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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A non-carious cervical lesion (NCCL) is the loss of dental structure on cementum-enamel junction (CEJ) cervical region caused by stress, biocorrosion and attrition. The variation of occlusal loads promotes different stress and strain pattern on CEJ. The NCCL restorative process is part of management of the lesion; however, there is no fixed restorative protocol. The propose of this study was evaluate the effect of occlusal loading direction, cyclic load aging and the restorative technique of the NCCL on stress distribution and strain pattern in maxillary. The investigation was conducted by using 3D finite element analysis (FEA) and strain-gauge test. Fourteen 3D-FEA, orthotropic/isotropic and elastic models were generated: Sound tooth (SO), Non-carious cervical lesions not restored (NR), Glass ionomer (GI), Flowable resin (FR), Composite Resin (CR), Lithium disilicate (LD) and Composite resin core + 0,5mm Lithium disilicate (CR+LD). A compressive static load of 150N was applied: axially (AL) and 45° angle to the long axis on the palatine cusp (OL). The displacement was conducet on the base and the lateral of cortical an medular bone. For the Strain gauge test, two strain gauges were bonded in teeth: 2mm above the enamel/cementum junction and the ohter 2mm under the enamel/cementum juntciton. 30 sound samples were submitted in a mechanical testing machine, being load as the FEA. After that, the mechanical fatigue of these samples was performed (200 to 000 cycles 50N, 2 Hz). At the end of aging, sound teeth samples were retested by the strain gauge test. Then, on these same samples were simulated a NCCL with dimensions of 2.5 mm width and depth with # 3118 burn. The sample groups were prepared as implemented in the finite element analysis (n = 5) and made the measurement of strain prior and posterior to the second stage of mechanical aging (200 000 cycles of 50N, 2 Hertz). The specimens were mounted in a mechanical testing machine and submitted to mechanical load (200 000 cycles, 50N). After the aging, the specimens were again submitted to the strain gauge test. As result, Equivalent Stress (Von Mises) showed that the NCCL associated with oblique loading presented higher stress values. For both loads, CR and CR+LD showed biomechanical behavior closer to SO. For Maximum Principal Criteria, GI and FR presented higher tensile stress on the bootton of the lesion; and DL showed compressive stress on gingival wall. For strain gauge test, OL after the fatigue showed the highest strain values on the materials. CR and CR+DL presented the strain pattern closer to SO. The results of the strain obtained by FEA and the strain gauge test were equivalent for both regions. Analyzing the strain gauge on dentin, after restored, just GI showed higher strain for axial load. It can be conclude that CR and CR+LD promoted similar biomechanical behavior compared to SO; and AL concentrate lower stress and strain than oblique load. As lesões cervicais não cariosas (LCNCs) são descritas como a perda de tecido dentário próximo à junção amelo cementária (JAC). A variação do local e da incidência das forças oclusais promovidas por contatos promovem diferença no padrão de tensão e deformação próximo desta região. O procedimento restaurador das LCNCs é parte do manejo destas lesões, entretanto, não existe protocolo estabelecido sobre qual técnica restauradora é a mais indicada. O objetivo deste estudo é analisar o efeito de diferentes carregamentos oclusais, do envelhecimento mecânico e da técnica restauradora de LCNCs no padrão de distribuição de tensão e deformação de pré-molares superiores. O estudo foi conduzido utilizando o método de elementos finitos 3D (MEF) e teste de extensometria. Quatorze modelos tridimensionais elásticos foram gerados, com propriedades ortotrópicas e isotrópicas: Hígido (HI), Lesão cervical não cariosa não restaurada (NR), LCNC restaurada com ionômero de vidro (IV), LCNC restaurada com resina fluida (RF) LCNC restaurada com resina composta (RC), LCNC restaurada com dissilicato de lítio (DL); e LCNC restaurada com núcleo de preenchimento em resina composta e fragmento cerâmico de 0,05mm de dissilicato de lítio (RC+DL). Carregamento compressivo de 150N foi aplicado, sendo: axial (CA) e outro a 45º ao longo eixo do dente na vertente triturante da cúspide palatina (CO). A restrição de deslocamento foi realizada na base e lateral de osso cortical e medular. Para o teste de extensometria, dois extensômetros foram colados: o primeiro 2 mm acima da JAC; e o segundo 2mm abaixo da JAC. 30 amostras hígidas foram submetidas em uma máquina de ensaio mecânico, sendo carregadas conforme no MEF. Em seguida, foi realizada a fadiga mecânica destas amostras (200 000 ciclos de 50N, a 2 Hertz). Ao final do envelhecimento, as amostras hígidas eram novamente submetidas ao teste de extensometria. Em seguida, nestas mesmas amostras, simulou-se com ponta diamantada #3118 LCNC com dimensão de 2,5 mm de abertura e profundidade. Os grupos amostrais foram preparados conforme executado no método de elementos finitos (n=5) e realizada a mensuração da deformação previamente e posteriormente à segunda etapa do envelhecimento mecânico (200 000 ciclos de 50N, a 2 Hertz). Como resultado, para Von Mises, o modelo NR associado com carga oblíqua apresentou maiores valores de tensão. Em relação ao material restaurador, RC e RC+DL apresentaram comportamento biomecânico similar ao modelo Hígido. Para o critério de Tensão Máxima Principal, IV e RF apresentaram maior acumulo de tensão de tração ao fundo da lesão; enquanto DL apresentou tensão de compressão na parede gengival para CA. Analisando a deformação, o carregamento oblíquo após a fadiga apresentou elevado valores no material. RC e RC+DL mostraram valores próximos ao do hígido. Ao analisar os resultados do extensômetro radicular, após a restauração, IV apresentou maior deformação para o carregamento axial. Os resultados da deformação adquiridos por MEF e pelo teste de extensometria foram equivalentes para ambas às regiões. Este estudo permite concluir que a técnica restauradora com resina composta ou núcleo de preenchimento em resina composta combinado com fragmento cerâmico promoveu comportamento biomecânico similar ao hígido. Mestre em Odontologia

