor diaphragms : stiffness and strength under seismic situation

Fuentes, Sebastian 19 June 2013 (has links)
Pour les structures en bois comme pour les autres techniques de construction, les planchers jouent un rôle important dans le comportement global d’un bâtiment soumis à une sollicitation sismique. En plus de la reprise des efforts verticaux, ces planchers assurent le transfert des efforts horizontaux vers les murs de contreventement (fonction diaphragme). Pour cette fonction, le plancher peut être assimilé à une poutre courte disposée horizontalement et supportée par plusieurs appuis semi-rigides (murs de contreventement). En conséquence, la distribution des efforts sur les murs de contreventement est directement liée au rapport entre leurs raideurs et celle du plancher dans son plan.Les planchers en bois traditionnels sont généralement composés par une poutraison (des solives, des entretoises et des poutres de chaînage) et une surface plane composée d’une juxtaposition de panneaux. La connexion panneaux-poutraison est généralement réalisée par des clous. Le dimensionnement de ces planchers est souvent piloté par les charges verticales et les caractéristiques mécaniques dans le plan sont rarement contrôlées.Le comportement mécanique des planchers diaphragmes en bois est peu étudié dans la littérature. La présente thèse aborde ce comportement en s’appuyant sur trois approches : analytique, numérique (M.E.F.) et expérimentale. L’approche analytique s’inspire de celle utilisée par les codes de calcul sismique nord-américains. La modélisation numérique prend en compte la configuration géométrique réelle des diaphragmes ainsi que les effets non-linéaires matériels et géométriques. Deux types de modèles numériques sont proposés : « détaillé » et « simplifié ». Le modèle détaillé, utilisant des éléments de poutres et de coques, permet d’étudier la distribution des contraintes internes au sein du plancher. Le modèle simplifié, moins coûteux, s’appuie sur des éléments poutres et barres. Il permet de réaliser des analyses de sensibilité et il peut être utilisé dans des analyses de structures avec géométries complexes.Une campagne expérimentale est conduite sur des planchers en bois. Deux planchers (2,4x7,2m2), avec et sans entretoises, sont testés en flexion dans leur plan. Une instrumentation riche composée de capteurs de déplacement, d’inclinomètres et d’un système de mesure sans contact, sont utilisés pour suivre le comportement de ces planchers aux niveaux global et local. Les observations expérimentales montrent un comportement fortement non-linéaire avec une influence importante des entretoises sur la raideur et la résistance. La rupture des panneaux est due à la flexion à mi portée ou à la compression près des angles en contact. La comparaison avec les résultats expérimentaux a permis de valider les modèles numériques développés. Ces modèles révèlent une forte participation de la connexion panneaux-poutraison aux comportements mécaniques des planchers aux niveaux global et local.Le modèle numérique simplifié est utilisé pour mener une étude de sensibilité des planchers avec trémies. Ainsi, treize configurations de planchers sont analysées en vue d’identifier les positionnements les plus défavorables des trémies. Par ailleurs, l’application du modèle analytique montre qu’il représente correctement la phase linéaire du comportement des planchers qui est un paramètre utilisable dans les analyses à l’état limite de service. Les résultats numériques et expérimentaux obtenus constituent une bonne base pour étendre le domaine d’application du modèle analytique. / In timber structures as other, floors play an important role in the overall behaviour of a building subjected to seismic loading. In addition to the vertical forces, these floors transfer horizontal forces to the shear walls (diaphragm function). For this function, the floor can be considered as a short beam placed horizontally and supported by semi-rigid supports (shear walls). Therefore, the force distribution on the shear walls is directly related to the in-plane stiffness ratio between floors and shear walls.Traditional wooden floors are usually composed by joists framing (joist, struts, chords beams) and a surface made by juxtaposed panels. The panel-joist framing connection is usually made by nails. Size of the floors elements is often driven by the vertical loads, thus mechanical properties in the plane are rarely checked.The in-plane behaviour of timber floor is poorly studied in the literature. This thesis studies this behaviour using three approaches: analytical, numerical (FEM) and experimental. The analytical approach is based on that used in North American codes of seismic design. Numerical models take into account the actual geometry of the timber diaphragms and nonlinear effects (material and geometric). Two types of numerical models are proposed: "detailed" and "simplified". The detailed model, based on beams and shell elements, allows studying the distribution of internal stresses in the floor. The simplified model uses beams and bar elements. It allows carrying out sensitivity analysis and can be used to study complex geometries of floors.An experimental campaign is conducted on timber floors. Two floors (2,4 x7,2m2), in blocked or unblocked configuration, are tested in bending in their plane. Displacement transducers, inclinometers and a camera measuring system are used for monitoring the behaviour of floors at global and local levels. The experimental observations show a highly nonlinear behaviour with a significant influence of struts on the stiffness and strength. Panels failure due to bending and compression in the corners were observed. The comparison between experimental and numerical results allows validating the numerical models. These models show a significant participation of the panels-joist framing connection on the global and local mechanical behaviour of floors.The simplified model is used to conduct a sensitivity analysis of floors with hoppers. Thirteen floors configurations are analyzed to identify the most unfavourable configurations of hoppers position. Furthermore, the analytical model represents well the linear phase of floors behaviour. The numerical and experimental results obtained provide a good basis to expand the scope of the analytical model. / Tanto en las estructuras de madera como en otras técnicas de construcción, las losas juegan un importante rol en el comportamiento global de un edificio sometido a una solicitación sísmica. Además de las cargas verticales, las losas deben transmitir las cargas horizontales hacia los muros de corte (función diafragma). En esta función, la losa puede ser tratada como una viga corta puesta horizontalmente y apoyada sobre soportes semi-rígidos (muros de corte). En consecuencia, la distribución de fuerzas entre los distintos muros de corte es determinada por la relación de rigidez entre estos muros y la losa.Las losas tradicionales de madera son generalmente compuestas por un envigado (vigas transversales, canes o separadores, vigas periféricas) y una superficie construida con paneles yuxtapuestos. La conexión entre los paneles y el envigado es generalmente realizada con clavos. El dimensionamiento de estos elementos es habitualmente determinado por las cargas verticales, de esta manera las propiedades mecánicas en el plano de estas losas, son raramente controladas.El comportamiento mecánico de los diafragmas de madera ha sido poco estudiado en la literatura. Esta tesis aborda este comportamiento a partir de tres enfoques: analítico, numérico (Elementos Finitos) y experimental. El método analítico considerado se basa en las ecuaciones propuestas por los códigos de diseño sísmico norteamericanos. La modelización numérica tiene en cuenta la configuración geométrica real de las losas y los efectos no-lineares de origen material y geométrico. Dos tipos de modelos numéricos son propuestos: "detallado" y "simplificado". El modelo detallado, es construido a partir de elementos finitos de tipo vigas y planos. Este modelo es utilizado principalmente para estudiar la distribución de esfuerzos internos en las losas. El modelo simplificado, construido a partir de elementos de vigas y barras, es utilizado para conducir análisis de sensibilidad.Un estudio experimental sobre losas de madera es presentado. Dos losas (2,4 x7, 2m2) con y sin separadores son testeadas en flexión en su plano. Un sistema de instrumentación compuesto por transductores de desplazamiento, inclinómetros y videocámaras, fueron utilizados para monitorear el comportamiento global y local de las losas. Las observaciones experimentales muestran un comportamiento altamente no-lineal con una fuerte influencia de los separadores sobre la rigidez y resistencia de la estructura. Los modos de ruptura observados corresponden a la ruptura de paneles en flexión y a la compresión local debido a transmisión de esfuerzos por contacto. La comparación de resultados experimentales y numéricos permite validar los modelos propuestos. Estos modelos muestran una fuerte participación de la conexión paneles-envigado sobre el comportamiento mecánico global y local de las losas.El modelo numérico simplificado es utilizado para llevar a cabo un análisis de sensibilidad de losas con aberturas de escalera. Trece configuraciones de losas son analizadas para identificar la posición de abertura más desfavorable. Por otra parte, el modelo analítico representa correctamente el comportamiento de las losas en fase lineal. Los resultados numéricos y experimentales obtenidos proporcionan una buena base para ampliar el dominio de aplicación de este modelo analítico.
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Diafragmas de PEUAPM para aplicação no processo de produção eletrolítica de cloro-soda.

