O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) é um material compósito formado por uma matriz cimentícia e por uma certa quantidade de fibras aleatoriamente dispersas. Buscou-se neste estudo “construir” um modelo constitutivo capaz de representar o comportamento do CRFA e cuja formulação está fundamentada na Teoria da Homogeneização, no Método dos Elementos Finitos (MEF), como também em observações experimentais disponíveis na literatura. Na primeira etapa do trabalho foram desenvolvidos estudos visando a análise do comportamento elástico e viscoelástico do CRFA. Inicialmente, o comportamento elástico linear foi investigado através da aplicação do esquema de homogeneização de Mori-Tanaka, o qual é baseado nos resultados estabelecidos por Eshelby (1957). A precisão dos resultados obtidos pela abordagem analítica foi verificada pela comparação com a solução via MEF, bem como com os resultados experimentais disponíveis. As estimativas micromecânicas das propriedades elásticas efetivas se mostraram coerentes àquelas obtidas através de análise numérica de um volume elementar representativo (VER) do material, modelado como um meio heterogêneo, como também, aos dados experimentais. Posteriormente, a formulação do comportamento viscoelástico sem envelhecimento foi obtida fazendo-se uso da resposta em elasticidade e do Princípio da Correspondência Elástica-Viscoelástica. Os resultados obtidos foram comparados aos dados experimentais e a modelos analíticos disponíveis. Na segunda etapa do trabalho, as propriedades de resistência do CRFA foram investigadas empregando-se a abordagem estática da análise limite combinada à teoria da homogeneização. O critério de resistência macroscópico para o CRFA foi teoricamente obtido a partir do conhecimento da resistência dos seus constituintes, ou seja, da matriz de concreto e das fibras. Adotando-se o critério de ruptura de Drucker-Prager para a matriz de concreto e considerando-se distribuição espacial isotrópica das fibras através de um modelo aproximado, um critério aproximado para a estimativa das propriedades de resistência homogeneizadas foi formulado. A formulação do critério foi complementada através da consideração de um critério de cut-off em tração e das propriedades limitadas de resistência da interface. Os resultados analíticos foram comparados a resultados experimentais e àqueles obtidos na resolução numérica do problema de análise limite formulado sobre o VER do CRFA, através de uma ferramenta numérica baseada no MEF no contexto da plasticidade. A comparação permitiu avaliar a influência da anisotropia do modelo aproximado empregado, como também da geometria real das fibras sobre a resistência do compósito. / Steel fiber reinforced concrete (SFRC) is a composite material formed by a cement matrix and a certain amount of randomly dispersed fibers. The main objective of the present work is the formulation of a comprehensive constitutive model for SFRC behavior that relies upon homogenization theory, finite element method (FEM) and taking advantage of experimental data available in the literature as well. The first part of the work is devoted to the assessment of elastic and viscoelastic behavior of SFRC. The study starts with the analysis of linear elastic behavior by implementation of a Mori-Tanaka homogenization scheme, which is based on the Eshelby equivalent inclusion approach. It was found that the micromechanical predictions for the overall stiffness proved to be considerably close to the experimental data, as well as to the finite element solutions obtained from numerical analysis of a representative elementary volume (REV) of SFRC (modeled as a randomly heterogeneous medium). Subsequently, the formulation of the nonaging viscoelastic behavior is carried out by making use of results from Elasticity and the Elastic-Viscoelastic Correspondence Principle. The results are compared to available experimental data and analytical models. The second part of the work focuses on the assessment of macroscopic strength properties of fiber reinforced concrete (FRC). Combining the static approach of limit analysis and the homogenization theory, the macroscopic strength criterion for SFRC was theoretically obtained from the knowledge of the strength properties of the individual constituents (concrete matrix and fibers). Adopting a Drucker-Prager failure condition for the concrete matrix and adopting a simplified geometrical model for fiber orientations and length, an approximate criterion was formulated for the overall strength properties. This formulation was complemented by considering a tensile cut-off condition for the concrete and limited strength properties for the interface. The analytical results were compared to experimental data and also to results obtained from a numeric resolution of the problem of limit analysis stated on the REV the material by means of a specifically devised Finite Element numerical tool in the plasticity context. The comparison allowed investigating the influence of the anisotropy of the employed approximate model, as well as the real fiber morphology on the composite strength properties.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-11-26Bitstream added on 2014-06-13T20:22:23Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_af_dr_botfca.pdf: 1455787 bytes, checksum: 0f772565d4fe785a8ac4fbfa75e6f71b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Acidentes envolvendo derramamento de óleo e seus derivados no solo e em corpos hídricos são comuns e preocupantes, uma vez que comprometem a qualidade do ecossistema. Uma forma econômica e eficiente de combater derramamentos de óleo é o emprego do método de sorção utilizando materiais sorventes. Existe uma gama de materiais sorventes, no entanto, os naturais como biomassa e fibras vegetais demonstram interesse pelo baixo custo e boa capacidade sorvente. Existem trabalhos acerca da sorção de óleo cru, no entanto para diesel e biodiesel, que vem aumentado sua produção, pouco ou nada existe na literatura. O objetivo deste trabalho foi investigar a capacidade sorvente das fibras vegetais coco (Cocos nucifera) e curauá (Ananas erictifolius), paina (Ceiba speciosa) e das macrófitas aquáticas, taboa (Typha domingensis) e o aguapé (Eichhornia crassipes) frente aos combustíveis, diesel e biodiesel e compará-las com a turfa utilizada comercialmente. Os biosorventes também foram submetidos à caracterização físico-química e energética. As amostras foram moídas e classificadas com exceção da paina. Grande parte dos testes foi realizada nas faixas granulométricas de ≤180 μm; 180-425 μm; 425-850 μm e 850-3350 μm. Os testes de sorção com diesel e biodiesel foram conduzidos primeiramente em sistema seco e os biosorventes com melhor desempenho, submetidos a ensaios de sorção com água, sistema estático e dinâmico. A porcentagem de água que pode ser sorvida juntamente com óleo e a flutuabilidade também foram investigadas para avaliar a viabilidade destes biosorventes em corpos hídricos. Cada material vegetal possui características físico-químicas e anatômicas distintas, que influenciam na sorção de óleo, seja por absorção ou adsorção. Os biosorventes investigados apresentaram capacidade de sorção de diesel e biodiesel semelhante ou superior ao sorvente... / Accidents involving oil spills and its derivatives on the soil and in hidric bodies they are common and worrying once they endanger the quality of the ecosystem. An economical and efficient way of combating oil spills is the use of the sorption method using sorbents materials. There is a range of sorbents materials, however, the natural ones like biomass and vegetable fibers demonstrate interest due to the low cost and good sorbent capacity. There are works concerning the sorption of crude oil, however for diesel and biodiesel, which had their production increased, there is a little or even nothing exists in the literature. The aim of this work was investigate the sorption capacity of coir vegetable fibers (Cocos nucifera) and curauá (Ananas erictifolius), silk floss (Ceiba speciosa) and the aquatic macrophite cattail (Typha domingensis) and the water hyacinth (Eichhornia crassipes) confronting to the fuels, diesel and biodiesel and to compare them with the peat commercially used. The biosorventes were also submitted to the physiochemical and energy characterization. The samples were grinded and classified except for the paina. Most of the tests were performed on the granulometric size range of ≤180 μm; 180-425 μm; 425-850 μm e 850-3350 μm. The sorption tests with diesel and biodiesel were first conducted in dry system and the biosorbents with had shown the best performance were submitted to tests of sorption with freshwater, static and dynamic system. The percentage of water that can be sipped together with oil and the buoyancy were also investigated to evaluate the viability of these biosorbents in hidric bodies. Each vegetable materials has different physiochemical and anatomical characteristics that influence in the oil sorption, whether by absorption or adsorption. The investigated biosorventes presented capacity of diesel and biodiesel sorption similar or higher... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Roberto Carlos Burini / Coorientador: Carlos Antonio Caramoni / Resumo: A Doença hepática gordurosa não alcoólica (DHGNA) se refere ao acúmulo de gordura hepática e pode evoluir para esteatohepatite, fibrose, cirrose e hepatocarcinoma. O principal fator que leva ao acúmulo de gordura hepática é a obesidade, principalmente visceral. Para o controle da doença deve-se focar na mudança do estilo de vida com associação entre prática de exercício físico e intervenção nutricional. Esse estudo teve como objetivo avaliar o consumo adequado de fibras associado a programa superviosionado para modificação do estilo de vida em relação aos parâmetros relacionados à DHGNA, comparado a indivíduos praticantes de exercício físico sem adequação alimentar em 20 semanas. Foram randomizados dois grupos (intervenção e controle) sendo ambos participantes de protocolo de exercício físico. O grupo intervenção teve seu consumo de fibras adequado para 25g/dia. Foram realizadas avaliações antropométricas com peso, estatura, índice de massa corporal (IMC), circunferência abdominal (CA), circunferência do quadril (CQ), diâmetro abdominal sagital (DAS), percentual de gordura corporal e percentual de massa muscular. Para avaliação do consumo alimentar foram aplicados três recordatórios de 24 horas. Foram coletados e avaliados dados demográficos e através de coleta sanguínea foram avaliados os parâmetros: glicemia de jejum, colesterol total, apolipoproteína de baixa densidade (LDL), apolipoproteína de alta densidade (HDL), triglicerídios, enzimas hepáticas (gama glutamiltransfer... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Not available / Mestre

Orientador: Edson Cocchieri Botelho / Coorientador: Luis Rogerio de Oliveira Hein / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: José Maria Fernandes Marlet / Resumo: O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos poliméricos avançados tem como uma de suas funções a união de materiais que combinem características como: elevada resistência mecânica e rigidez aliadas à baixa massa específica. Um dos problemas principais de utilização de compósitos poliméricos em aplicações estruturais consiste em sua união efetiva para a integração de componentes. Neste sentido, estudos recentes mostram que a técnica de soldagem por resistência elétrica é um dos processos mais promissores para união de compósitos, por ser um método rápido e por necessitar de pouca preparação de superfície. Este trabalho tem como objetivo avaliar os melhores parâmetros de soldagem por resistência elétrica para laminados de PPS (poli(sulfeto de fenileno)) reforçados com fibras contínuas (vidro e carbono) e híbrido com aplicações aeronáuticas. Para esta finalidade, são avaliados os parâmetros mais adequados quanto ao tempo, corrente elétrica e pressão a serem utilizados no processo de soldagem. A caracterização dos materiais soldados é realizada por meio de ensaios mecânicos (lap shear), análises térmicas (DMA e TMA) e análise morfológica (microscopias óptica e eletrônica de varredura). Com a utilização do planejamento de experimentos, foi encontrado o melhor valor da variável resposta para cada laminado estudado, e desse modo a melhor combinação dos parâmetros de soldagem, sendo para o PPS/fibras de carbono (37,0A, 3,0MPa, 50,0s), para o PPS/fibras de vidro (32,0A, 1,85MPa, 175,0s) e para o laminado híbrido (38,5ª, 3,0MPa, 50,0s). Com relação à temperatura de transição vítrea dos compósitos, esta não foi afetada significativamente pelo processo de soldagem, viabilizando o método de soldagem estudado para a integração de componentes aeronáuticos / Abstract: The technology improvement of advanced polymeric composites has as one of its functions the junction of materials that present unique properties such as high strength and stiffness allied with low density. One of the major problems of using polymer composites in structural application consists in the effective joint for integrating components. In this behalf, recent studies demonstrate that the technique of electrical resistance welding is one of the most promising for bonding composites, as a rapid method because it does not require much surface preparation. This work aims to evaluate the more appropriate parameters of electrical resistance welding for PPS (poly (phenylene sulfide)) laminates reinforced with fabric continuous fibers (glass and carbon) designed for aeronautical applications. For this purpose, the parameters will be evaluated leading into account time, electric current and pressure to be used in the welding process. The welded material characterization will be accomplished through mechanical testing (lap shear), thermal (DMA and TMA) and morphological analysis (using optical and scanning electron microscopes). Through the procedure of design of experiments, it was found the best value of the response variable for each laminate studied here, and thus the best combination of welding parameters, being for the PPS/carbon fibers (37.0 A, 3.0 MPa, 50.0s) for the PPS/glass fibers (32.0 A, 1.85 MPa, 175.0 s) and the hybrid laminate (38.5 A, 3.0 MPa, 50.0 s). In relation to the glass transition temperature of these composites, this was not significantly affected by the welding process, enabling the welding method for studying the integration of aeronautical components / Mestre

Este trabalho apresenta resultados de processos pré-tratamento da fibra ótica e/ou pós-tratamento das redes de Bragg, com o objetivo de estabilizar e garantir a operação dessas redes por períodos longos, em temperaturas da ordem de 300°C a 800°C. Resultados do crescimento das redes em fibra ótica padrão G-652 com diâmetro nominal e em tapers, além de fibras óticas pré-aquecidas em chama butano-propano, mostraram aumento da eficiência da gravação pela redução do diâmetro ou aquecimento prévio da fibra. Redes fortes, supostamente de tipo IIA, produzidas em fibra G-652 não hidrogenada, apresentaram estimativas de sobrevida de 17000 horas operando a 400 °C e de 3000 horas operando em 600°C. As redes regeneradas produzidas em fibra G-652 hidrogenada e em fibras fotossensíveis mostraram eficiência de regeneração proporcional ao comprimento e ao nível de saturação da rede semente. Redes regeneradas apresentaram estimativa de sobrevida de aproximadamente 5600 horas a 600 °C e não houve sobrevida por longos períodos de tempo operando em temperaturas iguais ou superiores à da regeneração. São mostrados ciclos de tratamento térmico pra a estabilização das redes IIA. Resultados para sensibilidade térmica das redes mostraram não haver histerese em ciclo aquecimento-resfriamento. Uma solução para encapsulamento da rede através do uso de tubo cerâmico de alumina mostrou-se satisfatória nas regiões de temperatura mencionadas, sem redução no desempenho. / This work presents results regarding pré-treatment optical fibers and / or post-treatment of Bragg gratings in order to stabilize and ensure the operational of such gratings for long periods at temperatures form 300 °C to 800 °C. Results of the growth of fiber optic gratings in standard G-652 with nominal diameter and in fiber tapers, as well as gratings recorded in optical fibers preheated by propane-butane flame, showed increased efficiency in the recording, related to the shrinking of the fiber diameter or to the pre-heating. Strong gratings, presumably of type IIA produced in non-hydrogenated G-652 fibers, showed expected survival time of approximately 17000 hours operating at 400 ºC and 3000 hours operating at 600 °C. The regenerated Bragg gratings produced on G-652 hydrogenated fiber and on photosensitive fibers showed regeneration efficiency proportional to the length and saturation of the seed grating. Regenerated Bragg gratings presented expected survival time of about 5600 hours at 600 °C and no survival for long duration intervals when operating at temperatures equal or above the regeneration temperature. Heat treatment cycles to stabilize IIA gratings are described. Results for thermal sensitivity of the Bragg gratings showed no hysteresis in heating-cooling cycle. A solution for encapsulation of the Bragg gratings through the use of alumina ceramic tube was satisfactory tested in the regions mentioned temperature, showing no degradation in performance.

Este trabalho apresenta a implementação do sistema de gravação de redes de período longo, através da técnica de incidência lateral de radiação ultravioleta ponto-a-ponto, no Laboratório de Laser da UTFPR. Foram escritas redes em fibras óticas com o uso de um laser de Nd:YAG operando em 266 nm. A evolução espectral das redes foi analisada tanto durante o processo de escrita quanto após o seu término, ao longo de intervalos que variaram de 1 a 595 horas. Essas redes foram submetidas a várias caracterizações com vistas à sua aplicação no sensoriamento de parâmetros físico-químicos. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes, foram utilizados fluidos com índices de refração entre 1,0000 e 1,4315. Registraram-se alterações na sensibilidade térmica de valores negativos para positivos, para variações de temperatura de até 24°C, com mudanças de comportamentos lineares para não lineares, dependendo do índice de refração do meio. No ensaio para caracterização da resposta às deformações longitudinais a rede analisada demonstrou-se pouco sensível, com um valor obtido de sensibilidade de -0,19 ± 0,15 pm/µe na faixa de 0 a 125 µe. Foram feitos testes da caracterização térmica desses dispositivos, utilizando um elemento Peltier e um forno de laboratório. Com o uso do elemento Peltier as redes de período longo passaram por ciclos de aquecimento e resfriamento compreendidos entre -1,5°C e 61,1°C. Já no forno de laboratório, as redes chegaram a ser submetidas a temperaturas que variaram de 25°C a 1200°C sem serem completamente apagadas. Uma das questões experimentais mais determinantes foi a investigação da estabilização térmica das redes. Para tanto foram testados e comparados dois diferentes processos de estabilização. O primeiro consistiu em submeter a rede a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento lento e o segundo a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento brusco, nos quais a máxima temperatura atingida pelas redes foi de 425°C. O segundo método demonstrou-se mais eficaz para o propósito de estabilização térmica. A rede estabilizada mostrou uma sensibilizada térmica não linear que variou de -0,044 nm/°C quando aquecida de 20°C a 300°C. Em função das características assimétricas inerentes ao processo empregado para escrita das redes, foram realizados ensaios para verificar a viabilidade da utilização desses dispositivos como transdutores para medição de curvatura em diferentes direções, com emprego de redes neurais artificiais para análise desses dados. / This work shows the implementation of a writing system for long-period gratings production, by using a side point-by-point ilumination with ultraviolet light, at Laser Laboratory in UTFPR. Gratings were written in optical fibers with a Nd: YAG laser operating at 266 nm. The spectral evolution of gratings was analyzed both during and after the writing process, along time intervals from 1 to 595 hours. The gratings were submitted to several characterizations aiming its application in physicochemical parameters sensing. For the assessment of gratings sensitivity to the external medium refractive index, fluid samples with refractice indices ranging from 1,0000 to 1.4315 were used. Changes of thermal sensitivity from negative do positive values were quantified, for temperature variations up to 24°C, with behaviours transitioning from linear to nonlinear, depending on the refractive index of external medium. For the studies of sensitivities of longitudinal strain, the analyzed grating showed a low sensitivity value of -0,19±0,15 pm/µe in the range between 0 to 125 µe. A thermal characterization of the produced devices was carried out with a thermo element Peltier and with a laboratory furnace. For the Peltier the gratings were submitted to thermal cycles from -1,5°C to 61.1°C. For the furnace the gratings were exposed to temperatures between 25°C a 1200°C without completely erased. An experimental issue was the investigation about the thermal stabilization of gratings. Two different processes to reach the thermal stabilization were studied: annealing and quenching. The former consisted of annealing cycles with slow cooling whereas the later comprised of thermal cycles with sudden cooling from a maximum temperature of 425°C, the second one revealing to be more efficient to reach the thermal stabilization. The stabilized grating showed a non-linear thermal sensitivity ranging from -0,044 nm/°C within the temperature range from 20°C to 300°C. Owing to the inherent asymmetric characteristics of the process employed to record the gratings, the viability of using such devices as transducers for curvature sensing in different directions was studied, employing artificial neural networks to analyze the data.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-05-30T23:20:44Z No. of bitstreams: 1 LucemaideBatistaMirandaFerreira_TESE.pdf: 4494748 bytes, checksum: f35753b1191ecb306cd0973efb042a35 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-01T23:33:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LucemaideBatistaMirandaFerreira_TESE.pdf: 4494748 bytes, checksum: f35753b1191ecb306cd0973efb042a35 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-01T23:33:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucemaideBatistaMirandaFerreira_TESE.pdf: 4494748 bytes, checksum: f35753b1191ecb306cd0973efb042a35 (MD5) Previous issue date: 2015-08-06 / O presente trabalho tem como objetivo fazer uma an?lise das propriedades mec?nicas e do comportamento mec?nico de duas l?minas refor?adas com tecido unidirecional de fibra de curau? com diferentes fra??es volum?tricas, baseado em crit?rios de falha definidos em literatura. Os comp?sitos, que apresentam matriz polim?rica e refor?o com tecido unidirecional de fibra de curau?, foram submetidos a ensaios de tra??o e cisalhamento em uma s?rie de corpos de provas normatizados cuja orienta??o das fibras direcionadas em ?ngulos de 0?, 10?, 20?, 75? e 90? para a l?mina com fra??o volum?trica de 30% e 0?, 30?, 45?, 60?, e 90? para a l?mina com fra??o volum?trica de 22%, para ensaios de tra??o e para ensaio de cisalhamento a orienta??o do ?ngulo do refor?o foi de 90?. Os ensaios foram executados em uma m?quina universal de tra??o e coletados os dados das propriedades mec?nicas dos corpos de prova dos comp?sitos. Estes dados experimentais foram inseridos nas equa??es te?ricas que definem os crit?rios de falha, como tamb?m, tratados graficamente para an?lise dos resultados e compara??o entre os ?ngulos de orienta??o do refor?o. Constatou-se uma grande dispers?o entre os dados experimentais do m?dulo de Elasticidade e do Coeficiente de Poisson em rela??o ao comportamento te?rico principalmente para a l?mina com menor fra??o volum?trica. O comp?sito com orienta??o de refor?o a 0? apresentou a maior resist?ncia ? tra??o em rela??o ?s demais inclina??es para as duas l?minas. No entanto, em rela??o aos crit?rios de falha as l?minas tiveram comportamentos diferentes. Para a l?mina com fra??o volum?trica 30%, os quatro crit?rios estudados nesta Tese apresentaram boa concord?ncia em termos de resist?ncia, mas para a l?mina com fra??o volum?trica de 22%, apenas o crit?rio de Tsai-Will e Hashin apresentaram boa concord?ncia. . / This study aims to analyze the mechanical properties and the mechanical behavior of two laminas reinforced with unidirectional fabric curau? with different fiber volume fractions, based on failure criteria defined in the literature. The composites which have polymeric matrix and reinforcement with unidirectional fabric curaua fiber, were submitted to tensile and shear tests at a series of specimens standardized whose fiber orientation directed at angles of 0?, 10?, 20?, 75? and 90? to the lamina with volume fraction of 30% and 0?, 30 ?, 45 ?, 60 ?, and 90 ? to the lamina with volume fraction of 22% to tensile tests and shear tests the direction of strengthening the angle was 90 ? to the x axis (direction of the applied load). The tests were performed in a universal machine traction and collected the data of mechanical properties of the composite specimens. These experimental data were entered in the theoretical equations that define the failure criteria, as well as graphically treated to analyze the results and compare the enhanced orientation angles. It found major disparities between the experimental data of elastic modulus and Poisson's ratio in relation to the theoretical behavior primarily to the lamina with a lower volume fraction. The composite reinforcement orientation at 0 ? showed the highest tensile strength compared to other inclinations for the two laminas. However, regarding the failure criteria laminas have different behaviors. To the lamina with volume fraction 30%, the four criteria studied in this thesis showed equivalent results in terms of resistance and to the blade with volume fraction of 22%, only the maximum stress criterion was not satisfactory in representing experiemtais data.

Este trabalho apresenta resultados de processos pré-tratamento da fibra ótica e/ou pós-tratamento das redes de Bragg, com o objetivo de estabilizar e garantir a operação dessas redes por períodos longos, em temperaturas da ordem de 300°C a 800°C. Resultados do crescimento das redes em fibra ótica padrão G-652 com diâmetro nominal e em tapers, além de fibras óticas pré-aquecidas em chama butano-propano, mostraram aumento da eficiência da gravação pela redução do diâmetro ou aquecimento prévio da fibra. Redes fortes, supostamente de tipo IIA, produzidas em fibra G-652 não hidrogenada, apresentaram estimativas de sobrevida de 17000 horas operando a 400 °C e de 3000 horas operando em 600°C. As redes regeneradas produzidas em fibra G-652 hidrogenada e em fibras fotossensíveis mostraram eficiência de regeneração proporcional ao comprimento e ao nível de saturação da rede semente. Redes regeneradas apresentaram estimativa de sobrevida de aproximadamente 5600 horas a 600 °C e não houve sobrevida por longos períodos de tempo operando em temperaturas iguais ou superiores à da regeneração. São mostrados ciclos de tratamento térmico pra a estabilização das redes IIA. Resultados para sensibilidade térmica das redes mostraram não haver histerese em ciclo aquecimento-resfriamento. Uma solução para encapsulamento da rede através do uso de tubo cerâmico de alumina mostrou-se satisfatória nas regiões de temperatura mencionadas, sem redução no desempenho. / This work presents results regarding pré-treatment optical fibers and / or post-treatment of Bragg gratings in order to stabilize and ensure the operational of such gratings for long periods at temperatures form 300 °C to 800 °C. Results of the growth of fiber optic gratings in standard G-652 with nominal diameter and in fiber tapers, as well as gratings recorded in optical fibers preheated by propane-butane flame, showed increased efficiency in the recording, related to the shrinking of the fiber diameter or to the pre-heating. Strong gratings, presumably of type IIA produced in non-hydrogenated G-652 fibers, showed expected survival time of approximately 17000 hours operating at 400 ºC and 3000 hours operating at 600 °C. The regenerated Bragg gratings produced on G-652 hydrogenated fiber and on photosensitive fibers showed regeneration efficiency proportional to the length and saturation of the seed grating. Regenerated Bragg gratings presented expected survival time of about 5600 hours at 600 °C and no survival for long duration intervals when operating at temperatures equal or above the regeneration temperature. Heat treatment cycles to stabilize IIA gratings are described. Results for thermal sensitivity of the Bragg gratings showed no hysteresis in heating-cooling cycle. A solution for encapsulation of the Bragg gratings through the use of alumina ceramic tube was satisfactory tested in the regions mentioned temperature, showing no degradation in performance.

Este trabalho apresenta a implementação do sistema de gravação de redes de período longo, através da técnica de incidência lateral de radiação ultravioleta ponto-a-ponto, no Laboratório de Laser da UTFPR. Foram escritas redes em fibras óticas com o uso de um laser de Nd:YAG operando em 266 nm. A evolução espectral das redes foi analisada tanto durante o processo de escrita quanto após o seu término, ao longo de intervalos que variaram de 1 a 595 horas. Essas redes foram submetidas a várias caracterizações com vistas à sua aplicação no sensoriamento de parâmetros físico-químicos. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes, foram utilizados fluidos com índices de refração entre 1,0000 e 1,4315. Registraram-se alterações na sensibilidade térmica de valores negativos para positivos, para variações de temperatura de até 24°C, com mudanças de comportamentos lineares para não lineares, dependendo do índice de refração do meio. No ensaio para caracterização da resposta às deformações longitudinais a rede analisada demonstrou-se pouco sensível, com um valor obtido de sensibilidade de -0,19 ± 0,15 pm/µe na faixa de 0 a 125 µe. Foram feitos testes da caracterização térmica desses dispositivos, utilizando um elemento Peltier e um forno de laboratório. Com o uso do elemento Peltier as redes de período longo passaram por ciclos de aquecimento e resfriamento compreendidos entre -1,5°C e 61,1°C. Já no forno de laboratório, as redes chegaram a ser submetidas a temperaturas que variaram de 25°C a 1200°C sem serem completamente apagadas. Uma das questões experimentais mais determinantes foi a investigação da estabilização térmica das redes. Para tanto foram testados e comparados dois diferentes processos de estabilização. O primeiro consistiu em submeter a rede a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento lento e o segundo a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento brusco, nos quais a máxima temperatura atingida pelas redes foi de 425°C. O segundo método demonstrou-se mais eficaz para o propósito de estabilização térmica. A rede estabilizada mostrou uma sensibilizada térmica não linear que variou de -0,044 nm/°C quando aquecida de 20°C a 300°C. Em função das características assimétricas inerentes ao processo empregado para escrita das redes, foram realizados ensaios para verificar a viabilidade da utilização desses dispositivos como transdutores para medição de curvatura em diferentes direções, com emprego de redes neurais artificiais para análise desses dados. / This work shows the implementation of a writing system for long-period gratings production, by using a side point-by-point ilumination with ultraviolet light, at Laser Laboratory in UTFPR. Gratings were written in optical fibers with a Nd: YAG laser operating at 266 nm. The spectral evolution of gratings was analyzed both during and after the writing process, along time intervals from 1 to 595 hours. The gratings were submitted to several characterizations aiming its application in physicochemical parameters sensing. For the assessment of gratings sensitivity to the external medium refractive index, fluid samples with refractice indices ranging from 1,0000 to 1.4315 were used. Changes of thermal sensitivity from negative do positive values were quantified, for temperature variations up to 24°C, with behaviours transitioning from linear to nonlinear, depending on the refractive index of external medium. For the studies of sensitivities of longitudinal strain, the analyzed grating showed a low sensitivity value of -0,19±0,15 pm/µe in the range between 0 to 125 µe. A thermal characterization of the produced devices was carried out with a thermo element Peltier and with a laboratory furnace. For the Peltier the gratings were submitted to thermal cycles from -1,5°C to 61.1°C. For the furnace the gratings were exposed to temperatures between 25°C a 1200°C without completely erased. An experimental issue was the investigation about the thermal stabilization of gratings. Two different processes to reach the thermal stabilization were studied: annealing and quenching. The former consisted of annealing cycles with slow cooling whereas the later comprised of thermal cycles with sudden cooling from a maximum temperature of 425°C, the second one revealing to be more efficient to reach the thermal stabilization. The stabilized grating showed a non-linear thermal sensitivity ranging from -0,044 nm/°C within the temperature range from 20°C to 300°C. Owing to the inherent asymmetric characteristics of the process employed to record the gratings, the viability of using such devices as transducers for curvature sensing in different directions was studied, employing artificial neural networks to analyze the data.

O concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) é um material compósito formado por uma matriz cimentícia e por uma certa quantidade de fibras aleatoriamente dispersas. Buscou-se neste estudo “construir” um modelo constitutivo capaz de representar o comportamento do CRFA e cuja formulação está fundamentada na Teoria da Homogeneização, no Método dos Elementos Finitos (MEF), como também em observações experimentais disponíveis na literatura. Na primeira etapa do trabalho foram desenvolvidos estudos visando a análise do comportamento elástico e viscoelástico do CRFA. Inicialmente, o comportamento elástico linear foi investigado através da aplicação do esquema de homogeneização de Mori-Tanaka, o qual é baseado nos resultados estabelecidos por Eshelby (1957). A precisão dos resultados obtidos pela abordagem analítica foi verificada pela comparação com a solução via MEF, bem como com os resultados experimentais disponíveis. As estimativas micromecânicas das propriedades elásticas efetivas se mostraram coerentes àquelas obtidas através de análise numérica de um volume elementar representativo (VER) do material, modelado como um meio heterogêneo, como também, aos dados experimentais. Posteriormente, a formulação do comportamento viscoelástico sem envelhecimento foi obtida fazendo-se uso da resposta em elasticidade e do Princípio da Correspondência Elástica-Viscoelástica. Os resultados obtidos foram comparados aos dados experimentais e a modelos analíticos disponíveis. Na segunda etapa do trabalho, as propriedades de resistência do CRFA foram investigadas empregando-se a abordagem estática da análise limite combinada à teoria da homogeneização. O critério de resistência macroscópico para o CRFA foi teoricamente obtido a partir do conhecimento da resistência dos seus constituintes, ou seja, da matriz de concreto e das fibras. Adotando-se o critério de ruptura de Drucker-Prager para a matriz de concreto e considerando-se distribuição espacial isotrópica das fibras através de um modelo aproximado, um critério aproximado para a estimativa das propriedades de resistência homogeneizadas foi formulado. A formulação do critério foi complementada através da consideração de um critério de cut-off em tração e das propriedades limitadas de resistência da interface. Os resultados analíticos foram comparados a resultados experimentais e àqueles obtidos na resolução numérica do problema de análise limite formulado sobre o VER do CRFA, através de uma ferramenta numérica baseada no MEF no contexto da plasticidade. A comparação permitiu avaliar a influência da anisotropia do modelo aproximado empregado, como também da geometria real das fibras sobre a resistência do compósito. / Steel fiber reinforced concrete (SFRC) is a composite material formed by a cement matrix and a certain amount of randomly dispersed fibers. The main objective of the present work is the formulation of a comprehensive constitutive model for SFRC behavior that relies upon homogenization theory, finite element method (FEM) and taking advantage of experimental data available in the literature as well. The first part of the work is devoted to the assessment of elastic and viscoelastic behavior of SFRC. The study starts with the analysis of linear elastic behavior by implementation of a Mori-Tanaka homogenization scheme, which is based on the Eshelby equivalent inclusion approach. It was found that the micromechanical predictions for the overall stiffness proved to be considerably close to the experimental data, as well as to the finite element solutions obtained from numerical analysis of a representative elementary volume (REV) of SFRC (modeled as a randomly heterogeneous medium). Subsequently, the formulation of the nonaging viscoelastic behavior is carried out by making use of results from Elasticity and the Elastic-Viscoelastic Correspondence Principle. The results are compared to available experimental data and analytical models. The second part of the work focuses on the assessment of macroscopic strength properties of fiber reinforced concrete (FRC). Combining the static approach of limit analysis and the homogenization theory, the macroscopic strength criterion for SFRC was theoretically obtained from the knowledge of the strength properties of the individual constituents (concrete matrix and fibers). Adopting a Drucker-Prager failure condition for the concrete matrix and adopting a simplified geometrical model for fiber orientations and length, an approximate criterion was formulated for the overall strength properties. This formulation was complemented by considering a tensile cut-off condition for the concrete and limited strength properties for the interface. The analytical results were compared to experimental data and also to results obtained from a numeric resolution of the problem of limit analysis stated on the REV the material by means of a specifically devised Finite Element numerical tool in the plasticity context. The comparison allowed investigating the influence of the anisotropy of the employed approximate model, as well as the real fiber morphology on the composite strength properties.