O estudo do comportamento reológico de fluidos não Newtonianos tem grande importância em diversas áreas da engenharia. O aumento na demanda destes fluidos por exemplo, no uso doméstico, pessoal e em processos químicos acarreta em dificuldades que vão desde o processo de sua mistura ao seu manuseio. Dentre os fluidos não Newtonianos estão os viscoelásticos, os quais exibem deformação aparente quando os níveis de tensões são inferiores ao limite de escoamento do material e, dentro desta classe, alguns ainda podem apresentam comportamento elástico quando submetidos à baixa taxa de cisalhamento. Juntamente com os efeitos elasto-viscoplásticos, os materiais podem apresentar comportamento tixotrópico, onde devido as tensões sua reestruturação não é instantânea. Na presente Tese, fez-se um estudo numérico a fim de analisar o problema especifico de escoamentos de fluidos elasto-viscoplásticos com comportamento tixotrópico em uma expansão planar abrupta na razão de aspecto 4 : 1. O modelo mecânico aplicado consiste de uma equação viscoelástica para o campo de tensões, uma evolutiva para o parâmetro de estrutura do material, bem como as equações de conservação de massa e momento. O modelo mecânico aplicado mostrou-se capaz de prever o comportamento tixotrópico. A aproximação numérica do modelo aplicado foi feita através do método estabilizado de elementos finitos, especificamente o método Galerkin Mínimos-Quadrados (GLS), o qual foi implementado no código de elementos finitos para fluidos não Newtonianos em desenvolvimento no Laboratório de Mecânica dos Fluidos Aplicada e Computacional (LAMAC) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os fenômenos reológicos presentes no problema foram analisados a partir da influência da cinemática do escoamento, da elasticidade e da tixotropia, no nível de estruturação do material, na posição e tamanho das regiões não escoadas e na deformação elástica do material. Os resultados mostraram-se satisfatórios, pois condizem com os apresentados na literatura, apontando a boa predição do modelo mecânico aplicado bem como a robustez de sua implementação computacional. / The rheological behavior of non-Newtonian uids study is of great then importance in many areas of engineering. The increase in demand of these uids - for example, domestic use, personal and processes chemical - causes di culties ranging from the process of mixing it to handling. Among the non-Newtonian uids are viscoelastic, which exhibit apparent deformation when stress levels are lower than the yield limit of the material and, within this class, some still have elastic behavior when subjected to low shear rates. Together with the elastic-viscoplastic e ects, materials may exhibit thixotropic behavior, ie, due the restructuring strain is not instantaneous. In this thesis was made a numerical study to simulate the speci c problem of ow of elastic-viscoplastic uids with thixotropic behavior in abrupt planar expansion { common geometry in industrial systems associated with elastic-viscoplastic uids, whose ratio the aspect is 4:1. The mechanical behavior of most of these structured materials, are highly non-Newtonian, with this, there is need to make them more pseudoplastic, causing undesirable behaviors such as thixotropic which is a phenomenon somewhat characterized and modeled in the literature. The mechanical model applied is able to predict thixotropic behavior and is composed of a viscoelastic equation for the stress eld and an evolutionary to the material structure parameter in addition to the mass and momentum conservation equations. This mechanical model is approximated by a stabilized nite element model, called the Galerkin method of least squares (GLS). In order to study the rheological phenomena present in the problem is analyzed the in uence of the ow kinematics, elasticity and thixotropy in the level of structure of the material, in position and size of unyielded regions and the elastic deformation of the material. The results were satisfactory, since the the study of intensity the U the results agree with those reported in the literature pointing to good prediction of the mechanical model applied well as the hardiness of their computational implementation.The results of the elasticity showed quite spectacular behavior of unyielded regions of the material since for high values of relaxation time, the unyielded region of channel larger has the form of " ngers"because of the high exibility of the material along the line of symmetry of the channel. The results of the analysis of the elastic deformation show, that model correctly dosing the elasticity in the unyielded regions. The thixotropic e ects reported a slower structuring of the material with increasing characteristic time, in response to strain change caused by the expansion, results indicate that for high values of relaxation time, higher the distance between the unyielded regions of smaller channel and larger.

