Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7610_1.pdf: 3274241 bytes, checksum: 1f0314c3cc7b526e2e15e07224801acc (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de análises numéricas de fadiga em juntas soldadas por MIG/Laser, utilizando o método dos elementos finitos e o Método da Curva Master S-N. O método tem como base princípios da mecânica da fratura e utiliza como dados de entrada forças internas calculadas pelo método dos elementos finitos. A escolha do método foi realizada pelo mesmo ser adotado como padrão pela associação americana de engenheiros mecânicos (ASME), para o desenvolvimento de modelos de dano em juntas de aço soldadas. A etapa inicial é uma revisão bibliográfica de fadiga nos metais. Inicialmente a revisão mostra o fenômeno de fadiga em metais de uma maneira geral, posteriormente é desenvolvida uma revisão dos métodos de cálculo para fadiga em juntas soldadas. O Método da Curva Master S-N é discutido mostrando suas principais vantagens como também suas limitações. No trabalho são discutidas as principais formas de modelamento geométrico de juntas soldadas com base no método dos elementos finitos. Resultados numéricos de vida sob fadiga utilizando o Método da Curva Master S-N são obtidos para os tipos de junta Lap e T. Um estudo de correlação entre os resultados numéricos e resultados experimentais padrões disponíveis na literatura é desenvolvido. Estudos de convergência de malha são apresentados para os dois modelos de juntas soldadas. Aplicações práticas para o método na industria também são discutidos numa secção particular

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4579.pdf: 18742148 bytes, checksum: 1608773daed18a47b7aa9187cd4ea6b5 (MD5) Previous issue date: 2012-08-09 / The aim of this work is to conjugate a sort of known processing techniques in to a machining chips recycling route. These are generate during airframe primary parts from AA 7050-T7451, purchased according to AMS 4050H. The main processes assessed in this work were sprayforming, thermomechanical processes and heat treatments. According to the gathered data, the homogenization heat treatment after sprayforming has improved the investigated material properties significantly. The use of hot torsion test was fundamental in order to define the best processing route in order to define a refined microstructure. Beside the hot torsion tests survey, a methodology of experimental data treatment and analysis was developed and used accordingly. And based on these analyses, a new extrusion matrix was designed and manufactured. The new average grain size about 4.0 m obtained has presented good correlation with the size predicted by the method developed. Tensile test data has presented higher than the values specified in AMS 4050 H. Preliminary fatigue data has showed a dispersion within the MMPDS-06 (former MIL-HDBL-5), for similar testing condition, and fulfill the AMS 4050H fatigue requirements. / O objetivo deste trabalho é avaliar a conjugação de técnicas conhecidas de processamento para a definição de uma rota de reciclagem de cavacos de usinagem. Estes são gerados durante a manufatura de peças primárias a partir de placas da liga de alumínio 7050-T7451, adquiridas conforme AMS 4050H. Os principais processos utilizados nesta rota de reciclagem dos cavacos foram: refusão por conformação por spray, processamentos termomecânicos e tratamentos térmicos. O tratamento térmico de homogeneização antes da extrusão e a solubilização antes do envelhecimento melhorou significativamente a resposta do material ao tratamento térmico. A utilização do ensaio de torção a quente foi fundamental para definir a melhor condição de processamento para a obtenção de uma microestrutura refinada. Juntamente com os ensaios de torção a quente, uma metodologia de tratamento e análise dos dados de torção a quente foi desenvolvida. Baseado nos dados obtidos, uma nova matriz de extrusão foi projetada. O tamanho médio de grão de 4,0 m que foi obtido apresentou boa correlação com as análises do ensaio de torção a quente, para condições semelhantes de processamento. Os resultados obtidos durante a realização dos ensaios mecânicos de tração apresentaram resultados superiores aos especificados na AMS 4050 H. Da mesma forma, os dados preliminares de fadiga do material, mostraram que os dados obtidos estão na mesma nuvem de dispersão dos dados do MMPDS-06 (antigo MIL-HDBK-5), para condições semelhantes de ensaios, e atende aos critérios de fadiga da AMS 4050 H.