Pesquisa sem auxílio de agências de fomento O objetivo foi avaliar o efeito das propriedades mecânicas de diferentes materiais utilizados como selante na contração de tensões e integridade marginal e relacionar os resultados com dois tipos de fadiga mecânica utilizando Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Análise de Elementos Finitos (FEA). Os materiais usados neste estudo foram um cimento de ionômero de vidro modificado por resina (RMGIC) Vitremer 3M, um selante resinoso (RS) Prevent, FGM e uma resina de fluida (FR) (Filtek Bulk Fill Flow, 3M. As propriedades analisadas foram resistência à tração (DTS), resistência à compressão (CS), retração pós-gel (Shr), dureza Knoop (KHN) e módulo de elasticidade (E). As tensões de contração foram analisadas usando FEA. Quarenta e cinco molares foram selados e divididos em três grupos de cada material (N = 15), primeiro grupo sem fadiga mecânica (N = 5), segundo grupo com fadiga mecânica com a ponta metálica convencional (N = 5), terceiro grupo com fadiga mecânica simulando o bolo (N = 5). Referente aos resultados obtidos através de imagens SEM e valores de integridade marginal. DTS e CS RMGIC apresentou valores inferiores a RS e FR. Em Shr, RS e FR apresentaram valores maiores quando comparados com RMGIC. RS mostrou maior KHN e E comparado aos outros materiais. Na FEA, observou-se que o RS apresentou altas tensões de retração na região onde o material foi aplicado e principalmente na interface marginal. Quando RMGIC foi submetido à ciclagem mecânica, apresentou a maior falha na interface esmalte e material. Os resultados obtidos foram correlacionados com as imagens SEM e os valores de integridade marginal. Dentre todos os materiais considerando apenas as características biomecânicas, o FR apresentou o melhor desempenho. The purpose of this study was to evaluate the effect of mechanical properties of different materials used as sealant on stress shrinkage and integrity marginal and relation the results with two types of mechanical fatigue using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Finite Element Analysis (FEA). The materials used in this study were a Resin-modified glass ionomer cement (RMGIC) Vitremer 3M, a Resin Sealant (RS) Prevent, FGM, and a Flow Resin (FR) (Filtek Bulk Fill Flow, 3M. The analyzed properties were Diametrical Tensile Strength (DTS), Compressive Strength (CS), Post-Gel Shrinkage (Shr), Knoop Hardness (KHN) and Elastic modulus (E). Shrinkage stresses were analyzed using FEA. Forty-five molars were sealed and divided into three groups of each material (N = 15), first group without mechanical fatigue (N=5), second group with mechanical fatigue with the conventional metallic tip (N=5), third group with mechanical fatigue simulating the bolus (N=5). Relating to the results obtained through SEM images and marginal integrity values. In DTS and CS RMGIC it presented values inferior to RS and FR. In Shr, RS and FR showed higher values when compared with RMGIC. RS showed greater KHN and E than other materials. At FEA, it was observed that RS had high retraction stresses in the region where the material was applied and mainly at the marginal interface. When RMGIC was subjected to mechanical cycling, it had the biggest failure in the enamel and material interface. The results obtained were correlated with the SEM images and integrity marginal values. All three materials are suitable considering all of their characteristics, but it is important to note that direct fatigue with the metal tip overestimates the failure values. Dissertação (Mestrado) 2022-12-11

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior As lesões cervicais não cariosas (LCNCs) caracterizam-se pela perda de tecido mineralizado na junção cemento-esmalte, possuindo etiologia multifatorial, envolvendo agentes de tensão, fricção e corrosão. Apesar de não haver consenso em relação ao manejo clínico, o controle das LCNCs consiste na avaliação e manejo dos fatores etiológicos e confecção de restauração, principalmente, com resina composta. Considerando isto, o objetivo geral deste trabalho foi avaliar a o comportamento clínico e biomecânico de protocolos restauradores de LCNCs, divididos em quatro objetivos específicos: 1- avaliar o efeito do padrão oclusal, procedimento restaurador e morfologia da lesão cervical não cariosa no comportamento biomecânico de pré-molar superior; 2- analisar a influência da técnica restauradora em cavidade de lesão cervical não cariosa na tensão de contração residual e grau de conversão de resinas compostas; 3- avaliar o padrão de tensão-deformação de pré-molares superiores hígidos submetidos à fadiga mecânica; e 4- analisar a taxa de sucesso clínico de protocolos restauradores de LCNCs, divididos em dois fatores de estudo: afastamento gengival (sem afastamento; e com fio afastador) e método de aplicação do sistema adesivo universal. Para a execução deste estudo, foi utilizado o método de elementos finitos 3D, teste de extensometria in vivo, método de elementos finitos 2D, teste de extensometria ex vivo, espectrofotometria por infravermelho transformada de Fourier e estudo clínico randomizado. Como resultado, observou-se que o contato oclusal fora do longo eixo do dente e o processo de fadiga mecânica aumentam a concentração de tensão e deformação na região vestibular cervical, principalmente quando o contato é na vertente triturante da cúspide vestibular. A presença de LCNC intensifica estes valores de tensão e deformação, entretanto, a sua morfologia não interfere significativamente. O procedimento restaurador dissipa mais homogeneamente as tensões geradas pelas forças oclusais, resultando em um comportamento mecânico próximo ao dente hígido. A técnica de inserção de único incremento, seja de resina composta convencional ou de baixa contração, é a mais indicada para LCNC com até 2mm de profundidade, pois apresenta menores valores de tensão de contração residual e adequado grau de conversão. Ao analisar a longevidade das restaurações, a média da taxa de sucesso foi de 92,8% em 180 dias. Sendo assim, conclui-se que o a análise oclusal deve ser periodicamente avaliada para identificar possíveis contatos prematuros e interferência oclusais; o processo restaurador é etapa fundamental para o controle das LCNCs; a técnica com único incremento é indicada para restaurar estas cavidades; e o afastamento gengival com fio afastador e o método de aplicação do sistema adesivo universal não influenciaram a longevidade das restaurações de LCNCs em até 180 dias. Noncarious cervical lesions (NCCLs) are characterized by loss of mineralized tissue at the cementum-enamel junction and presents multifactorial etiology, involving stress, friction and corrosion agents. Although there is no consensus regarding clinical management, the control of NCCL is the evaluation and management of etiological factors and restoration mainly with composite resin. Considering this, the general propose were to evaluate the clinical and biomechanical behavior of NCCL’s restorative protocols, divided into four specific objectives: 1- to evaluate the effect of occlusal pattern, restorative procedure and morphology of NCCL on the biomechanical behavior of maxillary premolar; 2- to analyze the influence of the NCCL restorative technique on the residual shrinkage stress and degree of conversion of composite resins; 3- to evaluate the stress-strain pattern of intact maxillary premolar submitted to mechanical fatigue; and 4- to analyze the clinical success rate of NCCL restorative protocols, divided into two study factors: gingival displacement (with and without gingival retraction cord); and method of applying the universal adhesive system. For this study, 3D finite element analyze, in vivo strain gauge test, 2D finite element analyze, ex vivo strain gauge test, fourier transform infrared spectrophotometer and randomized clinical trial were performed. As a result, occlusal contact outside the long axis of the tooth and the mechanical fatigue process have been shown to increase the concentration of stress and strain in the buccal cervical region, especially when the contact is in the grinder slope of the buccal cusp. The presence of NCCL increase the stress and strain values, however, its morphology does not significantly interfere on the biomechanical behavior. The restorative procedure dissipates more homogeneously the stress generated by the occlusal forces, resulting in a mechanical behavior closer to the intact tooth. The technique of insertion of one increment, either of conventional or low shrinkage composite resin, is the most indicated for NCCL of up to 2mm of depth, because it presents lower residual shrinkage stress and adequate degree of conversion. When analyzing the longevity of the restorations, the mean success rate was 92.8% in 180 days. Therefore, it were concluded that the occlusal arrangement should be periodically evaluated to identify possible premature contacts or occlusal interference; the restoration is a fundamental step for the control of NCCLs; the technique with single or bulk-fill increment is indicated to restore these cavities; the gingival displacement with retracting cord and the method of applying the universal adhesive system did not influence the longevity of the NCCL restorations in up to 180 days. Tese (Doutorado)

O propósito deste estudo é comparar a resistência mecânica à fadiga, por flexão rotativa, de limas endodônticas de diferentes gerações, fabricadas em Níquel-Titânio (NiTi). Adicionalmente pretende-se averiguar a possibilidade de utilização de Ensaios Não Destrutivos (END), através dos métodos de correntes induzidas (CI) e termografia, na deteção de fissuras de fadiga, responsáveis por grande parte das fraturas das limas em ambiente clínico. Os instrumentos foram colocados em rotação numa montagem experimental, projetada para simular um canal radicular com um raio de curvatura igual a 4.7 mm aplicado ao longo de um ângulo de 45°. Foram testadas seis limas rotativas HyFlex™ EDM (Coltene, Suíça), de dois tamanhos diferentes, e comparadas com os resultados obtidos para duas limas HyFlex™ CM de tamanho 20/.04. Foram ainda avaliadas as suas superfícies de fratura com auxílio de um microscópio eletrónico Leica DMI 5000 M. Para a aplicação dos END, introduziu-se um defeito artificial na região apical de uma lima HyFlex CM. Seguidamente, foram produzidas e validadas experimentalmente dez sondas de CI, especificamente concebidas para a sua inspeção. Foram ainda realizadas simulações numéricas, replicando-se os parâmetros e as condições das duas sondas que revelaram melhor capacidade de detetabilidade. Por fim, fez-se uma inspeção termográfica ao instrumento defeituoso, utilizando-se uma câmara Fluke Ti 400. Os resultados experimentais mostraram que a geração de instrumentos mais recente (EDM), fabricados através do processo de eletroerosão, são bastante mais resistêntes à fratura por fadiga quando comparados com as limas CM (Control Memory). Em relação aos END, as metodologias desenvolvidas para a inspeção das limas através das CI revelaram-se incapazes de detetar a região defeituosa, em grande medida devido à sua conicidade. As simulações numéricas corroboraram os resultados experimentais. Por outro lado, conseguiu-se detetar o defeito através da termografia, embora com alguma dificuldade devido às suas reduzidas dimensões. The purpose of this study is to compare the fatigue resistance to rotational bending of endodontic files of different generations, made of nickel-titanium (NiTi). Additionally, it is intended to investigate the possibility of using Non-Destructive Tests (NDT), mainly eddy currents (EC) and thermography, in the detection of fatigue microcracks, responsible for most of the fractures of the files in clinical environment. The instruments were placed in rotation in an experimental setup designed to simulate a root canal with a radius of curvature of 4.7 mm applied over an angle of 45 °. Six HyFlex ™ EDM rotary files (Coltene, Switzerland) of two different sizes were tested, and compared with the results obtained for two HyFlex ™ CM files of size 20 / .04. Their fracture surfaces were also analysed using a Leica DMI 5000 M electronic microscope. For NDT application, an artificial defect was introduced in the apical region of a HyFlex CM file. Subsequently, ten EC probes, specifically designed for their inspection, were produced and validated experimentally. Numerical simulations were carried out, replicating the parameters and conditions of the two probes that showed better detectability. Finally, a thermographic inspection of the defective instrument was performed using a Fluke Ti 400 thermographic camera. Experimental results showed that the newer generation of instruments (EDM) manufactured by the electroerosion process are much more resistant to fatigue fracture when compared to CM files. With respect to NDT, the methodologies developed for the inspection of files through ECs proved unable to detect the faulty region, largely due to their taper and the electromagnetic properties of NiTi alloys. In addition, numerical simulations corroborated the experimental results. On the other hand, the defect introduced in the endodontic file could be detected by thermography, although with some difficulty due to its small size.

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Não recebi financiamento The remarkable advances in scientific research of materials for ever demanding service requirements has led to novel developments of biomaterials, especially in the field of surgical implants. In this field, the semi-crystalline thermoplastic PEEK (poly-ether-ether-ketone) has been selected as one of the most suitable for orthopaedic applications. Due to its excellent short and long term mechanical properties and also associated to its elastic modulus compatibility with that of the human bone, the polymer safely fulfills the mechanical and biological requirements for injection moulded implants with complex design. However, as also verified with metallic implants, the PEEK osteointegration is slow and, therefore, can be enhanced with bioactive ceramics coatings of hydroxyapatite (HA), obtained mostly using plasma spray technique. However, as the high temperatures related to the plasma process can impair significantly its mechanical performance, this study aims to investigate the influence of the plasma spray process on the mechanical fatigue behaviour of injection moulded PEEK coated with HA. Using mechanical test specimens with three distinct treatments: (i) PEEK as molded, (ii) PEEK with thermal plasma shock and (iii) HA plasma coated PEEK, several characterization techniques, which include X-ray diffraction, differential scanning calorimetry (DSC), short-term tensile and flexural tests, dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA) and deformation-controlled flexural fatigue tests were performed. The quality of HA coating was considered adequate, as identified by X-ray and SEM analysis. The experimental data on the main mechanical characterization of HA coated PEEK, demonstrated that the plasma treatment contributes to a significant increase in the short-term flexural elastic modulus and strength properties and also reduces the stress relaxation rate (residual stress) during the fatigue cycling up to one million cycles. These increases in the flexural stiffness and residual fatigue stress of PEEK are induced by a increase in the polymer crystallinity content and the presence of additional thermal residual surface stresses on the PEEK surface exposed to the plasma thermal shock, as identified by DSC and DMTA analysis. Com o aprimoramento da ciência para exploração tecnológica de materiais em aplicações cada vez mais sofisticadas permitidas com os grandes avanços da pesquisa científica na área, novas opções de biomateriais tem sido desenvolvidas, principalmente para aplicações na área de implantes cirúrgicos. Nesta área, o termoplástico semicristalino poli(éter-éter-cetona) (PEEK) tem se destacado como biomaterial adequado para aplicações em ortopedia. Por possuir excelentes propriedades mecânicas, em especial na resistência à fadiga e módulo elástico compatível ao do osso humano, o polímero atende com segurança aos requisitos mecânicos e biológicos necessários em peças de geometria complexa moldadas por injeção. No entanto, assim como com os implantes metálicos, a osteointegração do PEEK é lenta e, portanto, é acelerada por revestimentos superficiais com a incorporação de cerâmicas bioativas como a hidroxiapatita (HA), sendo a técnica de aspersão plasma atualmente a mais utilizada. Como as altas temperaturas do processo plasma podem debilitar significativamente o desempenho mecânico do polímero na aplicação, este estudo buscou avaliar os efeitos do processo de aspersão plasma de PEEK moldado por injeção recoberto com HA. Utilizando corpos de prova com três diferentes tipos de tratamento: (i) PEEK como moldado, (ii) PEEK submetido ao choque térmico do processo plasma e (iii) PEEK recoberto com HA, foram utilizadas diversas técnicas de caracterização dentre elas, difração de raios-x, calorimetria diferencial de varredura (DSC), ensaios mecânicos de tração e flexão, análise térmica-dinâmico-mecânica (DMTA) e de fadiga em flexão sob deformação controlada. A qualidade do revestimento foi considerada adequada como identificado pelas análises de difração de raios-X e MEV. As análises dos resultados experimentais demonstraram que o processo plasma contribui para um aumento substancial nas propriedades mecânicas de módulo elástico e resistência à flexão do polímero e reduz a taxa de relaxação de tensão (tensão residual) sob ciclagem mecânica em até um milhão de ciclos. Estes aumentos no desempenho mecânico do PEEK revestido com HA se devem ao aumento do grau de cristalinidade e acúmulo de tensões residuais do polímero na superfície da face exposta ao tratamento, devido ao choque térmico de plasma, tal como identificado por DSC e DMTA.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Non carious cervical lesions (NCCLs) are routine findings in clinical practice and are described as the loss of tooth tissue close to the cementum enamel junction. NCCLs have multifactorial etiology with main factors involved are stress, biocorrosion and friction. The different associations of these factors can lead to the weakening of the tooth structure in the cervical region, generating NCCLs. The aim of this study was to evaluate the association of etiologic factors (stress, biocorrosion and friction) on the microstructural formation of NCCLs, using finite element analysis, laser confocal microscopy and computed microtomography (micro-CT). Two three dimensional (3D), linear and elastic models of mandibular premolars were generated for stress distribution evaluation, using the finite element analysis (FEA). Two oblique loadings (50 N), were applied on the buccal cusp slope of the model. The occlusal loading (CO) was applied on the grinding region of the buccal cusp and the buccal loading (CV) on the smooth region of the same cusp. Both loads were applied at 45̊ to the tooth long axis, simulating mandibular excursive movements. The displacement restriction was applied on the base and lateral surface of the model and the results were analyzed by the maximum principal criteria. Then, for analysis by confocal microscopy, forty intact human mandibular premolars were selected and allocated randomly into four groups, according to the factor association type (n=10): (TB) stress-biocorrosion, (TF) stress-friction, (BF) biocorrosion-friction, and (TBF) stress-biocorrosion-friction. In each group, the challenges were performed in an alternate way. The stress was simulated by cyclic fatigue loading, with specimens positioned in mechanical fatigue machine and subjected to oblique load (50N), on the smooth region of the buccal cusp for 6 x 105 cycles. The biocorrosive challenge was performed using the application of hydrochloric acid (2mL/10s). The friction (abrasion) was reproduced by using electric/powered toothbrushes (300g/20s), with Colgate Total 12 toothpaste. The roughness surface, angle and height of steps were measured before and after the treatments, using a 3D laser