In order to characterize mechanical components used in high responsibility applications, the knowledge of chemical composition and results from regular experiments such as traction, impact and hardness tests is important, but not sufficient. They cannot supply the necessary information that permit anticipating, in a reliable way, the components behavior in actual working conditions. As an example, there are engines cylinder head submitted to mechanical and thermal tensions that are relatively high during the in service use, and very high in same very demanding condition. During long run times and any failure in the cooling and/or lubrication the temperature may reach 300ºC. This temperature variation causes thermal shocks which may generate cracks and/or a wide ranging of plastic deformation in regions close to the pistons. Even not considering the thermal shock effects caused by failure, even so, a short number of start-up and shutdown cycles of engine, are considered the main cause of small cracks. This indicates that the generation of cracks in cylinder head may be considered as low cycle thermomechanical fatigue problem. Another problem is the microstructure heterogeneity in the component due to the casting process, leading to different physical and mechanical properties in the same piece. Besides the presence of porosity generated by gas bubbles and voids of solidification, which may be as great as short crack, reducing the nucleation life and changing the problems focus for the fatigue crack growth. The purpose of this study was to determine the isothermal and thermomechanical fatigue property through low cycle fatigue, as well as the fatigue crack growth, relaxation, microestrutural characterization and modeling of mechanical behavior by finite element for the aluminum alloy employed in the manufacture of engine cylinder head by the national automotive industry. Isothermal fatigue experiments were carried out at temperature of 120ºC and 280ºC and the thermomechanical performed in phase between the temperatures of 120ºC and 280ºC. The relaxation experiments were performed at some temperatures with trapezoidal wave loading, whereas the experiments of fatigue crack growth carried out at temperatures of 120ºC, 200ºC and 280ºC for sine and trapezoidal wave loading in displacement and load control. The microstructure analysis was also made in the specimens after the fatigue test by optical microscopy and scanning electron microscopy SEM. The results of these experiments showed that the casting defects and materials inhomogeneities, coupled long run times in high temperatures and loads, are a critical factor in the component performance. These results help us to establish accurate models for life prediction of the engine cylinder head. / Para caracterizar componentes usados em aplicações de alta responsabilidade não basta apenas conhecer a composição química e os resultados de ensaios de tração, impacto e dureza, pois estes podem não fornecer os subsídios necessários que permitam prever, de maneira confiável, o comportamento dos componentes nas condições reais de trabalho. Exemplo disto são os cabeçotes de motor automotivos, submetidos a tensões térmicas e mecânicas relativamente altas durante seu uso normal e altíssimo em condições extremas. Durante longos tempos de funcionamento e eventuais falhas na refrigeração e ou lubrificação a temperatura pode chegar a valores próximos de 300ºC. Esta variação de temperaturas provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica em regiões próximas aos pistões. Desconsiderando a presença de choques térmicos provocados por falhas, ainda assim, uma pequena quantidade de ciclos de acionamento e parada do motor, é considerada como os principais causadores de pequenas trincas. Isso indica que o surgimento de trincas em cabeçotes de motor deve ser considerado um problema de fadiga termomecânica de baixo ciclo. Outro problema é a heterogeneidade microestrutural no componente devido ao processo de fundição, levando a propriedades mecânicas e físicas diferentes em uma mesma peça. Além da presença de porosidade gerada por bolhas de gás e vazios de solidificação, que podem adquirir tamanho tal que se aproximem de pequenas trincas, diminuindo a vida para a nucleação e assim mudando o foco do problema para o de propagação de trinca por fadiga. A proposta deste trabalho foi a de determinar as propriedades de fadiga isotérmica e termomecânica através de ensaios de fadiga de baixo ciclo, bem como as propriedades de propagação de trinca por fadiga, relaxação, caracterização microestrutural e modelagem do comportamento mecânico por elementos finitos para a liga de alumínio utilizada na fabricação de cabeçotes de motores automotivos pela indústria nacional. Os ensaios de fadiga isotérmica foram realizados nas temperaturas de 120ºC e 280ºC e os ensaios termomecânicos foram realizados em fase entre as temperaturas de 120ºC e 280ºC. Os ensaios de relaxação foram realizados em várias temperaturas com carregamento de onda trapezoidal, enquanto que os ensaios de propagação de trinca por fadiga foram realizados nas temperaturas de 120ºC, 200ºC e 280ºC para carregamentos de onda senoidal e trapezoidal em controle de carga e de deslocamento. Foi feita também análise microestrutural nos corpos de prova, após os ensaios de fadiga, por microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura MEV. Os resultados destes ensaios mostraram que os defeitos de fundição e a falta de homogeneidade no material, aliados a longos tempos de exposição a carregamentos e em altas temperaturas, constituem um fator crítico no desempenho do componente. Estes resultados ajudarão a estabelecer modelos precisos de previsão de vida para os cabeçotes de motor.

