Conversão das vibrações provenientes do vento em electricidade

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Produção de compósitos Alumínio/NiTi através do processo híbrido de fricção linear

Os compósitos inteligentes de matriz metálica (CIMM) têm sido intensamente explorados nas últimas décadas devido à capacidade destes sistemas poderem alterar as suas propriedades mediante um estímulo externo. As ligas de Níquel-Titânio (Ni-Ti) são materiais inteligentes e desempenham, maioritariamente, funções de atuação ou controlo de vibrações nos sistemas em que se inserem, permitindo que estes apresentem características funcionais. A soldadura por fricção linear (SFL) tem sido uma alternativa aos processos de soldadura por fusão para materiais difíceis de soldar como as ligas de alumínio (AA) ou ainda na ligação de materiais dissimilares. No entanto, devido à ocorrência de defeitos, gerados como consequência do deficiente fluxo visco-plástico produzidos pela SFL, surgiram novas variantes deste processo, como a SFL assistida por corrente elétrica (SFLACE), que, por efeito de Joule, provoca o aquecimento do material processado e, consequente, aumento do fluxo visco-plástico, diminuindo ou eliminando a presença de defeitos. Este trabalho incide na produção de CIMM utilizando chapas de AA1100 reforçadas com Ni-Ti por SFLACE em configuração de junta sobreposta. As interfaces e os fluxos de material resultantes foram analisados recorrendo às técnicas de microscopia ótica (MO), SEM, EDS e difração de raio-x (DRX). O controlo de vibrações do CIMM produzido foi também estudado através de ensaios de vibração à temperatura ambiente, bem como a temperaturas superiores à de fim da formação da fase austenítica, e efetuaram-se ensaios de flexão e pull-out com vista à caracterização mecânica. Observou-se que o compósito produzido apresenta um fator de amortecimento superior quando o reforço se encontra na fase martensítica. O ensaio de pull-out confirmou a existência da ligação entre a matriz e o reforço, igualmente observada por SEM. O compósito produzido apresenta uma forte ligação entre os materiais dissimilares, com franca melhoria no caso das amostras processadas com corrente elétrica, obtendo-se um material com características funcionais.

Optimização das condições de cura de compósitos para molde destinado à reparação de defeitos em radome de aeronave

A cura constitui um elemento fundamental em processos de produção de compósitos com resinas termoendurecíveis. Tendo como objectivo uma eficaz consolidação de um molde compósito, a cura da resina assume um papel crucial, sendo portanto, importante avaliar o grau de cura atingido sob determinadas condições impostas. Neste estudo, foram analisados dois sistemas de resina epóxida, destinados ao fabrico de um molde para radome de avião, por dois processos de moldação diferentes. A cinética de cura dos referidos sistemas foi caracterizada pela técnica de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) utilizando os métodos dinâmico e isotérmico. Os métodos analíticos empregues na determinação dos parâmetros cinéticos de cura foram: o de Málek e dos mínimos quadrados. Neste trabalho, os ensaios DSC foram conduzidos de forma a estudar a transição vítrea (curada e não-curada), parâmetros termodinâmicos e grau de cura, velocidade de reacção e a taxa de cura com a temperatura para ambas as resinas. A determinação do modelo cinético para a taxa de cura com a temperatura foi feita em ambas as amostras, tendo sido possível também obter a expressão da velocidade de reacção para a resina Hexply 913. O confronto das referidas expressões com os dados experimentais revelou um considerável grau de concordância. Os resultados obtidos mostram que a resina para autoclave (Hexply 913) deverá ser curada em duas fases: uma cura inicial com o radome a 90ºC e depois a 125ºC para conferir a pré-forma desejada e seguidamente uma pós-cura sem o radome a uma das temperaturas alternativas sugeridas pelo fabricante. O estudo indica também que o sistema Toolfusion® 1A/1B, na cura inicial a 65ºC, atinge um grau de cura máximo de 11,4%, sendo que as isotérmicas posteriores de 150ºC e 190ºC incrementam o nível de reticulação para valores de 77,3% e de 95,4%, respectivamente.

Influência da humidade no comportamento mecânico de compósitos de madeira-plástico

As crescentes questões ambientais têm vindo a impor, entre outras, a necessidade da reciclagem dos desperdícios produzidos por diversos setores (agricultura, indústria e serviços). Nesta ótica têm vindo a surgir um conjunto alargado de produtos compósitos que incluem os compósitos de madeira-plástico (Wood Plastic Composites). Estes compósitos têm vindo a competir com os produtos de madeira em diversos nichos de mercado, sendo o maior deles os revestimentos de piso em ambiente exterior, vulgarmente designados de deckings. Estes compósitos são comercializados salientando as suas vantagens relativamente à madeira maciça, como seja maior durabilidade biológica e menor variabilidade de propriedades mecânicas e físicas. No final do ano 2013 e início de 2014, foram reportadas uma série de anomalias na aplicação de réguas de compósitos madeira-plástico, nomeadamente a diminuição do desempenho físico e mecânico destes materiais, quando sujeitos a períodos prolongados de humidificação. Embora, para a maioria dos casos reportados, estas anomalias se devam a condições deficientes de aplicação, a possibilidade de alteração de características à flexão, quando sujeitos a condições de uma aplicação exterior, ainda não se encontra bem estudada. Na presente dissertação são avaliados e apresentados os efeitos no comportamento à flexão de três tipos diferentes de réguas de compósito madeira-plástico, quando sujeitos a condições de humidade permanente ou cíclica. Para este efeito, foram conduzidos um conjunto de ensaios, nomeadamente, de flexão para determinação da pré-carga, de resistência à humidade e de variação dimensional e de módulo de elasticidade devido à imersão em água e a ambiente húmido. Posteriormente, os resultados obtidos foram sujeitos a uma verificação aos Estados Limite de Serviço. Os resultados revelaram reduzidas variações dimensionais (inchamento) e perdas significativas de módulo de elasticidade, apenas devido à exposição a elevados níveis de humidade, mostrando-se o caso de exposição prolongada a água líquida o mais gravoso. Relativamente aos Estados Limite de Serviço, sobretudo a longo prazo, os resultados mostraram-se bastante gravosos, nomeadamente para o material de menor qualidade.

Comportamento de ligações adesivas entre compósitos de FRP e elementos estruturais de aço

Desde de que os Polímeros Reforçados com Fibras (FRP) começaram a ser usados no reparo ou no reforço de elementos estruturais, o descolamento prematuro do compósito FRP com o substrato tem sido objecto de muitos estudos. É importe conhecer e descrever, com rigor, o comportamento completo da interface do FRP com o substrato. Inclusivé, tem-se utilizado com frequência fixações mecânicas adicionais, para demorar ou mesmo evitar o descolamento prematuro do compósito FRP com o substrato. Não existem soluções analíticas que descrevam o comportamento completo das interfaces do FRP com o substrato. Portanto, o objetivo desta dissertação é mitigar esse desconhecimento através de uma solução teórica para descrever a ligação do FRP com o substrato com e sem ancoragem mecânica, através de um modelo de bond-slip exponencial que é conhecido por representar as não linearidades envolvidas no processo de descolagem do compósito FRP com o substrato. A análise completa da carga vs. deslizamento para ambos os casos (com e sem ancoragem mecânica) também é discutida nesta dissertação. Para além disso, este trabalho também visa um estudo experimental utilizando vigas metálicas com compósitos de carbono (CFRP) ou seja, em sistema Externally Bonded Reinforcement (EBR) com e sem sistema ancorado mecânico.

Comportamento da ligação CFRP/betão em estruturas de betão armado

O presente trabalho centra-se no estudo de um sistema de reforço de estruturas de betão armado que se tem tornado bastante utilizado, o reforço com materiais compósitos. Os materiais compósitos utilizados neste estudo são polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). A ligação deste compósito aos elementos de betão é feita através de resina, neste caso utilizou-se resina epoxídica. Neste sistema de reforço é fulcral garantir que a ligação entre o compósito e o betão é a melhor possível e, por isso, no presente estudo estudou-se esta ligação através de ensaios experimentais de corte simples. Com o intuito de se perceber a influência do comprimento de laminado de CFRP colado ao substrato de betão, foram utilizados diferentes comprimentos colados nos ensaios experimentais. Utilizaram-se duas técnicas de reforço distintas, reforço com compósitos de CFRP colados exteriormente (EBR) e reforço com compósitos de CFRP colados numa ranhura feita no bloco de betão (NSM), com o intuito de se verificar a influência que a técnica de reforço pode ter na eficácia do sistema de reforço, percebendo para qual das técnicas se consegue obter uma melhor aderência entre o laminado de CFRP e o substrato de betão. Foram realizados 11 ensaios de corte simples para a técnica EBR e 8 ensaios de corte simples para a técnica NSM. Neste estudo foi também encontrada uma solução analítica que consegue descrever o comportamento completo da interface entre o material compósito e o substrato de betão. Esta solução analítica foi encontrada a partir de um modelo bond-slip não-linear. Os resultados experimentais obtidos foram analisados e o modelo analítico proposto foi validado com recurso a estudos presentes na literatura e aos resultados experimentais obtidos no presente estudo.

Análise e otimização de materiais compósitos de microestrutura periódica

A presente dissertação tem como principais objetivos a otimização topológica de materiais compósitos de microestrutura periódica e a análise de efeitos de escala na caracterização das propriedades elásticas dos mesmos. No desenvolvimento deste trabalho, é abordada a teoria da homogeneização que é usualmente utilizada para estimar as propriedades elásticas de materiais compósitos periódicos de modo a tratar um meio heterogéneo como um meio homogéneo com propriedades mecânicas equivalentes. É realizada uma verificação e validação das hipóteses utilizadas por esta teoria, com o fim de determinar em que condições os resultados homogeneizados são credíveis e qual a margem de erro associada a esses mesmos resultados. O modelo de material aqui utilizado é obtido pela repetição de uma célula de base unitária (microestrutura representativa) em todas as direções espaciais. Trata-se de um modelo de material tridimensional de duas fases, sólido e vazio (material poroso). São estudadas diferentes topologias de microestruturas, obtidas através de um algoritmo de otimização topológica utilizando o método da homogeneização inversa. Para que fosse utilizada uma amostra suficientemente representativa de diferentes casos de anisotropia de material, foi utilizado um gerador de números aleatórios para reproduzir os estados de tensão ou deformação a serem utilizados no processo de otimização das microestruturas. Desta forma, é realizado um estudo quanto à anisotropia de material e a sua influência nas propriedades elásticas do material. O estudo de efeitos de escala toma uma grande importância neste trabalho, sendo estimados numericamente os tensores elásticos que caracterizam o material e estudada a sua convergência em relação aos tensores obtidos pelo método da homogeneização. Da mesma forma, é realizado um estudo numérico de convergência da densidade de energia de deformação e de tensão para diferentes condições de ensaios mecânicos. Os resultados indicam que um baixo fator de escala é suficiente para substituir um compósito heterogéneo por um material homogéneo com propriedades elásticas calculadas pela teoria da homogeneização.

Reforço de placas de betão armado com argamassas armadas para acções de explosão

Quando uma explosão, com origem terrorista ou acidental, ocorre perto de estruturas vulneráveis, pode causar grandes estragos e perdas de vida. Existem diversos estudos experimentais e numéricos que analisaram reforços de estruturas de betão com Polímeros Reforçados com Fibras (FRP) contra o efeito de explosivos. Apesar dos bons resultados, estas soluções são pouco económicas. Existe, portanto, a necessidade de continuar a desenvolver novos métodos mais económicos, para aumentar a resistência dos vários elementos que compõem a estrutura de um edifício contra os efeitos de explosões. Nesta dissertação estudou-se a utilização de 3 diferentes tipos de reforço em placas de betão armado. Estas placas, com 2,6x2,17 m e 12 cm de espessura, originalmente foram projectadas como painéis para fachadas de edifícios, foram ensaiadas para acções de explosões normais ao seu plano. Os reforços estudados nesta dissertação podem assim ser utilizados para reforçar lajes e paredes de betão armado de fachadas de edifícios. Os 3 diferentes tipos de reforço, com 2 cm de espessura em toda a área da face que representa o interior do edifício, têm como base uma calda de cimento. A sua diferença está no tipo de armadura utilizada. Na solução A, é utilizada uma malha distendida galvanizada em aço. Nas soluções B e C são utilizadas fibras de aço contínuas. Estudos recentes desenvolveram e caracterizaram esta Calda Reforçada com Fibras Unidirecionais (CRFU) [1] [2]. Este compósito diverge face aos outros, desenvolvidos até então, por ser reforçado com uma manta não-tecida de fibras de aço contínuas e unidireccionais. Nesta dissertação, esta Calda Reforçada com Fibras Contínuas de aço é utilizada como reforço contra os efeitos de uma explosão nas soluções B e C. Na solução B, é utilizado 1% de fibras na direcção do vão, e na solução C, é utilizado 0,5 % de fibras em direcções ortogonais. Para ensaio experimental foram preparadas 4 placas de betão armado: três com os reforços já mencionados e uma sem reforço, como referência. Estas placas foram ensaiadas, simplesmente apoiadas em dois bordos paralelos, com um vão livre de 2,3 m. A placa A não foi ensaiada por rotura do modelo aquando da sua montagem. A placa C foi utilizada num ensaio preliminar com o objectivo de testar o sistema de ensaio. No primeiro ensaio desta placa, foram utilizados 2n kg de TNT a 3 m de distância, não provocando qualquer dano na placa. No segundo ensaio foram utilizados 8 kg de TNT a 2 m de distância, levando a placa à rotura. A placa B e a placa de referência foram ensaiadas com 8 kg de TNT a 3 m de distância. Os resultados mostram que os danos na placa reforçada diminuíram cerca de 40%.

Produtos têxteis inteligentes incorporando filamentos compósitos com nanotubos de carbono

Programa Doutoral em Engenharia Têxtil.

Shear strengthening of reinforced concrete beams with SHCC-FRP panels

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil

Creep behaviour of cracked steel fibre reinforced self-compacting concrete laminar structures

Tese de Doutoramento - Civil Engineering

Structure-property relationships in polymer nanocomposites

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos

Desenvolvimento de estruturas fibrosas com comportamento auxético

Tese de Doutoramento Engenharia Têxtil

Mechanical, fatigue and wear properties of sintered Carbon Nanotube-based functionally graded materials

Tese de Doutoramento Engenharia Mecânica

Revisões da infraestrutura viária local: o reconhecimento do lugar público no território desruralizado e extensamente urbanizadode Santa Maria da Feira

Tese de Doutoramento Arquitetura, Cidade e Território.