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1263.pdf: 4842944 bytes, checksum: 847b9ce01a383be03465220269170c48 (MD5) Previous issue date: 2006-09-06 / Financiadora de Estudos e Projetos / Although the influence of interfacial adhesion on short-term mechanical performance of fiber-reinforced thermoplastic composites has been well established, very little published information is available on the influence of the composite interface/interphase characteristics on fatigue properties of these materials. Fatigue life determination is of paramount importance for engineering applications of injection moulded short glass fiber (GF) reinforced polypropylene (PP) composites. Thus, this work is related to an investigation on the influence of maleated polypropylene (PP-g-MAH) interfacial compatibilizer on the fatigue resistance properties of 30 percent GF-reinforced PP composites. The mechanical fatigue analysis was carried out using four-point bending tests under deformation controlled mode at frequencies of 1 Hz and complete reverse cycle (R = - 1). In order to obtain quick comparative data on PP-g-MAH compatibilizer performance on the fatigue life of these composites, an experimental procedure was elaborated in order to correlate the properties determined by dynamicmechanical thermal analysis (DMTA) of composite samples, both pristine or subjected to short-term cyclic loading, with the experimentally determined fatigue life of these materials. The main conclusions of this work indicate that the mechanical damping (tan d) values, related to the fiber-polymer interfacial friction, reduce with compatibilizer content; this effect being better evidenced in the fatigued samples. The decrease in tan d values with compatibilizer content clearly indicate an increase in the composite interfacial compatibility and were found to be inversely proportional to the number of cycles to failure determined by long-term fatigue testing, thus, promoting an increase in the fatigue life of the investigated PP/PP-g-MAH/30%GF composites. / Apesar de já ser conhecida a influência da adesão interfacial no desempenho mecânico de curta duração dos compósitos termoplásticos, pouco se sabe sobre a influência da natureza da interface/interfase fibra-polímero na resistência à fadiga destes materiais. Esta propriedade de longa duração é de suma importância em aplicações de engenharia, onde os compósitos moldados por injeção de polipropileno (PP) reforçado com fibra de vidro curta (FV) começam a encontrar grande relevância e atuação, em função de desempenho superior alcançado com uso de compatibilizantes interfaciais. Assim, neste trabalho, buscou-se investigar a influência da adição do compatibilizante interfacial de PP funcionalizado com anidrido maleico (PP-g-MAH) no comportamento mecânico sob fadiga cíclica em compósitos de PP reforçado com 30% em peso de FV. Os ensaios de fadiga foram realizados em flexão quatro-pontos sob deformação controlada na freqüência de 1 Hz e ciclo completo reverso com tensão média zero. Com o objetivo de obter rapidamente informações indicativas sobre a influência do teor de PP-g-MAH na durabilidade sob fadiga mecânica destes compósitos, apresenta-se neste trabalho uma metodologia experimental que busca correlacionar as propriedades obtidas por análise térmica dinâmicomecânica (DMTA) dos compósitos, sem e com envelhecimento por curto tempo sob fadiga, com o experimentalmente determinado desempenho sob fadiga mecânica destes materiais. A principal conclusão deste trabalho demonstra que a propriedade de amortecimento mecânico (tan d), associado ao atrito interfacial do compósito, diminui com aumento no teor do compatibilizante de PP-g-MAH incorporado, sendo este efeito melhor evidenciado nos compósitos pré-envelhecidos sob fadiga. Esta redução no valor de tan d do compósito indica claramente um aumento no grau de compatibilização interfacial fibrapolímero e reflete de forma coerente e inversamente proporcional ao número de ciclos até falha verificada nos ensaios de longa duração sob fadiga mecânica, proporcionando um aumento na durabilidade dos compósitos de PP em análise.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4507.pdf: 8368845 bytes, checksum: c2fbca7be58a49b0033b38e3d5a4fc89 (MD5) Previous issue date: 2010-05-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / Talc is a well known lamellar mineral filler much used for mechanical reinforcement of polypropylene (PP) composites. Mineral nanoclay is also a lamellar filler that is gaining much interest due to its reinforcement effect achieved at relatively much reduced filler content. So the main objectives of this work were to establish a comparative study on the mechanical fatigue properties of isotactic PP composites reinforced with both types of fillers: nanocomposites with 2 and 5 wt. % of organophilic nanoclay and microcomposites with 8 and 25 wt.