Os discos de freio, durante a frenagem, são submetidos a tensões térmicas e mecânicas que podem ser relativamente altas quando muito bruscas (frações de segundo), situação em que a temperatura pode chegar a valores próximos de 600ºC. Esta variação de temperatura provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica no disco. A proposta deste trabalho foi a de investigar, através de experimentos, o comportamento mecânico e físico em quatro ligas de ferro fundido cinzento (A, B, C e E), utilizadas para produzir discos de freio de veículos automotivos. Para tanto, foram realizados ensaios termomecânicos de baixo ciclo em corpos de prova, entre 300ºC e 600ºC, nas condições em fase e fora de fase, adotando o critério de falha em 50% da tensão máxima (ASTM E-606) e em componentes (discos), além daqueles de difusividade térmica desde a temperatura ambiente até 600ºC. As curvas deformação em função da vida ( N) foram obtidas e analisadas segundo norma ASTM E 466/468. A análise microestrutural nos corpos de prova e peças, após os ensaios de fadiga, serviu para revelar a influência da morfologia e quantidade de grafita e da matriz sobre as propriedades mecânicas. A medição das difusividades térmicas teve como objetivo a verificação da influência do carbono equivalente e dos elementos de liga sobre esta propriedade física. Observou-se que, durante os ensaios de fadiga termomecânica em fase, em função da decomposição de parcela da cementita da perlita, houve, nos materiais, a chamada expansão grafítica, que teve influência na parte trativa do ciclo, diminuindo as tensões necessárias para se alcançar determinadas amplitudes de tensão mecânica. Pelos gráficos de amplitude de deformação mecânica em função do número de reversos para falhar, sob fadiga termomecânica em fase e fora de fase, observou-se que a melhor liga de ferro fundido cinzento foi a liga E. Esta constatação implicará em uma significativa redução dos custos de produção dos discos de freio, pois se poderá prescindir do elemento de liga Molibdênio, extremamente caro. Comparando-se os resultados de fadiga termomecânica com os de fadiga isotérmica a 25ºC, 300ºC e 600ºC, pôde-se verificar que os ensaios mais críticos foram os fora de fase, pois conduziram, comparativamente, a vidas menores. / Brake discs are submitted to thermal and mechanical stress that can be relatively high during abrupt braking action happens (fractions of seconds), causing the temperature to reach values as high as 600ºC. This temperature variation results in thermal shocks that can generate cracks and/or a large amount of plastic deformation in the disk. The main aim of this work was to investigate, through experiments, the mechanical and physical behavior of four alloys of gray cast iron (A, B, C and E), used to produce brake discs of automotives vehicles. Low cycle thermomechanical fatigue tests were carried out in components (discs) and in test specimens, between 300ºC and 600ºC, in the conditions in-phase and out-of-phase, adopting the failure criterion of 50% drop of the maximum tensile stress (ASTM E - 606). Thermal diffusivity values were measured from room temperature up to 600oC in order to analyze the effects of carbon content and alloying elements in physical properties. Curves -N were obtained and analyzed according to ASTM E 466/468 standard. Microstructural analysis was employed to reveal the influence of the matrix and morphology/amount of graphite on the mechanical properties. It was observed that, during in-phase thermomechanical fatigue tests, the volume expansion due to cementite decomposition into graphite and ferrite caused a decrease in the tensile stress necessary to achieve the mechanical strain imposed during tests. From M/2 x 2Nf graphs it was inferred that alloy E presented the best performance both in in-phase and out-of phase tests. The lack of Mo in this alloy implies in a significant reduction of cost production of the brake discs, due to the high cost of such alloying element. Out-of-phase thermomechanical fatigue tests resulted in shorter lives compared to isothermal fatigue tests carried out at 25ºC, 300ºC and 600ºC.