As vigas mistas de aço e concreto têm sido muito empregadas em obras civis de pequeno e grande porte. O emprego em conjunto de vigas de aço e lajes de concreto armado visa explorar as melhores características de cada um dos elementos, gerando uma solução estrutural econômica e eficiente. Os conectores de cisalhamento, que são os dispositivos de união desses elementos, permitem a transferência do esforço cortante ao longo da estrutura. O presente trabalho trata-se de uma continuação do estudo realizado por Tamayo (2011), o qual desenvolveu um código computacional em linguagem Fortran 90, utilizando o método dos elementos finitos, que é capaz de representar estruturas de vigas mistas em análises de curta duração. A teoria da plasticidade associada com um algoritmo de retorno explícito para o concreto e aço foi empregada em um procedimento incremental iterativo. O presente trabalho visa incluir a análise de serviço no código elasto-plástico, ou seja, a consideração dos efeitos de longa duração que interferem na distribuição de tensões e deformações da estrutura. A teoria da solidificação proposta por Bazant e Prasannan (1988) foi empregada para analisar os efeitos devido à fluência do concreto. Para o cálculo da fluência empregou-se um modelo reológico baseado na cadeia de Kelvin em série. Usando conceitos da série de Dirichlet, os parâmetros desta cadeia foram obtidos através de uma aproximação por mínimos quadrados. Em conjunto com a teoria da solidificação, os modelos de fluência e retração, propostos pelo Comité Euro-International du Béton (1990), foram utilizados. O amolecimento do concreto foi adicionado ao modelo computacional. Para os conectores de cisalhamento foi testada uma nova formulação empregando uma rigidez secante. As tarefas de pré e pós processamento foram realizadas através do software GiD que auxiliou nas etapas de geração da geometria e malha de elementos finitos, confecção de arquivo de entrada, e visualização dos resultados. Exemplos testados experimentalmente foram empregados para validação do modelo numérico proposto. / Steel-concrete composite beams have been widely applied to both small and large civil works. The combined use of steel beams and reinforced concrete slabs aims to explore the best features of each one, creating an efficient structural solution with low cost. The shear connectors are the device joining the steel beam and concrete slab, allowing the transfer of shear along the structure. This work follows the research of Tamayo (2011) who developed a program in Fortran 90 language, using the finite element method, capable of representing composite beam structures in short time analyzes. The associated theory of plasticity with an explicit return algorithm for concrete and steel was used in an incremental iterative procedure. This study aims to include the service analysis into the code, which means to account for long-term effects that influence the stress and strain distribution in the structure. The solidification theory proposed by Bazant and Prasannan (1988) was used to examine the creep effects of concrete. For the creep calculation, a rheological model based on the Kelvin chain in series was employed. Using concepts of Dirichlet series, the chain parameters were obtained through a least squares approximation. Together with the solidification theory, the creep and shrinkage models proposed by the Comité Euro-International du Béton (1990) were used. The concrete softening was added to the computational model. A new formulation using secant stiffness was tested for the shear connectors modeling. The pre and post processing tasks were performed using the GiD software, which was used for geometry and finite element mesh generation, input file writing, and results viewing. Specimens tested experimentally were used for the validation of the proposed numerical model.

A caracterização das propriedades visco-elástico-plásticas dos materiais asfálticos são importantes para uma melhor compreensão do comportamento mecânico e performance de pavimentos. O módulo complexo visa caracterizar as propriedades viscoelásticas lineares do material presente no campo das pequenas deformações. O ensaio para obtenção do módulo dinâmico pode ser realizado a partir de um carregamento senoidal uniaxial de compressão com frequências que podem variar de 0,1Hz a 25Hz e com temperaturas de -10°C a 54°C. O valor absoluto do módulo complexo é conhecido como módulo dinâmico |E*|, que pode ser definido como uma relação entre a amplitude de tensão e a amplitude de deformação. Já, a defasagem entre a tensão e a deformação é conhecida como ângulo de fase, que é um indicador das propriedades viscosas do material. Esta dissertação possuiu como objetivo caracterizar as propriedades viscoelásticas das misturas