% of ultrafine talc, where the influence of distinct filler particles size and different filler-matrix interfacial interactions were analyzed on the fatigue life and strength properties of these materials with potential engineering applications. All composites were subjected to short-term tensile and Izod impact tests, dynamic-mechanical thermal analysis and microstructural characterization via SEM and TEM, in order to correlate the analyzed characteristics to the fatigue behavior of the materials. The fatigue tests were carried out under stress controlled mode in tensile tension-tension, with a sinusoidal stress input at 1 Hz frequency and R = 0.1. Maleated PP contributed to the enhancement of short-term mechanical properties of talc-filled composites, whilst its influence was much reduced on the same properties of OMMT nanocomposites, due to the modest nanoclay exfoliation achieved in the non-polar PP polymer matrix. In general terms, talc-filled PP microcomposites showed better fatigue performance in comparison to the nanocomposites with O-MMT. However, their Wöhler fatigue S-N curves did not indicate fatigue endurance limits, within the fatigue span of up to 1 x 106 cycles. The main conclusion derived from this study, indicated that when both types of composites exhibited equivalent elastic modulus enhancement, the stronger filler-polymer interfacial interactions present in the talc-filled microcomposites prevailed over the reduced filler particles size of the nanocomposites of O-MMT, however with presence of nanoparticles agglomerates. / O talco é uma carga mineral lamelar conhecida e bastante usada em compósitos de polipropileno (PP), por elevar a eficiência de reforço mecânico do polímero. Por outro lado, o interesse pela nanoargila, também carga mineral lamelar, vem crescendo por esta aprimorar as propriedades do polímero, com uso do nanoreforço em teores muito mais reduzidos em comparação ao dos compósitos tradicionais. Com isso, buscou-se neste trabalho fazer uma análise comparativa do comportamento de fadiga sob ciclagem mecânica de dois tipos de compósitos de i-PP homopolímero: nanocompósitos com 2 e 5% de nanoargila organofílica (O-MMT) e microcompósitos com 8 e 25% de talco ultrafino. O objetivo foi analisar a influência do tamanho das partículas do reforço e do grau de interação interfacial matriz-reforço nas propriedades de resistência e durabilidade mecânica sob fadiga destes compósitos. Todos os compósitos empregaram o PP maleado (PP-g-MAH) como compatibilizante interfacial e foram processados numa extrusora dupla-rosca e moldados por injeção. Os ensaios de fadiga foram realizados em corpos de prova de tração no modo de tensão controlada, com uma onda senoidal na freqüência de 1 Hz e R = 0,1. Foram também realizados os ensaios estáticos de tração e resistência ao impacto, microscopia eletrônica (MEV e MET) e análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA). De forma geral, os microcompósitos de PP com 8 e 25% de talco apresentaram desempenho sob fadiga superior em relação aos nanocompósitos de O-MMT; entretanto, sem alcançar valores de tensão limite de enduro dentro do intervalo de duração dos ensaios de até 1 x 106 ciclos. A principal conclusão neste estudo demonstrou que na definição da resistência à fadiga dos dois tipos de compósitos de PP com módulo elástico equivalentes, as fortes interações polimero-reforço presentes nos microcompósitos de PP/talco, tal como identificadas por análise DMTA, prevaleceram sobre o tamanho reduzido das nanopartículas de O-MMT, porém com presença de aglomerados.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Non carious cervical lesions (NCCLs) are routine findings in clinical practice and are described as the loss of tooth tissue close to the cementum enamel junction. NCCLs have multifactorial etiology with main factors involved are stress, biocorrosion and friction. The different associations of these factors can lead to the weakening of the tooth structure in the cervical region, generating NCCLs. The aim of this study was to evaluate the association of etiologic factors (stress, biocorrosion and friction) on the microstructural formation of NCCLs, using finite element analysis, laser confocal microscopy and computed microtomography (micro-CT). Two three dimensional (3D), linear and elastic models of mandibular premolars were generated for stress distribution evaluation, using the finite element analysis (FEA). Two oblique loadings (50 N), were applied on the buccal cusp slope of the model. The occlusal loading (CO) was applied on the grinding region of the buccal cusp and the buccal loading (CV) on the smooth region of the same cusp. Both loads were applied at 45̊ to the tooth long axis, simulating mandibular excursive movements. The displacement restriction was applied on the base and lateral surface of the model and the results were analyzed by the maximum principal criteria. Then, for analysis by confocal microscopy, forty intact human mandibular premolars were selected and allocated randomly into four groups, according to the factor association type (n=10): (TB) stress-biocorrosion, (TF) stress-friction, (BF) biocorrosion-friction, and (TBF) stress-biocorrosion-friction. In each group, the challenges were performed in an alternate way. The stress was simulated by cyclic fatigue loading, with specimens positioned in mechanical fatigue machine and subjected to oblique load (50N), on the smooth region of the buccal cusp for 6 x 105 cycles. The biocorrosive challenge was