O objetivo deste estudo foi avaliar dois diferentes planejamentos de próteses totais fixas implantossuportadas, comparando as técnicas de fabricação das infraestruturas: tecnologia CAD-CAM, fundição convencional e Barra Articulada. Após ciclagem termomecânica, foram analisadas a perda de torque dos parafusos protéticos e adaptação marginal vertical e horizontal. Ao final, as próteses foram submetidas a ensaios de fadiga acelerada progressiva e resistência à fratura. Foram confeccionadas 48 próteses totais fixas implantossuportadas, as quais foram divididas inicialmente em dois grupos, G1 protocolo convencional; G2 - &ldquo;All-on-4&rdquo;. De acordo com a técnica de fabricação das infraestruturas, estes grupos foram divididos em três subgrupos, A - tecnologia CAD-CAM; B - fundição convencional; C - Barra Articulada, proporcionando seis amostragens diferentes: G1A, G1B, G1C, G2A, G2B e G2C (n=8). Todas as próteses foram avaliadas em relação à adaptação marginal vertical e horizontal, utilizando MicroCT, antes e após a ciclagem termomecânica (2.000.000 de ciclos). A perda de torque dos parafusos protéticos foi analisada antes (T0), após 1.000.000 (T1) e 2.000.000 de ciclos (T2). Após este ensaio, as próteses foram submetidas ao teste de fadiga acelerada progressiva (n=8) e em sequência, ensaio de resistência à fratura (n=6). A perda de torque teve diferença significante para todos os tempos comparados (p<0,01), exceto em G2B, onde a comparação entre T1 - T2 não mostrou diferença significante (p=0,72). A comparação entre G1 e G2 não foi significante. A comparação entre os subgrupos A, B e C teve diferenças significantes em G1T1, G1T2, G2T1 e G2T2 quando comparados os subgrupos A - B e B - C, todos com (p<0,01). Não houve diferenças significantes para a adaptação marginal vertical e horizontal antes e depois da ciclagem em todos os grupos. Na comparação de G1 e G2, houve diferença significante para a adaptação vertical e horizontal apenas no subgrupo B, nos dois tempos, ambos com (p <0,01). Na comparação dos subgrupos A, B e C, houve diferenças significantes em G1 antes e depois; e G2 antes e depois, quando comparados os subgrupos A - B e B - C, todos com (p<0,01) para a adaptação vertical e horizontal. Já para a adaptação horizontal, esta comparação foi significante apenas em G2 antes e depois, ambos com (p=0,02). Em relação à resistência à fratura, a comparação entre G1 e G2, foi significante em todos os subgrupos, A e C (p<0,01), B (p=0,02). A comparação dos subgrupos A, B e C, também foi significante em relação à resistência à fratura das próteses em todos os grupos (p<0,01). Pode-se concluir que a simulação de ciclos mastigatórios teve influência significante sobre a perda de torque dos parafusos protéticos, porém não influenciou significativamente a adaptação marginal vertical e horizontal das próteses; desadaptações marginais influenciaram significativamente no afrouxamento dos parafusos protéticos; as próteses dos subgrupos A e C obtiveram resultados significantemente melhores para a adaptação marginal vertical e horizontal quando comparadas às do subgrupo B, sendo que na adaptação horizontal, as do subgrupo A tiveram resultados melhores que as do C; a quantidade e distribuição dos implantes não influenciou na perda de torque dos parafusos protéticos em todas as situações, porém teve influência significativa na adaptação marginal vertical e horizontal das próteses do subgrupo B; todas as próteses sobreviveram ao ensaio de fadiga acelerada progressiva; em relação ao ensaio de resistência à fratura, as próteses do G2, tiveram resultados significantemente melhores que as do G1, o subgrupo B obteve valores significantemente maiores de resistência na região do cantilever, quando comparadas ao subgrupos A e C; o subgrupo A obteve os menores valores de resistência. / The objective of this study was evaluate two different designs of full-arch implant-supported fixed dentures, comparing the infrastructure manufacturing techniques: CAD-CAM technology, conventional casting and Articulated Bar. After thermomechanical cycling, were analyzed prosthetic screws loosening and vertical and horizontal marginal adaptation. In the end, the prostheses were submitted to tests of progressive accelerated fatigue and fracture resistance. Were made 48 implant-supported fixed dentures, which initially were divided into two groups, G1 - conventional protocol; G2 - \"All-on-4\". According to the technique of manufacturing infrastructure, these groups were divided into three subgroups: A - CAD-CAM technology; B - conventional casting; C - Articulated bar, providing six different samples: G1A, G1B, G1C, G2A, G2B e G2C (n=8). All samples were evaluated in the vertical and horizontal marginal adaptation using MicroCT before and after the thermomechanical cycling (2,000,000 cycles). The loosening of the prosthetic screws was analyzed before (T0), 1,000,000 (T1) and 2,000,000 cycles (T2). After this test, the prostheses were submitted to progressive accelerated fatigue test (n = 8) and sequentially fracture resistance test (n = 6). The prosthetic screw loosening has significant difference for all time compared (p <0.01), except in G2B where the comparison between T1 - T2 showed no significant difference (p = 0.72). The comparison between G1 and G2 was not significant. The comparison between subgroups A, B and C had significant differences in G1T1, G1T2, G2T1 and G2T2 compared subgroups A - B, B - C, all of (p <0.01). There were no significant differences for vertical and horizontal marginal adaptation before and after cycling in all groups. Compared to G1 and G2, there was a significant difference for vertical and horizontal adjustment only in the subgroup B in two stages, both (p <0.01). In the comparison of subgroups A, B and C, there were significant differences G1 before and after; and G2 before and after, when compared subgroups A - B, B - C, all of (p <0.01) for vertical and horizontal adaptation. As for the horizontal adaptation, this comparison was significant only in G2 before and after, with both (p = 0.02). With regard to fracture resistance, the comparison between G1 and G2 was significant in all subgroups, A and C (p <0.01), B (p = 0.02). The comparison of subgroups A, B and C was also significant compared to the fracture resistance of the prosthesis in all groups (p <0.01). It can be concluded that the simulation of mechanical cycling had significant influence on the loosening of prosthetic screws, but did not significantly influence the vertical and horizontal marginal fit of the prosthesis; marginal adaptation significantly influenced the loosening of prosthetic screws; the prostheses of the subgroups A and C had significantly better results for the vertical and horizontal marginal adaptation when compared to the subgroup B, and in the horizontal adaptation, the sub-group A had better results than those of C; the amount and distribution of the implants did not affect the prosthetic screws loosening in all situations, but had significantly influence in vertical and horizontal marginal adaptation of subgroup B prostheses; all samples survived in progressive accelerated fatigue test; in relation to the fracture resistance test, the prosthesis G2, had significantly better results than the G1, the B subgroup achieved significantly higher values of resistance in the cantilever region, when compared to subgroups A and C; the subgroup C obtained the smallest resistance.

Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (&Delta;&epsilon; = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (&Delta;&epsilon; = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

This work provides a parametric study to evaluate the effect of temperature in salt rock well drilling problems. These rocks show a slow and continuous strain when subjected to constant stress, a phenomenon known as creep. With recent oil discoveries in deep water, for example, in the pre-salt, where temperatures are high, the study of the influence of temperature becomes relevant, since it contributes to the increase of the creep phenomenon. The aim of this study is to perform numerical simulations by Finite Element Method, using non-linear viscoelastic models and weak thermo-mechanical coupling to evaluate, through parametric analysis, the effect of temperature during salt rock well drilling. Numerical examples are performed to validate the studies. More specifically, it is considered the problem of well drilling for oil exploration below these salt layers. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo paramétrico para avaliar o efeito da temperatura em problemas de perfuração em rochas salinas. Essas rochas possuem deformação lenta e contínua quando submetidas a tensões constantes, fenômeno conhecido como fluência. Com as recentes descobertas de petróleo em grandes profundidades como, por exemplo, no pré-sal, onde as temperaturas são elevadas, o estudo da influência da temperatura se torna relevante, uma vez que contribui para o aumento do fenômeno de fluência. O objetivo desse estudo é a realização de simulações numéricas, através do Método dos Elementos Finitos, utilizando modelos viscoelásticos não lineares e um fraco acoplamento termomecânico para avaliar, através de análises paramétricas, o efeito da temperatura durante a perfuração das rochas salinas. Exemplos numéricos são realizados para validação dos estudos. Mais especificamente, considera-se o problema de escavação de poços para exploração de petróleo abaixo dessas camadas salinas.

Os discos de freio, durante a frenagem, são submetidos a tensões térmicas e mecânicas que podem ser relativamente altas quando muito bruscas (frações de segundo), situação em que a temperatura pode chegar a valores próximos de 600ºC. Esta variação de temperatura provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica no disco. A proposta deste trabalho foi a de investigar, através de experimentos, o comportamento mecânico e físico em quatro ligas de ferro fundido cinzento (A, B, C e E), utilizadas para produzir discos de freio de veículos automotivos. Para tanto, foram realizados ensaios termomecânicos de baixo ciclo em corpos de prova, entre 300ºC e 600ºC, nas condições em fase e fora de fase, adotando o critério de falha em 50% da tensão máxima (ASTM E-606) e em componentes (discos), além daqueles de difusividade térmica desde a temperatura ambiente até 600ºC. As curvas deformação em função da vida ( N) foram obtidas e analisadas segundo norma ASTM E 466/468. A análise microestrutural nos corpos de prova e peças, após os ensaios de fadiga, serviu para revelar a influência da morfologia e quantidade de grafita e da matriz sobre as propriedades mecânicas. A medição das difusividades térmicas teve como objetivo a verificação da influência do carbono equivalente e dos elementos de liga sobre esta propriedade física. Observou-se que, durante os ensaios de fadiga termomecânica em fase, em função da decomposição de parcela da cementita da perlita, houve, nos materiais, a chamada expansão grafítica, que teve influência na parte trativa do ciclo, diminuindo as tensões necessárias para se alcançar determinadas amplitudes de tensão mecânica. Pelos gráficos de amplitude de deformação mecânica em função do número de reversos para falhar, sob fadiga termomecânica em fase e fora de fase, observou-se que a melhor liga de ferro fundido cinzento foi a liga E. Esta constatação implicará em uma significativa redução dos custos de produção dos discos de freio, pois se poderá prescindir do elemento de liga Molibdênio, extremamente caro. Comparando-se os resultados de fadiga termomecânica com os de fadiga isotérmica a 25ºC, 300ºC e 600ºC, pôde-se verificar que os ensaios mais críticos foram os fora de fase, pois conduziram, comparativamente, a vidas menores. / Brake discs are submitted to thermal and mechanical stress that can be relatively high during abrupt braking action happens (fractions of seconds), causing the temperature to reach values as high as 600ºC. This temperature variation results in thermal shocks that can generate cracks and/or a large amount of plastic deformation in the disk. The main aim of this work was to investigate, through experiments, the mechanical and physical behavior of four alloys of gray cast iron (A, B, C and E), used to produce brake discs of automotives vehicles. Low cycle thermomechanical fatigue tests were carried out in components (discs) and in test specimens, between 300ºC and 600ºC, in the conditions in-phase and out-of-phase, adopting the failure criterion of 50% drop of the maximum tensile stress (ASTM E - 606). Thermal diffusivity values were measured from room temperature up to 600oC in order to analyze the effects of carbon content and alloying elements in physical properties. Curves -N were obtained and analyzed according to ASTM E 466/468 standard. Microstructural analysis was employed to reveal the influence of the matrix and morphology/amount of graphite on the mechanical properties. It was observed that, during in-phase thermomechanical fatigue tests, the volume expansion due to cementite decomposition into graphite and ferrite caused a decrease in the tensile stress necessary to achieve the mechanical strain imposed during tests. From M/2 x 2Nf graphs it was inferred that alloy E presented the best performance both in in-phase and out-of phase tests. The lack of Mo in this alloy implies in a significant reduction of cost production of the brake discs, due to the high cost of such alloying element. Out-of-phase thermomechanical fatigue tests resulted in shorter lives compared to isothermal fatigue tests carried out at 25ºC, 300ºC and 600ºC.

Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (&Delta;&epsilon; = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (&Delta;&epsilon; = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.

O objetivo deste estudo foi avaliar dois diferentes planejamentos de próteses totais fixas implantossuportadas, comparando as técnicas de fabricação das infraestruturas: tecnologia CAD-CAM, fundição convencional e Barra Articulada. Após ciclagem termomecânica, foram analisadas a perda de torque dos parafusos protéticos e adaptação marginal vertical e horizontal. Ao final, as próteses foram submetidas a ensaios de fadiga acelerada progressiva e resistência à fratura. Foram confeccionadas 48 próteses totais fixas implantossuportadas, as quais foram divididas inicialmente em dois grupos, G1 protocolo convencional; G2 - &ldquo;All-on-4&rdquo;. De acordo com a técnica de fabricação das infraestruturas, estes grupos foram divididos em três subgrupos, A - tecnologia CAD-CAM; B - fundição convencional; C - Barra Articulada, proporcionando seis amostragens diferentes: G1A, G1B, G1C, G2A, G2B e G2C (n=8). Todas as próteses foram avaliadas em relação à adaptação marginal vertical e horizontal, utilizando MicroCT, antes e após a ciclagem termomecânica (2.000.000 de ciclos). A perda de torque dos parafusos protéticos foi analisada antes (T0), após 1.000.000 (T1) e 2.000.000 de ciclos (T2). Após este ensaio, as próteses foram submetidas ao teste de fadiga acelerada progressiva (n=8) e em sequência, ensaio de resistência à fratura (n=6). A perda de torque teve diferença significante para todos os tempos comparados (p<0,01), exceto em G2B, onde a comparação entre T1 - T2 não mostrou diferença significante (p=0,72). A comparação entre G1 e G2 não foi significante. A comparação entre os subgrupos A, B e C teve diferenças significantes em G1T1, G1T2, G2T1 e G2T2 quando comparados os subgrupos A - B e B - C, todos com (p<0,01). Não houve diferenças significantes para a adaptação marginal vertical e horizontal antes e depois da ciclagem em todos os grupos. Na comparação de G1 e G2, houve diferença significante para a adaptação vertical e horizontal apenas no subgrupo B, nos dois tempos, ambos com (p <0,01). Na comparação dos subgrupos A, B e C, houve diferenças significantes em G1 antes e depois; e G2 antes e depois, quando comparados os subgrupos A - B e B - C, todos com (p<0,01) para a adaptação vertical e horizontal. Já para a adaptação horizontal, esta comparação foi significante apenas em G2 antes e depois, ambos com (p=0,02). Em relação à resistência à fratura, a comparação entre G1 e G2, foi significante em todos os subgrupos, A e C (p<0,01), B (p=0,02). A comparação dos subgrupos A, B e C, também foi significante em relação à resistência à fratura das próteses em todos os grupos (p<0,01). Pode-se concluir que a simulação de ciclos mastigatórios teve influência significante sobre a perda de torque dos parafusos protéticos, porém não influenciou significativamente a adaptação marginal vertical e horizontal das próteses; desadaptações marginais influenciaram significativamente no afrouxamento dos parafusos protéticos; as próteses dos subgrupos A e C obtiveram resultados significantemente melhores para a adaptação marginal vertical e horizontal quando comparadas às do subgrupo B, sendo que na adaptação horizontal, as do subgrupo A tiveram resultados melhores que as do C; a quantidade e distribuição dos implantes não influenciou na perda de torque dos parafusos protéticos em todas as situações, porém teve influência significativa na adaptação marginal vertical e horizontal das próteses do subgrupo B; todas as próteses sobreviveram ao ensaio de fadiga acelerada progressiva; em relação ao ensaio de resistência à fratura, as próteses do G2, tiveram resultados significantemente melhores que as do G1, o subgrupo B obteve valores significantemente maiores de resistência na região do cantilever, quando comparadas ao subgrupos A e C; o subgrupo A obteve os menores valores de resistência. / The objective of this study was evaluate two different designs