Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3292.pdf: 2469537 bytes, checksum: cab8a8d13a7ab1753c5b3bbfe24b647a (MD5) Previous issue date: 2010-08-11 / The growing advanced composites appliance in aircraft s structural parts has demanded to spread the knowledge about mechanical behavior prediction in longer time periods. In this way, the main purpose of this study is to establish an accelerated test method based on mechanical-dynamical-thermal analysis (DMTA), to predict the mechanical behavior of carbon fiber/epoxy resin composites. The DMTA technique was used on two modes: multi-frequency and creep. In the first case, three point bending tests on dynamical mode did not present a good fitting to built master curves, considering the experimental parameters used. Though, creep tests showed good results. In these tests, parameters used as temperature range from 25ºC to 235ºC and isothermals at every 15ºC for 100 minutes allowed to obtain compliance modulus versus time master curves with a good fitting. From the obtained results, it is possible to conclude that the proposed method presented good adhesion to the basic concept of material viscoelasticity, therefore can be used to predict mechanical behavior of composite materials. / A crescente demanda de uso de compósitos poliméricos avançados em peças de responsabilidade estrutural na indústria aeronáutica tem exigido ampliar o conhecimento sobre a predição do comportamento mecânico desses materiais em longos períodos de tempo. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo estabelecer uma metodologia de ensaios acelerados, utilizando a técnica de análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), para prever o comportamento mecânico de compósitos de fibras de carbono em matriz de resina epóxi. O uso da técnica de DMTA foi baseado em dois tipos de ensaios: multifrequências e fluência. No primeiro caso, ensaios de flexão três pontos, em modo dinâmico, não mostraram bom ajuste na construção de curvas mestre, dentro das condições usadas neste estudo. Já ensaios realizados no modo de fluência apresentaram resultados promissores. Neste tipo de ensaio, o uso dos parâmetros, como intervalo de temperaturas de 25ºC a 235ºC e isotermas a cada 15ºC, com 100 minutos de duração, possibilitaram a construção de curvas mestre do módulo de compliância em função do tempo com um bom ajuste. A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que o método proposto apresenta adesão aos conceitos básicos de viscoelasticidade de materiais e, portanto, pode ser utilizado para previsão do comportamento de materiais compósitos em longos períodos de tempo. A crescente demanda de uso de compósitos poliméricos avançados em peças de responsabilidade estrutural na indústria aeronáutica tem exigido ampliar o conhecimento sobre a predição do comportamento mecânico desses materiais em longos períodos de tempo. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo estabelecer uma metodologia de ensaios acelerados, utilizando a técnica de análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), para prever o comportamento mecânico de compósitos de fibras de carbono em matriz de resina epóxi. O uso da técnica de DMTA foi baseado em dois tipos de ensaios: multifrequências e fluência. No primeiro caso, ensaios de flexão três pontos, em modo dinâmico, não mostraram bom ajuste na construção de curvas mestre, dentro das condições usadas neste estudo. Já ensaios realizados no modo de fluência apresentaram resultados promissores. Neste tipo de ensaio, o uso dos parâmetros, como intervalo de temperaturas de 25ºC a 235ºC e isotermas a cada 15ºC, com 100 minutos de duração, possibilitaram a construção de curvas mestre do módulo de compliância em função do tempo com um bom ajuste. A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que o método proposto apresenta adesão aos conceitos básicos de viscoelasticidade de materiais e, portanto, pode ser utilizado para previsão do comportamento de materiais compósitos em longos períodos de tempo.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In the present work, a methodology for numerical simulation of self-heating phenomenon in viscoelastic materials has been developed, with the aim of proposing and validating finite element models that can be applied to predict the thermomechanical behaviour of structures including viscoelastic materials. The model takes into account the dependence of the mechanical characteristics of the viscoelastic material with respect to frequency and temperature and allows to obtain the transient temperature field. For this purpose, the heat source calculation is computed based on the dissipated energy obtained from the harmonic response calculation as the structure is