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Submitted by Ana Eliza Castro Sobreira Palazzo (ana.e.palazzo@unesp.br) on 2022-10-21T22:08:14Z No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 5936085 bytes, checksum: e69b22374d0777250051eb208dd734a8 (MD5) Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2022-10-31T11:37:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 palazzo_aecs_me_guara.pdf: 5936085 bytes, checksum: e69b22374d0777250051eb208dd734a8 (MD5) Made available in DSpace on 2022-10-31T11:37:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 palazzo_aecs_me_guara.pdf: 5936085 bytes, checksum: e69b22374d0777250051eb208dd734a8 (MD5) Previous issue date: 2022-08-29 A nanotecnologia possui grande potencial de aplicação para melhoria de propriedades de matrizes poliméricas. Especificamente, neste trabalho, foram desenvolvidos nanocompósitos tendo como base a matriz polimérica de poli[1-(metoxicarbonil)-1-metil etileno] (PMMA) e enchimento de nanopartículas de óxido de cério (CeO2), de característica semicondutora. Para a realização deste trabalho, as nanopartículas de CeO2 foram sintetizadas a partir do método de precipitação química. Para este processo foram testadas duas diferentes metodologias de funcionalização superficial utilizando-se ou o surfactante aniônico dodecil sulfato de sódio (DSS) ou o ácido hexadecanóico (C16H32O2), também conhecido como ácido palmítico, um representante de cadeia longa do grupo dos ácidos carboxílicos, como ligantes modificadores da superfície das nanopartículas, de forma a propiciar o processo de incorporação na matriz polimérica. Para a síntese dos filmes de nanocompósitos, utilizou-se o método da mistura direta e evaporação do solvente, em diferentes protocolos de incorporação das nanopartículas na matriz. Para a caracterização das propriedades das amostras produzidas foram realizados estudos de termogravimetria (TGA), de calorimetria exploratória diferencial (DSC), de microscopia eletrônica de varredura (MEV), de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), espectroscopia RAMAN e difratometria de raios-X pelo método de pó (DRX). Os filmes de nanocompósitos de PMMA/CeO2 foram comparados com filmes de PMMA puro, indicando que, termicamente, o nanocompósito mantém as características principais da matriz de PMMA. A temperatura de transição vítrea dos nanocompósitos varia conforme o método de síntese e a funcionalização da superfície aplicada às nanopartículas. Por DRX, quando há adequada incorporação e dispersão das nanopartículas, observa-se os picos característicos dos planos cristalinos do CeO2 no nanocompósito e, por MEV, são avaliadas as suas microestruturas, analisando-se a dispersão. Os resultados obtidos mostraram que os protocolos testados de síntese do nanocompósito pretendido, com funcionalização tanto in-situ quanto ex-situ, foram adequados, porém, especificamente, para o protocolo ex-situ por transferência de fase com ácido palmítico, há ainda certa incerteza quanto à dispersão adequada das nanopartículas de CeO2 no PMMA, tendo a funcionalização in-situ, com DSS, apresentado-se mais promissora. Nanotechnology has great application potential for improving the properties of polymeric matrices. Specifically, in this work, nanocomposites were developed based on the Poly(methyl 2-methylpropenoate), PMMA, polymer matrix and filled with cerium oxide (CeO2) nanoparticles, which has semiconductor characteristic. CeO2 nanoparticles were synthesized by the chemical precipitation method and two different methodologies of surface functionalization were tested using either anionic surfactant (DSS) or hexadecanoic acid (C16H32O2), also known as palmitic acid, a long-chain representative of the carboxylic acid group, as nanoparticle surface modifying ligands, in order to provide the process of incorporation into the polymer matrix. For the synthesis of the nanocomposite films, the method of direct mixing and solvent evaporation (casting) were used in different protocols of nanoparticles incorporation on polymer matrix. To characterize the properties of the produced samples, thermogravimetry (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), infrared absorption spectrum (FTIR), RAMAN spectroscopy and powder X-ray diffraction (XRD) studies were carried out. The PMMA/CeO2 nanocomposite films were compared with pure PMMA films, indicating that, thermally, the nanocomposite maintains the main characteristics of the PMMA matrix. The glass transition temperature of nanocomposites varies according to the synthesis method and surface functionalization applied to the nanoparticles. By XRD, when there is adequate incorporation and dispersion of the nanoparticles, the characteristic peaks of the CeO2 crystalline planes are observed in the nanocomposites and, by SEM, their microstructures are evaluated, intending to verify the dispersion. The obtained results showed that the tested synthesis protocols for the intended nanocomposite, with either in-situ or ex-situ functionalization, were satisfactory, however, specifically, for the ex-situ protocol by phase transfer with palmitic acid, there is some uncertainty as to the adequate dispersion of CeO2 nanoparticles in PMMA, being DSS ex-situ functionalization the most promising one. CAPES: 001

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES

Submitted by Thiago Augusto Carneiro de Souza (thiago.ac.souza@unesp.br) on 2022-06-25T02:30:10Z No. of bitstreams: 1 Mestrado - Thiago A C Souza - VF (1) (2).pdf: 3194055 bytes, checksum: 4a94f93bfadb13e473bb5bf8dc56d63a (MD5) Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2022-06-27T10:55:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_tac_me_araiq_int.pdf: 3194055 bytes, checksum: 4a94f93bfadb13e473bb5bf8dc56d63a (MD5) Made available in DSpace on 2022-06-27T10:55:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_tac_me_araiq_int.pdf: 3194055 bytes, checksum: 4a94f93bfadb13e473bb5bf8dc56d63a (MD5) Previous issue date: 2022-05-23 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A motivação que levou à execução desse trabalho consistiu em juntar a experiência do grupo e combinar formulações de híbridos contendo inibidores inorgânicos e orgânicos de sucesso como polimetacrilato de metila (PMMA-sílica + Li2CO3 e PMMA-sílica + (NH4)2Ce(NO3)6 (CAN) / PMMA-CeO2 + Li2CO3), buscando novos materiais (PMMA-sílica + tiadiazola 5-(benziltio)-1,3,4-tiadiazol-2-tiol – (BTT) e/ou 2-Mercaptobenzotiazol (MBT) / PMMA-CeO2 + BTT e/ou MBT) e avaliando a influência dos solventes no material substituindo tetraidrofurano (THF) por solventes mais verdes, como isopropanol ou etanol. Foram desenvolvidos uma série de híbridos orgânico-inorgânicos à base de PMMA e aditivos distintos, sintetizados por meio do processo sol-gel (PSG) e polimerização radicalar de MMA, com o objetivo de se testar formulações e combinações de reagentes que resultassem em revestimentos anticorrosivos de alta performance, elevada resistência mecânica, estabilidade térmica e que apresentassem a capacidade de se auto-regenerar (self-healing). Inicialmente, realizou-se a síntese utilizando precursores inorgânicos à base de nanopartículas de cério (inibidor inorgânico) e de sílica modificados com os inibidores inorgânicos à base de cério (Ce(NO3)3.6H2O) e CAN, e de lítio, como carbonato de lítio (Li2CO3), e modificados com inibidores orgânicos como MBT e BTT pelo PSG. Em seguida, realizou-se a polimerização dos monômeros com os agentes acopladores, utilizando iniciador térmico peróxido de benzoíla (BPO). A solução coloidal resultante foi utilizada para a deposição de filmes híbridos sobre substratos de aço carbono A1020 e Alumínio AA7075 por dip-coating. Foram aplicadas técnicas variadas de caracterização estando, entre elas, espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X (XPS), espectroscopia Raman, microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise termogravimétrica (TGA) para caracterização estrutural e térmica. Além disso, como complemento, foram realizados testes de adesão e medidas de espessura. Para análise da eficiência anticorrosiva, utilizou-se espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), com exposição das amostras em meio salino (3,5% NaCl) em função do tempo de imersão. Análises estruturais por XPS confirmaram a distribuição uniforme das nanopartículas inorgânicas na matriz de PMMA e o teor nominal dos inibidores. Os revestimentos sintetizados apresentaram resultados semelhantes àqueles já obtidos nos trabalhos anteriores do grupo, alguns com módulos de impedância em torno de 1 GΩ cm2 e vida útil acima de 1 ano. As propriedades dos filmes também se assemelharam a algumas já vistas como: superfícies homogêneas de baixas rugosidades (0,33-2,75 nm), espessuras (entre 1,40-13,53 μm) e adesão (até 11 MPa) dentro dos intervalos mais frequentes, estabilidade térmica maior que 200 °C. The motivation that led to the execution of this work consisted of joining the group's experience and combining successful formulations (PMMA-silica + Li2CO3 and PMMA-silica + (NH4)2Ce(NO3)6 CAN / PMMA-CeO2 + Li2CO3), looking for new materials (PMMA-silica + tiadiazola 5-(benzylthio)-1,3,4-thiadiazole-2-thiol – (BTT) and /or 2-Mercaptobenzothiazole (MBT) / PMMA-CeO2 + BTT and/or MBT) and evaluating the influence of solvents on the material trying to replace THF by green solvents as isopropanol or ethanol. A series of organic-inorganic hybrids based on polymethyl methacrylate (PMMA) and different additives were developed, synthesized through the sol-gel process (PSG) and radical polymerization, with the objective of testing formulations and combinations of reagents that resulted in high performance anti-corrosion coatings, high mechanical resistance, thermal stability and which have the ability to self-healing. Initially, the synthesis was carried out using inorganic precursors based on cerium nanoparticles (inorganic inhibitor) and silica modified with inorganic inhibitors based on cerium (Ce(NO3)3.6H2O) and CAN, and lithium, as lithium carbonate (Li2CO3), and modified with organic inhibitors such as 2-Mercaptobenzothiazole (MBT) and thiadiazole (5-(benzylthio)-1,3,4-thiadiazole-2-thiol - BTT) by PSG. Then, the polymerization of the monomers was carried out with the coupling agents, using the thermal initiator of benzoyl peroxide (BPO). The resulting colloidal solution was used for the deposition of hybrid films on A1020 carbon steel and AA7075 aluminum substrates by dip-coating. Various techniques were applied, including X-ray induced photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, atomic force microscopy (AFM) and thermogravimetric analysis (TGA) for structural and thermal characterization. In addition, as a complement, adhesion tests and thickness measurements were performed. And, in order to analyze the anticorrosive efficiency, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used, with immersion of the samples in saline medium (3.5% NaCl), taking into account the immersion time. The samples were also observed in scanning electron microscopy (SEM). The synthesized hybrids presented similar results to those already obtained in the group's previous works, some with impedance modules around 1 GΩ cm2 and a useful life of over 1 year. The structural properties also resembled some previously seen, such as low roughness values between 0.33 and 2.75 nm (smooth and homogeneous surfaces), thickness (between 1.40 - 13.53 μm) and adhesion (up to 11 MPa) within the most frequent ranges, thermal stability higher than 200°C. CAPES: 88887.341571/2019-00

Submitted by Bruno Mikio Fujiwara Marques (bmikio@yahoo.com.br) on 2022-04-07T13:26:24Z No. of bitstreams: 1 Tese - Bruno Mikio - Defesa-revA-Final.pdf: 7883734 bytes, checksum: 4d1526fb91f815d48bfbd84a7d1043e6 (MD5) Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2022-04-11T11:16:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marques_bmf_dr_guara.pdf: 7883734 bytes, checksum: 4d1526fb91f815d48bfbd84a7d1043e6 (MD5) Made available in DSpace on 2022-04-11T11:16:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marques_bmf_dr_guara.pdf: 7883734 bytes, checksum: 4d1526fb91f815d48bfbd84a7d1043e6 (MD5) Previous issue date: 2022-03-04 Para juntas aparafusadas de alta responsabilidade, a aplicação de uma força inicial de tração no parafuso, denominada pré-carregamento, é essencial devido à compressão aplicada às partes unidas, aumentando o atrito entre elas e melhorando a resistência mecânica da junta tanto submetida à carga externa de tração quanto à de cisalhamento. Além disso, sabe-se que o torque necessário para produzir um determinado pré-carregamento é função da geometria da rosca e dos coeficientes de atrito dos materiais envolvidos. Essas variáveis combinadas na equação de obtenção do torque denominam-se coeficiente de torque e o seu valor influencia diretamente o pré-carregamento. No entanto, para juntas de materiais compósitos, os valores do coeficiente de torque são considerados em poucos estudos e de maneira aproximada e superficial, sendo comum utilizar os resultados obtidos para juntas de materiais metálicos como referência, acarretando em componentes de materiais compósitos com baixa eficiência e dimensionados incorretamente. Dessa forma, este trabalho apresenta um estudo sobre juntas aparafusadas de materiais compósitos de matriz epóxi reforçada com fibra de carbono, a fim de analisar e definir os coeficientes de torque aplicáveis a esses materiais, como também avaliar os efeitos de diferentes valores de torque sobre o laminado, demonstrando a relação entre a carga de prova do parafuso e o pré-carregamento. As análises contemplaram a utilização do método analítico geral e de Motosh, do método dos elementos finitos com modelos tridimensionais e equacionamentos não-lineares, contemplando contatos e aplicação do critério de falha de Hashin. Também foram realizados ensaios experimentais de aplicação de torque, de resistência da junta em tração e análise fractográfica. Os resultados dos ensaios de aplicação de torque demonstraram que o coeficiente de torque aplicável para a junta de material compósito é aproximadamente 50% maior do que o aplicado para juntas metálicas, independentemente do valor de torque utilizado. Assim, os pré-carregamentos obtidos experimentalmente apresentaram valores até 39,4% menores do que os calculados utilizando o coeficiente de torque recomendado para juntas metálicas. Outra contribuição deste trabalho foi a recomendação na utilização de pré-carregamentos entre 68% e 100% da carga de prova do parafuso. No entanto, os resultados dos ensaios de resistência da junta em tração indicaram que não houve aumento da carga de falha por tração utilizando um pré-carregamento de 100% da carga de prova do parafuso, quando comparado com corpos de prova submetidos a pré-carregamento com relação de 80,2%, não apresentando vantagem deste último para condições de carregamentos estáticos. Além disso, a análise fractográfica revelou que os diferentes pré-carregamentos aplicados não influenciaram nos modos de falha observados na superfície de fratura dos corpos de prova. Considering high responsibility bolted joints, the application of initial tension force entitled preload is essential due the compression effect over the joint components, increasing the friction forces between them and improving the joint mechanical strength even when it is submitted to an external tensile load than a shear load. Moreover, the torque to generate the preload is dependent on the thread geometry and the coefficient of friction between the involved materials. These variables in the equation to obtain the torque is entitled coefficient of torque and its value directly influences the preload. However, for composite material joints, the coefficients of torque are considered approximately and superficially in few studies, using the values for metallic material joints as a reference, resulting in low efficient components of composite material and incorrectly dimensioned. Thus, this work presents a study of bolted joints in carbon fiber reinforced epoxy to analyze and determine the applicable coefficients of torque for this type of material, and the effect of different torque values over the laminate indicating the relation between the bolt proof load and the preload. The analysis regarded the application of the general and Motosh analytical methods, finite element method with tridimensional models and non-linear equations, contact between the components and the use of Hashin failure criterion. It was also performed torque application tests, tension tests and fractography analysis. The torque application tests results showed the coefficient of torque for composite material joints is approximately 50% higher than the applied coefficient in metallic joints, independently of the torque value. Thus, the experimental preloads values were 39,4% lower than the ones obtained analytically using the coefficient used for metallic joints. Another contribution of this study was the recommendation to apply preloads between 68% to 100% of the bolt proof load. However, the tensile tests results demonstrated that the tensile failure load did not increase due a preload corresponding a 100% of bolt proof load in comparison with specimens submitted to 80,2% of proof load, not presenting an advantage for static load conditions. Furthermore, the fractographic analysis showed that the different preloads do not present an influence in the observed failure modes on the fracture surfaces of the specimens.

Orientador: Prof. Dr. Setsuo Iwakiri Coorientadores: Profa. Dra. Rosilani Trianoski, Prof. Dr. Alan S. de Andrade, Prof. Dr. Edemir Luiz Kowalski Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 24/06/2022 Inclui referências Área de concentração: Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver um compósito de matriz borracha natural com a incorporação de fibras de madeira e substituição do negro de fumo por elas em diferentes proporções. Visando melhorar a compatibilidade com a matriz, as fibras foram tratadas com hidróxido de sódio (NaOH) em diferentes concentrações (5, 10, 15, 20, 30%) e tempos de exposição (2 e 24 horas). Para verificação da melhor combinação concentração/tempo de exposição foram avaliadas composição química, cristalinidade da celulose, estabilidade térmica e modificação da superfície das fibras tratadas. Os resultados demonstraram que houve remoção da lignina e das hemiceluloses em todas as combinações. Ocorreu modificação de celulose I para II em altas concentrações e as maiores cristalinidades foram encontradas nas concentrações de 5 e 10%. A temperatura ONSET no tratamento 2 h e 5% apresentou melhores características de estabilidade térmica. As imagens de MEV demonstraram que ocorreu lixiviação das impurezas presentes na superfície das fibras, diminuindo o aspecto ceroso da fibra apresentado no tratamento controle. O tratamento 2h e 5% foi o que apresentou melhor condição de modificação macromolecular das fibras, alterando sua superfície e potencializando o seu uso como reforço em compósito. Os compósitos foram produzidos usando as fibras tratadas com 2h e 5%, baseando-se em duas etapas, a primeira com incorporação das fibras de madeira e a segunda de substituição do negro de fumo por elas. Os compósitos foram caracterizados morfológica, físico-mecânica e eletricamente a fim de encontrar a melhor formulação para utilização em pisos antiestáticos. O tempo ótimo de vulcanização (t90) diminuiu em todas as formulações em relação ao controle e apresentaram baixa absorção de água. A densidade básica do compósito não foi alterada, já a densidade de ligações cruzadas diminuiu na etapa de substituição, devido à dificuldade de ligação entre as fibras e a matriz. A utilização de fibras de madeira e negro de fumo como reforço aumentou a dureza Shore A, em todas as formulações, e os compósitos foram classificados como borracha dura ou extremamente dura, resultados ideais para indústria de pisos. Com isso, houve uma redução do alongamento e ruptura na tração. A coloração do compósito não apresentou mudança perceptível. Todas as formulações apresentaram alto ângulo de contato, sendo classificados como hidrofóbicos. Os compósitos foram classificados como N4 e N5, ou seja, sem necessidade de acabamento para o uso como piso. Não houve modificação química da borracha. A resistividade superficial classificou a formulação FM24/NF36 como sendo a única formulação ideal para pisos antiestáticos e as demais foram classificadas como isolantes ou condutoras. Baseado nisto pode-se afirmar que as fibras de madeira, utilizadas na proporção FM24/NF36, podem ser utilizadas como reforço inerte em borracha natural contribuindo na redução de custos e na utilização para pisos antiestáticos. Abstract: The objective of this work was to develop a composite of natural rubber matrix with the incorporation of wood fibers and replacement of carbon black by them in different proportions. In order to improve compatibility with the matrix, the fibers were treated with sodium hydroxide (NaOH) at different concentrations (5, 10, 15, 20, 30%) and exposure times (2 and 24 hours). To verify the best combination concentration/exposure time, chemical composition, cellulose crystallinity, thermal stability and surface modification of the treated fibers were evaluated. The results showed that lignin and hemicelluloses were removed in all combinations. There was a modification of cellulose I to II at high concentrations and the highest crystallinities were found at concentrations of 5 and 10%. The ONSET temperature in the 2 h and 5% treatment showed better thermal stability characteristics. The SEM images showed that there was leaching of impurities present on the surface of the fibers, reducing the waxy aspect of the fiber presented in the control treatment. The 2h and 5% treatment showed the best condition of macromolecular modification of the fibers, altering their surface and enhancing their use as a composite reinforcement. The composites were produced using the fibers treated with 2h and 5%, based on two steps, the first with the incorporation of wood fibers and the second with the replacement of carbon black by them. The composites were morphological, physico-mechanical and electrically characterized in order to find the best formulation for use in antistatic floors. The optimal vulcanization time (t90) decreased in all formulations in relation to the control and showed low water absorption. The basic density of the composite was not altered, whereas the crosslink density decreased in the replacement step, due to the difficulty of bonding between the fibers and the matrix. The use of wood fibers and carbon black as reinforcement increased the Shore A hardness in all formulations, and the composites were classified as hard or extremely hard rubber, ideal results for the flooring industry. As a result, there was a reduction in elongation and rupture in traction. The color of the composite showed no perceptible change. All formulations showed a high contact angle, being classified as hydrophobic. The composites were classified as N4 and N5, that is, without the need for finishing for use as a floor. There was no chemical modification of the rubber. The surface resistivity classified the FM24/NF36 formulation as being the only ideal formulation for antistatic floors and the others were classified as insulating or conducting. Based on this, it can be said that wood fibers, used in the proportion FM24/NF36, can be used as inert reinforcement in natural rubber, contributing to cost reduction and use for antistatic floors.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2022. Os valores obtidos em modelos de previsão de retração têm apresentado uma grande discrepância quando comparado com os dados obtidos em experimentos, não acompanhando o avanço da tecnologia de concreto. Dessa forma, este trabalho consiste no estudo de retração de concreto ultra alto desempenho reforçados com fibras (CUADRF), com o objetivo de avaliar as equações de previsão do fenômeno que atenda a classe de concreto de maneira eficiente, e comparando com os modelos existentes. Para o alcance do objetivo, fez-se a caracterização dos concretos por meio de estudo de dosagem, ensaios laboratoriais de retração autógena livre e caracterização mecânica (resistência à compressão, resistência à tração direta, resistência de tração na flexão e módulo de elasticidade dinâmico) e, através dos resultados alcançados, foi avaliada a precisão dos modelos existentes e proposto um novo equacionamento que consiga prever com melhor precisão o fenômeno. Para aumentar a abrangência dos parâmetros estudados, foram utilizadas três matrizes com resistências diferentes (90 MPa, 115 MPa, 140 MPa), obtendo uma matriz já atendida pelas normativas existentes e outras duas não pertencentes aos parâmetros dos modelos já conhecidos. Em cada matriz, foi testado a adição de microfibras de vidro e microfibras metálicas, em teores em volume de 0,5%; 1,0%; 1,5% e 1%; 2% e 3%, respectivamente. Os concretos foram caracterizados por ensaio de retração autógena performados logo após a mistura até os 7 primeiros dias de hidratação, período de maior ocorrência da retração autógena para essa classe de concreto. Os valores de retração obtidos não mostram diferença estatística entre as misturas contendo fibras e as referências, indicando que as fibras pouco influenciam na diminuição da deformação de retração do concreto após o ?tempo-zero?. Ao avaliar a retração desde o momento da moldagem, percebe-se que as misturas contendo fibra resultam em menores deformações, portanto mostrando que as fibras auxiliam no combate a deformação enquanto o concreto ainda se apresenta em estado plastico. Por fim, comprovou-se que as equações de previsão de retração não atendem as necessidades dos concretos estudados, sendo o erro de previsão maior de acordo com a diminuição da relação A/Agl. Apesar da modelagem estatística utilizada apresentar um bom coeficiente de correlação, as medidas ao comparar os seus resultados com os experimentais, há uma diferença significativa principalmente nos primeiros dias de hidratação. Dessa maneira, utilizou-se da técnica de redes neurais artificiais para conseguir realizar obter um modelo de previsão que melhor descreve os resultados obtidos nos testes. A rede treinada apresenta boa resposta, porém necessitando um aumento do banco de dados para melhoria do modelo, principalmente nos primeiros dias de hidratação. Abstract: The values obtained in shrinkage prediction models have shown a large discrepancy when compared to data obtained in experiments, not following the advance of concrete technology. Thus, this work consists of the study of the shrinkage of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC), to evaluate the phenomenon's prediction equations that efficiently meet the concrete class and compare it with existing models. To achieve the objective, the characterization of the concretes was conducted through a dosage study, laboratory tests of free autogenous shrinkage, and mechanical characterization (compressive strength, direct tensile strength, bending tensile strength, and dynamic modulus of elasticity) and, through the results achieved, the accuracy of the existing models was evaluated, and a new equation proposed that could better predict the phenomenon. To increase the scope of the studied parameters, three matrices with different strengths (90 MPa, 115 MPa, and 140 MPa) were used, obtaining a matrix already met by the existing regulations and two others not belonging to the parameters of the already known models. In each matrix, the addition of glass microfibers and metallic microfibers, in volume contents of 0.5%, was tested; 1.0%; 1.5% and 1%; 2%, and 3%, respectively. The concretes were characterized by an autogenous shrinkage test performed right after mixing until the first 7 days of hydration, the period of greatest occurrence of autogenous shrinkage for this class of concrete. The shrinkage values obtained show no difference between the mixtures containing and the references, indicating that the values were identified as few in the reduction of the concrete deformation at \"zero-time\". When evaluating the shrinkage from the moment of molding, it is noticed that the mixtures containing fiber result in smaller deformations, therefore showing that the fibers help to combat deformation while the concrete is still in a plastic state. Finally, it was proved that the shrinkage prediction equations do not meet the needs of the concretes studied, the prediction error being greater according to the decrease in the W/B ratio. Despite the statistical modeling used to present a good correlation coefficient, the measurements when comparing their results with the experimental ones, there is a significant difference mainly in the first days of hydration. In this way, the technique of artificial neural networks was used to obtain a prediction model that best describes the results obtained in the tests. The trained network presents a good response, but it needs a database to improve the model, especially in the first days of hydration.

Submitted by Fillip Cortat Alves (fillip.cortat@unesp.br) on 2022-01-18T14:46:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Fillip Cortat Alves.pdf: 11961522 bytes, checksum: 9612dd46729708d599a374933ea5be1b (MD5) Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2022-01-19T11:38:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alves_fc_me_guara.pdf: 11961522 bytes, checksum: 9612dd46729708d599a374933ea5be1b (MD5) Made available in DSpace on 2022-01-19T11:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alves_fc_me_guara.pdf: 11961522 bytes, checksum: 9612dd46729708d599a374933ea5be1b (MD5) Previous issue date: 2021-11-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O desenvolvimento de compósitos de matrizes poliméricas reforçados com fibras sintéticas cresce e se destaca em diversos segmentos da indústria moderna, graças às suas propriedades, como baixa massa específica e elevada resistência mecânica específica. Para aplicações estruturais, uma investigação extensa dos compósitos é requerida, com o objetivo de garantir a segurança e o bom desempenho mecânico do material. No presente estudo, compósitos de fibra de vidro/resina epóxi manufaturados através da técnica de moldagem por transferência de resina (RTM) foram avaliados quanto à influência de diferentes teores de vazios no comportamento mecânico por meio de análise dinâmico-mecânica e ensaios de fluência. A microtomografia computacional de raios X (MCT) foi utilizada para reconstrução em 3D do compósito, de modo a determinar a posição e as características morfológicas dos poros. Os resultados mostraram que o conteúdo de vazios interfere na transferência de tensão, permitindo maior armazenamento de energia na região vítrea para as mostras menos porosas. Além disso, na região de transição vítrea, o menor conteúdo de vazio apresentou um decaimento mais abrupto da rigidez, devido à maior dissipação de energia em um menor intervalo de tempo. A tendência do comportamento de fluência é igualmente afetada pelo conteúdo e morfologia do vazio. Foram utilizados os modelos de ajuste de curva de Findley, Burger e Weibull para as curvas de fluência, e os resultados indicaram que os modelos se ajustaram bem às curvas experimentais de fluência. Os parâmetros obtidos por cada modelo foram relacionados ao comportamento viscoelástico dos compósitos e associados com os demais resultados deste estudo. The development of polymer composite reinforced with synthetic fibers grows and is becoming prominent in several modern industry segments, due to the low specific mass and high relative mechanical resistance. For structural application, an in-depth investigation of composites is required. In the present study, glass fiber/epoxy composites were manufactured by resin transfer molding (RTM) with different volume fraction of voids and evaluated by dynamic-mechanical analysis and the creep behavior. The X-ray computational microtomography (MCT) was used to reconstruct the composite in 3D to determine the pore's position and morphological characteristics. The dynamic-mechanical analyzes were performed over a wide temperature range and creep tested from different temperatures and stress levels. The results showed that the void content influences the transfer of tensions, allowing higher energy storage in the vitreous region. In addition, at the glass transition temperature, a more abrupt decay is observed due to higher energy dissipation in a shorter period. The creep behavior is also influenced by the content and morphology of the void. The Findley, Burger and Weibull curve fitting models were used for creep curves. The results indicated that the models fitted well to the experimental creep curves. The parameters obtained by each model were related to the composites viscoelastic behavior and associated with the other results of this study. CAPES: 88882.433472/2019-01

Resumen Los materiales ablativos son la base de los sistemas de protección térmica de equipos o elementos recuperables que, en servicio, son expuestos a elevadas temperaturas. Generalmente, estos materiales son de difícil adquisición y alto costo, lo que dificulta su aplicación en países como Colombia. Esta investigación describe la obtención y caracterización de materiales compuestos de tipo ablativo basados en una matriz de resina poliéster reforzada con materiales particulados (60-70 % en peso) y fibra de vidrio corta (5 % en peso). Como particulados, se utilizaron residuos cerámicos y escoria de aluminio finamente molidos (

O resíduo de Pinus pode ser inserido na produção de placas cimento-madeira como forma de destinar as sobras industriais a um componente construtivo com boas propriedades físicas e mecânicas. As placas cimento-madeira podem ser empregadas em painéis de fechamento, em forros e em fachadas como alternativa às placas de gesso acartonado, OSB (Oriented Strand Board), Siding e outras placas cimentícias. Normalmente, o processo produtivo dos compósitos cimento-madeira necessita de prensagem, contudo, estudos com placas cimentícias não prensadas contendo o resíduo de Pinus já foram realizados a fim de se obter componentes mais leves e de produção facilitada, mas sem considerar a reação ao fogo da placa. Para contribuir com o tema apresentado, o objetivo desse trabalho foi estudar as placas cimento-madeira não prensadas produzidas com resíduo de Pinus spp quanto a dosagem, propriedades físicas, mecânicas e de reação inicial ao fogo. A placa proposta foi obtida pela mistura de cimento CP V, resíduo de Pinus spp proveniente da serragem de madeira, água, aditivo acelerador de pega a base de cloreto de cálcio, aditivo modificador de viscosidade, além do papel kraft, inserido nas duas faces da placa para melhorar a resistência à flexão. A proporção de madeira, água e aditivos aplicados no compósito foram definidos pela compatibilidade entre o Pinus spp e o cimento através de ensaios de resistência à compressão em corpos de prova cilíndricos e de consistência no estado fresco. As placas foram ensaiadas em relação à resistência mecânica através dos testes de flexão estática e tração perpendicular, já a resistência à umidade foi estudada pelo ensaio da placa em água em ebulição seguido de verificação da tração perpendicular. Foram realizados ainda ensaios de absorção de água e inchamento. A reação ao fogo foi estudada por análise termogravimétrica e pelo ensaio de ignitabilidade da placa. Os resultados demonstraram que a adição de 17% do resíduo de Pinus spp sobre a massa de cimento é considerada uma proporção viável para a produção da placa não prensada. O tratamento do resíduo para remoção de extrativos, a ordem da mistura dos componentes e a umidade presente na madeira ao ser adicionada à mistura, mostraram-se variáveis importantes para a obtenção do compósito. Os testes de resistência apresentaram resultados consideráveis quanto à tração perpendicular e à umidade. A resistência à flexão obtida não alcançou os valores normativos, porém, pode ser melhorada com o uso de papel próprio para aplicação em placas de vedação. A análise inicial da reação ao fogo, verificada pela termogravimetria, mostrou que o cimento incorporado ao resíduo de madeira retarda a decomposição do material frente a altas temperaturas. Além disso, pelo ensaio de ignitabilidade concluiu-se que a aderência do papel no compósito é fundamental para o melhor desempenho da placa. Assim, este estudo evidenciou a possibilidade do uso de resíduos de madeira em componentes construtivos, inclusive em edificações onde há necessidade do controle de materiais empregados quanto a reação ao fogo. Pinus residue can be used in the production of wood-cement boards as a way to allocate industrial waste to a constructive component with good physical and mechanical properties. Wood-cement boards can be used in closing panels, ceilings and facades as an alternative to plasterboard, OSB (Oriented Strand Board), Siding and other cementitious boards. Normally, the production process of wood-cement composites requires pressing, however, studies with unpressed cementitious boards containing Pinus residue have already been carried out in order to obtain lighter components and easier production, but without considering the reaction to fire of the board. To contribute to the presented theme, the aim of this study was studied as unpressed wood-cement boards produced with Pinus spp residue in terms of dosage, physical, mechanical and initial fire reaction properties. The proposed board was obtained by mixing CP V cement, Pinus spp residue from wood sawdust, water, calcium-cloride based adherence accelerator addictive, viscosity modifying additive, in addition to kraft paper, inserted on both sides of the plate to improve flexural strength. The proportion of wood, water and additives applied in the composite were defined by the compatibility between Pinus spp and cement through compressive strength tests on cylindrical specimens and consistency in the fresh state. The boards were tested for mechanical resistance through static bending and perpendicular traction tests, while the resistance to moisture was studied by testing the board in boiling water followed by verification of perpendicular traction. Water absorption and swelling tests were also carried out. The reaction to fire was studied by thermogravimetric analysis and by the board ignitability test. The results showed that the addition of 17% of Pinus spp residue on the cement mass is considered a viable proportion for the production of unpressed board. The treatment of the residue for removal of extractives, the order of mixing the components and the moisture present in the wood when added to the mixture, proved to be important variables for obtaining the composite. The strength tests showed considerable results in terms of perpendicular tension and moisture. The flexural strength obtained did not reach the normative values, however, it can be improved with the use of paper suitable for application in sealing plates. The initial analysis of the reaction to fire, verified by thermogravimetry, showed that the cement incorporated into the wood residue delays the decomposition of the material at high temperatures. Furthermore, by the ignitability test it was concluded that the adherence of the paper to the composite is essential for the best performance of the board. Thus, this study evidenced the possibility of using wood residues in construction components, including in buildings where there is a need to control the materials used in terms of fire reaction.

Orientador: Elias Basile Tambourgi Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Este trabalho tratou da pesquisa e desenvolvimento de um adsorvente alternativo, aplicável no tratamento de rejeitos líquidos industriais, contendo baixas concentrações dos metais pesados Cd, Cu e Zn. Ele teve como objetivo geral produzir esferas adsorventes de zeólita 4A - Sargassum sp. com custo de produção competitivo e com elevada capacidade de captura dos metais pesados Cd, Cu e Zn, nas quais o processo de adsorção ocorra com elevada eficiência e com cinética favorável. A produção das esferas envolveu uma abordagem inovadora do Processo Sol - Gel, a qual permitiu produzir sete tipos de esferas, partindo da combinação e imobilização de adsorventes tradicionais pesquisados: biomassa Sargassum sp., caulim, alumina e zeólita. Este processo de imobilização das partículas dos adsorventes tradicionais causa uma obstrução dos poros e canais existentes nestas partículas e, com isto, reduz a capacidade de captura dos metais pesados nas esferas resultantes. Felizmente, a combinação de adsorventes realizada viabilizou a obtenção de esferas adsorventes com elevada capacidade de captura de metais pesados e com cinética favorável. É o caso das esferas de zeólita 4A, com capacidade máxima de captura de Cd+Cu+Zn de 746 µmol/g, com uma velocidade de captura aproximada de 18 µmol/g.h e com uma eficiência de captura de 82% e das esferas de zeólita 4A - 50% em peso de Sargassum sp., com capacidade máxima de captura de Cd+Cu+Zn de 709 µmol/g, com uma velocidade de captura aproximada de 20 µmol/g.h e com uma eficiência de captura de 83%. O comportamento de adsorção destas esferas se ajustou ao modelo de equilíbrio de Freundlich. Elas possuem uma cinética de adsorção compatível com o modelo cinético de pseudo-segunda ordem. Ao tratarem um efluente industrial real, estas esferas apresentam uma eficiência de captura de Cd+Cu+Zn =90% enquanto que numa resina quelante comercial esta eficiência é de 99,5%. Tem-se, pois, esferas adsorventes com elevada eficiência e baixo custo de produção, tornando-as um bom adsorvente para aplicação no tratamento de efluentes líquidos industriais com baixa concentração de Cd, Cu e Zn Abstract: In this work had been made a research and the development of an alternative adsorbent which may be applied in the treatment of industrial liquid effluents containing low concentration of heavy metals, Cd, Cu and Zn. The main objective was to produce 4A type zeolite-Sargassum sp. adsorbents spheres with the following characteristics: competitive fabrication cost; high uptake capacity of the heavy metals, Cd, Cu and Zn; high affinity by the referred heavy metals; and appropriated adsorption kinetic. The marking of the adsorbents spheres had involve the innovative use of the Sol-gel Process. That had permitted to obtain seven types of adsorbents spheres for combination and immobilization of the particles of traditional adsorbents Sargassum sp., kaolin, alumina and 4A type zeolite. This immobilization process causes an obstruction of the pores and the channels present in these particles that reduced the uptake capacity of the produced adsorbents spheres. Fortunately, the combination of traditional adsorbents particles produced adsorbent spheres with high uptake capacity, high uptake efficiency, and appropriate adsorption kinetic. As, two types of adsorbent spheres, 4A type zeolite and 4A type zeolite-50% Sargassum sp. adsorbed 746 µmol/g and 709 µmol/g with an adsorption velocity of 18 µmol/g.h and 20 µmol/g.h, and a uptake efficiency of 82% and 83%, respectively. The adsorption behavior of these adsorbent spheres had been fitting to the Freundlich model. They have an adsorption kinetic compatible with the pseudo-second order model. When it treated an industrial liquid effluent with these adsorbent spheres, they showed a uptake efficiency higher than 90% and while an uptake efficiency of 99,5% is shown for the commercial chelant resin Doutorado Sistemas de Processos Químicos e Informática Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Maria Helena Robert, Elisa Maria Ruiz Navas Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho estuda o processo de fabricação de compósitos de matriz de alumínio AA6061 reforçado com TiCN por metalurgia do pó, envolvendo as etapas de mistura de pós, compactação uniaxial e sinterização com fase líquida. Para efeitos de comparação foram produzidos e caracterizados compactados da liga AA6061 sem adição de reforços. Foram investigados os parâmetros de processo: teores de reforço (5% e 10% massa), teor de aditivos Pb e Sn (0,1, 0,15, 0,2 e 0,4% massa), pressão de compactação (400, 600 e 800 MPa), tempos (15, 30, 45 e 60 min) e temperatura de sinterização (590, 600, 610 e 620 ºC). Em cada etapa do processo foram caracterizados os produtos (mistura de pós e compactados); o produto final obtido, após sinterização, foi caracterizado com relação à sua microestrutura, propriedades físicas (densificação e variação dimensional) e mecânicas (resistência à flexão e dureza). Os resultados obtidos mostraram uma grande eficiência do processo na obtenção de compósitos; a adição do teor de reforço de 5%TiCN foi eficiente na promoção de rupturas das camadas de óxidos do pó da liga de alumínio compactado à pressão de 400 MPa, auxiliando a sinterização por difusão da fase líquida formada a partir da fusão de Al+Mg2Si, melhorando a densificação e diminuindo a variação dimensional dos produtos sinterizados. Do ponto de vista metalúrgico, os materiais compósitos obtidos apresentaram microestruturas homogêneas, com uma boa distribuição dos reforços na matriz e relativa diminuição de poros. A adição de Pb e Sn promovem maior eficiência de ativação de mecanismos de sinterização; para compactados produzidos à pressão de 800 MPa, a adição de 0,1% desses elementos já apresentou significativa influência na sinterização. Com relação às propriedades mecânicas e físicas observou-se que a adição de TiCN aumentou quase no dobro de seus valores obtidos quando são comparados com a liga AA6061 Abstract: This work investigates the process of production of composites of the alloy AA6061 reinforced with TiCN particles, by powder metallurgy involving the steps: conventional mixture of powders, compaction by uniaxial cold pressing and sintering with formation of a liquid phase. For comparative analysis it was also produced sintered AA6061 without addition of reinforcements. The following processing parameters were studied: reinforcing particles content (5 and 10 wt%); content of trace elements Pb and Sn (0.1, 0.15, 0.2 0.4 wt%); compaction pressure (from 400, 600 and 800 MPa); time and temperature of sintering (15, 30, 45, 60 min and 590, 600, 610, 620 oC). In each step products were characterized (powder mixture and green compacts); the final sintered product was characterized related to microstructure, physical (densification and dimensional changes) and mechanical (hardness and bending strength) properties. Obtained results showed high efficiency of the applied process to produce reliable composite products; the addition of 5 wt% TiCN was efficient to promote fracture of the oxide layer in the aluminum particles surface during pressing. At sintering temperatures liquid phase is formed by Al+Mg2Si melting and is distributed among particles through the fractures of the oxide layer, improving the material densification and its mechanical properties. Microstructures obtained showed homogeneous distribution of TiCN and reduced porosity, whereas AA6061 alloy microstructure showed higher porosity. Addition of Pb and Sn promoted higher efficiency of sintering mechanisms in compacts submitted to high pressures, leading to enhanced physical and mechanical properties in those materials. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Paulo Sollero, Eder Lima de Albuquerque Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para 'a an'alise e projeto de estruturas aeronáuticas trincadas e reparadas por placas de materiais compósitos laminadas coladas. As placas metálicas isotrópicas da estrutura aeronáutica serão modeladas pelo método dos elementos de contorno considerando a presença de tensões de cisalhamento nos planos normais á superfície das placas (formulação de Reissner-Mindlin). No modelamento do reparo será usada uma formula¸c¿ao por elementos de contorno para placas anisotrópicas sem considerar a presençaa de tensões de cisalhamento nos planos normais à superfície da placa (formulação do Kirchhoff-Love). A análise será validada com resultados analíticos, numéricos e experimentais disponíveis na literatura e com modelos desenvolvidos pelo método dos elementos finitos Abstract: The objective of this project is the development of a computational tool for the analysis and design of cracked aeronautical structures repaired by adhesively bonded laminated composites. The isotropic metallic plates of the aeronautical structure will be modeled by the boundary element method considering the presence of shear stresses in planes that are normal to the surface of the plates (formulation of Reisner-Mindlin). In order to model the repair, a boundary element formulation for anisotropic plates will be used neglecting the presence of shear stresses in planes that are normal to the surface of the plate (formulation of Kirchhoff-Love). The analysis will be validated with analytical, numerical and experimental results avalilable in the literature and with finite element models Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O conforto ambiental nas edificações é buscado pelos arquitetos como requisito básico na arte de projetar. Estudos de volumetria, o dimensionamento de aberturas, a modelagem dos espaços, o estudo da direção das correntes de ar e a insolação são alguns pressupostos que devam ser observados quando da análise projectual. Ao desenvolvermos a pesquisa sobre material compósito para uso na construção civil utilizando Argamassa de Gesso e Fibra Vegetal, Mauritia vinifera Martius - Palmeira de Buriti-ivan, tem-se como objetivo obter um novo material que possa ser utilizado como revestimento ou elementos de vedação, agregando a este propriedade que conduza à baixa condutividade térmica. A partir da mistura homogeneizada da argamassa de gesso e fibras vegetais em proporção titulada foram produzidas amostras do compósito que submetidas ao Teste do Fio Quente Paralelo determinação da condutividade térmica pela propagação de ondas isotérmicas de calor. Foram determinantes na pesquisa, os estudos da titulação entre as partes agregadas, o teor de umidade, o índice de vazios e a porosidade das amostras. Os testes indicaram que o melhor desempenho obteve-se com as misturas de titulações de 0 % a 35 % de fibra vegetal, M.v.M para o intervalo de tempo compreendido entre 640 a 1280 minutos. Abstract: The indoor comfort in buildings in researched by the architets as a basic criterion in the art of architecting. Volumetria studies, measuring of archs, space desing, studies of the air commuting as well as insolation are some of the asects which must be focused by the acting of projecting. by the time we developed the research on composite material to be used in the civil enginearing using gipsy and natural fibers, Maurítia vinifera Martius - buriti palm tree, we had as a main gool to obtoin a men material which could the used as a revestiment or elements of tapping, adding to it properties that conduct to a low thermic concdutivity. Based on the homogeous miscture of gipsy and natural fibers in specific proportion of composite were produced samples which were submitted to a " parallel heat wire Test " - part 2. ISO 8894 - 2, which consists in determining of the temperature with the materal samples through a seratch with wire resistor and a thermopair with 30º grade Celsius referential interconnented, respectivey, to an eletric source and a Signal Acquisition Board which determines the thermal conductvity of the materal through the propagation of heat isothermic wawes.The studies of mixing elements of definite proportion between mixed parts, the humidity level and the porosity of the samples have been of great importance to this research. The tests showed that the best performance was obtained by the mixture of and their percentagens of 0 % a 35 of materal fiber for the time between 640 a 1280 seconds. Mestrado Refrigeração e Condicionamento Ambiental Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero Tese (doutorado) - Universidade Estaudal de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento, a implementação e aplicações de uma formulação de elementos de contorno para análise de problemas estáticos e dinâmicos em placas anisotrópicas submetidas a carregamentos de flexão. O trabalho se baseia na teoria de placas finas de Kirchhoff Uma vez que a formulação dinâmica de elementos de contorno não foi encontrada na literatura consultada, as análises são realizadas utilizando-se uma formulação desenvolvida a partir das soluções fundamentais para elastostática. As integrais de domínio, provenientes dos carregamentos distribuídos ou dos termos de inércia, são transformadas em integrais de contorno usando-se o método da reciprocidade dual. Esta formulação é aplicada no cálculo da deflexão de placas isotrópicas e anisotrópicas, na análise dinâmica de estruturas ortotrópicas, anisotrópicas e estruturas de materiais compósitos laminados, submetidas a cargas harmônicas. É analisada a influência dos nós internos e da malha na precisão dos resultados. Os resultados numéricos são apresentados para problemas quaseisotrópicos, ortotrópicos e totalmente anisotrópicos. Os resultados obtidos são comparados com resultados presentes na literatura e mostram boa concordância Abstract: Here, static and dynamic analysis of a number of anisotropic problems using the boundary element method are presented. The formulation used is developed fram the elastostatic fundamental solutions and the domain integraIs due to inertial terms are transformed into boundary integraIs by using the dual recipracity method. Application is made to the calculation of deflections in anisotrapic plates, to the dynamic analysis of orthotrapic plates and to the analysis of anisotropic and composite laminar plates under harmonic loads. Numerical results are presented for quasi-isotropic, orthotropic and anisotrapic problems. The influence of number of internal nodes and number of boundary elements on the accuracy of the results is analyzed. The results are compared with other results fram the literature showing good agreement Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o crescimento direcional da liga eutética Sn-Se permite obter estruturas orientadas dos compostos SnSe e SnSe2, arranjados na forma de lamelas e com características semicondutoras do tipo p e n, respectivamente. A microestrutura de solidificação de ligas eutéticas é profundamente dependente da distribuição de soluto junto ao líquido interfacial e conseqüentemente, do nível de superesfriamento da interface sólido/líquido. No presente trabalho, a liga Sn-Se, correspondente à composição eutética, foi investigada através da técnica de análise térmica diferencial e por meio de experimentos de solidificação direcional em um equipamento Bridgman-Stockbarger. O objetivo dos experimentos foi examinar o efeito das condições de crescimento no superesfriamento da interface durante a transformação eutética e na microestrutura de solidificação. Os resultados obtidos permitiram a proposição de relações entre taxa de crescimento, temperatura eutética de crescimento e espaçamentos lamelares Abstract: The Sn-Se eutectic solidification allows one to obtain a lamellar structure, formed by SnSe and SnSe2 compounds, which are p and n semiconducting types, respectively. The SnSe-SnSe2 eutectic composite is a promising material to be used in photovoltaic device manufacturing. In this work, the Sn-Se alloy corresponding to eutectic composition was studied by using DSC thermal analysis and directional solidification at several growth rates in a vertical Bridgman-Stockbarger unit. The objective of the experiments was to investigate the influence of the growth rate on the growth undercooling, as well as on the eutectic microstructure. The microstructure analysis .showed that a very regular and aligned structure formed by the SnSe and SnSe2solid phases can be produced. The results obtained led to the evaluation of a relationship among growth rates, eutectic growth temperature and lamellar spacing Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Rubens Caram Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A fabricação de componentes estruturais para aplicações em altas temperaturas e em meios agressivos envolve o emprego de materiais que mantenham suas características químicas, mecânicas e físicas em níveis aceitáveis, mesmo em temperaturas acima de 10000 C. Em diversos sistemas, a estrutura eutética exibe estabilidade térmica inerente e permite obter um material compósito in situ, com microestrutura alinhada e finamente dispersa, diretamente do material fundido através da técnica de solidificação direcional. No presente trabalho, ligas dos sistemas Ni-Si e Ni-Si-X (Nb, AI, Cu) foram obtidas e processadas. Inicialmente, amostras desses sistemas foram analisadas em relação à microestrutura de solidificação no estado bruto de fusão através de técnicas metalográficas convencionais com o objetivo de identificar composições associadas a estruturas eutéticas. Em seguida, tais ligas foram solidificadas direcionalmente através da técnica Bridgman em forno com aquecimento indutivo. A caracterização das ligas, além de microscopia óptica e eletrônica de varredura, incluiu o emprego de técnicas de análise térmica, difração de raios-X, ensaios mecânicos: ensaios de dureza, compressão e tração, e análise das superfícies de fratura. Os resultados obtidos indicam que a solidificação direcional do eutético Ni-NhSi resulta em uma microestrutura regular, lamelar, alinhada com a direção de extração de calor. Os ensaios mecânicos mostraram que um material compósito de alta resistência mecânica e razoável ductilidade foi obtido. As análises das superfícies de fratura revelaram que estas ligas apresentam fratura transgranular do tipo frágil Abstract: The fabrication of the structural components for the application in high temperatures and aggressive environments requires the use of materials that retain their chemical, mechanical and physical properties within the proper limits, even above 1000°C. In diverse systems, eutectic structure exhibits inherent thermal stability and permits obtaining an in situ composite, with the aligned and finely dispersed structure, directly from the melt through the directional solidification technique. In the present work, alloys from the Ni-Si and Ni-Si- X (Nb, AI, Cu) were obtained and processed. Initially, samples from these systems were analyzed with regards to solidification microstructure in as-cast condition by using conventional metalographics techniques, with the objective to identify compositions related to eutectic structures. Subsequently, such alloys were directionally solidified using Bridgman tec1mique in an inductive heating furnace. Alloy characterization included, besides the optical and scanning electron microscopy, the use of thermal analysis techniques, X-ray diffraction, mechanical tests like micro hardness, compression and tension, as well as fractography. The obtained results indicated that the directional solidification of the Ni-NhSi eutectic results in a regular microstructure with lamellar morphology, aligned with the direction of heat extraction. Mechanical testing showed that a high strength composite material with a satisfactory ductility was obtained. The fracture surface analysis revealed that these alloys fracture transgranularly in a fragile mode Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Milton Dias Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho são abordados dois métodos para identificar constantes elásticas em materiais compósitos de aplicações estruturais. São métodos que apresentam características não destrutivas, envolvem testes simples e não requerem grandes esforços computacionais. Podem ser aplicados a materiais anisotrópicos e, conseqüentemente,a materiais isotrópicos e ortotrópicos, o que os tomam ferramentas optativas de grande auxílio ao estudo dos materiais compósitos. No primeiro método, as freqüências naturais e os modos próprios adequados, obtidos da análise moda!, serão os dados de entrada para a solução de um sistema linear de equações oriundas da equação diferencial que representa a vibração transversal de placas finas anisotrópicas sob a condição de todos os bordos livres. As constantes elásticas desta equação são os parâmetros desconhecidos e estão associadas aos devidos modos próprios de vibrar. A verificação da precisão deste método é feita baseada em simulações numéricas realizadas em um software de Elementos Finitos, Ansys 7.0, e testado experimentalmente em uma placa isotrópica de aço. O segundo método trata-se de um problema de projeto ótimo cuja solução é feita através da combinação do método dos Elementos Finitos e um método de otimização, ambos executados em um único software comercial, Ansys 7.0. A análise moda! é requerida para obtenção somente das freqüências naturais, que são variáveis utilizadas na função objetivo. A verificação do método é feita em simulações numéricas e testada experimentalmentecom a mesma placa isotrópica de aço utilizada no método anterior. Para esta placa de aço, os resultados obtidos através dos dois métodos foram muitos satisfatórios. Entretanto, com relação à placa anisotrópica utilizada, os resultados obtidos pelo segundo método não foram satisfatórios Abstract: In this work two methods are analyzed to identify elastic constants in composite materiais of structural application. They are methods that have nondestructive eharacteristie, comprised of simple tests and don't require high computational efforts. They can be employed to anisotropic materials as well as isotropic or ortotropic materials, making them useful alternative tools to composite materiais studies. In the first method, both natural frequencies and suitable mode shapes are input data for the solution of a linear system that come from differential equation that governs the transverse vibration of a free-free thin plate. Elastic constants of this equation are unknown parameters and are associated with vibration mode shape. Numerical simulations of Finite Element software, Ansys 7.0, and experimental modal analysis indicate the accuracy of this method. The second method refers to an optimum design problem and its solution is obtained by combining both Finite Elements and optimization methods in a single eommercial software, Ansys 7.O. The modal analysis is required to obtain only the natural frequencies that are the variables used in the objective function. The second method is verified using numerical simulations and tested experimentally with the same isotropic steel plate used in the first method. Results obtained for this steel plate from both methods were highly satisfactory. In relation to the anisotropic plate, results obtained ftom the second method weren't satisfactory Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho são investigados os efeitos de parâmetros de processo na eficiência de incorporação do reforço carboneto de silício na forma de partículas, na liga AA7075 e na sua distribuição na estrutura do compósito produzido. O tipo de processamento utilizado foi por compofundição, ou seja, a adição do reforço na matriz metálica em estado semi-sólido reofundido. Para isto, foi projetado e construído um equipamento, não disponível no mercado, para a obtenção de estruturas pastosas reofundidas e a adição de partículas de reforço a esta, obtendo-se assim, os materiais compósitos desejados. Os lingotes reofundidos e compofundidos então obtidos atestam a eficiência do equipamento projetado e construído. Os efeitos de parâmetros de processo observados foram: a redução da temperatura de processamento aumenta a esfericidade dos glóbulos obtidos e diminui significativamente a quantidade de fase líquida na pasta, aumentando a sua viscosidade, resultando em melhor incorporação do reforço, com menor porosidade causada devido ao processo de adição, porém, não leva à desejada distribuição da fase reforçante pelo lingote. Maiores temperaturas levam à melhor distribuição das fases sólida/líquida pelo volume do lingote, conseqüentemente melhor distribuição da fase reforçante, porém, com pior incorporação desta, devido à maior porosidade associada ao processo de adição. O aumento do tempo de processamento leva à separação das trações líquidas e sólidas na pasta, o que produz acentuadas heterogeneidades macro e microestrutural. O aumento da velocidade de agitação leva à melhor distribuição das trações sólida e líquida na pasta, melhorando a distribuição da fase reforçante e possibilitando maior quantidade de reforço adicionada à pasta sem problemas. Maiores quantidades de reforço adicionadas auxiliam a obtenção de estrutura globular devido à maior tração sólida total da pasta, porém, introduzem maior porosidade no produto compofundido devido ao processo de adição do reforço Abstract: The effects of process parameters in the efficiency of incorporation and distribution of silicon carbide particulate in AA7075 alIoy are investigated. The composites were produced by compocasting. It was necessary to design and build an equipament based on mechanical stirring of the liquid alIoyduring its solidification, to produce rheocast slurries and composites. The observed effects of process parameters in the compocast ingots were: reducing temperature leads to improvement in the espherical morphology of primary phase in the slurry; reduces the liquid the liquid content; increases the viscosity, resulting in better incprporation of the reinforcement, less porosity and not uniform final distribution of silicon carbide in the matrix. On the oposite, processing at higher temperature leads to higher liquid content and better distribution of silicon carbide particles. However, more gases can be associated damaging incorporation. Increasing stirring time leads to separation of liquidlsolid phases in the slurry, promoting heterogeneities in the macro and microstructures. Increasing stirring speed promotes better distribution of liquid/solid phases and silicon carbide particles in the ingot. Higher speeds also allow higher content of reinforcement to be added. Higher reinforcement content helps to produce globular solid phase in the matrix Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e construção de um equipamento para a compofundição de ligas não ferrosas de médio ponto de fusão. O equipamento é constituído de um forno para a fusão e processamento do compo-fundido, com capacidade de aquecimento de até 1073K (800°C) e capacidade de carga de. 800g de AI, de um rotor provido de pás para promoção de agitação da liga durante a solidificação e sistema de refrigeração do lingote produzido. O trabalho descreve os diferentes constituintes do equipamento construído e apresenta resultados de seu comportamento mecânico, elétrico e térmico quando em operação. O trabalho apresenta ainda resultados de produtos reofundidos e compo-fundidos obtidos no equipamento construido. O equipamento mostrou-se eficiente na obtenção de pastas reofundidas da liga Al-3, 4Si-2,8Cu e de compósitos desta liga reforçada com 1,25 e 2,5% em peso de grafite ou negro de fumo na forma de pós. As condições utilizadas foram: velocidade de agitação de 800 a 1000 rpm, temperatura de processamento de 853K (580°C), pré-agitação para homogenização do material de 3 minutos e agitação com adição de reforço de 5 minutos. O reofundido obtido apresentou fase sólida perfeitamente globularizada e os compósitos obtidos apresentaram boa incorporação e dispersão dos reforços adicionados. O equipamento, portanto, mostrou-se adequado à compo-fundição Abstract: This work presents the development of an equipment for compo-casting of medium melting point non ferrous alloys. The equipment holds a melting and processing fumace, with heating capacity of 1073K(800º C)and mass capacity of 800g Al, stirring device and cooling coil. The work describes the cornponents of such equipment and presents results concerning its performance during operation. The work also presents results concerning its suitability to produce rheocast slurries and composites. Results showed that the equiprnent is efficient in producing Al-3, 4Si-3Cu rheocastig slurries as well as composites with graphite or carbonblack as reinforcement. Conditions used are as follows: stirring speed 800-1000 rprns, stirring temperature 853 K (580º C), total stirring time Smim and amount of reinforcement 1,25 and 2,50%wt. Obtained rheocast slurries showed globularized solid phase and obtained composites showed good incorporation and dispersion of reinforcernent for both carbon-black and graphite. Therefore, the equiprnent is appropriate for compo-casting Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A fabricação de dispositivos para utilização em altas temperaturas requer o uso de materiais que exibam e mantenham características fisicas, mecânicas e químicas em níveis aceitáveis, mesmo em temperaturas acima de 1000°C. Uma alternativa promissora para resolução de tal problema é o emprego de ligas eutéticas solidificadasdirecionalmente, o que permite a preparação de materiais compósitos in situ. No presente trabalho, ligas dos sistemas Nb-Al-Ti e Nb-Al-Cr foram investigadas. Inicialmente, composições desses sistemas foram analisadas em relação à microestrutura de solidificação, através de técnicas metalográficas e de análisetérmica com o objetivo de identificar composições associadas a estruturas eutéticas. Em seguida, as ligas eutéticas obtidas foram solidificadasdirecionalmente através da técnica Bridgman em fomos de aquecimento indutivo. Finalmente, as amostras processadas foram caracterizadas no tocante à microestrutura, ao comportamento mecânico, em testes de compressão a quente e de dureza, e à resistência à oxidação. Os resultados obtidos indicam que ligas do sistemas investigados podem ser empregados na preparação de materiais compósitos para uso em temperaturas elevadas Abstract: The use of directionally solidified eutectic alloys represents an interesting option in producing components and equipments to be used at high temperatures, even beyond 1000°C. A potentially promising system for the manufacture of structural materiais is the eutectic based on the Al-Nb system, which involves the AlNb2 e Al3Nb phases. The main goal of this investigation was the study of eutectic and near eutectic composition alloys solidification microstructures. The work consisted of experiments on the preparation and directional growth of these alloys. Following that. the obtained samples microstructures were characterized as a . function of solidification conditions. This characterization procedure was performed by using optical and scanning electronic microscopies, as well as x-ray diffaction technique to examine the crystal structures, and, finally, EDS technique, to determine composition along the samples.The results obtained allows one to understand the solidification behavior presented by the Al-Nb alloys and the influence ofthe growth rate on the solidified microstructure Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientação: Eliana Aparecida de Rezende Duek Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Nos últimos anos, os polímeros bioreabsorvíveis ganharam uma importância crescente na área médica, devido às suas características de bioreabsorção e biocompatibilidade. Com o intuito de se obter um material polimérico adequado para aplicação como prótese de menisco, estudou se a obtenção e caracterização de blendas bioreabsorvíveis de poli( ácido L-Iáctico) (PLLA) e poli(p-dioxanona) (PPD) preparadas por evaporação de solvente e fusão. As blendas foram caracterizadas por calorimetria diferencial de varredura modulada (MDSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia óptica (MO), ensaios mecânicos de tração, diftação de raios-X, análise dinâmico-mecânica (DMA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC). As análises térmicas indicaram que as blendas são imiscíveis, pois todas as composições apresentaram duas temperaturas de transição vítrea próximas dos polímeros puros. Foi observado por MEV e MO, uma maior homogeneidade nas composições 20/80 e 80/20, enquanto as blendas 40/60, 50/50 e 60/40 apresentaram uma nítida separação de fases. As blendas foram degradadas in vitro em solução tampão fosfato (pH = 7,4) a 37 :f: 0,5 °C e analisadas por DSC, análise termogravimétrica (TGA) e MEV. Através do estudo in vitro, verificou-se que a PPD degrada mais rápido que o PLLA e que as blendas apresentam comportamento intermediário entre os homopolímeros, mostrando que é possível acelerar a degradação do PLLA através da adição de PPD à blenda. O estudo permitiu a escolha da blenda PPDIPLLA 80/20 como a mais adequada para o implante. Foi realizado um estudo in vivo em coelhos com a blenda porosa PPDIPLLA 80/20 com 3% de trieti! citrato de sódio. Os coelhos foram submetidos a meniscectomia total do menisco medial e as próteses foram retiradas após 3, 6, 12, 14 e 15 semanas. O material foi observado por MO e MEV. O estudo in vivo mostrou que após 14 semanas foi possível observar fibrocartilagem, indicando que a blenda estudada apresenta grande potencial para ser utilizada para a aplicação em questão, já que o material favorece a formação de um neomenisco Abstract: In the last years, the bioreabsorbable polymers have been gained an increased importance in the medical field, due to its charactheristics of bioreabsorbability and biocompatibility. In order to obtain a polymeric material adequated to be used as meniscus prosthesis, bioreabsorbable blends of poly (L-lactic acid) (PLLA) and poly-p-dioxanone (PPD) have been prepared by solvent casting and melting processo The blends were studied using modulated differential scanning calorimetry, scanning electron microscopy, optical microscopy, tensile tests, x-ray diffractometry, dinamical mechanical analysis and differential scanning calorimetry (DSC). Thennal analysis showed two glass transition temperatures nearly constant and equal to the pure polymers for all blend compositions, suggesting that both polymers are immiscible. The 20/80 and 80/20 blends presented better homogeneity, while 40/60, 50/50 and 60/40 compositions presented a clearly macrosepared system. Blends were immersed in tubes containing a phosphate buffer solution (pH = 7,4) in a thermally controlled bath of 37 :t: 1°C and studied by DSC, thennogravimetric analisys (TGA) and scanning electron microscopy. It was observed by in vitro study that PLLA has a slower degradation rate than PPD and the blends presented an intennediated degradation rate, showing that is possible to vary the degradation rate of the blend changing its composition. The in vitro study was important to permit the choice of the 80/20 blend as the more adequated to implant. An in vivo study was perfonned in rabbits with the porous blend PPD/PLLA (80/20) containing 10 wt % of polymer and 3 wt % of sodium trietil citrate. Meniscectomy was made in rabbits, and the prosthesis were retired after 3,6, 12, 14 and 15 weeks intervals. The samples were observed by scanning electron microscopy and optical microscopy. The in vivo study showed that after 14 weeks it was possible to observe fibrocartilage, suggesting that this material has great potential to be used as meniscal prosthesis due to the induced fonnation of a meniscal replic Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal a otimização da formulação e a caracterização físicomecânica biológica de compósitos fotossensíveis para uso na odontologia. Como matriz foi utilizada uma mistura de monômeros acrílicos. A carga utilizada estava formada por partículas de cerâmicas, obtidas pelo processo sol-gel. Na otimização da formulação foi determinada a relação par iniciador-monômero, relação mistura iniciadora-carga e a distribuição do tamanho das partículas de carga.Diferentes técnicas analíticas, como a espectroscopia de infravermelho, a difração de raios X, a microscopia eletrônica de varredura, e a calorimetria diferencial de varredura, foram utilizadas na caracterização das cerâmicas obtidas por sol gel. A relação entre a concentração de íons cálcio e as características calorimétricas das cerâmicas, foi também estudada. No processo de avaliação foram determinadas as propriedades físico-mecânicas, segundo a metodologia descrita na norma 1.8.0. 4049, e a dependência dessas determinações com as condições experimentais. Realizou-se um estudo complementar para determinar a relação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas fazendo uso da Microscopia Eletrônica de Varredura. A avaliação biológica preliminar também foi realizada. Os resultados obtidos permitem afirmar que o compósito obtido cumpre com todos os requisitos físicos, mecânicos e biológicos exigidos para ser utilizados como obturantes dentários. Além disto concluiu-se que os valores obtidos do comportamento mecânico dos compósitos são relativos, pois os mesmos dependem das condições experimentais. O estudo da microestrutura demonstrou que, além da dureza da carga, as variações no comportamento mecânico destes materiais com a porcentagem de carga dependem da interface entre o monômero e a carga formada no compósito Abstract: This paper presents the optimization, characterization and evaluation of a light cured composites with odontological applications. The composite was formulated from de mixture of some ones acrylic monomers and sol-gel ceramics. In the composition optimization study, a initiator-monomer relationship, a monomer- filler relationship and the filler partic1e were determinate.Different analytical techniques, as well as an infrared spectroscopy, XR diffraction, Scanning electron microscopy and the differential scanning calorimetric were used in the ceramic characterization study. The relationship between a calcium concentration and the ceramic calorimetric properties was studied too. In the evaluation process the mechanical and physical properties were obtained, along with result the dependence of those results with the experimental conditions. The methodology used was the one defined in I. S. O 4049. A supplemental study to obtain the micro structural-mechanical properties relationship by making use of the Scanning Electronic Microscopy was accomplished.The results showed that the obtained composite complied with all the physical-mechanical requirements, demanded for the dental resin-based restorative materials. Another conc1usion was that the mechanical behavior of the composites are relative, because the same ones depend on the experimental conditions. The micro-structural study proved that the variations in the mechanical properties with the filler concentration depend on the hardness of the filler and the monomer-filler interface formed in the composite Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Nivaldo Lemos Coppini Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho apresenta como introdução algumas propriedades dos compósitos reforçados com fibras de carbono (RFC), relacionados com sua composição, processo de fabricação, propriedades mecânicas, e aplicações. Em seguida, apresenta-se os resultados experimentais do torneamento de três compósitos: resina fenólica reforçada com fibras de carbono (i) picada; (ii) bobinada; e (iii) carbono reforçado com fibras de carbono. Durante os ensaios observou-se o desempenho de diversos materiais de ferramentas, tais como: metais duros, cerâmicas, nitreto de boro cúbico (PCBN), e diamante (PCD). Com as ferramentas de metal duro e PCD, observou-se em diferentes velocidades de corte, avanço, e profundidade de usinagem, o comportamento do desgaste da ferramenta e da rugosidade da peça. Nos testes foram medidos e analisados os desgastes e avarias das ferramentas, as forças de corte e avanço e a potência elétrica do motor da máquina. Os resultados deste trabalho mostram que somente o PCD pode assegurar um bom acabamento superficial. Em operação de desbaste, a escolha da ferramenta deve ser analisada segundo uma relação de custo/beneficio para cada compósito. Constata-se também, que existe uma grande influência da composição do compósito RFC sobre a usinabilidade, e que as condições de segurança do operador e da máquina são cruciais para viabilizara usinagem destes materiais Abstract: This work shows, as introduction, some properties of Carbon Fiber Reinforced Composites (CFRC) related with its composition, fabrication process, mechanical properties and main applications. After, this work presents experimental results, where tuming tests were carried out to study some aspects of the machinability in the following kinds of composites: (i) chopped and (ii) winding carbon fiber reinforced phenolic resin; and (iii) carbon fiber reinforced carbon composites. During the experiments, the performance of different tool materials like ceramics, cemented carbide, cubic boron nitride (pCBN), and diamond (PCD) were observed. For the cemented carbide and PCD tools, various trials in different cutting speeds and feed rates were carried out, and the influence of the cutting conditions on tool wear and workpiece surface roughness was investigated. During the tests the tool wear was measured, and the machining forces, as well as the engine main motor electric power were monitored. Experimental results showed that only PCD tools are suitable for use in finishing tuming. In rough turning, a benefit/cost analysis was accomplished for tool choice and for each composite. This work shows that there is a strong influence of the composite composition on the machinability parameters, and that the suitable workshop environmnent for CFRC machining is crucial to machine tool and operator safety Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Maria Helena Robert, Jose Manuel Torralba Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o processo de moagem de alta energia submete as partículas do pó à sucessivos processos de deformação, soldagem e fratura, utilizando-se para tal um moinho de bolas de alta energia. Este trabalho estuda o processo de fabricação de materiais compósitos de matriz de alumínio AA6061 reforçados com S~N4, A1N e ZrB2, através da moagem de alta energia, compactação e extrusão. Os resultados obtidos permitem relacionar as distintas etapas do processo de moagem de alta energia com as características dos pós produzidos: sua morfologia, densidade aparente, compactabilidade e extrudabilidade. Inicialmente, devido à esfericidade das partículas da liga metálica, a densidade aparente e a extrudabilidade são altas e a compactabilidade é baixa. Após início do processo de moagem, quando predomina a deformação, partículas esféricas se transformam em partículas laminares, diminuindo a densidade aparente e a extrudabilidade e aumentando a compactabilidade. Após um tempo mais longo de processo, quando passa a predominar a fratura, as partículas passam a apresentar morfologia equiaxial, aumentando a densidade aparente e extrudabilidade e diminuindo a compactabilidade. Observa-se que a presença de partículas de reforço acelera o processo, do ponto de vista morfológico e microestrutural, aumentando a deformação produzida na matriz metálica durante a moagem, favorecendo tanto a soldagem quanto a fratura das partículas; entre os tipos de reforços analisados, o S~N 4 é o que mais acelera o processo. O processo de moagem de alta energia confere, após extrusão, aumentos em tomo a 100 % no limite de resistência à tração e na dureza da liga metálica sem reforço e dos compósitos, devido à microestrutura extremamente refinada produzida, com uma fina e homogênea dispersão de óxido e carboneto de alumínio, à diminuição do tamanho e ao arredondamento das partículas de reforço Abstract: a high-energy ball milling. This work investigates the use of this technique to produce aluminium AA6061 matrix composite reinforced with S~N4, AlN e Zr~. The results correlate the stages of mechanical alloying with the powder characteristics: its morphology, apparent density, compatibility and extrudability. First, due to the spherical morphology of as received aluminium powder, the apparent density and the extrudability are high and the compatibility is low. After short times of milling, the powder morphology changes to a flattened one, due to the predominance of deformation, decreasing the apparent density and extrudability and an increasing of the compatibility. After longer milling times, the powder morphology chan~s to an equiaxial one, due to the predominance of fracture, increasing the apparent density and extrudability and decreasing the compatibility. The presence of brittle particles of reinforcements accelerate the process, from the morphological and microestrutural point of view, increasing the matrix deformation, enhancing the welding and the fracture of particles; for the analysed reinforcements, the silicon nitride provide the most expressive acceleration. The mechanical alloying provides of about 100 % in the ultimate tensile strength and hardness, due to the refined microstructure produced, with a homogeneous distribution of aluminium oxides and carbides, the decreasing of particle size and rounding particle shape of the reinforcements Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

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O material compósito vem sendo utilizado em segmentos automobilísticos e aeroespaciais, devido à capacidade de se ter altos níveis de resistência mecânica aliado a baixa densidade. Em máquinas operatrizes, essa mudança e pesquisa por aplicação de diferentes materiais em eixos árvores vêm sendo pouco explorada, principalmente na usinagem do tipo tangencial. A usinagem tangencial é utilizada para produção de peças como engrenagens, cremalheiras, guias e encaixes. Os eixos árvore de material compósitos estão sujeitos a mecanismos de falha por roçamento, que são compostos pelo roçamento contínuo (atrito) e roçamento intermitente (impacto). Esta pesquisa tem como objetivo apresentar uma avaliação experimental de um eixo árvore aplicado a usinagem do tipo tangencial, feito de material de fibra de carbono e resina epóxi nas situações de operação em que há o roçamento do tipo intermitente, ou seja, durante o período de usinagem. Dentro dessa avaliação é feito uma caracterização do eixo, observando sua construção híbrida feita de fibras unidirecionais, ordenados ortogonalmente em empilhamento de camadas, e de uma camada mais externa feita de um tecido do tipo plano (plain weave). Além disso, foram obtidos os valores das propriedades mecânicas do eixo, tais como o seu módulo de elasticidade longitudinal (54,33 GPa), e também os seus valores de frequência natural (493,77 Hz) e fator de amortecimento (14,58%). Durante a operação de usinagem por fresamento tangencial os parâmetros de corte foram controlados em diferentes aplicações de materiais, variando sua magnitude de roçamento de acordo com as condições operacionais de usinagem. Pode-se perceber nesse ensaio que o eixo de material compósito apresentou gráficos de órbitas com formas diferentes de um eixo metálico, em suas apresentações espectrais algumas frequências percebidas (1X e 2X) foram atenuadas no eixo de fibra de carbono e alguns outros valores sem relação harmônica também foram proeminentes, podendo ter relação com a excitação de seus modos de vibração lateral e torcional. Ao fim, uma avaliação da rugosidade resultante após processo de usinagem também foi feita e por meio da análise de variância constatou-se diminuição dos valores de Rz e Rt quando há aplicação do eixo compósito em relação ao metálico. Esse estudo experimental contribuiu para uma otimização do processo de usinagem tangencial utilizando de eixos feitos de materiais compósitos. Rotating elements, such as shafts on rotating machines, have been propose with the objective of increasing performance and low cost. The application of different materials has been used in different fields in engineering. The composite material has been used in automotive, aerospace and oil & gas segments, due to its high levels of mechanical resistance combined with low density. In machine tools, modification and research by application of different materials in spindle axes are little explored, mainly in tangential milling. Tangential milling is used to produce parts such as gears, racks, guides and fittings. The rotors are subject to rubbing failure mechanisms, which consist of continuous rubbing by friction and intermittent rubbing by impact. This work aims to present an experimental evaluation of a spindle applied to the tangential milling, made of carbon fiber and epoxy resin considering operation situations where there is intermittent rubbing due to cutting process. Within this evaluation, a characterization of the axis is made, observing its hybrid construction made of unidirectional fibers, ordered orthogonally in stacking layers, and of an outer layer made of a braided type fabric (plain weave). In addition, the values of the mechanical properties of the shaft, such as its longitudinal elasticity module (54,33 GPa), as well as its values of natural frequency (493,77 Hz) and damping factor (14,58%), were collected. During the machining operation by tangential milling, the cutting parameters were controlled in different material applications, varying their rubbing magnitude. It can be seen in this essay that the composite rotor presented orbit graphs with different shapes than a metallic rotor. Its spectral presentations some perceived frequencies (1X and 2X) were attenuated in the carbon fiber axis and some other unrelated values harmonics were also proeminent, and may be related to the excitation of their lateral and torsional vibration modes. At the end, an evaluation of the resulting roughness surface after the machining process was also carried out and, through the analysis of variance, a decrease in the values of Rz and Rt was verified when the composite rotor is applied in subtitution to the metallic rotor. This experimental study contributed to an optimization of the tangential machining process using rotor made of composite materials.

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O uso de materiais compósitos estruturais tem se intensificado em diversos setores industriais, com destaque para o setor aeroespacial. O interesse nesses materiais deve-se especialmente às suas características como baixa densidade e alta resistência, mas abrange também a resistência à fadiga, à ruptura e à corrosão. Dentre os tipos de compósitos mais aplicados estão os pré-impregnados de carbono/epóxi, presentes nas estruturas primárias de aeronaves, aquelas de importância vital, em diversos modelos, tanto de aeronaves civis quanto militares. A exigência por alta confiabilidade e segurança nesses componentes exige o uso de métodos de inspeção capazes de identificar falhas e as condições de integridade dos componentes, que são bastante utilizados. Além disso, a propensão à falhas pode ser avaliada pelo estado de tensão no componente. O método de ultrassom é uma alternativa interessante por ser não destrutivo, de baixo custo e fácil manuseio. Pode ser usado para medir tensões empregando a teoria da acustoelasticidade, que relaciona as propriedades elásticas à velocidade da onda de inspeção. Dentre os tipos de ondas que podem ser usadas, a onda ultrassônica do tipo longitudinal criticamente refratada (Lcr) apresenta vantagens por necessitar de acesso a apenas uma superfície e ser pouco afetada por rugosidades e outras não uniformidades superficiais. O presente trabalho propõe um sistema que pode ser usado para a medição de tensão em compósito unidirecional carbono/epóxi empregando ondas Lcr. Para isso, foram avaliados os principais fatores de influência na medição, tais como a temperatura, a força sobre a sonda, a frequência dos transdutores, bem como características do material, como as não uniformidades que são inerentes ao processo de fabricação. A influência de defeitos, como delaminação e ondulação de fibras, também foi analisada. Os resultados mostraram que os fatores avaliados necessitam ser controlados ou conhecidos para menor desvio nos valores medidos. O sistema de medição proposto apresentou variação menor que 3% do valor de ruptura do material quando o valor do tempo de percurso para o estado sem tensão não é conhecido, e 0,75% da tensão de ruptura se o valor do tempo inicial é conhecido Abstract: The use of structural composite materials has intensified in several industrial sectors, with emphasis on the aerospace sector. The interest in these materials is mainly due to their characteristics such as low density and high strength, but it also covers resistance to fatigue, rupture, and corrosion. Among the most applied types of composites are carbon/epoxy prepregs, present in primary aircraft structures, those of vital importance, in several models, both civilian and military aircraft. The requirement for high reliability and safety in these components requires the use of inspection methods capable of identifying failures and the integrity conditions of the components, which are widely used. Moreover, the propensity to fail can be assessed by the state of stress in the component. The ultrasound method is an interesting alternative because it is non-destructive, inexpensive, and easy to handle. It can be used to measure stresses using the acoustoelasticity theory, which relates the elastic properties to the speed of the inspection wave. Among the types of waves that can be used, the ultrasonic wave of the critically refracted longitudinal (Lcr) has advantages in that it requires access to only one surface and is little affected by roughness and other surface non-uniformities. The present work proposes a system that can be used for the measurement of stress in unidirectional carbon/epoxy composite using Lcr waves. For this, the main influencing factors in the measurement were evaluated, such as temperature, the force on the probe, the frequency of the transducers, as well as material characteristics, such as the non-uniformities that are inherent to the manufacturing process. The influence of defects, such as delamination and waviness of fibers, was also analyzed. The results showed that the factors evaluated need to be controlled or known for less deviation from the measured values. The proposed measurement system showed a variation of less than 3% of the material rupture value when the travel time value for the tension-free state is not known, and 0.75% of the rupture stress if the initial time value is known Doutorado Mecânica dos Corpos Sólidos e Projeto Mecânico Doutora em Engenharia Mecânica CNPq, 140771/2016-6

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta um método de elementos de contorno para a análise de estabilidade de placas de materiais compósitos laminados. A formulação do método proposto não necessita de discretização do domínio, nem de soluções particulares para a solução do problema. Isto torna a formulação proposta diferente das formulações de elementos de contorno existentes, aplicadas à análise de estabilidade estrutural. O método é aplicado a um problema importante em engenharia computacional, que é a estabilidade de placas de materiais isotrópicos e de compósitos laminados. O desempenho é avaliado através de comparação com os resultados de elementos finitos e resultados analíticos, mostrando boa concordância com os mesmos. No entanto, a vantagem em relação ao método dos elementos finitos, especificamente, em análise de estabilidade de placas de materiais compósito laminados, é que se torna um problema de autovalor com um número reduzido de graus de liberdade, uma vez que somente o contorno e poucos pontos internos são necessários na discretização do problema Abstract: This work presents a boundary element method to the analysis of buckling plates. Neither domain discretization, nor particular solutions are necessary in the proposed formulation. This becomes the proposed formulation different from the existent boundary element formulations applied to structural stability analysis. The method is applied to an important problem in computational engineering that is the stability of perforated and non perforated plates of composite laminate materials. The performance is assessed through comparison with finite element results. The proposed formulation agrees quite well with finite element. However, the stability analysis is a much smaller eigenvalue problem if boundary elements are used instead of finite elements, provided that only the boundary and fewer internal points are necessary in the discretization Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Carlos Alberto Cimini Júnior, Éder Lima de Albuquerque Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Aspectos de uma formulação dinâmica do método dos elementos de contorno para a análise transiente e modal de cascas abatidas anisotrópicas são apresentados. A formulação desenvolvida neste trabalho baseia-se no acoplamento das formulações de elasticidade plana (formulação de membrana) e flexão de placas finas (placas de Kirchhoff ou teoria clássica de placas). Ambas as formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática. Os efeitos de inércia e da curvatura são considerados como forças de corpo, que geram integrais de domínio, as quais são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (MIR). Sendo assim, apenas o contorno é discretizado. As forças de corpo são escritas como uma soma de funções de aproximação multiplicadas por coeficientes desconhecidos. Uma função de base radial é utilizada como função de aproximação nas integrais de domínio. A formulação desenvolvida é aplicada à análise transiente de cascas abatidas de materiais compósitos laminados simétricos sujeitas a cargas dependentes do tempo e ao cálculo de suas frequências naturais e modos de vibração. A implementação computacional foi realizada para a formulação proposta e os resultados foram comparados com resultados disponíveis na literatura. A precisão do método é verificada através de análises de convergência de malha, e da variação do número de pontos de integração e dos parâmetros da geometria e material utilizados nos problemas de cascas analisados Abstract: Aspects of a dynamic formulation of the boundary element method for transient and modal analysis of anisotropic shallow shells are presented. The formulation developed in this work is based on the coupling of the plane elasticity formulations (membrane formulation) and thin plate formulation (Kirchhoff plates or classical theory plates). Both formulations use elastostatic fundamental solutions. Curvature and inertia effects are considered as body forces, generating domain integrals, which are transformed into the boundary integrals using the radial integration method (RIM). Thus, only the boundary is discretized. Body forces are written as a sum of approximation functions multiplied by unknown coefficients. One radial basis function is used as approximation function in the domain integrals. The developed formulation is applied to the transient analysis of shallow shells of symmetric composite laminated materials subjected to time dependent loads and to the calculation of their natural frequencies and modal shapes. The computational implementation was carried out for the proposed formulation and the results were compared with results available in the literature. The accuracy of the method is verified by mesh convergence analysis, and varying the number of integration points and the geometry and material parameters used in the analyzed shell problems Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica CAPES 33003017022D0

Orientador: Inez Valeria Pagotto Yoshida Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Doutorado

Orientador: Maria Helena Robert Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho explora a viabilidade de fabricação de compósitos de matriz metálica via metalurgia do pó, com parâmetros que visam, sobretudo, obter um produto de boa qualidade que contem nanopartículas magnéticas como principal elemento de reforço. Dada a importância das nanopartículas e suas propriedades, matriz de alumínio (nm e µm) reforçada com 10% em peso de nanopartículas de óxido de ferro foi utilizada como matéria-prima principal; partículas adicionais (Cu, Ni, B, Mo, Si e Al2O3) foram empregadas visando melhorias nas propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas e de desgaste do material fabricado. Dez diferentes composições foram testadas, e em duas delas, utilizou-se óxido de ferro recoberto termicamente com óxidos de titânio e silício. O processo de recobrimento superficial do óxido de ferro foi empregado com o objetivo de encapsular as nanopartículas de óxido de ferro, reduzindo assim a interação entre elas e possibilitando uma menor dissipação de energia quando um campo de indução eletromagnética for aplicado aos compósitos. Neste trabalho foram avaliados aspectos como a qualidade do produto, em particular a distribuição de reforço na matriz e interação matriz/reforço, e a influência de todos os elementos usados como reforço adicional nas propriedades gerais do material. Foram realizadas caracterizações microestrutural (MEV, EDS, DRX), do comportamento mecânico e em desgaste (linear recíproco e por nanoriscamento), e de propriedades elétricas e magnéticas. Os resultados indicaram que a qualidade geral do produto, em termos de distribuição do reforço e interação reforço/matriz, e em termos de respostas às solicitações impostas, provavelmente possibilitariam sua aplicação como compósito multifuncional em diversos seguimentos Abstract: This work explores the feasibility of manufacturing metallic matrix composites by powder metallurgy, with parameters that aim, above all, to obtain a product of acceptable quality while using magnetic nanoparticles as main reinforcement. Given the importance of nanoparticles and their properties, aluminum matrix (nm and ?m) reinforced with 10 wt.% of iron oxide nanoparticles was used as the main raw material; additional particles (Cu, Ni, B, Mo, Si and Al2O3) were used with the aim of improving the mechanical, electrical, magnetic and wear properties of the composite material. Ten different compositions were tested; in two of them, the used iron oxide particles were thermally covered with titanium and silicon oxides. The process of surface coating the iron oxide was used with the goal of encapsulating the iron oxide nanoparticles; thus reducing interactions among them and allowing of a lower energy dissipation when a magnetic induction field is applied. In this work, aspects such as the product quality, particularly the reinforcement distribution in the matrix and the matrix/reinforcement interaction, as well as the influence of all elements used as additional reinforcements on the material properties, were evaluated. Microstructural (SEM, EDS, XRD), mechanical and wear (linear reciprocating and nanoscratch tests) characterizations were performed, also, electrical and magnetic properties were measured. The results indicated that the general quality of the product, in terms of reinforcement distribution and matrix/reinforcement interaction, and also in terms of its responses to the imposed solicitations, may possibly allow of its application as a multifunctional composite in several segments Doutorado Engenharia de Materiais e Processos de Fabricação Doutora em Engenharia Mecânica CAPES 33003017

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Em decorrência da crescente necessidade da indústria em minimizar ou então reaproveitar os resíduos gerados nos processos produtivos, o que influencia diretamente na redução de custos para o tratamento e a disposição e ainda auxilia na preservação do meio ambiente, o objetivo principal desta pesquisa foi realizar o aproveitamento dos resíduos da mineração de Fe rro (RMF), proveniente do desastre decorrente do colapso da barragem de Fudão em Mariana – MG, resíduos da produção de cal (RPC) e também do resíduo de concreto (RC), para gerar um novo compósito para a construção civil com características de concreto, e avaliar as mudanças das propriedades mecânicas e das estruturas morfológicas dos corpos de prova durante os períodos de cura de: 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180 e 365 dias. Através dos métodos de DRX, FRX e MEV com EDS, foram determinadas as interações físico-químicas dos componentes das misturas. Com os resíduos caracterizados, foram desenvolvidos 16 compósitos variando-se o teor das matérias-primas, distribuídos entre 30% e 60% de RMF e RC e teores entre 10 e 25% de RPC, totalizando 960 corpos de prova os quais foram submetidos a ensaios de resistência à compressão uniaxial simples, absorção de água, retração linear, densidade, análise química, mineralógica, morfológica, ensaio de lixiviação e solubilização, analises de micro-massa a laser. Durante a cura, foi observado o incremento nos valores da resistência a compressão, que ocorre em função da neutralização e a dissolução das superfícies agora com baixa alcalinidade, ocasionando a síntese das novas formações amorfas e cristalinas. Dentre todas as composições desenvolvidas, destacou-se a de numero doze, a qual obteve resistência a compressão uniaxial de 2,52 MPa aos 28 dias e 7,07 MPa aos 365 dias de cura, a qual foi submetida à análises dos processos físicos químicos de formação de novas estruturas através do conjunto de métodos DRX, MEV EDS e mapeamento. As propriedades ambientais foram estudas através de ensaio de lixiviação e solubilização, analises de micromassa a laser – LAMMA. Os valores dos testes experimentais de lixiviação e solubilidade dos metais pesados foram significativamente inferiores aos permitidos pelas normas brasileiras, demonstrando a ligação mecânica eficaz das partículas, o que também significa a ligação química eficaz dos átomos e íons em novas formações quimicamente estáveis. Os resultados desta dissertação atestam que estes resíduos reunidos em um compósito e utilizados em materiais de construção civil, contribuem para diminuir a extração de recursos naturais, além de propiciar uma destinação correta ao grande volume disposto, os quais oferecem sérios danos ao meio ambiente. The industry has a growing need to minimize or otherwise reuse the waste generated in production processes. This not only directly influences on the reduction of costs of waste treatment and disposal but also helps to preserve the environment.The main objective of this research was to use iron ore tailings ( IOT), from the collapsed Fundão dam in Mariana – MG, lime production waste (LPW) and also concrete residue (CR), to generate a new composite for civil construction with concrete characteristics, and evaluate changes in mechanical properties and morphological structures of specimens during curing periods of: 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180 and 365 days. Through the methods of XRD XRF, SEM with EDS, the physicochemical interactions of the components of the mixtures were determined. With the characterized residues, 16 composites were developed, varying the content of the raw materials, distributed between 30% and 60% of IOT and CR and contents between 10 and 25% of LPW, totaling 960 specimens which were subjected to simple uniaxial compressive strength tests, water absorption, linear shrinkage, density, chemical, mineralogical, morphological analysis, leaching and solubilization tests, and laser micro-mass analysis. During curing, an increase in the values of compressive strength was observed, which occurs due to the neutralization and dissolution of surfaces now with low alkalinity, causing the synthesis of new amorphous and crystalline formations. Among all the compositions developed, there is the number twelve, which obtained uniaxial compressive strength of 2.52 MPa at 28 days and 7.07 MPa at 365 days of cure, which was subjected to analysis of chemical physical processes of formation of new structures through the set of methods XRD, SEM EDS and mapping. The environmental properties were studied through leaching and solubilization tests, laser micro-mass analysis – LAMMA. The values of the experimental tests for leaching and solubility of heavy metals were significantly lower than those allowed by Brazilian standards, demonstrating the effective mechanical bonding of particles, which also means the effective chemical bonding of atoms and ions in new chemically stable formations. The results of this dissertation attest that these residues when made into a composite and used in civil construction materials, contribute to the reduction of the extraction of natural resources, in addition to providing a correct destination for the large volume disposed, which offer serious hazard to the environment.

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho explora a possibilidade de fabricação de compósitos com teor gradativo de reforço, de matriz metálica de ligas de Al, empregando técnicas simples de fundição e tixoconformação e partículas de reforço cerâmicas de densidades distintas ¿ sempre observando o conceito de engenharia de baixo custo. Foram propostos três processos. Primeiro, foi empregada técnica de fundição no processamento de compósitos de liga AA 7075 reforçados com grânulos de WC ¿ fabricados com diferentes teores de reforço, temperaturas e tempos de processo. Segundo, compósitos AA 7075 / WC foram fabricados por meio de técnica de tixoconformação. Finalmente, uma técnica de tixoconformação foi utilizada para processar compósitos AA 2011 / Al2O3 / NaAlSi3O8, onde empregaram-se junto às partículas dois aditivos, pós de Al e de TiH2. A microestrutura dos produtos obtidos foi caracterizada. A influência dos parâmetros de processo sobre a qualidade do produto, em especial na distribuição do reforço na matriz e no que diz respeito a interações matriz/reforço, foi avaliada. A técnica de fundição empregada no processamento de compósitos AA 7075 / WC foi bem sucedida ¿ exceto pela mais extrema das condições investigadas. Foi observada a ocorrência de interação metalúrgica entre o Al no estado líquido e os grânulos de WC, evidenciada pela presença de camada de reação em torno dos grânulos de reforço. Essa camada é composta majoritariamente de Al e W e possui dureza intermediária quando comparada a matriz e aos grânulos de WC. No caso dos compósitos processados a temperatura mais alta, também foi observada a ocorrência de outros produtos de reação. A fabricação de compósitos AA 7075 / WC por tixoconformação também foi bem sucedida. Neste caso, foi observada a ocorrência de camada de reação distinta entre grânulos de WC e a matriz de Al. A técnica de tixoconformação empregada no processamento de compósitos reforçados com micro partículas de Al2O3 / NaAlSi3O8 foi bem sucedida, mediante a utilização de fração líquida de 80 %. Os aditivos empregados com as micro partículas influenciaram na sua distribuição no produto final - a adição de pó de Al favoreceu uma distribuição mais homogênea das partículas de reforço ao longo do volume do compósito, já a adição de TiH2 favoreceu a obtenção de uma estrutura com gradiente de distribuição de reforço Abstract: This work explores the possibility of fabricating graded metal matrix composites from Al alloys by employing simple casting and thixoforming techniques and ceramic particles of distinct densities ¿ all observing the concept of low-cost engineering. Three processes were proposed. First, a casting technique was employed to process AA 7075 alloy composites reinforced with WC macro particles ¿ the composites were fabricated with different reinforcement contents, process temperatures and times. Secondly, AA 7075 / WC composites were fabricated by using a thixoforrming technique. Finally, a thixoforrming technique was used to process AA 2011 / Al2O3 / NaAlSi3O8 composites, where two additives were employed with the particles, Al and TiH2 powders. The microstructures of the products obtained were characterized. The influence of the process parameters over the product quality, especially over the reinforcement distribution in the matrix, and in which concerns interactions between reinforcements and matrix, was evaluated. The casting technique employed in the processing of AA 7075 / WC was well succeeded ¿ except by the most extreme of the investigated conditions. The occurrence of a metallurgical interaction between the Al in liquid state and the WC granules was observed, evinced by the presence of a reaction layer around the reinforcement granules. That layer was mostly composed of Al and W and it has intermediary hardness when compared to the matrix and the WC macro particles. In the case of the composites processed at higher temperatures, the occurrence of other reaction products was observed. The fabrication of AA 7075 / WC by thixoforrming was also well succeeded. In that case, the occurrence of a distinct reaction layer between WC granules and Al matrix was observed. The thixoforrming technique employed in the processing of composites reinforced with Al2O3 / NaAlSi3O8 micro particles was well succeeded when a liquid fraction of 80 % was used. The additives employed with the micro particles influenced in their distribution in the final product ¿ the addition of Al powder favoured a more homogeneous distribution of the reinforcement particles throughout the volume of the composite, whereas the addition of TiH2 favoured the attainment of a structure with a gradient in its reinforcement distribution Mestrado Engenharia de Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica CAPES 33003017

Orientador: Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta computacional para a análise dinâmica de chapas trincadas com reparos de material compósito colados. O método numérico a ser empregado para a modelagem do problema de mecânica da fratura da chapa, é o Método Dual de Elementos de Contorno (DMEC), que permite modelar a chapa em uma única região aplicando uma equação integral de deslocamentos em uma das faces da trinca, e uma equação integral de forças de superfície na outra face da trinca. As forças de corpo devido às massas da chapa e do reparo sob solicitação dinâmica serão modeladas através da técnica do Método de Dupla Reciprocidade de Elementos de Contorno (DRMEC), que permite a utilização de soluções fundamentais da elastoestática para a análise de problemas da elastodinâmica. O acoplamento entre a chapa metálica isotrópica e a chapa de laminado compósito anisotrópico, será modelado pela técnica do DRMEC para a análise de esforços devidos ao cisalhamento no adesivo. A tensão de cisalhamento no adesivo será calculada pela diferença de deslocamentos entre a chapa metálica e o compósito. Os efeitos dinâmicos de intensidade de tensão serão calculados por técnicas baseadas no deslocamento relativo das faces da trinca e por integrais de energia de domínio (EDI) Abstract: The aim of this paper is to present the formulation and matrix implementation of a dynamic analysis of cracked sheets repaired with adhesively bonded composite patches. The numerical method that is used for modelling the problem of fracture mechanics is the dual boundary elements method (DBEM), which allows the modelling of a cracked sheet in a single region. This method uses a displacement integral equation in one of the sides of the crack surface and a traction integral equation in the other side of the crack surface. The body forces, due to the inertial effects of the sheet and the repair, and the interaction effect between the sheet and the anisotropic patch, are modelled using the dual reciprocity boundary elements method (DRBEM) technique, which allows the use of fundamental solutions from the elastostatics into problems of elastodynamics. The coupling between the isotropic metallic sheet and the anisotropic composite repair is modelled by the DBEM technique, in order to obtain the shear stress distribution in the adhesive layer. The shear stresses in the adhesive layer are obtained by the difference of nodal displacements between the sheet and the repair. The dynamic effects on the stress intensity factors are calculated by techniques based on the relative displacement of the crack faces and energy domain integration (EDI) Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de produção de compósitos de baixa densidade por tixoinfiltração a partir de lingotes refinados pelo processo de incentivo à nucleação. A liga metálica AA7075 foi submetida a uma análise de tixohabilidade, na qual foi observada sua adequação ao processo e definidas as temperaturas de refino e de infiltração. Um dos focos do trabalho foi a investigação dos parâmetros "material do agente promovedor de nucleação", "profundidade de inserção desse agente no banho" e "temperatura de inserção". Para complementação do estudo, a molhabilidade da liga fundida sob o material do agente resfriador foi medida para a investigação da compatibilidade entre eles. A liga refinada foi então infiltrada em agregados de argila expandida, processo este em que foram variados os parâmetros de recalque. Após a análise da microestrutura, o comportamento térmico do compósito de baixa densidade foi medido através de ensaio de dilatometria, e a absorção de energia de impacto foi determinada em ensaio de compressão dinâmica em uma torre de Drop-Test. O comportamento de todos os materiais se mostrou próximo ao comportamento típico de materiais celulares, com grande platô de deformação plástica. No entanto as amostras apresentaram valores elevados de tensão, quando comparados aos materiais celulares existentes no mercado Abstract: The main goal of this work was to study a production process of low density composites by means of thixoinfiltration from ingots refined by the process of nucleation promotion. The aluminum alloy AA7075 was subjected to a tixoability analysis, in which its suitability to the process was observed and its refining and infiltration temperatures were defined. One focus of the work was the investigation of the process parameters "nucleation agent material", "depth of the agent immersion into the liquid alloy" and "immersion temperature". To better understand the involved nucleation phenomena's, the contact angle between agent material and the liquid alloy was measured and their compatibility was discussed. The alloy was infiltrated amongst expanded clay particles and the backload was varied from one infiltration to another. After the analysis of the microstructure, the thermal behavior of the composite was observed by dilatometry, and the energy absorption (dynamic compression test) was measured by using a Drop-Test Tower. All samples have shown behavior similar to cellular materials under impact tests, with wide plateaus of plastic deformation, however with high values of compression stress Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Clara Filippini Ierardi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A motivação por proporcionar melhor qualidade de vida à população no tratamento de condições patológicas relacionadas à sua maior longevidade ou por outras origens, associados às tecnologias de desenvolvimento e de transformação de materiais tradicionais e emergentes e à maior compreensão do organismo humano possibilitam o surgimento de um campo inter e multidisciplinar do conhecimento, a Engenharia Tecidual. Este trabalho visa à obtenção de um material compósito constituído de um grade comercial à base de poli(ácido láctico) (PLA) e ?-fosfato tricálcico (?-TCP) sintetizadas por reação via estado sólido a partir de calcita e monetita comerciais para verificação da influência do teor de fase cerâmica em suas propriedades térmicas, mecânicas de curta duração e dinâmico-mecânicas. O trabalho consiste das seguintes etapas: (i) extrusão do compósito em composições de interesse do material cerâmico e do PLA em extrusora de rosca dupla co-rotacional; (iii) fabricação de corpos-de-prova através do processo de moldagem por injeção e (iv) caracterização de suas propriedades mecânicas em tração, flexão e dinâmico-mecânicas e comportamento térmico, visando compreender a interação entre as fases materiais para aplicações em Engenharia Tecidual. Os resultados indicam que a incorporação de ?-TCP não produz efeito nucleante na matriz de PLA e que a natureza da adesão entre os componentes do sistema é termomecânica, observada pelo aumento do valor de módulo de Young e de flexão em função do teor de ?-TCP incorporado à matriz de PLA. Contudo, dada a adesão fraca, não foram observados acréscimos em propriedades mecânicas determinadas em níveis maiores de tensão e deformação. De maneira geral, a composição contendo 20%, em fração mássica, de teor nominal de ?-TCP apresentou melhores ganhos em propriedades, ao passo que manteve a característica de fratura dúctil peculiar aos polímeros Abstract: The motivation for providing better life quality for the population in the treatment of pathological issues of several sources, associated with Materials Science and Engineering as well as the greater understanding of the human body provided by Health Sciences allow the rise of an inter and multidisciplinary field of knowledge, Tissue Engineering. This work aims to obtain a composite material based on poly (lactic acid) (PLA) and ?-Tricalcium Phosphate (?-TCP), synthesized by reaction via solid from calcite and monetite to study the influence of the ceramic phase content in their thermal, short-term mechanical, and dynamic mechanical behaviours. This work consists of the steps as follows: (i) extrusion of compositions of a PLA/?-TCP composite in a twin screw extruder; (iii) fabrication of samples through injection moulding, and (iv) characterization of its mechanical properties in tensile, flexural tests, dynamic-mechanical and thermal behaviours in order to understand the interaction between their material phases for applications in the field of Tissue Engineering. The DSC and the DMTA results showed that the incorporation of ?-TCP in the PLA matrix produces no nucleating effect throughout the matrix, and that the nature of the adhesion between the system components is thermomechanical only, which can be observed by the increase of the Young's and flexural moduli as the content of ?-TCP incorporated into the PLA matrix is increased. However, due to the poor adhesion between these phases, increases in certain mechanical properties at higher levels of stress and strain, such as tensile strength and flexural strength, were not observed. In general, the composition containing 20 % w/w of ?-TCP properties has shown the highest improvements, while it has maintained the ductile fracture behaviour of polymer matrixes Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica CAPES 33003017

Orientador: Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta uma análise numérica de falha em laminados unidirecionais de materiais compósitos baseado na modelagem multiescala de materiais heterogêneos. A abordagem empregada considera o material em duas escalas, nas quais os problemas elásticos de cada uma são resolvidos para descrever o comportamento mecânico do laminado. Na macroescala (escala global), formulações de elasticidade plana anisotrópica do Método dos Elementos de Contorno (MEC) foram utilizadas para calcular os campos de deformação e de tensão no domínio da lâmina. Esses campos representam os tensores macroscópicas da estrutura, dos quais são usados para calcular as condições de contorno na microescala (escala local). Nesta escala, equivalente a um ponto material da estrutura (técnica de localização), um Elemento de Volume Representativo (EVR) é tomado para dar satisfatoriamente o comportamento constitutivo global. A solução do problema elástico do EVR, composta por uma matriz isotrópica e uma fibra transversalmente isotrópica, e a aplicação da teoria dos Campos Médios, também foram realizadas utilizando o MEC através da formulação de sub-regiões. A avaliação da falha nos microconstituintes foi feita utilizando o critério de Tsai-Hill para a matriz e o critério da máxima deformação para a fibra. Os resultados para exemplos numéricos são apresentados, discutidos e comparados com resultados numéricos obtidos pelo critério de falha de LARC03 realizando análise apenas na escala estrutural Abstract: This work presents a numerical analysis of failure in unidirectional laminates of composite materials based in multiscale modelling of heteregeneous materials. The approach assumes the material in two scales, in which the elastic problems are solved to describe the mechanical behavior of the laminate. In the macroscale (global scale), the Boundary Element Method (BEM) for anisotropic plane elasticity was used to evaluate strain and stress fields in the domain of the lamina. These fields represent the macroscopic tensor of the structure, which is used to evaluate the boundary conditions in the microscale (local scale). This scale, equivalent to a material point of the structure (localization technic), a Representative Volume Element (RVE) is taken to satisfy the constitutive overall behavior. The solution of the elastic problem of the RVE, is composed by an isotropic matrix and a transversely isotropic fiber, and the application of the Mean Fields theory, have been realized by BEM through the multi-region formulation. The evaluation of failure in the microconstituents was made using failure criteria of Tsai-Hill for matrix and the maximum deformation criterion for fiber. The results for numerical examples are presented, discussed and compared with numerical results obtained by the LARC03 failure criterion performing the analysis only on the structural scale Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Niederauer Mastelari, Carlos Alberto Cimini Júnior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A utilização de materiais compósitos na indústria tem crescido cada vez mais e se firmou como uma tendência para os próximos anos. Seja nos ramos automotivo, náutico, aeroespacial ou de defesa, as aplicações são as mais diversas, tendo em comum o usufruto da excelente relação de resistência por peso oferecida por este tipo de material. Em certos ramos, entretanto, como o aeroespacial, a utilização de materiais compósitos requer atenção especial, por ser característico destes materiais a ocorrência de tipos de falha próprios como delaminações, rupturas de fibra e de matriz, descolamentos, perfuração parcial ou total, alguns dos quais não observáveis a olho nu. O presente trabalho se debruça sobre esta problemática, visando o desenvolvimento de um método de apoio a técnicas de monitoramento de integridade estrutural por meio da localização de impactos com uso de sensores piezelétricos, implantado em peças sobretudo da indústria aeroespacial, permita catalogar regiões que hajam sofrido impactos importantes e possam apresentar falhas. Para conduzir o presente trabalho, foi feita uma revisão bibliográfica de técnicas de localização de impactos ou falhas em placas presentes no estado da arte, com análise e proposta de um método que se preste a este mesmo propósito inclusive para placas anisotrópicas. Foi estudado e desenvolvido um método a base de funções de erro, associando através de uma função pertinente cada ponto do domínio da placa a um valor de erro tanto menor quanto sua distância ao ponto de impacto real. O local de impacto estará associado ao ponto de menor erro. O método proposto, que já havia sido testado em simulações e experimentalmente em placas isotrópicas, forneceu resultados promissores também em placas anisotrópicas, apresentando estimativas com erro médio inferior a 2,0 cm Abstract: The use of composite materials in industry has been increasing and establishing itself as a tendency for the next years. Be it in automotive, nautical, aerospace or defense, applications are many, all of which have in common taking advantage of the excellent relationship amongst resistance and weight offered by this kind of material. In certain areas, however, such as in aerospace, use of composite materials demands special attention, due to being characteristic of these materials the occurrence of certain proper types of damage such as delamination, fiber or matrix ruptures, debondings or partial or total perforation, some of which aren't even observable to naked eye. The present works focus in these problematics, aiming to develop a structural health monitoring supportive method via impact localization with low cost piezoelectric sensors that, embedded in parts primarily from the aerospace industry, allows to catalogue regions that have suffered significant impact and may have been damaged. In order to conduct the present work, a bibliographic revision was made of current state-of-the-art impact and damage localization techniques, with analysis and proposal of an innovative method for the same purpose. With that in mind, an error function method was studied and developed that associates through a pertinent function to each point in the plate an error value that is as small as its distance to real point of impact. This way, the point of impact will be related to the point of smaller error. The proposed method, which has already been tested in simulations and isotropic plates, presented interesting results also in anisotropic plates, with average estimative errors of less than 2.0 cm Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de produção de esponjas metalicas por tixoconformacao em pré-formas removiveis e caracterizacao mecanico-metalurgica do produto, visando a compreensão da influencia de parametros de processo nas suas caracteristicas estruturais e propriedades. A liga empregada, AA2011, foi infiltrada sobre pre-formas de particulas de NaCl de granulometrias distintas, sinterizadas ou soltas. As esponjas metalicas produzidas foram caracterizadas quanto a sua arquitetura, propriedades fisicas (densidade real e relativa, condutividade e difusividade termicas) e mecanicas (tensão de compressão, modulo de Young, tensão no plato, deformação e energia de impacto absorvida); foi analisada a influencia do tipo de pre-forma utilizada para produção das esponjas, nestas caracteristicas e propriedades. Os resultados mostraram boa reprodutibilidade do processo, principalmente quando da utilização de pre-formas de partículas medias e grosseiras nao sinterizadas. A densidade da esponja e a espessura da parede celular apresentam tendencia a aumentar com o aumento das dimensões das celulas produzidas em preformas de particulas mais grosseiras. Todas as amostras produzidas apresentaram condutividade termica da ordem de 10x inferior e difusividade termica da ordem de 4x superior as do metal maciço. O comportamento das esponjas em compressão estatica ou dinamica se mostrou tipico de materiais celulares, com reduzidos valores de modulo de Young e de tensão de compressão, grande plato de deformação plástica sem acréscimo de tensão, e elevados valores de deformação total e energia absorvida no impacto Abstract: The aim of this work was the analysis of the thixoforming process to produce metallic sponges and the mechanical and metallurgical characterization of the product, searching for better understanding the influence of processing parameters in the material structural characteristics and properties. The aluminium alloy AA2011 was infiltrated in the semi-solid state into performs of NaCl particles with different sizes and in sintered and non sintered conditions. Cellular products were characterized concerning internal architecture, physical properties (actual and relative densities, thermal conductivity and diffusivity) and mechanical properties (Young's modulus, compressive strength, plateau stress and absorbed impact energy); it was analyzed the influence of processing parameters on the properties and characteristics of the produced sponges. Results showed good reproducibility of the process, mainly when medium and coarse non sintered space holder particles were employed. Density of the product as well as cell wall thickness increases as space holder particles sizes increase. All the sponges produced showed low thermal conductivity (~10x inferior compared to the bulk material) and high thermal diffusivity (~3x superior compared to the bulk alloy). Results of static and dynamic compression tests showed typical cellular material behaviour in all cases, presenting low values for Young's modulus and compressive strength, a well defined plateau of plastic deformation, high plastic deformation and high capacity of energy absorption in impact events Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação dinâmica do método dos elementos de contorno para o cálculo de tensões e critério de falhas de placas finas anisotrópicas. As formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática e os termos de inércia são tratados como forças de corpo. As integrais de domínio provenientes de forcas de corpo são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (RIM). No RIM, a função de aproximação "thin plate spline"de placas finas e usada na aproximação das forças de corpo. São implementados formulações para análise transiente de placas finas. A integração no tempo é realizada usando o método de Houbolt. Uma equação integral para a segunda derivada de deslocamento é desenvolvida e todas as derivadas da solução fundamental são calculadas analiticamente. Apenas o contorno é discretizado. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados disponíveis na literatura e também com resultados do método dos elementos finitos Abstract: This work presents a dynamic formulation of the boundary element method for stress and failure criterion analyses of anisotropic thin plates. Formulations use elastostatic fundamental solutions and inertia terms are treated as body forces. Domain integrals that come from body forces are transformed into boundary integrals using the radial integration method (RIM). In the RIM, the augmented thin plate spline is used as the aproximation function. A formulation for transient analysis is implemented. The time integration is carried out using the Houbolt method. Integral equations for the second derivatives of deflection are developed and all derivatives of fundamental solutions are computed analitically. Only the boundary is discretized in the formulation. Numerical results show good agreement with results available in literature as well as finite element results Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho analisa a influência de tratamentos de solubilização e envelhecimento na estrutura e propriedades de compósitos de baixa densidade de matriz da liga AA7075 reforçada com partículas cerâmicas porosas de cinasita (SiO2/Al2O3/Fe2O3) ou vermiculita (SiO2/Al2O3/MgO), produzidos por tixoconformação. Foram empregadas as condições de tratamento: solubilização a 470ºC por 12 horas e envelhecimento a 170ºC por 24 horas. Os materiais produzidos foram caracterizados nas condições tixoconformada, solubilizada e envelhecida. Nos compósitos no estado tixoconformado foram analisadas a densidade e a usinabilidade em processo de corte por jato de água abrasivo (AWJM), para determinação do Número de Usinabildade (N) de cada tipo de compósito. Os compósitos foram também analisados quanto à sua microestrutura (por MO e MEV), a distribuição dos principais elementos de liga (Zn, Mg e Cu) na matriz metálica, a microdureza da matriz metálica, o comportamento mecânico sob compressão semi-estática e compressão dinâmica (impacto) nas três condições citadas. Resultados mostraram que os compósitos produzidos apresentam, no estado tixoconformado, densidades relativas da ordem de 0,5 e número de usinabilidade por jato abrasivo (N) cerca de 20% superior ao da liga sem reforço. Quanto ao efeito do tratamento térmico na microestrutura dos compósitos, os resultados mostraram que a solubilização nas condições testadas não promovem total solubilização das fases secundárias, devido à sua presença como contornos grosseiros na estrutura tixoconformada; e que o envelhecimento promoveu a formação de precipitados finos dispersos na matriz. Como resultado destas alterações microestruturais foram observados aumentos da ordem de 35% na microdureza da matriz metálica de ambos os compósitos. Com relação ao comportamento mecânico em compressão, os compósitos mostraram comportamento característico de materiais celulares, apresentando característico platô de deformação plástica, a baixas tensões, por adensamento de poros. Como efeito dos tratamentos térmicos foram observados aumentos da ordem de 2x na tensão máxima e de 6x na tensão de platô, e cerca de 13 a 17% de redução da deformação plástica dos compósitos analisados. De modo geral os compósitos contendo cinasita apresentaram comportamento ligeiramente menos dúctil do que os contendo vermiculita Abstract: This work analyses the influence of heat treatments (solution/ageing) in the structure and properties of low-density composites; aluminum matrix reinforced with porous ceramic particles, cinasite (SiO2/Al2O3/Fe2O3) and vermiculite (SiO2/Al2O3/MgO), were produced by thixoforming process. The used conditions are: solution at 470°C for 12 hours and ageing at 170°C for 24 hours. The composites were characterized in different conditions: as thixoformed and after solution/ageing treatments. Density and machinability in abrasive jet cutting (AWJM) process of the thixoformed composites were analysed to determine the machinability number of each composite. The microstructure (OM and SEM), the distribution of the main alloying elements (Zn, Mg and Cu) in metal matrix, the hardness of the metal matrix, the mechanical behavior under semi-static compression and dynamic compression (impact) in the three conditions were analysed. Results showed that the composites in the as thixoformed condition present relative densities of 0.5 and their machinability number in abrasive jet (N) is 20% higher than the one of unreinforced alloy. As an effect of heat treatment on the microstructure of the composite, it was observed that the solubilization in the tested conditions does not promote complete solubilization of eutectic phases due its presence as coarse grain boundaries in thixoformed structure; formation of fine precipitates dispersed in the matrix was promoted by the aging treatment. As a result of these microstructural changes, the hardness of the metal matrix (for both composites) increased in 35%. The mechanical behaviour of the composites in compression was similar to the behaviour of cellular materials, presenting a characteristic plateau of plastic deformation at low-stress due pores densification. For the composites produced, as an effect of heat treatment, was observed that the maximum stress increases 2x, the plateau-stress increases 6x and plastic deformation decreases about 34%. Generally the composites containing cinasita showed less ductile behavior than those containing vermiculite Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo deste trabalho é realizar uma análise numérica dos critérios de falha para materiais compósitos laminados. Critérios de falha tradicionais, como os critérios de Tsai- Hill e Tsai-Wu, são estudados e comparados com critérios de falha mais recentes, baseados em fenômenos físicos, como os critérios de Puck e LaRC03. Dois envelopes de falha, Tensão Longitudinal pela Tensão Transversal e Tensão Transversal pela Tensão de Cisalhamento são implementados para cada um dos critérios estudados seguindo os moldes do World- Wide Failure Exercise (WWFE). Realiza-se também um estudo da variação da resistência longitudinal em função da orientação das fibras em laminados unidirecionais. Através do software comercial de elementos finitos ABAQUS, desenvolve-se uma rotina iterativa para se avaliar a falha em modelos laminados segundo as diferentes teorias de falha estudadas. O comportamento do material e seus respectivos modos de falha são investigados para cada caso. Uma discussão sobre as vantagens e desvantagens de cada critério e um parecer sobre qual teoria de falha se mostrou mais vantajosa é apresentada Abstract: This work aims to perform a numerical analysis of failure criteria for composite laminated materials. Traditional failure criteria, such as the Tsai-Hill and Tsai-Wu, are studied and compared to recent failure criteria based on physical phenomenas, such as Puck and LaRC03 criteria. Two failure envelopes, Longitudinal Stress by Transverse Stress and Transverse Stress by Shearing Stress are implemented for each criterion in accordance with the World-Wide Failure Exercise (WWFE). It also presents a study of the longitudinal strength variation depending on the fiber orientation in unidirectional laminates. Through the commercial finite element software ABAQUS, a script is presented to evaluate the failure in laminated models due to the different failure theories studied. The material behavior and its respective failure modes are investigated for each case. A discussion of the advantages and disadvantages of each failure theory is also presented Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação do método dos elementos de contorno para o cálculo de deslocamentos em cascas abatidas de materiais compósitos laminados simétricos. A formulação desenvolvida baseia-se no acoplamento da formulação de elasticidade plana (formulação de membrana) e da formulação de placas finas (placas de Kirchhoff ou teoria clássica de placas). Os efeitos da curvatura são considerados como forças de corpo nas duas formulações, gerando integrais de domínio. Ambas as formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática. As integrais de domínio provenientes de forças de corpo são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (MIR). No MIR duas funções de base radiais são usadas como funções de aproximação nas integrais de domínio ou de força de corpo, neste trabalho. O uso do MIR propicia que apenas o contorno seja discretizado. É feita uma análise da sensibilidade do MIR em relação ao número de pontos de integração. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados disponíveis na literatura Abstract: This work presents a formulation of the boundary element method for the analysis of symmetric laminated composite shallow shells. The formulation developed in this work is based on the coupling of plane elasticity formulation (membrane formulation) and thin plate formulation (Kirchhoff plates or classical theory of plates). Curvature effects are considered as body forces in the formulation, generating domain integrals. Both formulations use elastostatic fundamental solutions. Domain integrals that come from body forces are transformed into boundary integrals using the radial integration method (RIM). In the RIM two radial basis functions are used as approximation functions in the domain integrals or body forces, in this research. The use of RIM propitiates just the boundary be discretized. It is analysed the sensibility of the RIM with the number of integration points. Numerical results show good agreement with results available in literature Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta uma análise da falha de laminados de materiais compósitos através de critérios baseados em fenômenos físicos. Formulações de elasticidade plana anisotrópica do Método dos Elementos de Contorno (MEC) e suas respectivas soluções fundamentais foram utilizados para calcular as deformações e as tensões no contorno e no domínio de cada uma das lâminas que formam o laminado. Os envelopes de falha do critério LaRC03 foram reproduzidos e comparados com os envelopes de falha dos critérios de Puck e Tsai-Wu. A variação da resistência longitudinal de uma lâmina com o ângulo de orientação das fibras foi analisada. Uma vez que as tensões foram previamente calculadas com o MEC, o critério LaRC03 foi utilizado para avaliar se há algum dano no laminado. O modo de falha também é analisado e os resultados discutidos. Os resultados para alguns problemas são apresentados e discutidos Abstract: This work presents a formulation of failure of laminated composite materials using a criterion based on physical phenomena. The Boundary Element Method (BEM) for anisotropic plane elasticity and its respective fundamental solutions were used to compute strains and stresses at the boundary and in the domain of each of the laminae forming the laminated. The LaRC03 failure criterion envelope was reproducted and compared with Puck's and Tsai-Wu's failure criteria as well as the longitudinal strength variation of laminae with the fiber orientation angle. Since the stresses were previously computed with BEM, the LaRC03 criterion was used to evaluate if there is any damage in the laminated. Furthermore, failure modes are observed and results were discussed. Results to some problems are presented and discussed Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Fernanda Malato Praxedes (fernanda.praxedes@unesp.br) on 2021-05-12T19:04:15Z No. of bitstreams: 1 5 - Dissertação final (completa).pdf: 5509425 bytes, checksum: e0f0c7cf2ae401bcd36b782c8e48db15 (MD5) Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2021-05-17T14:03:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 praxedes_fm_me_guara.pdf: 5509425 bytes, checksum: e0f0c7cf2ae401bcd36b782c8e48db15 (MD5) Made available in DSpace on 2021-05-17T14:03:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 praxedes_fm_me_guara.pdf: 5509425 bytes, checksum: e0f0c7cf2ae401bcd36b782c8e48db15 (MD5) Previous issue date: 2021-03-05 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Compósitos à base de CaCu3Ti4O12 (CCTO) tem atraído o interesse de diversos pesquisadores uma vez que apresentam melhor desempenho em relação ao composto puro. Recentemente o uso de fases carbonosas tem possibilitado ainda sua aplicação em novas tecnologias. Dentre os materiais carbonosos de interesse, o óxido de grafeno reduzido (OGR) apresenta vantagens devido sua similaridade ao grafeno e boa reatividade. Diante destes aspectos, este estudo tem como objetivo geral fabricar compósitos de CCTO e OGR na forma de pós e de bulks produzidos por sinterização convencional e cold sintering e caracterizar suas propriedades. Para tanto, o CCTO foi fabricado por reação em estado sólido e o OGR pelo método de Hummers modificado, realizando-se a mistura mecânica nas proporções de 0, 1, 2,5 10 e 20% de OGR ao CCTO. Os pós foram caracterizados quanto a sua estrutura, sua morfologia e avaliada sua atividade fotocatalítica na degradação de rodamina B sob radiação UV. Amostras volumétricas (bulks) foram produzidos por prensagem e sinterização em forno convencional sob atmosfera de argônio, e ainda utilizando o método de cold sintering pela umectação dos pós em ácido acético glacial e prensagem com aquecimento a 200°C seguida de pós tratamento a 600°C durante 1h. Os compósitos foram caracterizados quanto a sua densidade, microestrutura e resposta elétrica. Os pós não apresentaram significativas alterações na estrutura, porém os ensaios fotocatalíticos demonstram a capacidade de remoção de corante de aproximadamente 45% nos compósitos com 20% de OGR. O uso de OGR auxiliou ainda da remoção de corante em menores tempos quando comparado a fase pura. Bulks sinterizados mediante a técnica de cold sintering apresentaram maiores densidades e uma microestrutura de grãos pequenos e altamente resistiva. Percentuais de 1 e 2% de ORG promoveram o aumento da constante dielétrica e comportamento capacitivo tanto na sinterização convencional como com cold sintering. Em teores de 5 a 20% ocorre o desenvolvimento de constantes dielétricas negativas da ordem de 107 com comportamento indutivo. As análises demonstram o potencial de aplicações dos compósitos CCTO/OGR na forma de pós em tecnologias de tratamento de águas, e dos bulks em armazenamento de energia e dispositivos como ressonadores e proteções eletromagnéticas, além da facilidade de fabricação destes compósitos em temperaturas relativamente baixas. Composites based on CaCu3Ti4O12 (CCTO) have attracted the interest of several researchers since they present better performance in relation to the pure compound. Recently, the use of carbonaceous phases has also enabled its application in new technologies. Among the carbonaceous materials of interest, reduced graphene oxide (OGR) has advantages due to its similarity to graphene and good reactivity. In view of these aspects, this study aims to manufacture CCTO and OGR composites in the form of powders and bulks, the last produced by conventional sintering and cold sintering, and aims to characterize their properties. For this, the CCTO was manufactured by reaction in solid state and the OGR by the modified Hummers method, performing the mechanical mixing in the proportions of 0, 1, 2, 5 10 and 20% of OGR to the CCTO. The powders were characterized in terms of their structure, morphology and their photocatalytic activity in the degradation of rhodamine B under UV radiation. Bulks samples were produced by pressing and sintering in a conventional oven under an argon atmosphere, and still using the cold sintering method by wetting the powders in glacial acetic acid and pressing with heating at 200°C followed by post treatment at 600°C for 1h. The compounds were characterized in terms of density, microstructure and electrical response. The powders did not show significant alterations in the structure, however the photocatalytic tests demonstrate the dye removal capacity of approximately 45% in composites with 20% OGR. The use of OGR also helped to remove dye in less time when compared to the pure phase. Bulks sintered using the cold sintering technique showed higher densities and a microstructure of small and highly resistive grains. Percentages of 1 and 2% of ORG promoted an increase in the dielectric constant and capacitive behavior in both conventional sintering and cold sintering. At levels of 5 to 20%, negative dielectric constants of about 107 develop with inductive behavior. The analyzes demonstrate the potential for applications of CCTO/OGR composites in the form of powders in water treatment technologies, and of bulks in energy storage and devices such as resonators and electromagnetic protections, in addition to the ease of manufacturing these composites at relatively low temperatures. FAPESP 2018/24465-6