of full-arch implant-supported fixed dentures, comparing the infrastructure manufacturing techniques: CAD-CAM technology, conventional casting and Articulated Bar. After thermomechanical cycling, were analyzed prosthetic screws loosening and vertical and horizontal marginal adaptation. In the end, the prostheses were submitted to tests of progressive accelerated fatigue and fracture resistance. Were made 48 implant-supported fixed dentures, which initially were divided into two groups, G1 - conventional protocol; G2 - \"All-on-4\". According to the technique of manufacturing infrastructure, these groups were divided into three subgroups: A - CAD-CAM technology; B - conventional casting; C - Articulated bar, providing six different samples: G1A, G1B, G1C, G2A, G2B e G2C (n=8). All samples were evaluated in the vertical and horizontal marginal adaptation using MicroCT before and after the thermomechanical cycling (2,000,000 cycles). The loosening of the prosthetic screws was analyzed before (T0), 1,000,000 (T1) and 2,000,000 cycles (T2). After this test, the prostheses were submitted to progressive accelerated fatigue test (n = 8) and sequentially fracture resistance test (n = 6). The prosthetic screw loosening has significant difference for all time compared (p <0.01), except in G2B where the comparison between T1 - T2 showed no significant difference (p = 0.72). The comparison between G1 and G2 was not significant. The comparison between subgroups A, B and C had significant differences in G1T1, G1T2, G2T1 and G2T2 compared subgroups A - B, B - C, all of (p <0.01). There were no significant differences for vertical and horizontal marginal adaptation before and after cycling in all groups. Compared to G1 and G2, there was a significant difference for vertical and horizontal adjustment only in the subgroup B in two stages, both (p <0.01). In the comparison of subgroups A, B and C, there were significant differences G1 before and after; and G2 before and after, when compared subgroups A - B, B - C, all of (p <0.01) for vertical and horizontal adaptation. As for the horizontal adaptation, this comparison was significant only in G2 before and after, with both (p = 0.02). With regard to fracture resistance, the comparison between G1 and G2 was significant in all subgroups, A and C (p <0.01), B (p = 0.02). The comparison of subgroups A, B and C was also significant compared to the fracture resistance of the prosthesis in all groups (p <0.01). It can be concluded that the simulation of mechanical cycling had significant influence on the loosening of prosthetic screws, but did not significantly influence the vertical and horizontal marginal fit of the prosthesis; marginal adaptation significantly influenced the loosening of prosthetic screws; the prostheses of the subgroups A and C had significantly better results for the vertical and horizontal marginal adaptation when compared to the subgroup B, and in the horizontal adaptation, the sub-group A had better results than those of C; the amount and distribution of the implants did not affect the prosthetic screws loosening in all situations, but had significantly influence in vertical and horizontal marginal adaptation of subgroup B prostheses; all samples survived in progressive accelerated fatigue test; in relation to the fracture resistance test, the prosthesis G2, had significantly better results than the G1, the B subgroup achieved significantly higher values of resistance in the cantilever region, when compared to subgroups A and C; the subgroup C obtained the smallest resistance.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-10-20T18:04:26Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Mamede Pereira Gomes - 2011.pdf: 8664342 bytes, checksum: ec6aaf6a4d8eea743adbadcdd5346581 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-10-20T18:43:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Mamede Pereira Gomes - 2011.pdf: 8664342 bytes, checksum: ec6aaf6a4d8eea743adbadcdd5346581 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-20T18:43:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Flávio Mamede Pereira Gomes - 2011.pdf: 8664342 bytes, checksum: ec6aaf6a4d8eea743adbadcdd5346581 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2011-11-18 / Large dimension concrete structures or those with restrictive conditions for heat dissipation are particularly subject to cracking in the early ages. Several phenomena may occur simultaneously, such as autogenous reactions, plastic shrinkage or drying, and temperature variations, leading to deformations which may be the main cause of cracking in the early ages of concrete, if the structure is restrained. Thus, the behavior of the concrete must be satisfactorily modeled and foreseen. The thermal and mechanic properties of concrete can be determined by standard tests or by prediction models, depending on the time and values established for the remaining thermal properties. The calculation methodology may become complex, considering the influence of temperature in the exothermic of the reaction, within the theoretical framework of the thermo-chemical-mechanical couplings. However, it may be simplified, as it is the aim of this paper to demonstrate. As for the mechanical behavior, concrete is considered a viscoelastic material. The simplifications are adopted in relation to the resources and time available, or in relation to the specifications of the problem to be modeled. The modeling of the concrete structures with simple geometry in the early ages, such as reservoirs, foundation block or retaining walls is made by considering the material simply as elastic for purpose learning the coefficient of restrain, which correlates the tension in a certain point of the structure to the tension in a restrained bar. This allows a swifter calculation of thermal tensions in a specific point in the structure, based solely in the history of temperature and degree of restrain, in addition to the properties of the material, which is valid for some boundary situations. This enables the technical personnel not specialized to access relevant information about preventive and mitigating measures to be adopted against undesirable effects. / Estruturas de concreto de dimensões suficientemente grandes ou com restritas condições de dissipação de calor, estão particularmente sujeitas à fissuração nas primeiras idades. Diversos fenomenos ocorrendo simultaneamente, tais como retração autógena, retração plástica ou de secagem, variações de temperatura, provocam deformações que podem ser a principal causa de fissuração do concreto jovem, caso a estrutura esteja restringida, devendo ter o comportamento satisfatoriamente modelado e previsto. As propriedades térmicas e mecânicas do concreto podem ser determinadas por ensaios normatizados ou por modelos previsores das propriedades dependentes do tempo e valores tabelados para as demais propriedades térmicas. A metodologia de cálculo pode se tornar complexa, considerando a influência da temperatura na exotermia da reação, dentro do quadro teórico dos acoplamentos termo-químico-mecânicos, ou pode ser realizada de maneira simplificada, que é o objeto desta dissertação. Quanto ao comportamento mecânico, o concreto é considerado material viscoelástico. Simplificações são adotadas em função de recursos e tempo disponíveis, ou em função de especificidades do problema a ser modelado. A modelagem de estruturas de concreto nas primeiras idades com geometrias simples, tais como laje de reservatório, blocos de fundação e muros de arrimo, é realizada considerando o material simplesmente elástico para efeito do conhecimento do coeficiente de restrição, que correlaciona a tensão em um ponto da estrutura à tensão de uma barra restringida. Isto permite o cálculo expedito de tensões de origem térmica de um ponto da estrutura, baseado apenas no histórico de temperaturas e do grau de restrição, além é claro das propriedades do material, validada para algumas situações de contorno, disponibilizando ao meio técnico não especializado informações relevantes sobre medidas preventivas e mitigadoras de efeitos indesejáveis a serem adotadas.