performed using the application of hydrochloric acid (2mL/10s). The friction (abrasion) was reproduced by using electric/powered toothbrushes (300g/20s), with Colgate Total 12 toothpaste. The roughness surface, angle and height of steps were measured before and after the treatments, using a 3D laser confocal microscope. The data were analyzed using the paired t-test, two-way analysis of variance and Tukey s test (α=0.05). Then, three specimens of each group were taken to a micro-CT for the qualitative analyses. The CV loading promoted higher concentration of tensile stress in the cervical region compared to CO. The presence of biocorrosion was an important factor to roughness changes and abrasion promoted similar behavior among the groups. The TBF association promoted the greatest alterations in tooth structures. Enamel and dentin showed distinct performance according to the different interactions. The FEA results presented relationship with the experimental findings for TF,TB, TBF groups. The TBF was the more influent association on the microstructural formation of NCCLs, for enamel. For dentin, the association of at least two factors was sufficient to generate significant tissue degradation. All studied associations of etiological factors showed potential to promote NCCLs formation. / As lesões cervicais não cariosas (LCNCs) são achados rotineiros na prática clínica odontológica e são descritas como a perda de tecido dentário próximo à junção amelo cementária (JAC). Essas lesões apresentam etiologia multifatorial e tem como principais fatores envolvidos nesse processo tensão, biocorrosão e fricção. As associações desses fatores levam ao enfraquecimento da estrutura dental na região cervical, promovendo o surgimento de LCNCs. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito das associações de fatores etiológicos (tensão, biocorrosão e fricção) na formação microestrutural de LCNCs, empregando método de elementos finitos (MEF), microscopia confocal a laser e microtomografia computadorizada (micro-CT). Dois modelos tridimensionais (3D), lineares e elásticos de pré-molares inferiores foram gerados para análise do padrão de distribuição de tensões na região cervical, pelo método de elementos finitos (MEF). Dois tipos de cargas de 50N, foram aplicadas obliquamente a cúspide vestibular do modelo. A carga oclusal (CO), foi aplicada na vertente triturante da cúspide vestibular e a carga vestibular (CV), na vertente lisa da mesma cúspide. As cargas foram posicionadas a 45º do longo do eixo do dente, e simularam interferências oclusais nos movimentos excursivos da mandíbula. A restrição do deslocamento foi realizada na base e laterais do modelo e a análise dos resultados conduzida por meio do critério de Tensão Máxima Principal. Para a análise por microscopia confocal, quarenta pré-molares inferiores humanos hígidos foram selecionados e distribuídos aleatoriamente em quatro grupos, de acordo com as seguintes associações de fatores (n=10): tensão-biocorrosão (TB), tensão-fricção (TF), e biocorrosão-fricção (BF) e tensão-biocorrosão-fricção (TBF). Para cada grupo, os desafios foram realizados de forma alternada. A tensão foi simulada por meio de ciclagem mecânica, com os espécimes posicionados em máquina de fadiga cíclica e submetidos a carregamentos oblíquos de 50N, na frequência de 2Hz, na vertente lisa e na vertente triturante da face vestibular, por 6 x 105 ciclos. Os desafios biocorrosivos foram realizados pela aplicação de 2mL de ácido hidroclorídrico por 10s. E os desafios de fricção (abrasão) foram reproduzidos com escovas elétricas (300g / 20s), com a utlização de pasta Colgate Total 12. A rugosidade da superfície, ângulo e altura dos degraus foram medidos antes e após os tratamentos, utilizando microscópio confocal a laser 3D. Para avaliação da distribuição e homogeineidade dos dados, foram realizados os testes de Shapiro Wilk e Levene. E posteriormente, aplicados o teste t-pareado, análise de variância em fator (ANOVA) e teste de Tukey (α = 0,05). Em seguida, três amostras de cada grupo foram analisadas no micro-CT para as análises qualitativas de perda estrutural. O CV promoveu maior concentração de tensões de tração na região cervical do que o CO. A presença da biocorrosão foi fator importante na alteração de rugosidade e a abrasão resultou em comportamento semelhante entre os grupos. A associação TBF promoveu as maiores alterações nas estruturas dentais. Esmalte e dentina mostraram desempenho distinto de acordo com as diferentes interações. Foi verificada relação entre os resultados gerados pelo MEF e os achados experimentais para os grupos TF, TBF, TB. O grupo TBF foi mais influente na formação microestrutural das LCNCs, para esmalte. Para dentina, a associação de pelo menos dois fatores foi suficiente para gerar degradação significativa de tecido na região cervical. Todos as associações de fatores estudadas mostraram potencial para promover a formação de LCNCs. / Mestre em Odontologia