VIANA, Kaline Melo de Souto. 27 September 2018 (has links)
Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-27T18:51:38Z No. of bitstreams: 1 KALINE MELO DE SOUTO VIANA – TESE (PPGEP) 2006.pdf: 3746935 bytes, checksum: 4a030ab6637f715855808519f3e7825e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-27T18:51:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KALINE MELO DE SOUTO VIANA – TESE (PPGEP) 2006.pdf: 3746935 bytes, checksum: 4a030ab6637f715855808519f3e7825e (MD5) Previous issue date: 2009-02-06 / Para a avaliação de diafragmas alternativos ao de amianto para produção de cloro e soda cáustica a partir da eletrólise da salmoura, foi utilizada uma célula eletroquímica em escala de bancada pelo processo diafragma. O objetivo foi investigar a possível substituição dos diafragmas de amianto por diafragmas de PEUAPM. Desta forma, este trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foi realizada a investigação da resistência química do PEUAPM na forma de fibras, em meio ácido, básico e salino, numa temperatura de 90ºC, simulando-se as condições de operação das células eletroquímicas para produção cloro-soda. Para isto, foram utilizados os ensaios de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial exploratória (DSC), tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Na segunda etapa, foram realizadas eletrólises e para isto foram confeccionados diafragmas com diferentes composições, variando de 100% amianto (diafragma utilizado como referência), passando pelo balanço de 5:95 a 90:10% de PEUAPM:amianto, até 100% PEUAPM. Para caracterização eletroquímica utilizou-se a determinação do número de MacMullim, bem como determinação dos parâmetros operacionais após 72 horas de eletrólise, numa temperatura de aproximadamente 85ºC, onde foram quantificados os seguintes parâmetros: eficiência de corrente, eficiência de energia, teor de cloretos e teor de cloratos, com o objetivo de correlacionar os dados obtidos com o novo diafragma aos dados obtidos com o diafragma de amianto (utilizado industrialmente). As condições operacionais utilizadas foram: diafragma de amianto, PEUAPM: amianto e PEUAPM, alimentação contínua de uma salmoura ácida (pH entre 3,5 e 4,0) na concentração de 320 g/L, densidade de corrente anódica de 2,63 KA/m2 com um tempo total de operação da célula eletrolítica na intensidade de corrente de 13,1 A de aproximadamente 72 horas, até atingir a concentração de 12% de NaOH (de acordo com os parâmetros industriais). Os resultados obtidos na etapa I, evidenciaram que as fibras de PEUAPM apresentam boa resistência ao ataque químico das soluções de NaCl, HCl e salmoura na temperatura de 90ºC, durante as 96 horas de exposição, apresentando apenas um início de oxidação, detectada pela presença de carbonilas, além de uma redução de 15% na cristalinidade das fibras de PEUAPM. Já por meio dos resultados obtidos na etapa II, observou-se que os diafragmas amianto/PEUAPM estudados não apresentaram bom empacotamento de fibras e que há uma tendência de redução da eficiência de corrente (E.C.) e eficiência de energia (E.E.) com o aumento do percentual de PEUAPM. Assim, conclui-se que as fibras de PEUAPM são um substituto em potencial para as fibras de amianto na produção cloro-soda. / To evaluate the alternatives diaphragm in relation to the asbestos in the chloro-alkali production from the electrolysis of brine, it was used an electrochemical cell in a laboratory scale by diaphragm process. The aim of this work is to study the substitution of asbestos diaphragm by UHMWPE. So, this work was divided in two steps. Firstly, it was done an investigation related to the chemical resistance of the UHMWPE in a fiber shape and in acid, base and salty solutions and 90oC of temperature. This condition was similar to the electrochemical cell operation in the chloro-alkali industry. It was used test of infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), tensile strength and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate the UHMWPE fibers. In the second step it was done the electrolysis with different compositions of diaphragm, changing from 100% of asbestos (used as reference) to 5:95, 90:10% of UHMWPE, until 100% of UHMWPE. To chemical characterization it was estimated the MacMullin number, as well the operational cell parameters, such as, current and energy efficiency, amounts of chlorates and chlorides. The aim of to study these parameters is the correlate the new diaphragm with the asbestos (used currently in the industry). The operational conditions used in this study were: continue feed of acid brine (pH from 3.5 to 4.0), concentration of 320 g/L, anodic current density of 2.63 KA/m2, and total time operation in the electrolytic cell of approximately 74 ho urs (current intensity of 13.1A) until reach 12% of NaOH concentration (similar to the industrial conditions). The results obtained in the first step showed that the UHMWPE fibers presented good resistance to the chemical attack of NaCl, HCl and brine solution at 90oC and in the period of 96 hours of exposition. It was observed only an start of oxidation, with presence of carbonyl groups, also it was observed an decrease in 15% in the crystallinity of the UHMWPE fibers. From the results of the second step it was observed that the asbestos/UHMWPE diaphragms studied presented good fiber packing and a tendency to decrease current and energy efficiencies with the increase of the UHMWPE content. So, it was concluded that with the conditions of preparation of asbestos/UHMWPE diaphragm done in this study the use of these in the choro-alkali production still limited due to the low surface energy and physical interaction presented by the UHMWPE fibers and it was necessary an previous surface treatment of the fibers.

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