submitted to cyclic loading. The validation of the model and the adjustment of two initially unknown parameters, namely the film coefficient for natural heat convection and the ratio of the heat source over the mechanical power dissipated through viscoelastic effects, were carried out by comparison of the model-predicted responses to experimental results counterparts, the latter being obtained by the application of a cyclic load to a sample specimen by means of a universal test machine, and measuring the temperatures within the viscoelastic material of the dispositive using thermocouples. A curve-fitting procedure was developed using an optimization routine, in order to identify optimal set of values of h and b. For each test, the experimental results were compared to those obtained from the numeric model after the identification, thus allowing the evaluation of the accuracy and limitations of the proposed model procedure. / Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia de simulação numérica do fenômeno de auto-aquecimento, tendo como objetivo a realização e a validação de um modelo a ser aplicado à predição do comportamento termomecânico de estruturas incluindo materiais viscoelásticos. O modelo de elementos finitos proposto leva em conta a dependência das propriedades mecânicas do material viscoelástico com relação à frequência e temperatura, e permite a obtenção do campo de temperatura em regime transitório. O cálculo da fonte de calor é baseado na energia de dissipação viscoelástica obtida por meio da resposta em regime harmônico da estrutura submetida a um carregamento cíclico. A validação do modelo proposto e o ajuste de dois parâmetros inicialmente desconhecidos, a saber, o coeficiente de transferência de calor por convecção natural e a razão da fonte de calor pela energia decorrente da dissipação viscoelástica, foram efetuados via confrontação com resultados experimentais, estes sendo obtidos aplicando-se cargas cíclicas sobre um corpo de prova por meio de uma máquina universal de ensaios e registrando a temperatura no material viscoelástico do dispositivo com auxílio de termopares. Um procedimento de ajuste de curvas via uma rotina de otimização foi desenvolvido para a identifição dos parâmetros. Para cada ensaio, os resultados experimentais e os correspondentes obtidos com o modelo numérico após a identificação foram comparados, permitindo avaliar a precisão e as limitações do procedimento de modelagem proposto. / Mestre em Engenharia Mecânica

Escoamentos sem inércia de fluido elasto-viscoplástico, dentro de uma cavidade, são numericamente analisados. As soluções visam compreender a influência dos efeitos viscosos e elásticos na topologia de superfícies de escoamento. Assumindo-se que o colapso da microestrutura do material é instantâneo, o modelo mecânico é constituído pelas equações governantes de massa e momentum para fluidos incompressíveis, associado a uma equação hiperbólica para o tensor tensão extra, baseado na equação do modelo Oldroyd-B (Nassar et al, 2011). A principal característica do modelo é considerar a viscosidade e o tempo de relaxação como função da taxa de deformação, permitindo a pseudoplasticidade de viscosidade e restringindo os efeitos elásticos para as regiões não deformadas do material. As simulações numéricas são realizadas através do método de Galerkin mínimos quadrados a três campos: tensor tensão extra, pressão e velocidade. Os resultados mostram que as superfícies de escoamento do material são fortemente influenciadas pela ação combinada entre os efeitos elásticos e viscosos, estando em conformidade com a recente visualização experimental dos fluxos elasto-viscoplásticos. / Elasto viscoplastic uid ows without inertia, within a cavity, are numerically analyzed. The solutions aim to understand the in uence of viscous and elastic e ects on the topology of yield surfaces. Assuming that the collapse of the material microstructure is instantaneous, the mechanical model consists of the governing equations of mass and momentum for incompressible uids, associated with a hyperbolic equation for the extra stress tensor, based on the equation of the Oldroyd-B model (Nassar et al, 2011). The main feature of model is to consider the viscosity and the relaxation time as a function of shear rate, allowing the shear-thinning of viscosity and restricting elastic e ects for regions not deformed material. Numerical simulations are performed by the method of Galerkin Least Squares to three elds: extra stress tensor, pressure and velocity. The results show that the yield surfaces of material are strongly in uenced by the combined action between the elastic and viscous e ects, complying with the recent experimental visualization of elasto-viscoplastic ows.