asfálticas quentes e mornas comumente utilizadas no Rio Grande do Sul, utilizando um aditivo surfactante para as misturas mornas. Para tanto foram dosadas 4 misturas asfálticas com agregados basálticos e os ligantes CAP 50/70, AMP 60/85, AB8 e CAP TLA e obtidos os parâmetros de adesividade e resistência dessas misturas quentes e mornas. Para a realização do ensaio de módulo dinâmico foi realizado uma revisão bibliográfica sobre os procedimentos de ensaio e análise de dados, posteriormente, foi adotada a metodologia adequada para os ensaios. Os mesmos foram realizados utilizando uma prensa universal MTS e a análise dos dados foi realizada com o auxílio das ferramentas do Microsoft Excel. Através do estudo foi possível concluir que as misturas com ligante convencional possuem um comportamento similar entre a mistura convencional e a morna. O mesmo não ocorre nas misturas com ligante modificado, onde ocorre uma alteração tanto da fase viscosa como da elástica, sendo esse efeito mais predominante nas misturas modificadas por polímero. / The characterization of the viscoelastic-plastic properties of asphaltic materials are important for a better understanding of the pavements’ mechanical behavior and performance. The complex module aims to characterize as linear viscoelastic properties of the material present in the field of small deformations. The assay for obtaining the dynamic modulus can be performed from a compression uniaxial sinusoidal loading with frequencies ranging from 0.1Hz to 25Hz and temperatures from -10 °C to 54 °C. The absolute value of the complex modulus is known as dynamic module | E * |, which is defined as a relation between a stress amplitude and a strain amplitude. Already, a discrepancy between stress and strain is known as phase angle, which is an indicator of the viscous properties of the material. This dissertation aimed to characterize as viscoelastic properties of hot and warm asphalt mixtures commonly used in Rio Grande do Sul, using a surfactant additive for warm mixtures. In order to do so, four asphalt concrete mixes - composed with the basalt aggregates and binders CAP 50/70, AMP 60/85, AB 8 and CAP TLA – were designed. In addition, the parameters of adhesiveness and resistance to hot and warm mixtures were obtained. For a dynamic modulus test, a literature review was performed about the data analysis and test procedure, and a suitable methodology for testing was subsequently adopted. The tests were realized with an universal testing machine of MTS and the data analysis were performed by means of the Microsoft Excel tools. Through the study it was possible to conclude that mixtures with conventional binder presented similar behavior between a conventional and a warm mixture. The same does not occur in mixtures with modified binder, where a change in both the viscous and the elastic phases occurs, and this effect is more predominant in the polymer modified mixtures.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:19:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissALPM.pdf: 2177500 bytes, checksum: 67a9bb621bbbafc35741c108dbaf842f (MD5) Previous issue date: 2004-02-06 / Financiadora de Estudos e Projetos / Pacientes que apresentam doenças pulmonares hipersecretivas muito se beneficiam das técnicas de Fisioterapia Respiratória (FR). No entanto, o efeito destas no muco brônquico não está completamente elucidado. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi analisar amostras de muco brônquico de pacientes com hipersecreção brônquica submetidos à FR, sendo avaliadas as propriedades reológicas, o volume expectorado, o Índice de Purulência (IP) do muco e as variáveis fisiológicas mensuradas. O procedimento experimental constou de 3 sessões consecutivas de FR com protocolo de 7 minutos de inalação com soro fisiológico e terapia de higiene brônquica através de Drenagem Postural, Tapotagem, Aceleração do Fluxo Expiratório (AFE) e uso do aparelho Flutter®, encerrando com mais 7 minutos de inalação. Foi coletado muco expectorado de 9 pacientes __ antes do tratamento e após cada sessão de FR. O muco coletado foi armazenado em ependorfs e conservado a -20o C. As medidas reológicas foram realizadas no reômetro Dynamic Stress Rheometer AR 1000N, com a ferramenta placa paralela. O teste foi realizado a uma deformação constante de 0,01 Pa, em uma faixa de freqüência de 1 a 20 Hz, com temperatura fixa de 37o C. Foram obtidos valores de G (módulo elástico), G (módulo viscoso), η (viscosidade dinâmica), η* (viscosidade complexa) e tan δ (razão entre módulo viscoso e módulo elástico) sendo que, para a análise estatística, foram utilizados valores observados nas freqüências de 1, 2, 10, 16 e 20 Hz. Os resultados foram analisados segundo o teste de Friedman, de Wilcoxon e o coeficiente de correlação