Made available in DSpace on 2018-08-01T23:58:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12391_Dissertacao de mestrado - Carlos Magno Sossai Andrade.pdf: 9680890 bytes, checksum: 9ea1489ed8ce9de6e6d77cd7290340a8 (MD5) Previous issue date: 2018-04-16 / Estradas e rodovias têm grande relevância no desenvolvimento do Brasil, pois o modal rodoviário é responsável pela maior parcela do transporte de cargas do país. Porém, apesar de sua importância, mais de três quartos da malha federal não apresenta vias pavimentadas. A trafegabilidade de uma via está relacionada a diversos fatores, como o dimensionamento e a utilização correta dos diversos materiais disponíveis para sua construção. Trabalhos recentes citam que as indústrias de aço passaram a incluir em suas plantas um processo de dessulfuração do ferro gusa líquido, conhecido como dessulfuração pelo Reator Kambara (KR). Esse processo gera o tipo de escória comumente chamado de escória do processo de dessulfuração do Reator Kambara (escória KR). Estudos nacionais e internacionais indicam que a escória de dessulfuração do aço, quando utilizadas em pó, pode desencadear reações pozolânicas conferindo certa qualidade como ligante, e também agregar outras propriedades mecânicas de resistência quando utilizada sem beneficiamento. Este trabalho tem por objetivo avaliar a incorporação da escória KR in natura nas proporções de 10, 20, 30 e 40% em Brita Graduada Tratada com Cimento (BGTC), material largamente utilizado em camadas de base de pavimentos no País. Foi desenvolvido um programa experimental para se determinar as características mecânicas por ensaio de compressão e módulo de resiliência, características mineralógicas por ensaio de difração de raios-X e características microestruturais desse novo material com ensaio de microscopia eletrônica de varredura. De forma que foi constatada a viabilidade técnica da utilização da escória KR com uma incorporação de 20% em misturas de BGTC para fins de pavimentação.

Programmable matter is a material whose properties can be programmed to achieve particular shapes or mechanical properties upon command. This is an essential technique that could one day lead to morphing aircraft and ground vehicles. Metamaterials are the rationally designed artificial materials whose properties are not observed in nature. Their properties are typically controlled by geometry rather than chemical compositions. Combining metamaterials with a programmable function will create a new area in the intelligent material design. The objective of this study is to design and demonstrate a tunable metamaterial and to investigate its thermo-mechanical behavior. An integrated approach to the metamaterial design was used with analytical modeling, numerical simulation, and experimental demonstration. The dynamic thermo-mechanical analysis was used to measure base materials' modulus and thermal expansion coefficient as a function of temperature. CPS, the unit cell of the metamaterial, is composed of circular holes and slits. By decomposing kinematic rotation of the arm and elastic deformation of a bi-material hinge, thermo-mechanical constitutive models of CPS were developed and it was extended to 3D polyhedral structures for securing isotropic properties. Finite element based numerical simulations of CPS and polyhedral models were conducted for comparison with the analytical model. 3D printing of multi-materials was used for sample fabrication followed by tests with uniaxial compressive mechanical tests and thermal tests at 50℃. From the analytical model of the metamaterial, the contour plots were obtained for the effective properties – Poisson's ratio, the effective coefficient of thermal expansion of the metamaterial as a function of geometry and materials. A controllable range of temperature and strain was identified associated with maximized thermal expansion mismatch and contact on the slit surface of CPS, respectively. This work will pave the road toward the design of programmable metamaterials with both mechanically- and thermally- tunable capability and provide unique thermo-mechanical properties with a programmable function.

El estudio de la mecánica computacional de fallo ha ganado creciente popularidad en los últimos años. Modelizar el comportamiento poscrítico de estructuras puede alcanzar un grado elevado de complejidad, debido a la multiplicidad de aspectos que es necesario considerar. Desde el punto de vista de la mecánica de medios continuos, el fallo está estrechamente relacionado con la localización de deformaciones. Se dice que un sólido presenta localización de deformaciones cuando existen bandas en las cuales se producen modos de deformación intensos. Este fenómeno ha sido clasificado como una inestabilidad material, ya que está ligado a modelos constitutivos con ablandamiento o con reglas de flujo no asociadas. Un enfoque fenomenológico del problema de localización de deformaciones permite su estudio mediante saltos en el campo de desplazamientos, conocidos como discontinuidades fuertes. Este trabajo propone varias técnicas numéricas que contribuyen a la modelización de discontinuidades fuertes en sólidos bidimensionales dentro del marco de la mecánica de medios continuos. Con este objetivo, se hace una revisión sistemática de los fundamentos teóricos con los cuales se puede emprender el estudio del fallo en estructuras sin salir del ámbito de la mecánica de medios continuos clásica. En primer lugar, mediante el análisis de bifurcación discontinua, se establecen las condiciones necesarias para la aparición de discontinuidades en sólidos. El presente trabajo trata sobre la simulación de la localización de deformaciones en sólidos mediante el método de las discontinuidades fuertes (Strong Discontinuity Approach). Las principales hipótesis de trabajo son la de régimen cuasiestático isotérmico, la de pequeñas deformaciones y rotaciones, y la de homogeneidad e isotropía del material.Esta teoría se desarrolla en el ámbito de la Mecánica de Medios Continuos. En lo referente a la modelización constitutiva, se adopta un modelo de daño isótropo y sus variantes, los cuales pueden utilizarse en la simulación de materiales cuasifrágiles como el hormigón, los cerámicos, las rocas y el hielo.Se presentan los ingredientes básicos de la formulación de elementos finitos con discontinuidades internas en tres dimensiones, además de los ingredientes para la transición del régimen de discontinuidades débiles al de discontinuidades fuertes (modelo de ancho de banda variable).Por otra parte, se realiza un detallado análisis de bifurcación material, el cual nos proporciona la información necesaria para la propagación de discontinuidades.Finalmente, se proponen dos posibles algoritmos de trazado de la discontinuidad.Varios ejemplos numéricos demuestran la eficiencia del método. Además, su concordancia con resultados experimentales se pone de relieve. Este trabajo proporciona las herramientas necesarias para la extensión del método al estudio de ejemplos más complejos que requieren, a su vez, modelos constitutivos más complejos.