Sistemas ultrassônicos tiveram uma evolução tecnológica nos últimos anos e isso permitiu que seus recursos de hardware e software pudessem ser explorados para extrair informações, auxiliando em diagnósticos e tratamentos mais eficazes. Através da análise do comportamento mecânico de tecidos moles, técnicas como elastografia estática, vibroacustografia, elastografia transiente e elastografia remota tiveram seu papel reconhecido na complementação do diagnóstico clínico. Contudo, a propagação destas técnicas na medicina tem sido restringida pela acessibilidade às tecnologias utilizadas, ausências de parâmetros quantitativos, dificuldade da excitação em estruturas profundas e acesso a informações em níveis moleculares. Este estudo aborda o desenvolvimento de um protocolo para efetuar medidas quantitativas de viscoelasticidade em tecidos moles marcados com nanopartículas de óxido de ferro usando excitação magnética e medição ultrassônica. Ao aplicar uma força magnética pulsada em um meio fluido marcado com nanopartículas magnéticas, um movimento é induzido, gerando uma onda de cisalhamento que se propaga pelo tecido. A propagação dessa onda é mapeada usando a técnica de ultrassom pulso-eco e processamento de dados usando métricas de similaridades entre ecos (mapa de rf) consecutivos. Nos estudos realizados em mimetizadores de tecidos moles (phantom) com características mecânicas equivalentes ao tecido biológico, a amplitude de deslocamento dessas ondas é da ordem de micrometro. Através da medida da velocidade deslocamento dessa onda avaliou-se o melhor modelo reológico para quantificar os parâmetros mecânicos de viscosidade e elasticidade. Os resultados mostraram a eficiência desta técnica ao quantificar os valores viscoelásticos condizentes com a literatura e a comprovação da análise de tecidos moles marcado com nanopartículas excitadas com campo magnético de baixa intensidade, possibilitando uma avaliação em âmbito molecular em tecidos moles. / Ultrasonic systems had a technological development in recent years and allowed their hardware and software resources could be exploited to extract information, assisting in more effective diagnosis and treatment. Through the mechanical behavior analysis of soft tissue techniques such as static elastography, vibroacoustography, transient elastography and remote elastography had recognized role in complementing clinical diagnosis. However, the spread of these techniques in medicine has been restricted by accessibility to the technologies used, quantitative parameters absences, difficulty of deep structures access and information on molecular levels. This study addresses the development of a protocol to make quantitative measurements of viscoelastic soft tissue labeled with iron oxide nanoparticles using magnetic excitation and ultrasonic measurement. By applying a pulsed magnetic force in a fluid medium labeled with magnetic nanoparticles, a motion is induced, generating a shear wave that propagates through the tissue. The propagation of this wave is mapped using the pulse-echo ultrasound technique and data processing using similarities measurements between echoes (rf map) consecutive. In studies of soft tissue-mimicking phantom with mechanical properties equivalent to the biological tissue, the displacement amplitude of these waves is of micrometer order. By measuring the shear wave velocity, it was evaluated the best rheological model for quantifying mechanical parameters of viscosity and elasticity. The results showed the efficiency of this technique to quantify the viscoelastic values consistent with the literature and the evidence of soft tissue analysis labeled excited nanoparticles with low intensity magnetic field, providing an assessment on the molecular level in soft tissues.

O objetivo deste trabalho é aplicar uma formulação viscoelástica bidimensional sob não linearidade geométrica para estado plano de deformação baseada em grandezas energicamente conjugadas a partir do gradiente da transformação e do primeiro tensor das tensões de Piola- Kirchhoff. Esta formulação viscoelástica é composta pela equação constitutiva hiperelástica de Kircchoff- Saint Venant e a função de fluência do modelo viscoelástico de Kelvin-Voigt. A formulação é aplicada em análises numéricas com método dos elementos finitos. Para tal aplicação, foi proposto o uso de elementos triangulares T6 que não apresentaram o fenômeno de travamento e são adequados para a utilização em malhas não estruturadas. Esta implementação foi aplicada para prever deslocamentos no concreto projetado de túneis. / The objective of this work is to apply a geometrically nonlinear two-dimensional viscoelastic formulation for plane strain where deformation gradient is energetically conjugated with first Piola-Kircchoff stress tensor. This formulation is from constitutive equation St. Venant Kirchhoff and creep compliance Kelvin-Voigt rheological model. This is applied in numerical analysis with finite element method. Use of triangular elements was proposed. Locking is not observed in numerical examples and this kind of element is appropriate for use in unstructured mesh. Displacement prediction of shotcrete support in a tunnel was made with this formulation and excellent results were found.

Nesta pesquisa, fez-se uma abrangente reunião da literatura existente, apresentando um resumo histórico da evolução dos plásticos, enfocando o estado da arte e os avanços obtidos com o emprego desses materiais na construção civil, com função estrutural. É feita uma revisão sobre a estrutura química dos plásticos mais conhecidos, apresentando os mecanismos moleculares que provocam os fenômenos dependentes do tempo, e de que forma as suas propriedades podem ser alteradas. Este trabalho também analisa os diversos modelos de previsão do comportamento viscoelástico, além de fazer uma comparação entre os modelos de Maxwell, Kelvin-Voigt e Associado e os dados experimentais, mostrando aqueles que mais se adequam ao comportamento do material plástico. São discutidos alguns aspectos pertinentes a um Projeto de Engenharia e, posteriormente, apresentados alguns conceitos e considerações específicos a um projeto de estruturas de material plástico. Os tipos de processamento mais utilizados são apresentados e, para cada um deles, quais as aplicações a que se destinam e qual a sua influência nas características do produto final. Tratando-se do plástico reciclado, é de fundamental importância o conhecimento e o entendimento do processo de reciclagem. Além da apresentação dos tipos de reciclagem, é feita uma análise do cenário local e global do mercado dos plásticos reciclados. Ao fim deste trabalho, pôde-se concluir que o mercado dos elementos estruturais de plástico reciclado é um nicho a ser explorado e, como a pesquisa sobre o tema é ainda incipiente, há muito a ser estudado, pesquisado e, posteriormente, desenvolvido. Pode-se afirmar que a baixa rigidez do plástico reciclado frente aos materiais de construção tradicionais é a sua maior deficiência. O seu comportamento viscoelástico, dependente do tempo, e a sua sensibilidade à variação de temperatura tornam complexo o dimensionamento com esse material, desencorajando o seu emprego pelos projetistas de estruturas. Desde que sejam desenvolvidas formas de se contornar essas deficiências, como a adição de fibras, o emprego de armaduras de protensão nos elementos estruturais e a aplicação de aditivos, o emprego do plástico reciclado como elemento estrutural mostra-se não só tecnicamente viável, como bastante também promissor / This work deals with the employment of plastic materials in structures of civil construction. First, a reunion of existent literature is performed, emphasizing the state of art and the obtained advances in this area. A resume about the chemical structures of plastics is done, presented, considering the molecular mechanisms that cause the time-dependent behavior. This work also analyzes the several prediction models of viscoelasticity and compares the models of Maxwell, Kelvin-Voigt, Associated and experimental data, looking for those that best adequate with the plastic behavior. Some aspects involving an engineering project are discussed and, after, some specific concepts and ideas about plastic structures are presented. This work also considers the processing of plastics and its influence on the characteristics of manufactured product. Beyond the ways of plastic recycling, a local and global analysis of recycled plastic market are presented. It can be concluded that the recycled plastic structures market needs to be explored and as the research is novel, there is a lot to be studied, researched and, after, developed. The low stiffness is the worst characteristic of plastics and the time-dependent behavior and the temperature sensibility make the design complex, not encouraging the employment by engineers. If these problems are crossed, with fibers, additions or the pos-tension of reinforcement, the recycled plastic as structural element become technically viable and a reality in a brief future

Escoamentos sem inércia de fluido elasto-viscoplástico, dentro de uma cavidade, são numericamente analisados. As soluções visam compreender a influência dos efeitos viscosos e elásticos na topologia de superfícies de escoamento. Assumindo-se que o colapso da microestrutura do material é instantâneo, o modelo mecânico é constituído pelas equações governantes de massa e momentum para fluidos incompressíveis, associado a uma equação hiperbólica para o tensor tensão extra, baseado na equação do modelo Oldroyd-B (Nassar et al, 2011). A principal característica do modelo é considerar a viscosidade e o tempo de relaxação como função da taxa de deformação, permitindo a pseudoplasticidade de viscosidade e restringindo os efeitos elásticos para as regiões não deformadas do material. As simulações numéricas são realizadas através do método de Galerkin mínimos quadrados a três campos: tensor tensão extra, pressão e velocidade. Os resultados mostram que as superfícies de escoamento do material são fortemente influenciadas pela ação combinada entre os efeitos elásticos e viscosos, estando em conformidade com a recente visualização experimental dos fluxos elasto-viscoplásticos. / Elasto viscoplastic uid ows without inertia, within a cavity, are numerically analyzed. The solutions aim to understand the in uence of viscous and elastic e ects on the topology of yield surfaces. Assuming that the collapse of the material microstructure is instantaneous, the mechanical model consists of the governing equations of mass and momentum for incompressible uids, associated with a hyperbolic equation for the extra stress tensor, based on the equation of the Oldroyd-B model (Nassar et al, 2011). The main feature of model is to consider the viscosity and the relaxation time as a function of shear rate, allowing the shear-thinning of viscosity and restricting elastic e ects for regions not deformed material. Numerical simulations are performed by the method of Galerkin Least Squares to three elds: extra stress tensor, pressure and velocity. The results show that the yield surfaces of material are strongly in uenced by the combined action between the elastic and viscous e ects, complying with the recent experimental visualization of elasto-viscoplastic ows.

Submitted by Etelvina Domingos (etelvina.domingos@ufpe.br) on 2015-03-06T17:43:17Z No. of bitstreams: 2 Tese_Giovana_Biblioteca.pdf: 570974 bytes, checksum: 556af4597f7fa918ec146fa4a45ad342 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T17:43:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese_Giovana_Biblioteca.pdf: 570974 bytes, checksum: 556af4597f7fa918ec146fa4a45ad342 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / CNPq / Utilizando ferramentas topológicas podemos garantir que o conjunto solução de uma equação integro-diferencial com retardo dependendo do estado é um conjunto não vazio, compacto e conexo. Como aplicação de nossos resultados abstratos consideramos algumas equações integro-diferenciais originadas da teoria de viscoelasticidade. Além disso utilizamos teoria de semigrupo hiperbólico para garantir a existência de soluções compactas quase automórficas de equações semilineares de evolução cujo semigrupo associado não é exponencialmente assintoticamente estável.

Submitted by Etelvina Domingos (etelvina.domingos@ufpe.br) on 2015-03-10T17:34:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TSC.pdf: 550592 bytes, checksum: f39c06a39449cf3e4286c5bc1c417dbe (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T17:34:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TSC.pdf: 550592 bytes, checksum: f39c06a39449cf3e4286c5bc1c417dbe (MD5) Previous issue date: 2012 / CAPES CNPq / Neste trabalho, foi mostrado a exist^encia de solu c~ao para um sistema acoplado de equa c~oes diferenciais fracion arias n~ao lineares com condi c~oes de fronteira em tr^es pontos, onde algumas condi c~oes s~ao satisfeitas. Para isto, precisou-se de um estudo sobre integrais e derivadas fracion arias e teoremas de ponto xo. Estudou-se ainda a exist^encia e unicidade da solu c~ao do problema de Cauchy para fun c~oes lipschitzianas, com condi c~oes iniciais de ordem fracion aria. Al em disso, foi analisada uma aplica c~ao de derivadas fracion arias, a viscoelasticidade linear.

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.