de Spearman (p≤0,05). Na análise dos parâmetros reológicos foi possível observar que G e η* caíram significativamente no 2o e 3o dias de tratamento em relação ao pré-tratamento em todas as freqüências analisadas. O único parâmetro que não sofreu modificação significativa no decorrer dos dias de tratamento, em nenhuma das freqüências estabelecidas, foi o tan δ. O volume de muco obtido pré-tratamento foi significativamente menor se comparado aos outros. E no que se refere ao IP, este reduziu significativamente no 3o dia em relação aos demais. O IP mostrou uma relação de dependência com parâmetros reológicos do muco coletado no 1o e no 2o dias, sendo a mais alta a 20 Hz, com G (r = 0,91). Durante as sessões de FR, a SpO2 aumentou significativamente com o uso do Flutter®, permanecendo elevada na manobra de AFE, enquanto a FC se manteve similar no decorrer do procedimento. Das medidas realizadas antes e após a intervenção, houve diferença significativa apenas no PF do 2o dia, em que a medida final (245 ± 95,02) foi maior que a inicial (230 ± 94,21). Concluímos que houve melhora no perfil reológico do muco coletado após intervenção fisioterapêutica, no 2o e no 3o dias de tratamento. O IP caiu significativamente no 3o dia de intervenção. Além disso, ocorreu uma maior expectoração de muco em relação ao pré-tratamento.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:19:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissALPM.pdf: 2177500 bytes, checksum: 182712de8b404dc2974e3ed93f79f66a (MD5) Previous issue date: 2004-02-06 / Financiadora de Estudos e Projetos / Pacientes que apresentam doenças pulmonares hipersecretivas muito se beneficiam das técnicas de Fisioterapia Respiratória (FR). No entanto, o efeito destas no muco brônquico não está completamente elucidado. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi analisar amostras de muco brônquico de pacientes com hipersecreção brônquica submetidos à FR, sendo avaliadas as propriedades reológicas, o volume expectorado, o Índice de Purulência (IP) do muco e as variáveis fisiológicas mensuradas. O procedimento experimental constou de 3 sessões consecutivas de FR com protocolo de 7 minutos de inalação com soro fisiológico e terapia de higiene brônquica através de Drenagem Postural, Tapotagem, Aceleração do Fluxo Expiratório (AFE) e uso do aparelho Flutter®, encerrando com mais 7 minutos de inalação. Foi coletado muco expectorado de 9 pacientes __ antes do tratamento e após cada sessão de FR. O muco coletado foi armazenado em ependorfs e conservado a -20o C. As medidas reológicas foram realizadas no reômetro Dynamic Stress Rheometer AR 1000N, com a ferramenta placa paralela. O teste foi realizado a uma deformação constante de 0,01 Pa, em uma faixa de freqüência de 1 a 20 Hz, com temperatura fixa de 37o C. Foram obtidos valores de G (módulo elástico), G (módulo viscoso), η (viscosidade dinâmica), η* (viscosidade complexa) e tan δ (razão entre módulo viscoso e módulo elástico) sendo que, para a análise estatística, foram utilizados valores observados nas freqüências de 1, 2, 10, 16 e 20 Hz. Os resultados foram analisados segundo o teste de Friedman, de Wilcoxon e o coeficiente de correlação de Spearman (p≤0,05). Na análise dos parâmetros reológicos foi possível observar que G e η* caíram significativamente no 2o e 3o dias de tratamento em relação ao pré-tratamento em todas as freqüências analisadas. O único parâmetro que não sofreu modificação significativa no decorrer dos dias de tratamento, em nenhuma das freqüências estabelecidas, foi o tan δ. O volume de muco obtido pré-tratamento foi significativamente menor se comparado aos outros. E no que se refere ao IP, este reduziu significativamente no 3o dia em relação aos demais. O IP mostrou uma relação de dependência com parâmetros reológicos do muco coletado no 1o e no 2o dias, sendo a mais alta a 20 Hz, com G (r = 0,91). Durante as sessões de FR, a SpO2 aumentou significativamente com o uso do Flutter®, permanecendo elevada na manobra de AFE, enquanto a FC se manteve similar no decorrer do procedimento. Das medidas realizadas antes e após a intervenção, houve diferença significativa apenas no PF do 2o dia, em que a medida final (245 ± 95,02) foi maior que a inicial (230 ± 94,21). Concluímos que houve melhora no perfil reológico do muco coletado após intervenção fisioterapêutica, no 2o e no 3o dias de tratamento. O IP caiu significativamente no 3o dia de intervenção. Além disso, ocorreu uma maior expectoração de muco em relação ao pré-tratamento.