confocal microscope. The data were analyzed using the paired t-test, two-way analysis of variance and Tukey s test (α=0.05). Then, three specimens of each group were taken to a micro-CT for the qualitative analyses. The CV loading promoted higher concentration of tensile stress in the cervical region compared to CO. The presence of biocorrosion was an important factor to roughness changes and abrasion promoted similar behavior among the groups. The TBF association promoted the greatest alterations in tooth structures. Enamel and dentin showed distinct performance according to the different interactions. The FEA results presented relationship with the experimental findings for TF,TB, TBF groups. The TBF was the more influent association on the microstructural formation of NCCLs, for enamel. For dentin, the association of at least two factors was sufficient to generate significant tissue degradation. All studied associations of etiological factors showed potential to promote NCCLs formation. As lesões cervicais não cariosas (LCNCs) são achados rotineiros na prática clínica odontológica e são descritas como a perda de tecido dentário próximo à junção amelo cementária (JAC). Essas lesões apresentam etiologia multifatorial e tem como principais fatores envolvidos nesse processo tensão, biocorrosão e fricção. As associações desses fatores levam ao enfraquecimento da estrutura dental na região cervical, promovendo o surgimento de LCNCs. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito das associações de fatores etiológicos (tensão, biocorrosão e fricção) na formação microestrutural de LCNCs, empregando método de elementos finitos (MEF), microscopia confocal a laser e microtomografia computadorizada (micro-CT). Dois modelos tridimensionais (3D), lineares e elásticos de pré-molares inferiores foram gerados para análise do padrão de distribuição de tensões na região cervical, pelo método de elementos finitos (MEF). Dois tipos de cargas de 50N, foram aplicadas obliquamente a cúspide vestibular do modelo. A carga oclusal (CO), foi aplicada na vertente triturante da cúspide vestibular e a carga vestibular (CV), na vertente lisa da mesma cúspide. As cargas foram posicionadas a 45º do longo do eixo do dente, e simularam interferências oclusais nos movimentos excursivos da mandíbula. A restrição do deslocamento foi realizada na base e laterais do modelo e a análise dos resultados conduzida por meio do critério de Tensão Máxima Principal. Para a análise por microscopia confocal, quarenta pré-molares inferiores humanos hígidos foram selecionados e distribuídos aleatoriamente em quatro grupos, de acordo com as seguintes associações de fatores (n=10): tensão-biocorrosão (TB), tensão-fricção (TF), e biocorrosão-fricção (BF) e tensão-biocorrosão-fricção (TBF). Para cada grupo, os desafios foram realizados de forma alternada. A tensão foi simulada por meio de ciclagem mecânica, com os espécimes posicionados em máquina de fadiga cíclica e submetidos a carregamentos oblíquos de 50N, na frequência de 2Hz, na vertente lisa e na vertente triturante da face vestibular, por 6 x 105 ciclos. Os desafios biocorrosivos foram realizados pela aplicação de 2mL de ácido hidroclorídrico por 10s. E os desafios de fricção (abrasão) foram reproduzidos com escovas elétricas (300g / 20s), com a utlização de pasta Colgate Total 12. A rugosidade da superfície, ângulo e altura dos degraus foram medidos antes e após os tratamentos, utilizando microscópio confocal a laser 3D. Para avaliação da distribuição e homogeineidade dos dados, foram realizados os testes de Shapiro Wilk e Levene. E posteriormente, aplicados o teste t-pareado, análise de variância em fator (ANOVA) e teste de Tukey (α = 0,05). Em seguida, três amostras de cada grupo foram analisadas no micro-CT para as análises qualitativas de perda estrutural. O CV promoveu maior concentração de tensões de tração na região cervical do que o CO. A presença da biocorrosão foi fator importante na alteração de rugosidade e a abrasão resultou em comportamento semelhante entre os grupos. A associação TBF promoveu as maiores alterações nas estruturas dentais. Esmalte e dentina mostraram desempenho distinto de acordo com as diferentes interações. Foi verificada relação entre os resultados gerados pelo MEF e os achados experimentais para os grupos TF, TBF, TB. O grupo TBF foi mais influente na formação microestrutural das LCNCs, para esmalte. Para dentina, a associação de pelo menos dois fatores foi suficiente para gerar degradação significativa de tecido na região cervical. Todos as associações de fatores estudadas mostraram potencial para promover a formação de LCNCs. Mestre em Odontologia

Mestrado em Engenharia Civil A presente dissertação tem como interesse aumentar o conhecimento do comportamento estrutural de ligações entre perfis tubulares soldados na construção. Os elementos estruturais metálicos, com secções ocas são cada vez mais utilizados na construção em todo o mundo. Este facto torna necessário o desenvolvimento de soluções de ligações que permitam para além da segurança, facilidade na montagem e estética na construção. As juntas de perfis tubulares podem estar sujeitas a fenómenos importantes, tais como a fadiga e o fogo, que condicionam a segurança da estrutura, diminuindo a sua resistência. É elaborada uma análise ao comportamento de uma junta em T sujeita a diferentes tipos de esforços (axial – compressão, tração; momento no plano, fora do plano, e esforço axial de compressão com momento no plano e fora do plano), exposta a diferentes temperaturas. Assim, no presente estudo é realizada uma análise numérica da resistência à temperatura ambiente e ao fogo da junta em T, através do programa de elementos finitos SAFIR, sendo os resultados comparados com as cargas últimas fornecidas pelas prescrições do Eurocódigo 3. The purpose of this thesis is to increase the knowledge of the structural behavior of joints welded with hollow sections. Steel structural elements with hollow profiles are increasingly been used in construction around the world. This fact justifies the need of the development of solutions that ensures the design of safe connections, which are easy to assemble and provide better aesthetics in construction. The joints of hollow sections may be subjected of important phenomena such as fatigue and fire, which determine the safety of the structure, decreasing their resistance. It is performed an analysis of the behavior of a T joint subjected to different types of loading (axial - compression, traction, moment in the plane, out the plane, and axial compression with moment in the plane and out of plane), exposed to different temperatures. Therefore, in the present study made a numerical analysis at normal temperature and in case of fire of structural elements applying the finite element program SAFIR, with the ultimate load capacities being compared with the resistance loads provided by Eurocode 3.

The aim of this work is to conjugate a sort of known processing techniques in to a machining chips recycling route. These are generate during airframe primary parts from AA 7050-T7451, purchased according to AMS 4050H. The main processes assessed in this work were sprayforming, thermomechanical processes and heat treatments. According to the gathered data, the homogenization heat treatment after sprayforming has improved the investigated material properties significantly. The use of hot torsion test was fundamental in order to define the best processing route in order to define a refined microstructure. Beside the hot torsion tests survey, a methodology of experimental data treatment and analysis was developed and used accordingly. And based on these analyses, a new extrusion matrix was designed and manufactured. The new average grain size about 4.0 m obtained has presented good correlation with the size predicted by the method developed. Tensile test data has presented higher than the values specified in AMS 4050 H. Preliminary fatigue data has showed a dispersion within the MMPDS-06 (former MIL-HDBL-5), for similar testing condition, and fulfill the AMS 4050H fatigue requirements. O objetivo deste trabalho é avaliar a conjugação de técnicas conhecidas de processamento para a definição de uma rota de reciclagem de cavacos de usinagem. Estes são gerados durante a manufatura de peças primárias a partir de placas da liga de alumínio 7050-T7451, adquiridas conforme AMS 4050H. Os principais processos utilizados nesta rota de reciclagem dos cavacos foram: refusão por conformação por spray, processamentos termomecânicos e tratamentos térmicos. O tratamento térmico de homogeneização antes da extrusão e a solubilização antes do envelhecimento melhorou significativamente a resposta do material ao tratamento térmico. A utilização do ensaio de torção a quente foi fundamental para definir a melhor condição de processamento para a obtenção de uma microestrutura refinada. Juntamente com os ensaios de torção a quente, uma metodologia de tratamento e análise dos dados de torção a quente foi desenvolvida. Baseado nos dados obtidos, uma nova matriz de extrusão foi projetada. O tamanho médio de grão de 4,0 m que foi obtido apresentou boa correlação com as análises do ensaio de torção a quente, para condições semelhantes de processamento. Os resultados obtidos durante a realização dos ensaios mecânicos de tração apresentaram resultados superiores aos especificados na AMS 4050 H. Da mesma forma, os dados preliminares de fadiga do material, mostraram que os dados obtidos estão na mesma nuvem de dispersão dos dados do MMPDS-06 (antigo MIL-HDBK-5), para condições semelhantes de ensaios, e atende aos critérios de fadiga da AMS 4050 H.

O objetivo do presente trabalho foi produzir e caracterizar um novo tipo de aço fundido com estrutura nanoestruturada de bainita. Este aço não necessita de processamento termomecânico, pode ser produzido em grandes peças, se necessário, e apresenta a resistência mecânica em GPa. A estrutura especial consiste de finas placas de ferritaenvolvidas por austenita retida supersaturada de carbono, a qual pode ser formada em aços contendo porcentagem mínima de silício, de aproximadamente 1,5%. Nesse aço de alto carbono, incluindo molibdênio, cromo, níquel, manganês e cobalto, a bainitamuito fina pode ser obtida por transformação isotérmica a temperaturas menores que 200°C. O tempo necessário para a nucleação nessa temperatura é de muitos dias, entretanto, propicia o crescimento de finas e pequenas placas de bainita, resultando em um aço fundido nanoestruturado. O presente trabalho mostra os primeiros resultadosdesse sistema pesquisado no Brasil. O aço foi produzido em condições convencionais de fundição ao ar. O tratamento térmico consistiu de austenitização a 875°C por 30 min, seguida de austêmpera a 200°C e 300°C, respectivamente por 240 h e 18 h. A técnica dilatométrica foi utilizada para desenvolvimento dos ciclos térmicos. Foram obtidascombinações de resistência a tração e alongamento da ordem de 2,1 GPa e 1%; 1,7 GPa e 15%, respectivamente, para os tratamentos a 200 e 300°C. Apresentam-se resultados inéditos de resistência à fadiga de alto ciclo por flexão rotativa com limite de vida a 107 ciclos, sendo obtido resultado de 593 MPa para austêmpera a 200°C e 516 MPa paraaustêmpera a 300°C. Esses resultados de resistência à fadiga são mais elevados do que os apresentados por importantes materiais de engenharia como os aços forjados e ferros fundidos nodulares austemperados, mesmo com a presença de fratura do tipo olho depeixe, a qual nucleia de defeitos de rechupes. Os resultados sugerem continuidade das investigações para eliminar estes defeitos e potencializar o aço para futuras aplicações de engenharia. The purpose of the present work was to characterize and further develop a novel kind of nanostructured bainitic steel. This steel casting not required thermomechanical processing, can be produced in large pieces, and present GPa strength. The special structure consisting of ferrite laths surrounded by retained austenite with highconcentration of carbon can be formed in steels containing 1.5% of silicon or more. In this high carbon steel, including molybdenium, chromium, nickel, manganese and cobalt, the very fine bainite can be obtained by isothermal transformation at temperature lower than 200°C. The time taken for nucleation at this temperature can be many days,resulting in a nanostructured steel casting due to the growth of extremely thin small plates of bainite. The present work reports the first experiments on this system developed in Brazil. The steel was produced using an air melting technique. The heat treatments were conducted including austenitisation at 875°C for 30 min prior to isothermal transformation at 200°C and 300°C for 240 h and 18 h, respectively. Thedilatometric technique was used in thermal cycle heat treatment definitions. It was obtained a combination of properties with ultimate strength and ductility like as 2,1 GPa and 1%; 1,7 GPa and 15%, for austempering at 200°C or 300°C respectively. It is reported the first results of fatigue tests by high-cycle rotating bending which permittedthe determination of the fatigue life, as defined to be the maximum cycles stress for the samples must survive over 107 cycles. The fatigue life stress was found to be 593 MPa for austempering at 200°C, and 516 MPa for austempering at 300°C. These fatigue life results are higher than those presented by important engineering materials such asforged steel and austempered ductile cast iron, in spite of the fact that was observed fish eye fracture patterns, characteristic of fatigue fracture initiation at shrinkages defects. The results suggest further investigations in order to eliminate these defects and enhance the novel steel for future engineering applications.

