Este trabalho apresenta resultados de uma análise teórico-experimental sobre a resistência à compressão de perfis I soldados de aço, formados por chapas cortadas a maçarico. A construção metálica no Brasil utiliza os perfis I soldados formados por chapas cortadas a maçarico em virtude da pouca disponibilidade no mercado dos perfis laminados. Os perfis soldados brasileiros apresentam dimensões (altura, largura de mesa e espessura) diferentes das encontradas nos perfis laminados e soldados, fabricados em outros países. Apresentam-se os principais parâmetros envolvidos na formulação das curvas de resistência à compressão para perfis soldados de pequenas dimensões, tais como: tensões residuais, imperfeições geométricas iniciais e seus efeitos no cálculo da resistência à compressão dos perfis soldados compostos por chapas cortadas a maçarico. Os perfis ensaiados são das séries PS 200x25, PS 225x29 e CS 150x25, sendo que foram obtidos resultados experimentais da força normal crítica e das imperfeições geométricas iniciais para três modelos de cada série com quatro índices de esbeltez diferente. / This work presents results of theoretical and experimental analysis about the compressive strength of steel welded I-shapes manufactured from flame-cut plates. Steel construction in brazil uses these welded I-shapes because of the limited availabilily of hot-rolled shapes in the market. The brazilian welded shapes have dimensions (height, flange width and thickness) that differ from steel welded shapes manufactured in other countries. It presents the main parameters in the formulation of the compressive strength curves for welded shapes of small dimensions as: residual stresses, geometrical initial crookedness and their effects in the evaluation of the compressive strength of the welded shapes manufactured from flame-cut plates. The tested shapes are of PS 200x25, PS 225x29 and CS 150x25 series. Test results were obtained for the critical axial load and the geometrical initial crookedness to three models with four different slenderness ratio in each serie.

Este trabalho apresenta uma análise teórica e experimental do desempenho de vigas de concreto armado com telas soldadas com relação à resistência, à força cortante e ao controle da fissuração. O programa experimental englobou cinco séries de vigas com variação dos seguintes parâmetros: largura e altura das vigas, taxa de armadura transversal, taxa de armadura lateral e tipo de ancoragem dos fios verticais da tela no bordo comprimido da viga. Os modelos experimentais foram constituídos por doze vigas VQ (15 x 40 x 305), relação a/d= 2,78 e sete vigas VS (20 x 70 x 540), a/d= 2,66, ambas com seção T (bf = 50 cm e hf = 10 cm). O esquema de ensaio foi de uma viga simplesmente apoiada, com duas forças concentradas aplicadas. A formulação proposta, elaborada com base na teoria do cisalhamento-atrito, considerando a contribuição da armadura lateral na resistência à força cortante, foi analisada mediante os resultados obtidos nos ensaios. Analisaram-se também as aberturas das fissuras de cisalhamento na alma. A contribuição da armadura lateral da tela soldada deve-se à alteração em dois mecanismos resistentes alternativos: aumento da parcela de engrenamento dos agregados afetada pelas menores aberturas das fissuras de cisalhamento na alma e pelo efeito de pino dos fios da armadura lateral nos pontos em que são interceptados pelas fissuras diagonais. De modo geral, as vigas armadas com telas soldadas apresentaram menores aberturas de fissuras de cisalhamento na alma, um panorama de fissuração mais sistemático e maior reserva de resistência nas proximidades do colapso. / This work presents a theoretical-experimental analysis of performance shear design and cracking control in reinforced concrete beams with welded wire mesh. The experimental program consisted of five series of beams with variation of the following parameters: width and depth of the beam, transversal reinforcement ratio, lateral reinforcement ratio and type of stirrup anchorage in beam compression zone. The tested specimens comprised of twelve beams VQ (15 x 40 x 305), shear span-to-depth a/d= 2,78 and seven beams VS (20 x 70 x 540), a/d= 2,66, both with T transversal section (bf = 50 cm e hf = 10 cm). The test setup was a simply supported beam, with two concentrated forces applied. The proposed model was based on shear friction, which took account of the lateral reinforcement contribution on shear design. This model was compared with the test results. It was also studied the shear crack widths on the web beam. The lateral reinforcement contribution is provided by two alternative strength mechanisms: the increasing of portion agreggate interlock affected by smaller diagonal crack widths and the dowel effect of lateral reinforcement wires intercepted by diagonal plane failure. Generally, the welded wire fabric beams presented smaller inclined shear cracks, a better cracking configuration and higher strength reserve close to colapse.

Este trabalho aborda ligações semi-rígidas com o objetivo de verificar a influência da flexibilidade na análise de estruturas metálicas, com o propósito de apresentar um modelo que represente o real comportamento das conexões assumindo uma situação intermediária entre totalmente rígida e totalmente flexível. Os procedimentos empregados para determinar as propriedades destas conexões estão embasados nos métodos descritos pelo anexo J do Eurocode 3 e recomendações do BCSA/SCI. Com intuito de automatizar o cálculo das conexões semi-rígidas foi implementado um programa computacional que fornece as propriedades necessárias das ligações entre vigas e pilares através da entrada de dados geométricos e especificações do material empregado. São abordadas ligações soldadas e ligações parafusadas com chapa de extremidade.O trabalho apresenta, ainda, uma avaliação da redistribuição de solicitações nas estruturas de aço. Fazendo a análise de um pórtico plano empregando molas rotacionais nos nós de encontro entre vigas e pilares inserindo a rigidez rotacional obtida através dos procedimentos numéricos apresentados neste trabalho. Esta mesma estrutura foi analisada da maneira tradicional, ou seja, considerando nós rígidos no encontro entre vigas e pilares. Através da analogia entre os resultados obtidos pelas duas análises é possível visualizar a diferença entre a distribuição nas solicitações. Dessa forma, é possível verificar a influência da rigidez das ligações na análise das estruturas metálicas. / This work approaches semi-rigid connections with the purpose to verify the influence of connections in the analysis of steel structures, with the intention to present a model that represents the real behavior of the connections assuming an intermediate situation between totally rigid and totally pinned. The used procedures to determine the properties of these connections are based in the described methods for the Annex J of the Eurocode 3 and BCSA/SCI. With intention to speed the calculations of the semi-rigid connections a computational program was implemented that supplies to the necessary properties of the connections between beams and columns through the geometric data entry and specifications of the employed material. They are boarded welded connections and connections bolted with extend end plate. The work presents, still, an evaluation of the new distribution of loads in the steel structures. Making the analysis of a plain frame using rotational springs between beams and columns inserting the gotten rotational rigidity through the presented numerical procedures in this work. This same structure was analyzed in the traditional way, that is, considering rigid we in the meeting between beams and columns. Through the analogy it enters the results gotten for the two analyses is possible to visualize the difference enters the distribution in the requests. Of this form, it is possible to verify the influence of flexibility in the analysis of the metallic structures.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As novas descobertas petrolíferas, em especial as localizadas no pré sal tem despertado uma grande preocupação na área técnica em consequência das dificuldades na sua exploração e extração. As maiores preocupações no segmento de exploração de petróleo e gás natural em águas profundas estão relacionadas, às propriedades mecânicas e a resistência à corrosão dos diversos componentes. Assim, para evitar o processo de corrosão na parte interna de uma tubulação ou componente do setor petrolífero, uma alternativa é usar um revestimento com elevada resistência à corrosão. Neste trabalho utilizou-se um aço AISI 8630 modificado, que foi revestido por soldagem GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ou TIG (Tungsten Inert Gas), empregando uma liga especial de níquel 625 (Inconel 625). No entanto, existe a possibilidade de formação de fases frágeis no material de base (MB) - AISI 8630, no material de adição (MA) - liga de níquel 625 ou ainda na interface entre os materiais dissimilares. Para atenuar a formação da fase martensítica oriunda do resfriamento da soldagem foram realizados diferentes ciclos térmicos de alívio de tensão (AT), mas outras fases frágeis podem surgir nas diversas juntas. Os tratamento térmicos de ATs foram realizados nas temperaturas de 620, 640, 660 e 680 C. A presença e a influência de fases frágeis foram analisadas na junta soldada, por meio de ensaios mecânicos, tais como, tração, impacto e dureza. Investigou-se a existência de fases frágeis por caracterização microestrutural por meio de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura com EDS. Observou-se que nos ensaios de tração o material de base manteve sua tensão de escoamento dentro de valores estabelecidos por normas do setor, como a NACE MR0175. No entanto, no ensaio de impacto ocorreu uma perda significativa da tenacidade na temperatura de 680 C, enquanto temperaturas menores de alívio de tensão os valores míninos de impacto foram acima de 73 J. Os valores de durezas encontrados próximos da zona de ligação indicaram que houve um endurecimento, em consequência da difusão dos elementos de liga do MA para o aço baixa liga. Observações realizadas com auxílio de microscopia ótica indicaram zonas frágeis denominadas de Zonas Parcialmente Diluídas (ZPD) que reduziram a resistência ao impacto. Análise por EDS mostrou variações dos elementos de liga ao longo da interface da junta. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10453.pdf: 10469479 bytes, checksum: d3c93a6b8b4f37c1c27b6a416cb89a59 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

As descobertas de novas jazidas de petrÃleo com Ãndices de acidez cada vez maiores fizeram com que as unidades de refino de Ãleos crus utilizassem instalaÃÃes modificadas e adaptadas para essa condiÃÃo. Visando aumentar a resistÃncia à corrosÃo e a reduzir o risco de falha durante a operaÃÃo sÃo empregados os aÃos liga do tipo Cr-Mo, A-213 T-9 (9%Cr e 1%Mo) nos tubos de fornos nas usinas de refino configurando os tubos ASTM A335 GR P 9, conforme API RP-530, projetados para serviÃo contÃnuo em meios contendo sulfeto e elevada temperatura. Esses tubos sÃo revestidos internamente com alumÃnio e soldados atravÃs do processo de soldagem TIG, tendo como passe raiz liga de nÃquel, Inconel 625, vareta ER-NiCrMo-3 e preenchimento com eletrodo E 505. Dessa forma, estudou-se o comportamento da liga de nÃquel depositada na uniÃo dos tubos, suas propriedades e realizou-se a caracterizaÃÃo de fases presentes no material apÃs o envelhecimento. Para isto, utilizou-se amostras de 02 tubos A-213 T-9 revestidos com alumÃnio e unidos por solda nas mesmas condiÃÃes dos tubos dos fornos das unidades de refino de petrÃleo. As amostras foram expostas as temperaturas no intervalo de operaÃÃo (500ÂC à 700ÂC) por perÃodos de 10h, 100h, 500h e 1000h. / The discoveries of new oil deposits with right rates acidity caused the refining units of crudes use facilities modified and adapted to this condition. In order to increase the corrosion resistance and reduce the risk of failure during the operation are used alloy steels of type Cr-Mo, A-213 T-9 (9%Cr e 1%Mo) in the tubes in refining plants configuring tubes ASTM A335 GR P 9, as API RP-530, designed for continuous service in media containing sulfide and high temperature. These tubes are coated with aluminum and welded by TIG welding process, with the root password nickel alloy, Inconel 625, welding rod ER-NiCrMo-3 and fill electrode E 505. Thus, it studied the behavior of nickel alloy deposited on the union of the tubes, their properties and has been the characterization of phases present in the material after aging. For this, we used samples from 02 tubes A-213 T-9 coated with aluminum and welded together under the same conditions of the tubes of the furnaces of the units of petroleum refining. The samples were exposed to temperatures in the range of operation (500  C to 700  C) for periods of 10h, 100h, 500h e 1000h.

A utilização de tubos de aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) é comumente o mais indicado, segundo a norma American Petroleum Institute (API) 5L, para o transporte de óleo e de gás sob pressão. Em vista da necessidade de adequar as tubulações em campo de acordo com o relevo de cada região, são realizados curvamentos a quente em tubos. Durante este processo, o tubo sofre tratamentos térmicos, modificam sua microestrutura e propriedades mecânicas. Neste sentido, foram realizados, neste trabalho, tratamentos térmicos de têmpera e revenimento, com o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas nas juntas soldadas. O material utilizado foi o tubo API 5L X80 com diâmetro de 40 polegadas e 16 mm de espessura. Foi realizada a soldagem circunferencial com passe de raiz pelo processo Metal Active Gas (MAG) com curto circuito controlado, gás de proteção 80% Ar e 20% CO2, passes de enchimento e acabamento pelo processo de soldagem com arame tubular (AT) e gás de proteção 75% Ar 25% CO2. Os consumíveis utilizados no passe de raiz foi arame sólido ER80S-G e nos passes de enchimento e acabamento o arame tubular E101T1GM-H8. Realizaram-se combinações de tratamentos térmicos de têmpera e revenimento com variações nas temperaturas de ambos. Para analisar a influência destes tratamentos térmicos foram realizados ensaios de tração, ensaios de microdureza e ensaios de impacto Charpy às temperaturas de -40 ºC e 0 ºC no metal de solda (MS) e na zona afetada pelo calor (ZAC). Alguns tratamentos térmicos realizados aumentaram a resistência à tração e a tenacidade em relação à condição como soldada, mas o melhor tratamento térmico foi o de tempera a partir de 900ºC seguindo de revenimento a 650 ºC. / The use of high strength low alloy steels tubes is commonly the most appropriate for transporting oil and gas under pressure, according to API 5L. In view of the need to adapt the pipes in the field according to the relief of each region, they are held hot bend in pipelines. During the process, the product undergoes thermal treatments which modify its microstructure and mechanical properties. It has been carried out, in this work, heat treatment of quenching and tempering, with the objective of obtaining the best mechanical properties in the welded joints. The material was API 5L X80 pipe with a 40 inch diameter and 16 mm thick. The circumferential welding pass root was done by GMAW with controlled short circuit transfer, shielding gas 80%Ar and 20% CO2. Filling and finishing passes were welded with FCAW using a shielding gas 75% Ar and 25% CO2. Consumables used in the root pass were ER80S-G and in the filling and finishing passes E101T1GM-H8. There were done four heat treatments of quenching and tempering for 2 hours. The results were analyzed by tensile test, hardness and Charpy V impact tests at temperatures of -40 °C and 0 °C in the weld metal and HAZ. The heat treatments influence statistically on the mechanical properties of welded joints related to as welded condition. The best result was quench heat treatment at 900°C followed by tempering at 650°C.

Traditionnellement, les collecteurs d'échappement sont fabriqués en fonte, d'un seul tenant. En raison de l'augmentation des performances des moteurs, des tôles d'acier mécano-soudées sont maintenant utilisées pour améliorer la tenue mécanique du collecteur à haute température. Cette technologie permet de réduire la masse du collecteur et de répondre ainsi favorablement aux normes de dépollution les plus sévères. L'objectif de la thèse est de proposer un modèle numérique de soudure et un critère de ruine associé permettant de prédire la durée de vie de ces structures mécano-soudées soumises à des chargements thermiques anisothermes. La procédure de dimensionnement consiste à simuler plusieurs cycles de chargements et à évaluer le critère de fatigue sur le dernier cycle simulé, considéré comme stabilisé.Dans un premier temps, une étude théorique est menée sur la caractérisation des différents états asymptotiques (adaptation, accommodation et rochet). Elle permet, d'une part de vérifier que l'état stabilisé est effectivement atteint et éventuellement d'estimer le nombre de cycles nécessaires pour l'atteindre, d'autre part de déterminer la nature de l'état limite. Dans un second temps, des essais de durée de vie isothermes, réalisés sur des éprouvettes en tôle, en tôle soudée et en tôle soudée arasée (abrasion du cordon puis polissage de la zone utile) mettent en évidence l'influence de la géométrie et de la microstructure au niveau de la soudure sur la durée de vie de ces structures. Enfin, des essais de durée de vie anisothermes, inspirés de chargements effectivement observés sur le collecteur, ont été réalisés sur des éprouvettes en tôle et en tôle soudée.La rigidité du cordon de soudure est modélisée à l'aide d'éléments coques dimensionnés de sorte à reproduire la déformée des éprouvettes en tôle soudée observée expérimentalement. Différents critères de ruine sont mis au point sur le matériau de base pour caractériser l'endommagement induit par des chargements anisothermes puis sont adaptés à la zone soudée. Enfin, la simulation d'un essai de choc thermique sur un collecteur d'échappement permet de valider le modèle de soudure proposé et de tester la pertinence des critères vis-à-vis de l'application industrielle. / Exhaust manifolds are classically designed in cast-iron. However, the engine performance increasing, the output gas reaches higher temperature, and other types of material like welded steel plates are considered to design exhaust manifolds. These components are subjected to complex thermomechanical loadings which must be taken into account in fatigue design. To limit the computational costs, only a few loading cycles are simulated and a fatigue criterion is used to estimate the lifetime of the structure. This study proposes a junction model combined with a fatigue criterion to assess the lifetime of a welded structure. The model is simple enough to be integrated into a computation on a complete structure and the fatigue criterion is available for anisothermal loadings.The theoretical characterization of the asymptotic states (elastic or plastic shakedown, ratchetting) is studied and adapted to anisothermal loadings in order to check whether the structure reaches a stabilized behaviour and to find the trend line of the evolution of the structure. Then isothermal low cycle fatigue tests are completed up to specimen crack initiation on plate, butt-welded plate and butt-welded plate after smoothing out the weld bead. The geometry and the microstructure of the weld have significant influence on strain localization and on the fatigue lifetime of the specimens. Finally anisothermal tests were completed on welded specimens to reproduce the typical loading seen by welds on exhaust manifolds.The stiffness of the weld is modelled thanks to additional shell elements calibrated to reproduce the deflected shapes of the welded specimens. Various fatigue criteria are developed on the base material to characterize anisothermal damage, and are then adapted to welded zones. The junction model is finally validated thanks to the simulation of a thermal shock on an exhaust manifold and the relevance of the criteria is estimated in relation to the industrial application.

Il s'agit dans ce travail de développer une démarche multiéchelles, afin d'identifier puis de modéliser le comportement mécanique d'un matériau à gradient de propriétés (un cordon de soudure) en relation avec les hétérogénéités microstructurales responsables de la déformation et de l'endommagement par fluage des aciers P91, matériaux retenus pour des applications de tenue mécanique à chaud des centrales thermiques à flamme. Cette étude porte sur l'utilisation des techniques de mesure de champs cinématiques par corrélation d'images couplées aux simulations numériques par éléments finis. Les différentes zones d'intérêt sont : le métal de base, l'ICHAZ (intercritical heat affected zone), la FGHAZ (fine grain heat affected zone), la CGHAZ (coarse grain heat affected zone) et le métal fondu. L'identification a porté dans un premier temps sur le comportement en traction et traction–relaxation à l'ambiante et à 625°C. Cette phase a permis d'établir une loi de comportement pour chacune des zones du joint soudé et de prédire la zone de localisation de déformation pour une gamme assez large de vitesse de sollicitation.Une attention particulière a ensuite été portée aux essais de fluage, pour lequel le glissement intergranulaire joue un rôle essentiel dans le comportement du cordon de soudure et notamment dans l'ICHAZ. Afin de mettre en évidence le glissement intergranulaire, une technique de microlithographie a été adoptée. L'effet de ce mécanisme sur le comportement macroscopique et à l'échelle locale a été étudié au moyen de simulations numériques par éléments finis avec introduction de zones cohésives. Pour cela une loi cohésive a été élaborée et validée sur une configuration simplifiée à quatre grains. Ce modèle permet également de rendre compte de la transition fluage dislocation – fluage diffusion en retardant le déclenchement du glissement aux joints de grains quand la vitesse de sollicitation augmente.Cette étude est financée par la Chaire EDF-GDF-SUEZ-GRT gaz - ENSMP –ENPC sur la «durabilité des matériaux et des structures pour l'énergie ». / The goal of this study is to develop a micromechanical approach, to identify and model the elementary mechanisms in connection with the microstructural heterogeneities accountable for the deformation and for the creep damage of P91 steels, material used for applications at high temperature in thermal power plants. This study deals with the use of kinematic full-fields measurements by digital image correlation coupled with finite element numerical simulations for the identification of constitutive equation parameters of materials presenting a strongly heterogeneous microstructure, leading to gradients of mechanical properties. The welded joint in P91 presents various microstructures along the joint: base metal, ICHAZ (intercritical heat affected zone), FGHAZ (fine grain heat affected zone), CGHAZ (coarse grain heat affected zone) and weld metal, which will be characterized by uniaxial tensile tests and tensile-relaxation tests performed at room temperature and at 625°C. These experimental tests enable to establish a constitutive law for each part of the welded joint and for a wide range of strain rate.A particular attention has then been focused on the behaviour at high temperature (creep) for which the intergranular glide plays an essential role, in particular within the ICHAZ. To characterize the grain boundary gliding mechanisms, a technique of microlithography is used. This mechanism is modelled with cohesive zones. A cohesive constitutive equation has been proposed and validated with a simplified four grain configuration. This model is able to take into account the dislocation creep – diffusion creep transition by delaying the beginning of the grain boundaries sliding when the strain rate increases.This study is granted by the EDF-GDF-SUEZ-GRT gas – Mines ParisTech – Ecole des Ponts ParisTech chair on the "durability of materials and structures for the energy ".

Please read the abstract in the section, 00front, of this document / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2008. / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted