A utilização de materiais compósitos poliméricos em elementos estruturais requer o conhecimento do comportamento durante a vida em serviço. A garantia da integridade destes elementos estruturais de compósitos demanda um estudo do comportamento dependente do tempo, por causa da sua resposta viscoelástica e das inúmeras possibilidades de configurações de fabricação. No presente estudo, foram realizados ensaios de fluência e ruptura por fluência em tração em compósitos unidirecionais fabricados com resina epoxídica e fibra de carbono de alta resistência, com os ângulo das fibras a 60º e 90º em relação à direção do carregamento, nas temperaturas de 25 e 70 ºC. A caracterização viscoelástica do compósito foi realizada por meio das curvas de fluência a vários níveis de carregamento constante em períodos de 1000 h, obtenção do envelope de ruptura por fluência pelas curvas de ruptura por fluência, a determinação da transição do comportamento linear para não linear pelos gráficos isócronos e ainda a comparação das curvas de flexibilidade à fluência com um modelo de predição de comportamento viscoelástico fundamentado na equação de Schapery. Pelos ensaios foi constatada uma modificação no comportamento do material, com relação à resistência, rigidez e deformação, demonstrando que estas propriedades foram afetadas pelo tempo e nível de tensão, especialmente em temperatura de trabalho acima da ambiente. O modelo de predição foi capaz de representar o comportamento à fluência, entretanto deve ser considerada a determinação dos termos das equações, além da variação destes com a tensão aplicada e o tempo decorrido de ensaio. / One of the main requirements for the use of fiber-reinforced polymer matrix composites in structural applications is the evaluation of their behavior during service life. The warranties of the integrity of these structural components demand a study of the time dependent behavior of these materials due to viscoelastic response of the polymeric matrix and of the countless possibilities of design configurations. In the present study, creep and creep rupture test in stress were performed in specimens of unidirectional carbon fiber-reinforced epoxy composites with fibers orientations of 60º and 90º, at temperatures of 25 and 70 ºC. The aim is the viscoelastic characterization of the material through the creep curves to some levels of constant tension during periods of 1000 h, the attainment of the creep rupture envelope by the creep rupture curves and the determination of the transition of the linear for non-linear behavior through isochronous curves. In addition, comparisons of creep compliance curves with a viscoelastic behavior prediction model based on Schapery equation were also performed. For the test, a modification was verified in the behavior of the material, regarding the resistance, stiffness and deformation, demonstrating that these properties were affected for the time and tension level, especially in work temperature above the ambient. The prediction model was capable to represent the creep behavior, however the determination of the equations terms should be considered, besides the variation of these with the applied tension and the elapsed time of test.

A utilização de materiais compósitos poliméricos em elementos estruturais requer o conhecimento do comportamento durante a vida em serviço. A garantia da integridade destes elementos estruturais de compósitos demanda um estudo do comportamento dependente do tempo, por causa da sua resposta viscoelástica e das inúmeras possibilidades de configurações de fabricação. No presente estudo, foram realizados ensaios de fluência e ruptura por fluência em tração em compósitos unidirecionais fabricados com resina epoxídica e fibra de carbono de alta resistência, com os ângulo das fibras a 60º e 90º em relação à direção do carregamento, nas temperaturas de 25 e 70 ºC. A caracterização viscoelástica do compósito foi realizada por meio das curvas de fluência a vários níveis de carregamento constante em períodos de 1000 h, obtenção do envelope de ruptura por fluência pelas curvas de ruptura por fluência, a determinação da transição do comportamento linear para não linear pelos gráficos isócronos e ainda a comparação das curvas de flexibilidade à fluência com um modelo de predição de comportamento viscoelástico fundamentado na equação de Schapery. Pelos ensaios foi constatada uma modificação no comportamento do material, com relação à resistência, rigidez e deformação, demonstrando que estas propriedades foram afetadas pelo tempo e nível de tensão, especialmente em temperatura de trabalho acima da ambiente. O modelo de predição foi capaz de representar o comportamento à fluência, entretanto deve ser considerada a determinação dos termos das equações, além da variação destes com a tensão aplicada e o tempo decorrido de ensaio. / One of the main requirements for the use of fiber-reinforced polymer matrix composites in structural applications is the evaluation of their behavior during service life. The warranties of the integrity of these structural components demand a study of the time dependent behavior of these materials due to viscoelastic response of the polymeric matrix and of the countless possibilities of design configurations. In the present study, creep and creep rupture test in stress were performed in specimens of unidirectional carbon fiber-reinforced epoxy composites with fibers orientations of 60º and 90º, at temperatures of 25 and 70 ºC. The aim is the viscoelastic characterization of the material through the creep curves to some levels of constant tension during periods of 1000 h, the attainment of the creep rupture envelope by the creep rupture curves and the determination of the transition of the linear for non-linear behavior through isochronous curves. In addition, comparisons of creep compliance curves with a viscoelastic behavior prediction model based on Schapery equation were also performed. For the test, a modification was verified in the behavior of the material, regarding the resistance, stiffness and deformation, demonstrating that these properties were affected for the time and tension level, especially in work temperature above the ambient. The prediction model was capable to represent the creep behavior, however the determination of the equations terms should be considered, besides the variation of these with the applied tension and the elapsed time of test.

Orientador: Marcia Ferreira da Rosa Sobreira / Resumo: Alterações hemostáticas são anormalidades suspeitadas em equinos com obstruções intestinais, estando associadas a elevadas taxas de morbidade e mortalidade. Contudo, as técnicas e/ou testes usados rotineiramente para avaliar a hemostasia apresentam grandes limitações, pois avaliam fases ou componentes isolados do processo hemostático. Em contraste, a tromboelastografia é uma técnica atual que avalia a dinâmica do processo de coagulação sanguínea em conjunto, tornando possível a obtenção de informações acuradas. Como estudos recentes relataram que o uso de plasma fresco ou congelado estaria apresentado resultados satisfatórios tanto em seres humanos como em animais, o presente estudo teve como objetivo inicial realizar testes hemostáticos convencionais (TP, TTPA, Fibrinogênio) e viscoelásticas (tromboelastografia) do plasma de 20 equinos hígidos, 20 equinos com obstrução simples (compactação de colo) e de 20 com obstrução estrangulativa (vólvulo) de alças intestinais de ocorrência natural. Na interpretação dos resultados, verificou-se que o uso da Análise por Componentes Principais foi efetiva na caracterização dos indíviduos a partir dos resultados dos testes realizados. Ademais, ao transformar a interação entre os componentes do processo hemostático em uma visualização gráfica, a tromboelastografia possibilitou uma interpretação e entendimento efetivos do que está acontecendo na coagulação do indivíduo. Assim sendo, pode-se concluir que os testes por métodos convencionais e ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Haemostatic changes are suspected abnormalities in horses with intestinal obstructions, being associated with high rates of morbidity and mortality. However, the techniques and / or tests routinely used to evaluate hemostasis have major limitations, since they evaluate isolated phases or components of the hemostatic process. In contrast, thromboelastography is a current technique that evaluates the dynamics of the blood coagulation process together, making it possible to obtain accurate information. As recent studies have reported that the use of fresh or frozen plasma would present satisfactory results in both humans and animals, the present study aimed to perform conventional hemostatic (PT, APTT, Fibrinogen) and viscoelastic (thromboelastography) plasma analyzes of 20 healthy equines, 20 equines with simple obstruction (colon impactation), and 20 with strangulative obstruction (volvulus) of naturally occurring intestinal loops. In the interpretation of the results, it was verified that the use of Principal Component Analysis was effective in the characterization of the individuals from the results of the tests performed. In addition, by transforming the interaction between the components of the hemostatic process in a graphical view, thromboelastography enabled an effective interpretation and understanding of what is happening in the coagulation of the individual. Thus, it can be concluded that tests by conventional methods and the viscoelastic evaluation of citrated plasm... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este trabalho descreve a preparação, caracterização e mecanismos de interação de compósitos de colágeno aniônico:ramsana, com o propósito de desenvolver géis injetáveis para correções plásticas com concentrações similares aquelas encontradas comercialmente, e sem o uso do glutaraldeído. Os materiais foram caracterizados por eletroforese, espectroscopia no infravermelho, estabilidade térmica, propriedades reológicas e ensaios de fluidez. Os materiais obtidos independentemente do processamento, são formados por colágeno não desnaturado, com preservação da estrutura secundária da proteína. Os estudos reológicos mostraram um comportamento viscoelástico para todas as preparações independentemente do pH, e com módulo de armazenamento sempre maior que o módulo de perda (G\'>G\" e d<45o), bem como uma maior resistência à deformação de géis de colágeno aniônico:ramsana equilibrados a pH 7,4 com relação aos géis equilibrados a pH 3,5. Medidas de viscosidade mostraram que além de um comportamento não newtoniano, a adição do polissacarídeo mesmo em baixas concentrações promove efeitos significativos sobre a viscosidade dos géis, indicando que a interação colágeno ramsana além de não comprometer a estrutura secundária do colágeno, sugere que esta interação ocorre provavelmente por ordenação da água ao redor do complexo formado. Já viscosidade dinâmica encontradas para as diferentes preparações, indicam que os compósitos obtidos são candidatos potenciais para serem utilizados em laringologia. Ensaios de fluidez mostraram que a força necessária para o escoamento de géis contendo ramsana foi sempre significativamente menor e com um perfil mais homogêneo do que aquela determinada para o colágeno aniônico, sugerindo que a associação colágeno aniônico:ramsana pode substituir com vantagens o glutaraldeído na estabilização das preparações comerciais do gel. / This work describes the preparation, characterization and mechanisms of interaction anionic collagen:rhamsam composites, with the purpose of developing injectable gels for plastic corrections with similar concentrations to the commercially founded without the use of glutaraldehyde. The materials were characterized by electrophoresis, infrared spectroscopy, thermal stability, rheological properties and fluidity tests. The materials obtained independently from processing are formed by no desnaturated collagen with the preservation of secondary structure protein. The rheological studies showed a viscoelastic behavior for all the preparations independently of pH, and with storage modulus always greater than the loss modulus (G’>G’’ and d<45o), as well a higher resistence to the deformation of anionic collagen:rahamsan gels equilibrated at pH 7.4 in relation to the gels equilibrated at pH 3.5. Measure of viscosity showed that besides a non Newtonian behavior of the polysaccharide addition even at low concentrations causes significant effects on the viscosity of the gels, indicating that collagen:rhamsan interaction probably occurs due to the water disposition around the complex already formed and it does not damage the secondary structure of the collagen. On the other hand, dynamic viscosity found for different preparations indicate that the composites obtained are potential candidates to be utilized in laringology. Flow experiments indicated that the force needed for the extrusion for anionic collagen:rhamsan composites, in comparison to anionic collagen, was significantly smaller and associated with a smooth flow, suggesting that the collagen anionic:rhamsan association can substitute glutaraldehyde with advantage in the stabilization for the gels commercial preparations.

Fraturas são descontinuidades físicas, presentes em diversos materiais utilizados na engenharia, e são responsáveis pela redução da resistência e da rigidez global dos materiais. Tratando-se de fraturas de pequena dimensão, é possível definir a existência de duas escalas: a escala microscópica, onde as fraturas são visíveis, e a escala macroscópica, onde o material fraturado é homogêneo. Maghous et al. (2010) utilizaram a micromecânica para expor o tensor de rigidez homogeneizado para materiais elásticos fraturados, fazendo a ressalva de que fraturas transmitem esforços por suas faces. Utilizando os conceitos formulados por Maghous, Lorenci (2013) ampliou sua aplicação, estendendo à distribuição aleatória das fraturas. Utilizando o mesmo procedimento realizado por Lorenci, determinou-se os tensores de rigidez homogeneizados para materiais elásticos fraturados, os quais foram empregados para formular as condições de propagação de fraturas para materiais elásticos. Conceitualmente, a condição de propagação de fraturas em meios elásticos é formulada com base em conceitos clássicos da termodinâmica, baseados na dissipação de energia. Tratando-se de meios viscoelásticos, a dissipação de energia adquire um novo termo denominado de dissipação viscosa. Nguyen (2010) estabeleceu uma condição de propagação de fissuras em meios viscoelásticos, entretanto, as fissuras admitidas por Nguyen não são responsáveis pela transferência de esforços. Para estender a análise de Nguyen ao caso de fraturas, foi necessário determinar os tensores de relaxação do material viscoelástico fraturado, estes tensores foram obtidos combinando-se os tensores elásticos homogeneizados com os conceitos da transformada de Carson-Laplace, admitindo que as fraturas não se propagam ao longo do tempo. Com base no tensor de relaxação isótropo homogeneizado, determinou-se um modelo reológico equivalente que represente o material viscoelástico fraturado assumindo diferentes modelos reológicos para a matriz e para fraturas. Por fim, analisou-se as condições de propagação de fraturas em meios viscoelásticos de duas formas: de forma aproximada (apurando os estudos realizados por Nguyen) e de forma homogeneizada (admitindo que a propagação de fraturas se dá na escala macroscópica). / responsible for reducing the overall strength and stiffness of the material. In the case of small fractures, is possible set two scales: a microscopic scale, where fractures are visible, and the macroscopic scale, where the fractured material is homogeneous. Maghous et al. (2010) used the micromechanics to expose the homogenized stiffness tensor for fractured elastic materials, making the observation that fractures transmit efforts by their faces. Using the concepts formulated by Maghous, Lorenci (2013) expanded its application, extending to a random distribution of fractures. Using the same procedure performed by Lorenci, the homogenized stiffness tensor was determined for fractured elastic materials, which were employed to formulate the fracture propagation conditions for elastic materials. Conceptually, the fracture propagation conditions for elastic means is made based on classical concepts of thermodynamics, based on the energy dissipation. In the case of viscoelastic means, the energy dissipation acquires a new term called viscous dissipation. Nguyen (2010) established a condition of crack propagation in viscoelastic means, however, the Nguyen’s cracks are not responsible for the transfer of efforts. To extend Nguyen analysis to the case of fractures, was necessary to determine the relaxation tensor for viscoelastic fractured materials, these tensors are obtained by combining the homogenized elastic tensor to the concepts of the Carson- Laplace transform, assuming that the fractures are not propagate over time. Based on the isotropic homogenized relaxation tensors, was determined an equivalent rheological model representing the fractured viscoelastic material assuming different rheological models for matrix and fractures. Finally, was analyzed the fracture propagation conditions in viscoelastic means in two ways: in an approximate way (improving the studies conducted by Nguyen) and homogenized form (assuming that the propagation of fractures occurs at the macroscopic scale).

Dissertation submitted for obtain the degree of Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, at the Faculdade de Engneharia da Universidade do Porto

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Analisamos um problema de transmissão de ondas viscoelásticas. Isto é, estudamos a propagação da onda sobre materiais consistindo de componentes elástica e viscoelástica em um conjunto aberto, conexo e limitado com fronteira suave e fronteira com condições de transmissão. Mostramos que para este tipo de material a dissipação produzida pela parte viscoelástica é suficientemente forte para produzir decaimento exponencial da solução, não importando quão pequeno seja o tamanho da parte viscoelástica. / We consider a transmission problem of viscoelastic waves. That is, we study the wave propagations over materials consisting of elastic and viscoelastic components in a bounded, open connected set with smooth boundary and transmission boundary conditions. We show that for this type decay of the solution, no matter how small is its size.

Resumo: O comportamento mecanico dos materiais viscoelasticos (MVEs) e influenciado, entre outros, por parametros como tempo e temperatura. O estudo da influencia destes parametros e objeto frequente de pesquisas que visam buscar uma metodologia mais adequada para determinar seu impacto no comportamento de estruturas construidas com MVEs. Este texto apresenta uma metodologia para a caracterizacao de MVEs termorreologica e piezorreologicamente simples no dominio do tempo a partir de dados experimentais, utilizando as Series de Prony e uma tecnica mista de otimizacao baseada em Algoritmos Geneticos (AG) e Programacao Nao Linear (PNL). O resultado final de caracterizacao e a obtencao das constantes relacionadas a cada termo da Serie de Prony, que foi utilizada na analise por Elementos Finitos (EF) do material viscoelastico (MVE). Alem disso, o texto discute tambem as influencias da pressao e da temperatura sobre o comportamento mecanico desses materiais. Os resultados desta analise sao comparados aos dados experimentais com o intuito de validar a metodologia. Os resultados finais se mostram bastante promissores e a metodologia se apresenta eficiente para identificacao de MVEs.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T12:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245443.pdf: 4227295 bytes, checksum: 6e688faa070facd690cd01dc03398147 (MD5) / A proposta desta tese é abordar a questão da necessidade de inclusão de aspectos metrológicos no processo de simulação estrutural, tendo como estudo de caso a análise de componentes em materiais viscoelásticos. A crescente utilização de materiais viscoelásticos em aplicações estruturais impulsionou o desenvolvimento de modelos computacionais para prever o comportamento do componente ao longo do seu tempo de vida, pelo fato de que os materiais viscoelásticos possuem um comportamento dependente de fatores como o tempo, a temperatura e o histórico de solicitações. Para garantir resultados de simulações confiáveis, torna-se necessário uma análise das incertezas presentes nos resultados obtidos pelo processo experimental de caracterização do comportamento do material, bem como a propagação destas incertezas pelo modelo de simulação computacional. Diante das diversas operações de medição que darão suporte a definição dos parâmetros de entrada de um modelo de análise estrutural, tais como a definição da geometria da estrutura, os níveis dos carregamentos aplicados, as propriedades do material e as condições ambientais de operação do sistema, torna-se necessário a utilização de aspectos metrológicos para garantir a comparação de resultados entre laboratórios e uma correta avaliação da conformidade do resultado de uma medição ou simulação. Este trabalho apresenta uma metodologia de análise das incertezas envolvidas na simulação de problemas estruturais em materiais viscoelásticos composta de dois módulos. O primeiro módulo consiste na identificação e quantificação das fontes de incerteza presentes no processo de caracterização de um material viscoelástico pelo ensaio de fluência. O segundo módulo corresponde à quantificação da influência dessas incertezas, juntamente com outras fontes, nos resultados das simulações do comportamento do componente estrutural. Os métodos de propagação de incertezas utilizados são a lei de propagação de incertezas e o método de simulação de Monte Carlo - SMC. O método de simulação de Monte Carlo possui uma certa limitação em sua utilização em problemas viscoelásticos, devido ao requerimento de repetidas simulações e conseqüentemente um elevado tempo de análise computacional. Sendo assim, a metodologia apresenta alternativas para a viabilização da aplicação da SMC em problemas viscoelásticos pelo uso dos modelos fornecidos pelo princípio da correspondência e pelo método da superfície de resposta.