Financiadora de Estudos e Projetos Talc is a well known lamellar mineral filler much used for mechanical reinforcement of polypropylene (PP) composites. Mineral nanoclay is also a lamellar filler that is gaining much interest due to its reinforcement effect achieved at relatively much reduced filler content. So the main objectives of this work were to establish a comparative study on the mechanical fatigue properties of isotactic PP composites reinforced with both types of fillers: nanocomposites with 2 and 5 wt. % of organophilic nanoclay and microcomposites with 8 and 25 wt.% of ultrafine talc, where the influence of distinct filler particles size and different filler-matrix interfacial interactions were analyzed on the fatigue life and strength properties of these materials with potential engineering applications. All composites were subjected to short-term tensile and Izod impact tests, dynamic-mechanical thermal analysis and microstructural characterization via SEM and TEM, in order to correlate the analyzed characteristics to the fatigue behavior of the materials. The fatigue tests were carried out under stress controlled mode in tensile tension-tension, with a sinusoidal stress input at 1 Hz frequency and R = 0.1. Maleated PP contributed to the enhancement of short-term mechanical properties of talc-filled composites, whilst its influence was much reduced on the same properties of OMMT nanocomposites, due to the modest nanoclay exfoliation achieved in the non-polar PP polymer matrix. In general terms, talc-filled PP microcomposites showed better fatigue performance in comparison to the nanocomposites with O-MMT. However, their Wöhler fatigue S-N curves did not indicate fatigue endurance limits, within the fatigue span of up to 1 x 106 cycles. The main conclusion derived from this study, indicated that when both types of composites exhibited equivalent elastic modulus enhancement, the stronger filler-polymer interfacial interactions present in the talc-filled microcomposites prevailed over the reduced filler particles size of the nanocomposites of O-MMT, however with presence of nanoparticles agglomerates. O talco é uma carga mineral lamelar conhecida e bastante usada em compósitos de polipropileno (PP), por elevar a eficiência de reforço mecânico do polímero. Por outro lado, o interesse pela nanoargila, também carga mineral lamelar, vem crescendo por esta aprimorar as propriedades do polímero, com uso do nanoreforço em teores muito mais reduzidos em comparação ao dos compósitos tradicionais. Com isso, buscou-se neste trabalho fazer uma análise comparativa do comportamento de fadiga sob ciclagem mecânica de dois tipos de compósitos de i-PP homopolímero: nanocompósitos com 2 e 5% de nanoargila organofílica (O-MMT) e microcompósitos com 8 e 25% de talco ultrafino. O objetivo foi analisar a influência do tamanho das partículas do reforço e do grau de interação interfacial matriz-reforço nas propriedades de resistência e durabilidade mecânica sob fadiga destes compósitos. Todos os compósitos empregaram o PP maleado (PP-g-MAH) como compatibilizante interfacial e foram processados numa extrusora dupla-rosca e moldados por injeção. Os ensaios de fadiga foram realizados em corpos de prova de tração no modo de tensão controlada, com uma onda senoidal na freqüência de 1 Hz e R = 0,1. Foram também realizados os ensaios estáticos de tração e resistência ao impacto, microscopia eletrônica (MEV e MET) e análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA). De forma geral, os microcompósitos de PP com 8 e 25% de talco apresentaram desempenho sob fadiga superior em relação aos nanocompósitos de O-MMT; entretanto, sem alcançar valores de tensão limite de enduro dentro do intervalo de duração dos ensaios de até 1 x 106 ciclos. A principal conclusão neste estudo demonstrou que na definição da resistência à fadiga dos dois tipos de compósitos de PP com módulo elástico equivalentes, as fortes interações polimero-reforço presentes nos microcompósitos de PP/talco, tal como identificadas por análise DMTA, prevaleceram sobre o tamanho reduzido das nanopartículas de O-MMT, porém com presença de aglomerados.

Mestrado em Engenharia de Automação Industrial O presente trabalho descreve o desenvolvimento de uma plataforma de controlo distribuído e em tempo-real de uma máquina servopneumática, para a realização de ensaios que envolvam o controlo de força e posição. O sistema é composto por um controlador reconfigurável CompactRIO® e foi totalmente programado com a linguagem LabVIEW. A plataforma de software foi estruturada de modo a assegurar ensaios de execução ininterrupta ao longo de várias semanas, e permitir monitorização web. Foram implementados diversos controladores lineares e não lineares, nomeadamente controladores PID (lineares e não lineares), baseados em lógica difusa (com uma e duas entradas) e híbridos destes. O maior ênfase é dado ao controlo baseado na lógica difusa, onde se averiguam as suas potencialidades para moldar a contribuição das componentes integral e derivativa na construção dos controladores híbridos, e também o desempenho possível de ser obtido definindo o erro como a única entrada do controlador. O comportamento dos diversos controladores é descrito por meio de diagramas de estado. São indicados resultados relativos ao erro estacionário e no seguimento de várias trajectórias. Sem alteração dos parâmetros dos controladores, atingem-se erros inferiores a 2 μm no posicionamento arbitrário de uma massa de 6,2 Kg, e erros inferiores a 1,5 N no controlo de força. São também obtidas boas prestações no seguimento de diversas trajectórias de controlo de posição e força. ABSTRACT: The present thesis proposes the development of a distributed control platform for real-time operation of a servo-pneumatic fatigue test machine in order to perform tests involving the control of the force and position. The system consists of a CompactRIO® reconfigurable controller and it was fully programmed using LabVIEW language. The software platform was designed and developed in order to guarantee non-interrupted cycling tests over several weeks and, at the same time, to allow web monitoring. Several linear and nonlinear controllers were implemented, namely PID controllers (linear and nonlinear), fuzzy logic controllers (with one and two input variables) and their hybrids. Special attention is given to the fuzzy logic control, evaluating its potential to tune the integral and derivative components in the development of hybrid controllers. On the other hand, the performance obtained by defining the error as the only fuzzy logic controller input will also be analyzed. The behavior of the several controllers is described by using state diagrams. Results relating the static error and trajectory following errors are also presented. Errors below 2μm for an arbitrary positioning of a 6,2Kg mass and errors below 1N for the force control were reached, without retuning the controllers. Good results are also obtained in trajectory following tasks.

Financiadora de Estudos e Projetos Although the influence of interfacial adhesion on short-term mechanical performance of fiber-reinforced thermoplastic composites has been well established, very little published information is available on the influence of the composite interface/interphase characteristics on fatigue properties of these materials. Fatigue life determination is of paramount importance for engineering applications of injection moulded short glass fiber (GF) reinforced polypropylene (PP) composites. Thus, this work is related to an investigation on the influence of maleated polypropylene (PP-g-MAH) interfacial compatibilizer on the fatigue resistance properties of 30 percent GF-reinforced PP composites. The mechanical fatigue analysis was carried out using four-point bending tests under deformation controlled mode at frequencies of 1 Hz and complete reverse cycle (R = - 1). In order to obtain quick comparative data on PP-g-MAH compatibilizer performance on the fatigue life of these composites, an experimental procedure was elaborated in order to correlate the properties determined by dynamicmechanical thermal analysis (DMTA) of composite samples, both pristine or subjected to short-term cyclic loading, with the experimentally determined fatigue life of these materials. The main conclusions of this work indicate that the mechanical damping (tan d) values, related to the fiber-polymer interfacial friction, reduce with compatibilizer content; this effect being better evidenced in the fatigued samples. The decrease in tan d values with compatibilizer content clearly indicate an increase in the composite interfacial compatibility and were found to be inversely proportional to the number of cycles to failure determined by long-term fatigue testing, thus, promoting an increase in the fatigue life of the investigated PP/PP-g-MAH/30%GF composites. Apesar de já ser conhecida a influência da adesão interfacial no desempenho mecânico de curta duração dos compósitos termoplásticos, pouco se sabe sobre a influência da natureza da interface/interfase fibra-polímero na resistência à fadiga destes materiais. Esta propriedade de longa duração é de suma importância em aplicações de engenharia, onde os compósitos moldados por injeção de polipropileno (PP) reforçado com fibra de vidro curta (FV) começam a encontrar grande relevância e atuação, em função de desempenho superior alcançado com uso de compatibilizantes interfaciais. Assim, neste trabalho, buscou-se investigar a influência da adição do compatibilizante interfacial de PP funcionalizado com anidrido maleico (PP-g-MAH) no comportamento mecânico sob fadiga cíclica em compósitos de PP reforçado com 30% em peso de FV. Os ensaios de fadiga foram realizados em flexão quatro-pontos sob deformação controlada na freqüência de 1 Hz e ciclo completo reverso com tensão média zero. Com o objetivo de obter rapidamente informações indicativas sobre a influência do teor de PP-g-MAH na durabilidade sob fadiga mecânica destes compósitos, apresenta-se neste trabalho uma metodologia experimental que busca correlacionar as propriedades obtidas por análise térmica dinâmicomecânica (DMTA) dos compósitos, sem e com envelhecimento por curto tempo sob fadiga, com o experimentalmente determinado desempenho sob fadiga mecânica destes materiais. A principal conclusão deste trabalho demonstra que a propriedade de amortecimento mecânico (tan d), associado ao atrito interfacial do compósito, diminui com aumento no teor do compatibilizante de PP-g-MAH incorporado, sendo este efeito melhor evidenciado nos compósitos pré-envelhecidos sob fadiga. Esta redução no valor de tan d do compósito indica claramente um aumento no grau de compatibilização interfacial fibrapolímero e reflete de forma coerente e inversamente proporcional ao número de ciclos até falha verificada nos ensaios de longa duração sob fadiga mecânica, proporcionando um aumento na durabilidade dos compósitos de PP em análise.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de análises numéricas de fadiga em juntas soldadas por MIG/Laser, utilizando o método dos elementos finitos e o Método da Curva Master S-N. O método tem como base princípios da mecânica da fratura e utiliza como dados de entrada forças internas calculadas pelo método dos elementos finitos. A escolha do método foi realizada pelo mesmo ser adotado como padrão pela associação americana de engenheiros mecânicos (ASME), para o desenvolvimento de modelos de dano em juntas de aço soldadas. A etapa inicial é uma revisão bibliográfica de fadiga nos metais. Inicialmente a revisão mostra o fenômeno de fadiga em metais de uma maneira geral, posteriormente é desenvolvida uma revisão dos métodos de cálculo para fadiga em juntas soldadas. O Método da Curva Master S-N é discutido mostrando suas principais vantagens como também suas limitações. No trabalho são discutidas as principais formas de modelamento geométrico de juntas soldadas com base no método dos elementos finitos. Resultados numéricos de vida sob fadiga utilizando o Método da Curva Master S-N são obtidos para os tipos de junta Lap e T. Um estudo de correlação entre os resultados numéricos e resultados experimentais padrões disponíveis na literatura é desenvolvido. Estudos de convergência de malha são apresentados para os dois modelos de juntas soldadas. Aplicações práticas para o método na industria também são discutidos numa secção particular

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto