Caraterização das propriedades mecânicas de um adesivo estrutural de alta ductilidade

A tecnologia de ligação por adesivos estruturais tem vindo a ser utilizada ao longo de várias décadas, permitindo solucionar diversos problemas associados a técnicas chamadas "tradicionais" de ligação, como a soldadura, a rebitagem ou a ligação aparafusada. Esta é uma alternativa viável para substituir as ligações mecânicas, devido a diversos fatores como o menor peso estrutural, menor custo de fabricação e capacidade de união de diferentes materiais. O crescente recurso a materiais compósitos em diversas indústrias, nomeadamente a aeronáutica e naval, levaram ao consequente aumento da aplicação de ligações adesivas, por serem indicadas como forma de união destes materiais, onde é de enaltecer a sua elevada resistência à fadiga. Uma junta adesiva está maioritariamente sujeita a esforços de corte e arrancamento e portanto o conhecimento dos módulos de elasticidade à tração (E) ou corte (G) do adesivo, e ainda as resistências máximas à tração e ao corte, não é suficiente quando se pretende prever o comportamento da mesma. Na verdade, torna-se necessário abranger na análise a plastificação progressiva verificada nas juntas adesivas antes da rotura, sendo necessário o conhecimento de parâmetros tais como a taxa crítica de libertação de energia de deformação à tração (GIc) e corte (GIIc). Este trabalho pretende estudar um adesivo estrutural recentemente lançado no mercado, carecendo portanto da sua caracterização, para facilitar a previsão da resistência de estruturas adesivas ligadas com o mesmo. São 4 os ensaios a realizar: ensaios à tração de provetes em bruto, ensaios ao corte com a geometria Thick Adherend Shear Test (TAST), ensaios Double-Cantilever Beam (DCB) e ensaios End-Notched Flexure (ENF). Com a realização dos ensaios referidos, serão determinadas as propriedades mecânicas e de fratura à tração e ao corte, e serão fornecidos os parâmetros para a previsão da resistência de juntas adesivas com este adesivo por uma variedade de métodos, desde métodos analíticos mais expeditos até aos métodos numéricos mais avançados existentes atualmente. Os resultados foram de encontro aos disponibilizados pelo fabricante, sempre que estes se encontravam disponíveis, obtendo-se discrepâncias bastante reduzidas nos diversos parâmetros determinados.

Análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial

Para garantir que um equipamento opere com segurança e fiabilidade durante o seu ciclo de vida, desde a sua instalação ao desmantelamento, devem ser realizadas inspeções e/ou monitorizações que, dependendo dos dados recolhidos, podem implicar avaliações Fitness- For-Service (FFS) que definirão a necessidade de reparação ou alteração do equipamento ou das condições processuais. A combinação de inspeção ou monitorização com os melhores procedimentos e técnicas de avaliação atuais fazem sobressair insuficiências dos procedimentos mais antigos. Usando métodos mais avançados de avaliação, validados e suportados através de uma vasta experiência de campo, pode-se agora avaliar defeitos nos ativos (equipamentos) e determinar a adequação ao serviço com uma análise FFS. As análises FFS tornaram-se cada vez mais aceites em toda a indústria ao longo dos últimos anos. A norma API 579 - 1/ASME FFS-1: 2007 fornece diretrizes para avaliar os tipos de danos que afetam os equipamentos processuais e a norma API RP 571: 2011 descreve os mecanismos de degradação que afetam os equipamentos nas petroquímicas e refinarias, que incluem os danos por corrosão, desalinhamentos, deformações plásticas, laminações, fissuras, entre outros. Este trabalho consiste na análise de Integridade Estrutural de uma Flare Industrial que surgiu da necessidade real de análise do equipamento no âmbito da atividade profissional do candidato. O estudo realizado a nível profissional é de grande abrangência, incluindo a inspeção do equipamento, identificação da falha ou dano, recolha e registo de dados, definição de estratégia de atuação e seleção de técnicas de avaliação da condição para posterior alteração, reparação ou desmantelamento. Na presente dissertação de mestrado em Engenharia Mecânica, Ramo Construções Mecânicas, pretende-se efetuar o estudo aprofundado de uma das etapas de projeto, nomeadamente estudar a causa, avaliar a falha e implicações estruturais ou processuais devido à degradação interior do riser de uma flare, com base numa análise FFS, assumindo a operabilidade em segurança e garantindo resolutas condições de funcionamento. A presente análise FFS tem como finalidade validar ou não a integridade atual (avaliação técnica quantitativa) de modo a conhecer se o item em questão é seguro e confiável para continuar a operar em condições específicas durante um período de tempo determinado, tendo em consideração as condições verificadas no ato de inspeção e especificações de projeto, segundo os itens de verificação de segurança estabelecidos na norma EN 1990:2002/A1:2005/AC:2010 e com base na norma API 579-1/ASME FFS-1: 2007. No âmbito do presente trabalho foram realizadas as seguintes tarefas: - Identificar e analisar os mecanismos de degradação com base na norma API RP 571: 2011, face às condições processuais e geométricas que o equipamento em análise está sujeito de modo a perceber a evolução da degradação estrutural e quais as implicações na sua longevidade. - Avaliar e propor soluções de reparação e ou alterações processuais e ou geométricas do equipamento em análise de modo a permitir a continuidade em funcionamento sem afetar as condições de segurança e por conseguinte minimizar ou evitar o elevado custo económico associado a um novo equipamento e tempo de paragem processual. - Assumir limites estruturais face às condições processuais e ações externas ou adjacentes. - Garantir a segurança e qualidade da vida humana ou meio que o rodeia, do equipamento, das instalações, das infraestruturas envolventes e evitar o colapso económico, quer por motivos processuais, quer indeminizações ou agravamento do prémio do seguro. Verificou-se que os resultados serão a base para as alterações inerentes, tais como reforço estrutural, alteração da geometria do defletor, ajuste no tensionamento dos cabos e controlo da espessura mínima, de modo a alargar o período de vida útil da flare com segurança.

Optimização do Processo de Maquinagem de Componentes para a Indústria Automóvel

A indústria automóvel exige, em geral, elevados índices de produtividade e qualidade. Para corresponder às exigências deste tipo de indústria, são requeridos métodos avançados de produção, tentando eliminar ao máximo operações que não gerem valor acrescentado e que possam introduzir problemas no processo de garantia da qualidade. A maquinagem por arranque de apara é um processo utilizado de forma intensiva na indústria automóvel. No entanto, enquanto em componentes críticos como o motor, os processos estão já altamente otimizados, o mesmo não se verifica na maior parte dos sistemas periféricos, normalmente realizados por empresas mais pequenas que gravitam em torno dos principais fornecedores da cadeia de produção de automóveis. Os sistemas responsáveis pela movimentação dos limpa pára-brisas e elevação dos vidros, entre outros, encontram-se neste grupo. Este trabalho visa essencialmente otimizar o processo de maquinagem de componentes periféricos de automóveis, sujeitos a diferentes operações em vários planos. No entanto, e tal como em muitas outras situações relacionadas com a variedade de versões existentes na indústria automóvel relativamente a cada sistema, pretende-se que o processo seja suficientemente versátil para poder ser aplicado em vários componentes de uma mesma família de produtos, necessitando de um número de ajustes o mais baixo possível. O estudo passou por uma análise profunda das similaridades geométricas dos diferentes componentes, análise dos planos de maquinagem de cada componente, operações envolvidas, elencagem da necessidade específica de ferramentas, elaboração de gabaritos de fabrico e apresentação da solução final, a qual passa pela introdução de um 4º eixo e do seu controlo através do sistema CNC já existente, assim como pela elaboração de novos programas.

Mechanical and tribological characterization of TiB2 thin films

Titanium Diboride (TiB2) presents high mechanical and physical properties. Some wear studies were also carried out in order to evaluate its tribological properties. One of the most popular wear tests for thin films is the ball-cratering configuration. This work was focused on the study of the tribological properties of TiB2 thin films using micro-abrasion tests and following the BS EN 1071-6: 2007 standard. Due to high hardness usually patented by these films, diamond was selected as abrasive on micro-abrasion tests. Micro-abrasion wear tests were performed under five different durations, using the same normal load, speed rotation and ball. Films were deposited by unbalanced magnetron sputtering Physical Vapour Deposition (PVD) technique using TiB2 targets. TiB2 films were characterized using different methods as Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Diffraction (XRD), Electron Probe Micro-Analyser (EPMA), Ultra Micro Hardness and Scratch-test Analysis, allowing to confirm that TiB2 presents adequate mechanical and physical properties. Ratio between hardness (coating and abrasive particles), wear resistance and wear coefficient were studied, showing that TiB2 films shows excellent properties for tribological applications.

Characterization of middle-ear condition of Oporto daycare children up-to 3 years-old: A cross sectional study

Objective The aim of this study was to determine tympanometric values of children who attend Oporto daycare centers and further analyze any relations with host and environmental factors. Methods Cross sectional study in a randomly selected sample of 117 daycare children up-to 3-years old from Oporto. Tympanometric measures were collected. Results Children presented in left ear (LE) a mean peak pressure (PP) of −156.53 daPa and a mean compliance of 0.16 cm3. Right ear (RE) revealed a PP of −145.61 daPa and a compliance of 0.19 cm3. Normal tympanograms (type A) had a lower frequency than abnormal tympanograms (type B and type C). There was a positive association between age and compliance (LE: p = 0.016; RE: p = 0.013) and between the presence of rhinorrhea and PP (LE: p = 0.002; RE: p < 0.05). Abnormal tympanograms were more frequent in Spring (RE: p = 0.009), in younger children (LE: p = 0.03) and in children that had rhinorrhea (LE: p = 0.002; RE: p = 0.044). Healthy children had a mean PP of −125.19 daPa and a mean compliance of 0.21 cm3 in LE and a mean PP of −144.27 daPa and a mean compliance of 0.22 cm3 in RE. Conclusion Tympanometric measures presented in this paper may be applicable to Oporto daycare children up-to 3 years-old. Most of daycare children revealed abnormal tympanograms. Age, rhinorrhea and season influenced children's middle-ear condition.

Monitorização e caracterização de atividade física

A monitorização da atividade física é um tema que tem adquirido cada vez mais importância. Tal deve-se ao crescente sedentarismo da população em geral e adquirindo níveis muito elevados de importância devido a vários fatores como por exemplo o enorme crescimento tecnológico e menor tempo de lazer. Cada vez mais a população tem a tendência de substituir atividades como uma simples caminhada para o trabalho ou escola por algum tipo de tecnologia que reduz o consumo energético do corpo, sendo paradigmático o uso (excessivo) de viaturas automóveis. Em consequência da escassez de atividade física, doenças como a obesidade e problemas cardíacos têm vindo a aumentar nas várias faixas etárias, mas assume uma particular relevância em crianças. Nas últimas décadas têm aumentado as iniciativas de investigação com o objetivo de compreender os fatores que afetam a prática de atividade física para posteriormente a potenciar. Existem diversos métodos contudo, destaca-se preferencialmente os de observação direta, com observadores presentes. No entanto estes apresentam algumas limitações. Consequentemente são necessários esforços de investigação adicionais e novas técnicas ou metodologias. Nesta dissertação pretende-se contribuir ativamente para a investigação na área da promoção de atividade física através da utilização de vídeo, com uma análise realizada sobre dois pontos principais. Primeiro são analisadas métodos do estado de arte que requerem a presença de observadores e de que forma a captura de vídeos pode ser utilizada como alternativa ou complemento. De seguida, é realizado um estudo e avançada uma proposta inicial para utilizar mecanismos de processamento e classificação automática da atividade em alternativa ao observador humano.

Adhesive selection for single lap bonded joints: Experimentation and advanced techniques for strength prediction

The integrity of multi-component structures is usually determined by their unions. Adhesive-bonding is often used over traditional methods because of the reduction of stress concentrations, reduced weight penalty, and easy manufacturing. Commercial adhesives range from strong and brittle (e.g., Araldite® AV138) to less strong and ductile (e.g., Araldite® 2015). A new family of polyurethane adhesives combines high strength and ductility (e.g., Sikaforce® 7888). In this work, the performance of the three above-mentioned adhesives was tested in single lap joints with varying values of overlap length (LO). The experimental work carried out is accompanied by a detailed numerical analysis by finite elements, either based on cohesive zone models (CZM) or the extended finite element method (XFEM). This procedure enabled detailing the performance of these predictive techniques applied to bonded joints. Moreover, it was possible to evaluate which family of adhesives is more suited for each joint geometry. CZM revealed to be highly accurate, except for largely ductile adhesives, although this could be circumvented with a different cohesive law. XFEM is not the most suited technique for mixed-mode damage growth, but a rough prediction was achieved.

Tensile fracture characterization of adhesive joints by standard and optical techniques

The use of adhesive joints has increased in recent decades due to its competitive features compared with traditional methods. This work aims to estimate the tensile critical strain energy release rate (GIC) of adhesive joints by the Double-Cantilever Beam (DCB) test. The J-integral is used since it enables obtaining the tensile Cohesive Zone Model (CZM) law. An optical measuring method was developed for assessing the crack tip opening (δn) and adherends rotation (θo). The proposed CZM laws were best approximated by a triangular shape for the brittle adhesive and a trapezoidal shape for the two ductile adhesives.

Characterization of an antioxidant surfactant-free topical formulation containing Castanea sativa leaf extract

Context: Inclusion of antioxidants in topical formulations can contribute to minimize oxidative stress in the skin, which has been associated with photoaging, several dermatosis and cancer. Objective: A Castanea sativa leaf extract with established antioxidant activity was incorporated into a semisolid surfactant-free formulation. The objective of this study was to perform a comprehensive characterization of this formulation. Materials and methods: Physical, microbiological and functional stability were evaluated during 6 months storage at 20 °C and 40 °C. Microstructure elucidation (cryo-SEM), in vitro release and in vivo moisturizing effect (Corneometer® CM 825) were also assessed. Results and discussion: Minor changes were observed in the textural and rheological properties of the formulation when stored at 20 °C for 6 months and the antioxidant activity of the plant extract remained constant throughout the storage period. Microbiological quality was confirmed at the end of the study. Under accelerated conditions, higher modifications of the evaluated parameters were observed. Cryo-SEM analysis revealed the presence of oil droplets dispersed into a gelified external phase. The release rate of the antioxidant compounds (610 ± 70 µgh−0.5) followed Higuchi model. A significant in vivo moisturizing effect was demonstrated, that lasted at least 4 h after product’s application. Conclusion: The physical, functional and microbiological stability of the antioxidant formulation was established. Specific storage conditions should be recommended considering the influence of temperature on the stability. A skin hydration effect and good skin tolerance were also found which suggests that this preparation can be useful in the prevention or treatment of oxidative stress-mediated dysfunctions.

Comparing the performance of geostatistical models with additional information from covariates for sewage plume characterization

In this work, kriging with covariates is used to model and map the spatial distribution of salinity measurements gathered by an autonomous underwater vehicle in a sea outfall monitoring campaign aiming to distinguish the effluent plume from the receiving waters and characterize its spatial variability in the vicinity of the discharge. Four different geostatistical linear models for salinity were assumed, where the distance to diffuser, the west-east positioning, and the south-north positioning were used as covariates. Sample variograms were fitted by the Mat`ern models using weighted least squares and maximum likelihood estimation methods as a way to detect eventual discrepancies. Typically, the maximum likelihood method estimated very low ranges which have limited the kriging process. So, at least for these data sets, weighted least squares showed to be the most appropriate estimation method for variogram fitting. The kriged maps show clearly the spatial variation of salinity, and it is possible to identify the effluent plume in the area studied. The results obtained show some guidelines for sewage monitoring if a geostatistical analysis of the data is in mind. It is important to treat properly the existence of anomalous values and to adopt a sampling strategy that includes transects parallel and perpendicular to the effluent dispersion.

Avaliação de Segurança de um Edifício Antigo na Baixa do Porto

Com o presente trabalho pretende-se avaliar a segurança de um elemento estrutural de um edifício antigo (tradicional) da baixa da Porto edificado nos finais do última quartel do século XVIII. Após uma pequena introdução onde será exposta a estrutura do trabalho, capítulo a capítulo, será feita uma explanação histórica sobre o meio urbano onde o edifício está construído, os métodos construtivos adotados desde 1755 até aos nossos dias, passando pelo historial do próprio edificado. Passar-se-á de seguida à análise do edifício, apresentando evidências do que eventualmente terá sido construído de base até aos dias de hoje. Será feita uma apresentação dos elementos construtivos que compõe actualmente o edificio, apresentando evidências do estado de cada um, ou seja, será feita um levantamento das patologias evidentes e visíveis a olho nu, recorrendo a métodos expeditos de análise. Também será feito um levantamento dimensional da volumetria , planimétria do edifício e da compartimentação, registando as dimensões dos elementos estruturais e arquitectónicos relevantes para a realização dos respectivos projectos. Posteriormente passar-se-á para uma exposição dos diversos tipos de ensaios, começando pela apresentação dos métodos disponíveis atualmente para a caracterização física e mecânica dos materiais, seguida da realização dos ensaios, recolha de dados no edificado e proposta de definição dos materiais. Após a recolha de todos estes elementos, estão reunidas as condições para se passar a uma análise estrutural, onde para estes objectivos, serão aplicados os mais avançados programas de cálculo estrutural existentes na actualidade, suportados em metodologias que analisam não só o elemento mas também a sua interação com os que lhe servem de fronteira acabando-se num todo que é o edifício. Pretende-se com este estudo estrutural avaliar a segurança de uma parte significativa e representativa do edifico baseado na regulamentação em vigor. A parte a analisar representa o pavimento aplicado na construção. Finalizar-se-á com a apresentação das conclusões, propondo eventuais ações futuras.

Optical clearing mechanisms characterization in muscle

Optical immersion clearing is a technique that has been widely studied for more than two decades and that is used to originate a temporary transparency effect in biological tissues. If applied in cooperation with clinical methods it provides optimization of diagnosis and treatment procedures. This technique turns biological tissues more transparent through two main mechanisms — tissue dehydration and refractive index (RI) matching between tissue components. Such matching is obtained by partial replacement of interstitial water by a biocompatible agent that presents higher RI and it can be completely reversible by natural rehydration in vivo or by assisted rehydration in ex vivo tissues. Experimental data to characterize and discriminate between the two mechanisms and to find new ones are necessary. Using a simple method, based on collimated transmittance and thickness measurements made from muscle samples under treatment, we have estimated the diffusion properties of glucose, ethylene glycol (EG) and water that were used to perform such characterization and discrimination. Comparing these properties with data from literature that characterize their diffusion in water we have observed that muscle cell membrane permeability limits agent and water diffusion in the muscle. The same experimental data has allowed to calculate the optical clearing (OC) efficiency and make an interpretation of the internal changes that occurred in muscle during the treatments. The same methodology can now be used to perform similar studies with other agents and in other tissues in order to solve engineering problems at design of inexpensive and robust technologies for a considerable improvement of optical tomographic techniques with better contrast and in-depth imaging.