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-19T19:27:38Z No. of bitstreams: 1 2018_DanielCanongiaFurtado.pdf: 1407497 bytes, checksum: b08b20491d007d0151de774665ef0ace (MD5) / Approved for entry into archive by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-09-25T19:28:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_DanielCanongiaFurtado.pdf: 1407497 bytes, checksum: b08b20491d007d0151de774665ef0ace (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-25T19:28:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_DanielCanongiaFurtado.pdf: 1407497 bytes, checksum: b08b20491d007d0151de774665ef0ace (MD5) Previous issue date: 2018-09-19 / Esta pesquisa refere-se à aplicação do Método dos Elementos de Contorno (MEC) em análises viscoelásticas e termoelásticas, por meio de simulações e validações, 2D e 3D, com uso da linguagem computacional MATLAB. O comportamento de materiais viscoelásticos foi analisado a partir da utilização de três modelos reológicos, sendo o modelo de Boltzmann o que melhor representou tal comportamento, pois conseguiu prever tanto o comportamento elástico, quanto o comportamento viscoso do material. Devido à característica dos materiais viscoelásticos, sua análise se estendeu à problemas heterogêneos, quando o material possui regiões em seu domínio com propriedades mecânicas distintas. Essa análise foi conduzida através da utilização da técnica de sub-regiões do MEC, capaz de transformar um problema heterogêneo em problemas homogêneos, garantindo as condições de compatibilidade e de equilíbrio do material. Por outro lado, as análises termoelásticas foram conduzidas com a utilização do Método da Reciprocidade Dual (MRD), uma vez que é necessário tratar a integral de domínio decorrente do fenômeno termoelástico. O MRD é capaz de considerar a influência das forças que atuam no domínio de análise, somente analisando o contorno, mantendo, assim, a utilização do MEC atrativa, pois não há necessidade de discretizar o domínio e, consequentemente, reduz-se uma dimensão das integrais governantes do problema. Dentre as vantagens deste método numérico, destacam-se a otimização do tempo de processamento e a racionalização dos custos, quando comparado a outros métodos. Os resultados obtidos, confirmaram o potencial da aplicabilidade do MEC na solução de problemas complexos da engenharia, pois foi possível estender a análise termoelástica à problemas de difusão, quando o material sofre uma mudança abrupta de temperatura, como por exemplo, materiais sujeitos ao processo de soldagem. Além disso, os resultados alcançados apresentaram valores alinhados e aderentes quando comparados aos resultados das soluções analíticas e com os da literatura obtidos com o Método de Elementos Finitos (MEF). / This research refers to the application of the Boundary Element Method (BEM) in viscoelastic and thermoelastic analyzes by 2D and 3D simulations and validations, using MATLAB computational language. Among the advantages of this method are the processing time optimization and the costs rationalization, when compared to other numerical methods. The results obtained confirm the potential applicability of BEM to solve complex engineering problems. The numerical results showed good agreement with the analytical solution and those reported in the literature.

A necessidade cada vez maior do uso de produtos poliméricos sintéticos, como para produção de embalagens, partes de eletrodomésticos, eletroeletrônicos, automóveis, etc., tem levado a indústria de polímeros a buscar cada vez mais a diminuição do desperdício e aumento da qualidade dos produtos. Para isso tem-se buscado entender melhor como as propriedades reológicas dos polímeros afetam seu processamento e a qualidade final dos produtos. Com o intuito de se obter resultados mais rápidos e com menor custo recorre-se cada vez mais a estudos de modelagem e simulação de processos de transformação de polímeros. Neste trabalho é apresentada uma nova ferramenta de CFD para simulações de escoamentos envolvendo fluidos viscoelásticos, o viscoelasticFluidFoam solver. A implementação do módulo foi feita no pacote de CFD OpenFOAM devido principalmente às vantagens oferecidas por esse software, como por exemplo, possibilidade de uso de geometrias complexas, malhas não-estruturadas, técnicas multigrid e paralelização do processamento de dados, além de ser um software gratuito e de código aberto. Foi feita a implementação do modelo de Maxwell, UCM, Oldroyd-B, Giesekus, FENE-P, FENE-CR, PTT na forma linear e exponencial, e DCPP, todos na forma multimodo. Dentre as várias metodologias disponíveis para resolver o problema da obtenção de soluções estáveis a altos valores deWeissenberg foi escolhida a DEVSS devido a sua estabilidade e aplicação a modelos complexos. Para se fazer a validação do solver desenvolvido foi feito a comparação com resultados numéricos e experimentais obtidos da literatura. É mostrada uma comparação entre vários modelos para obtenção da velocidade e diferença de tensões normais para um escoamento em uma contração plana abrupta 4:1. Os resultados obtidos foram satisfatórios sendo possível dar credibilidade ao solver implementado e garantir a disponibilidade de uma boa ferramenta para estudo de fluidos viscoelásticos para ser usada tanto no meio acadêmico como no setor industrial. / Synthetic polymer products are of great importance in several industrial sectors, such as for production of packaging, parts of appliances, electronics, and cars. Due to the increasing demand for this kind of material, reduction of waste and increase of quality has become a key issue in polymer industry. In this sense modeling and simulation of processing operations appears as a fundamental tool, leading to better understanding of how the rheological properties of polymers affect their processability and final product quality, and reducing time and costs related to the development of processes and products. This work presents a new Computational Fluid Dynamics (CFD) tool for the simulation of viscoelastic fluid flows, called viscoelasticFluidFoam solver, which consists of a viscoelastic fluid module to be used OpenFOAM CFD package. The advantages of using OpenFOAM as development platform include its characteristics with relation to flexibility to deal with complex geometries, unstructured and non orthogonal meshes, moving meshes, large variety of interpolation schemes and solvers for the linear discretized system, and the possibility of data processing parallelization. Linear Maxwell, Oldroyd-B, Giesekus, Phan-Thien-Tanner (PTT), the Finitely Extensible Nonlinear Elastic (FENE-P and FENE-CR), and DCPP constitutive equations have been implemented, in single and the multimode form. Among the various available methodologies to solve the problem of obtaining stable solutions to high Weissenberg values, the DEVSS was chosen due to its stability and application to complex models. The viscoelasticFluidFoam solver was tested by comparing its predictions with experimental and numerical data from literature for the analysis of a planar 4:1 contraction flow. These tests have shown the great potential of this solver for application both in academia and in industry.

Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-05-11T18:41:36Z No. of bitstreams: 1 DissCCM.pdf: 4098935 bytes, checksum: 23b7d3c6a5ae297b008aaa6ff72a841a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-09T17:40:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCCM.pdf: 4098935 bytes, checksum: 23b7d3c6a5ae297b008aaa6ff72a841a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-09T17:40:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissCCM.pdf: 4098935 bytes, checksum: 23b7d3c6a5ae297b008aaa6ff72a841a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T17:45:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissCCM.pdf: 4098935 bytes, checksum: 23b7d3c6a5ae297b008aaa6ff72a841a (MD5) Previous issue date: 2016-04-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The mechanical behavior of materials usually depends on room temperature and loading rate. The identification of the time-dependent mechanical behavior is a great difficulty for the industry in the application of new materials such as polymers, mainly for long-term behavior. In this context, several experimental apparatus for measuring mechanical properties of long-term behavior have been developed. Generally, these devices are expensive and its use is unique to a specimen tested at one time. This study is a development of a new technique and methods for the characterization of time-dependent mechanical behavior in longterm tests. The hole-shaft coupling test (HSCT) was developed to the low cost of implementation and, especially, not a continued occupation of a testing machine for long periods, allowing the performance of more than one test at the same time. The HSCT results revealed the stress relaxation effects on polytetrafluoroethylene over several days. An optimization with finite element (FE) simulations assistance was carried out to characterize the viscoelastic material and obtain Maxwell generalized model parameters, an analytical formulation was also performed. Additionally, the strains were measured during recovery of the material by digital image correlation (DIC). The HSCT proved to be feasible for measuring the long-term stress relaxation, demonstrating the advantages mentioned above. The FE simulations reproduced qualitatively the mechanical behavior of the material, as well as the analytical model developed. Measurement of strain recovery after HSCT via DIC is presented a way to enrich the characterization of the material. / Os materiais, em geral, têm seu comportamento mecânico dependente das condições de ambiente e da taxa de carregamento. A identificação do comportamento mecânico dependente do tempo representa uma grande dificuldade para a indústria na aplicação de novos materiais, principalmente para o comportamento em longos tempos de aplicação. Neste contexto, há décadas, dispositivos para a medição dessas propriedades mecânicas de longa duração vêm sendo desenvolvidos. Porém, geralmente os mesmos tem alto custo e seu uso é exclusivo para um corpo de prova ensaiado em determinado tempo. O presente trabalho abordou o desenvolvimento de uma nova técnica e metodologia para a caracterização do comportamento mecânico dependente do tempo em ensaios de longa duração, o material selecionado para essa análise foi o politetrafluoretileno. O ensaio de acoplamento eixo-furo (EAEF) foi desenvolvido visando o baixo custo de implementação e, principalmente, a não ocupação contínua de uma máquina universal de ensaios por tempos extensos, permitindo a realização de ensaios de forma concomitante. Os resultados do EAEF evidenciaram a manifestação dos efeitos de relaxação de tensões do politetrafluoretileno ao longo de vários dias. Por meio de uma otimização com auxílio de simulações em elementos finitos (EF), foram obtidos os parâmetros do modelo generalizado de Maxwell para caracterizar a viscoelasticidade do material, uma implementação analítica também foi realizada. Adicionalmente, foram medidas as deformações durante a recuperação do material pela técnica de correlação de imagens digitais (CID). O EAEF mostrou-se viável para a medição da relaxação de tensões por longos períodos, demonstrando as vantagens citadas anteriormente. As simulações em EF reproduziram qualitativamente o comportamento mecânico do material, assim como modelo analítico desenvolvido. A medição das deformações de recuperação após o EAEF via CID apresentou-se uma forma de enriquecer a caracterização do material.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-24Bitstream added on 2014-06-13T19:47:05Z : No. of bitstreams: 1 moser_p_me_sjrp.pdf: 1240757 bytes, checksum: 3044993e185eb69154b3203e4e23361b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Atualmente, os substitutos de açúcares têm ganhado destaque devido à crescente demanda do mercado mundial por alimentos que possuem baixo teor calórico e que atendam dietas específicas. Considerando que os componentes presentes nas formulações podem modificar as propriedades funcionais dos hidrocolóides, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento reológico das gomas guar e xantana na presença de polióis. Soluções de goma guar (0,1, 0,5 e 1 %) e xantana (0,5 %) na presença de maltitol, sorbitol e xilitol nas concentrações de 10 à 40 % foram investigadas. O comportamento dessas misturas foi avaliado através de cisalhamento estacionário e oscilatório sob duas condições: em temperatura de 25 ºC e após o ciclo de congelamento e descongelamento. Em geral a adição dos polióis e o aumento de sua concentração elevaram a viscosidade aparente dos sistemas; somente para as soluções de guar 1 % com 40 % de poliol e xantana com 10 % de poliol a viscosidade foi reduzida. Os modelos Ostwald De Waelle e Herschel-Bulkley representaram satisfatoriamente o comportamento dos sistemas. Todas as soluções se mostraram pseudoplásticas e as soluções de guar 1 % com os polióis apresentaram tixotropia. As soluções de xantana com os polióis apresentaram tensão inicial para o escoamento. Os polióis também aumentaram os módulos dinâmicos (G’ e G’’) das soluções hidrocolóide/poliol, tornando os sistemas mais elásticos. Somente a solução de 10 % de sorbitol reduziu o valor de G’ da goma xantana, tornando o sistema menos consistente. Nas misturas de guar com 40 % de poliol, observou-se que o ângulo de fase apresentou valor ligeiramente inferior à 1 rad, com dependência da frequência, o que é característico de solução concentrada. A xantana pura possui características de solução... / Sugar substitutes have gained prominence because of the growing global market demand for foods that are low in calories and meet specific diets. Since the components present in the formulations may modify the functional properties of hydrocolloids, the aim of the present work was to study the rheological behavior of guar gum and xanthan in the presence of polyols. Solutions of guar gum (0,1, 0,5 and 1%) and xanthan (0,5%) in the presence of maltitol, sorbitol and xylitol at concentrations of 10 to 40% were investigated. The behavior of these mixtures was evaluated by steady and oscillatory shear under two conditions: at the temperature of 25 °C and after freezing and thawing cycle. In general, the addition of polyols and increasing their concentration increased the apparent viscosity of the systems; only for solutions of guar 1% with 40% polyol and xanthan with 10% polyol the viscosity was reduced. The Ostwald Waelle and Herschel-Bulkley models satisfactorily represented the behavior of systems. All solutions showed pseudoplastic behavior and guar solutions 1% with polyols showed thixotropy. Xanthan solutions with polyols showed yield stress to flow. Polyols also increased the dynamic modulus (G 'and G'') of hydrocolloid/polyol solutions, making systems more elastic. Only solution of sorbitol 10% reduced the value of G'of xanthan gum, making the system less consistent. For mixtures of guar with 40 % polyol, it was observed that the phase angle showed a value slightly lower than 1, with frequency dependence, which is characteristic of a concentrated solution. The pure xanthan has characterized concentrated solution in the presence of polyols and the value of δ was next to 0,5 rad, with little dependence on frequency, which characterizes weak gel. In solutions of guar and xanthan 0,5% polyols helped to preserve the... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Vânia Regina Nicoletti Telis / Banca: Caciano P. Zapata Noreña / Banca: Renato Alexandre Ferreira Cabral / Resumo: Atualmente, os substitutos de açúcares têm ganhado destaque devido à crescente demanda do mercado mundial por alimentos que possuem baixo teor calórico e que atendam dietas específicas. Considerando que os componentes presentes nas formulações podem modificar as propriedades funcionais dos hidrocolóides, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento reológico das gomas guar e xantana na presença de polióis. Soluções de goma guar (0,1, 0,5 e 1 %) e xantana (0,5 %) na presença de maltitol, sorbitol e xilitol nas concentrações de 10 à 40 % foram investigadas. O comportamento dessas misturas foi avaliado através de cisalhamento estacionário e oscilatório sob duas condições: em temperatura de 25 ºC e após o ciclo de congelamento e descongelamento. Em geral a adição dos polióis e o aumento de sua concentração elevaram a viscosidade aparente dos sistemas; somente para as soluções de guar 1 % com 40 % de poliol e xantana com 10 % de poliol a viscosidade foi reduzida. Os modelos Ostwald De Waelle e Herschel-Bulkley representaram satisfatoriamente o comportamento dos sistemas. Todas as soluções se mostraram pseudoplásticas e as soluções de guar 1 % com os polióis apresentaram tixotropia. As soluções de xantana com os polióis apresentaram tensão inicial para o escoamento. Os polióis também aumentaram os módulos dinâmicos (G' e G'') das soluções hidrocolóide/poliol, tornando os sistemas mais elásticos. Somente a solução de 10 % de sorbitol reduziu o valor de G' da goma xantana, tornando o sistema menos consistente. Nas misturas de guar com 40 % de poliol, observou-se que o ângulo de fase apresentou valor ligeiramente inferior à 1 rad, com dependência da frequência, o que é característico de solução concentrada. A xantana pura possui características de solução... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Sugar substitutes have gained prominence because of the growing global market demand for foods that are low in calories and meet specific diets. Since the components present in the formulations may modify the functional properties of hydrocolloids, the aim of the present work was to study the rheological behavior of guar gum and xanthan in the presence of polyols. Solutions of guar gum (0,1, 0,5 and 1%) and xanthan (0,5%) in the presence of maltitol, sorbitol and xylitol at concentrations of 10 to 40% were investigated. The behavior of these mixtures was evaluated by steady and oscillatory shear under two conditions: at the temperature of 25 °C and after freezing and thawing cycle. In general, the addition of polyols and increasing their concentration increased the apparent viscosity of the systems; only for solutions of guar 1% with 40% polyol and xanthan with 10% polyol the viscosity was reduced. The Ostwald Waelle and Herschel-Bulkley models satisfactorily represented the behavior of systems. All solutions showed pseudoplastic behavior and guar solutions 1% with polyols showed thixotropy. Xanthan solutions with polyols showed yield stress to flow. Polyols also increased the dynamic modulus (G 'and G'') of hydrocolloid/polyol solutions, making systems more elastic. Only solution of sorbitol 10% reduced the value of G'of xanthan gum, making the system less consistent. For mixtures of guar with 40 % polyol, it was observed that the phase angle showed a value slightly lower than 1, with frequency dependence, which is characteristic of a concentrated solution. The pure xanthan has characterized concentrated solution in the presence of polyols and the value of δ was next to 0,5 rad, with little dependence on frequency, which characterizes weak gel. In solutions of guar and xanthan 0,5% polyols helped to preserve the... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre