Dynamics and structure of self-generated magnetics fields on solids following high contrast, high intensity laser irradiation

The dynamics of self-generated magnetic B-fields produced following the interaction of a high contrast, high intensity (I > 10¹⁹W cm^-2) laser beam with thin (3 μm thick) solid (Al or Au) targets is investigated experimentally and numerically. Two main sources drive the growth of B-fields on the target surfaces. B-fields are first driven by laser-generated hot electron currents that relax over ∼10-20 ps. Over longer timescales, the hydrodynamic expansion of the bulk of the target into vacuum also generates B-field induced by non-collinear gradients of density and temperature. The laser irradiation of the target front side strongly localizes the energy deposition at the target front, in contrast to the target rear side, which is heated by fast electrons over a much larger area. This induces an asymmetry in the hydrodynamic expansion between the front and rear target surfaces, and consequently the associated B-fields are found strongly asymmetric. The sole long-lasting (>30 ps) B-fields are the ones growing on the target front surface, where they remain of extremely high strength (∼8-10 MG). These B-fields have been recently put by us in practical use for focusing laser-accelerated protons [B. Albertazzi et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 043502 (2015)]; here we analyze in detail their dynamics and structure.

Comportamento à fadiga de juntas soldadas de aços tipo 460M com fios fluxados

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Behaviour of laterised normal and self compacting concrete subjected to elevated temperatures

Concrete is a universal material in the construction industry. With natural resources like sand and aggregate, fast depleting, it is time to look for alternate materials to substitute these in the process of making concrete. There are instances like exposure to solar radiation, fire, furnaces, and nuclear reactor vessels, special applications like missile launching pads etc., where concrete is exposed to temperature variations In this research work, an attempt has been made to understand the behaviour of concrete when weathered laterite aggregate is used in both conventional and self compacting normal strength concrete. The study has been extended to understand the thermal behaviour of both types of laterised concretes and to check suitability as a fire protection material. A systematic study of laterised concrete considering parameters like source of laterite aggregate, grades of Ordinary Portland Cement (OPC) and types of supplementary cementitious materials (fly ash and GGBFS) has been carried out to arrive at a feasible combination of various ingredients in laterised concrete. A mix design methodology has been proposed for making normal strength laterised self compacting concrete based on trial mixes and the same has also been validated. The physical and mechanical properties of laterised concretes have been studied with respect to different variables like exposure temperature (200°C, 400°C and 600°C) and cooling environment (air cooled and water cooled). The behaviour of ferrocement elements with laterised self compacting concrete has also been studied by varying the cover to mesh reinforcement (10mm to 50mm at an interval of 10mm), exposure temperature and cooling environment.

Strength Predictions of Hat Stiffened Plate

Hat Stiffened Plates are used in composite ships and are gaining popularity in metallic ship construction due to its high strength-to-weight ratio. Light weight structures will result in greater payload, higher speeds, reduced fuel consumption and environmental emissions. Numerical Investigations have been carried out using the commercial Finite Element software ANSYS 12 to substantiate the high strength-to-weight ratio of Hat Stiffened Plates over other open section stiffeners which are commonly used in ship building. Analysis of stiffened plate has always been a matter of concern for the structural engineers since it has been rather difficult to quantify the actual load sharing between stiffeners and plating. Finite Element Method has been accepted as an efficient tool for the analysis of stiffened plated structure. Best results using the Finite Element Method for the analysis of thin plated structures are obtained when both the stiffeners and the plate are modeled using thin plate elements having six degrees of freedom per node. However, one serious problem encountered with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is time consuming and laborious. In order to overcome these difficulties two different methods viz., Orthotropic Plate Model and Superelement for Hat Stiffened Plate have been suggested in the present work. In the Orthotropic Plate Model geometric orthotropy is converted to material orthotropy i.e., the stiffeners are smeared and they vanish from the field of analysis and the structure can be analysed using any commercial Finite Element software which has orthotropic elements in its element library. The Orthotropic Plate Model developed has predicted deflection, stress and linear buckling load with sufficiently good accuracy in the case of all four edges simply supported boundary condition. Whereas, in the case of two edges fixed and other two edges simply supported boundary condition even though the stress has been predicted with good accuracy there has been large variation in the deflection predicted. This variation in the deflection predicted is because, for the Orthotropic Plate Model the rigidity is uniform throughout the plate whereas in the actual Hat Stiffened Plate the rigidity along the line of attachment of the stiffeners to the plate is large as compared to the unsupported portion of the plate. The Superelement technique is a method of treating a portion of the structure as if it were a single element even though it is made up of many individual elements. The Superelement has predicted the deflection and in-plane stress of Hat Stiffened Plate with sufficiently good accuracy for different boundary conditions. Formulation of Superelement for composite Hat Stiffened Plate has also been presented in the thesis. The capability of Orthotropic Plate Model and Superelement to handle typical boundary conditions and characteristic loads in a ship structure has been demonstrated through numerical investigations.

Rissbildung und Zugtragverhalten von mit Stabstahl und Fasern bewehrtem Ultrahochfesten Beton (UHPC)

Ultrahochfester Beton (UHPC) ist ein sehr gefügedichter zementgebundener Werkstoff, der sich nicht nur durch eine hohe Druckfestigkeit, sondern auch durch einen hohen Widerstand gegen jede Form physikalischen oder chemischen Angriffs auszeichnet. Duktiles Nachbruchverhalten bei Druckversagen wird meist durch die Zugabe dünner kurzer Fasern erreicht. In Kombination mit konventioneller Betonstahl- oder Spannbewehrung ermöglicht UHPC die Ausführung sehr schlanker, weitgespannter Konstruktionen und eröffnet zugleich neue Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel die flächenhafte Beschichtung von Brückendecks. Durch das Zusammenwirken kontinuierlicher Bewehrungselemente und diskontinuierlich verteilter kurzer Fasern ergeben sich unter Zugbeanspruchung Unterschiede gegenüber dem bekannten Stahl- und Spannbeton. In der vorliegenden Arbeit wird hierzu ein Modell entwickelt und durch eine umfangreiche Versuchsreihe abgesichert. Ausgangspunkt sind experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Verbundverhalten von Stabstählen in einer UHPC-Matrix und zum Einfluss einer Faserzugabe auf das Reiß- und Zugtragverhalten von UHPC. Die Modellbildung für UHPC-Zugelemente mit gemischter Bewehrung aus Stabstahl und Fasern erfolgt auf der Grundlage der Vorgänge am diskreten Riss, die daher sehr ausführlich behandelt werden. Für den elastischen Verformungsbereich der Stabbewehrung (Gebrauchslastbereich) kann damit das Last-Verformungs-Verhalten für kombiniert bewehrte Bauteile mechanisch konsistent unter Berücksichtigung des bei UHPC bedeutsamen hohen Schwindmaßes abgebildet werden. Für die praktische Anwendung wird durch Vereinfachungen ein Näherungsverfahren abgeleitet. Sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Untersuchungen bestätigen, dass der faserbewehrte UHPC bei Kombination mit kontinuierlichen Bewehrungselementen selbst kein verfestigendes Verhalten aufweisen muss, um insgesamt verfestigendes Verhalten und damit eine verteilte Rissbildung mit sehr keinen Rissbreiten und Rissabständen zu erzielen. Diese Beobachtungen können mit Hilfe der bisher zur Verfügung stehenden Modelle, die im Wesentlichen eine Superposition isoliert ermittelter Spannungs-Dehnungs-Beziehungen des Faserbetons und des reinen Stahls vorsehen, nicht nachvollzogen werden. Wie die eigenen Untersuchungen zeigen, kann durch ausreichend dimensionierte Stabstahlbewehrung zielgerichtet und ohne unwirtschaftlich hohe Fasergehalte ein gutmütiges Verhalten von UHPC auf Zug erreicht werden. Die sichere Begrenzung der Rissbreiten auf deutlich unter 0,1 mm gewährleistet zugleich die Dauerhaftigkeit auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen. Durch die Minimierung des Material- und Energieeinsatzes und die zu erwartende lange Nutzungsdauer lassen sich so im Sinne der Nachhaltigkeit optimierte Bauteile realisieren.

Verbesserung der seismischen Kapazität von Mauerwerkswänden durch Verwendung von Elastomerlagern

Ein großer Teil der Schäden wie auch der Verluste an Gesundheit und Leben im Erdbebenfall hat mit dem frühzeitigen Versagen von Mauerwerksbauten zu tun. Unbewehrtes Mauerwerk, wie es in vielen Ländern üblich ist, weist naturgemäß einen begrenzten Erdbebenwiderstand auf, da Zugspannungen und Zugkräfte nicht wie bei Stahlbeton- oder Stahlbauten aufgenommen werden können. Aus diesem Grund wurde bereits mit verschiedenen Methoden versucht, die Tragfähigkeit von Mauerwerk im Erdbebenfall zu verbessern. Modernes Mauerwerk kann auch als bewehrtes oder eingefasstes Mauerwerk hergestellt werden. Bei bewehrtem Mauerwerk kann durch die Bewehrung der Widerstand bei Beanspruchung als Scheibe wie als Platte verbessert werden, während durch Einfassung mit Stahlbetonelementen in erster Linie die Scheibentragfähigkeit sowie die Verbindung zu angrenzenden Bauteilen verbessert wird. Eine andere interessante Möglichkeit ist das Aufbringen textiler Mauerwerksverstärkungen oder von hochfesten Lamellen. In dieser Arbeit wird ein ganz anderer Weg beschritten, indem weiche Fugen Spannungsspitzen reduzieren sowie eine höhere Verformbarkeit gewährleiten. Dies ist im Erdbebenfall sehr hilfreich, da die Widerstandfähigkeit eines Bauwerks oder Bauteils letztlich von der Energieaufnahmefähigkeit, also dem Produkt aus Tragfähigkeit und Verformbarkeit bestimmt wird. Wenn also gleichzeitig durch die weichen Fugen keine Schwächung oder sogar eine Tragfähigkeitserhöhung stattfindet, kann der Erdbebenwiderstand gesteigert werden. Im Kern der Dissertation steht die Entwicklung der Baukonstruktion einer Mauerwerkstruktur mit einer neuartigen Ausbildung der Mauerwerksfugen, nämlich Elastomerlager und Epoxydharzkleber anstatt üblichem Dünnbettmörtel. Das Elastomerlager wird zwischen die Steinschichten einer Mauerwerkswand eingefügt und damit verklebt. Die Auswirkung dieses Ansatzes auf das Verhalten der Mauerwerkstruktur wird unter dynamischer und quasi-statischer Last numerisch und experimentell untersucht und dargestellt.

Zum Querkrafttragverhalten von UHPC-Balken mit kombinierter Bewehrung aus Stahlfasern und Stabstahl

Ultrahochfester Beton besitzt aufgrund seiner Zusammensetzung eine sehr hohe Druckfestigkeit von 150 bis über 200 N/mm² und eine außergewöhnlich hohe Dichtigkeit. Damit werden Anwendungen in stark belasteten Bereichen und mit hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit des Materials ermöglicht. Gleichzeitig zeigt ultrahochfester Beton bei Erreichen seiner Festigkeit ein sehr sprödes Verhalten. Zur Verhinderung eines explosionsartigen Versagens werden einer UHPC-Mischung Fasern zugegeben oder wird eine Umschnürung mit Stahlrohren ausgebildet. Die Zugabe von Fasern zur Betonmatrix beeinflusst neben der Verformungsfähigkeit auch die Tragfähigkeit des UHPC. Das Versagen der Fasern ist abhängig von Fasergeometrie, Fasergehalt, Verbundverhalten sowie Zugfestigkeit der Faser und gekennzeichnet durch Faserauszug oder Faserreißen. Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit kann daher auf konventionelle Bewehrung außer bei sehr dünnen Bauteilen nicht verzichtet werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurden in dem dieser Arbeit zugrunde liegenden Forschungsprojekt die Fragen nach der Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPC-Bauteilen mit kombinierter Querkraftbewehrung und der Übertragbarkeit bestehender Querkraftmodelle auf UHPC untersucht. Neben einer umfassenden Darstellung vorhandener Querkraftmodelle für Stahlbetonbauteile ohne Querkraftbewehrung und mit verschiedenen Querkraftbewehrungsarten bilden experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten an UHPC-Balken mit verschiedener Querkraftbewehrung den Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit. Die experimentellen Untersuchungen beinhalteten zehn Querkraftversuche an UHPC-Balken. Diese Balken waren in Abmessungen und Biegezugbewehrung identisch. Sie unterschieden sich nur in der Art der Querkraftbewehrung. Die Querkraftbewehrungsarten umfassten eine Querkraftbewehrung aus Stahlfasern oder Vertikalstäben, eine kombinierte Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben und einen Balken ohne Querkraftbewehrung. Obwohl für die in diesem Projekt untersuchten Balken Fasergehalte gewählt wurden, die zu einem entfestigenden Nachrissverhalten des Faserbetons führten, zeigten die Balkenversuche, dass die Zugabe von Stahlfasern die Querkrafttragfähigkeit steigerte. Durch die gewählte Querkraftbewehrungskonfiguration bei ansonsten identischen Balken konnte außerdem eine quantitative Abschätzung der einzelnen Traganteile aus den Versuchen abgeleitet werden. Der profilierte Querschnitt ließ einen großen Einfluss auf das Querkrafttragverhalten im Nachbruchbereich erkennen. Ein relativ stabiles Lastniveau nach Erreichen der Höchstlast konnte einer Vierendeelwirkung zugeordnet werden. Auf Basis dieser Versuchsergebnisse und analytischer Überlegungen zu vorhandenen Querkraftmodellen wurde ein additiver Modellansatz zur Beschreibung des Querkrafttragverhaltens von UHPCBalken mit einer kombinierten Querkraftbewehrung aus Stahlfasern und Vertikalstäben formuliert. Für die Formulierung der Traganteile des Betonquerschnitts und der konventionellen Querkraftbewehrung wurden bekannte Ansätze verwendet. Für die Ermittlung des Fasertraganteils wurde die Faserwirksamkeit zugrunde gelegt. Das Lastniveau im Nachbruchbereich aus Viendeelwirkung ergibt sich aus geometrischen Überlegungen.

A new and improved strategy combining a dispersive-solid phase extraction-based multiclass method with ultra high pressure liquid chromatography for analysis of low molecular weight polyphenols in vegetables

This paper reports on the development and optimization of a modified Quick, Easy, Cheap Effective, Rugged and Safe (QuEChERS) based extraction technique coupled with a clean-up dispersive-solid phase extraction (dSPE) as a new, reliable and powerful strategy to enhance the extraction efficiency of free low molecular-weight polyphenols in selected species of dietary vegetables. The process involves two simple steps. First, the homogenized samples are extracted and partitioned using an organic solvent and salt solution. Then, the supernatant is further extracted and cleaned using a dSPE technique. Final clear extracts of vegetables were concentrated under vacuum to near dryness and taken up into initial mobile phase (0.1% formic acid and 20% methanol). The separation and quantification of free low molecular weight polyphenols from the vegetable extracts was achieved by ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC) equipped with a phodiode array (PDA) detection system and a Trifunctional High Strength Silica capillary analytical column (HSS T3), specially designed for polar compounds. The performance of the method was assessed by studying the selectivity, linear dynamic range, the limit of detection (LOD) and limit of quantification (LOQ), precision, trueness, and matrix effects. The validation parameters of the method showed satisfactory figures of merit. Good linearity (View the MathML sourceRvalues2>0.954; (+)-catechin in carrot samples) was achieved at the studied concentration range. Reproducibility was better than 3%. Consistent recoveries of polyphenols ranging from 78.4 to 99.9% were observed when all target vegetable samples were spiked at two concentration levels, with relative standard deviations (RSDs, n = 5) lower than 2.9%. The LODs and the LOQs ranged from 0.005 μg mL−1 (trans-resveratrol, carrot) to 0.62 μg mL−1 (syringic acid, garlic) and from 0.016 μg mL−1 (trans-resveratrol, carrot) to 0.87 μg mL−1 ((+)-catechin, carrot) depending on the compound. The method was applied for studying the occurrence of free low molecular weight polyphenols in eight selected dietary vegetables (broccoli, tomato, carrot, garlic, onion, red pepper, green pepper and beetroot), providing a valuable and promising tool for food quality evaluation.

Evaluation on fatigue strength of AISI 4340 steel aluminum coated by electroplating and IVD processes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of WC-10%Co-4%Cr coating on the Ti-6Al-4V alloy fatigue strength

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effects of several TIG weld repairs on the axial fatigue strength of AISI 4130 aeronautical steel-welded joints

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Flexural Strength of Glass-Infiltrated Zirconia/Alumina-Based Ceramics and Feldspathic Veneering Porcelains

Purpose: To compare the flexural strength of two glass-infiltrated high-strength ceramics and two veneering glass-ceramics.Materials and Methods: Four ceramic materials were tested: two glass-infiltrated high-strength ceramics used as framework in metal-free restorations [In-Ceram Zirconia IZ (Gr1) and In-Ceram Alumina IA (Gr2)], and two glass-ceramics used as veneering material in metal-free restorations [Vita VM7 (Gr3) and Vitadur-alpha (Gr4)]. Bar specimens (25 x 5 x 2 mm(3)) made from core ceramics, alumina, and zirconia/alumina composites were prepared and applied to a silicone mold, which rested on a base from a gypsum die material. The IZ and IA specimens were partially sintered in an In-Ceram furnace according to the firing cycle of each material, and then were infiltrated with a low-viscosity glass to yield bar specimens of high density and strength. The Vita VM7 and Vitadur-alpha specimens were made from veneering materials, by vibration of slurry porcelain powder and condensation into a two-part brass Teflon matrix (25 x 5 x 2 mm(3)). Excess water was removed with absorbent paper. The veneering ceramic specimens were then removed from the matrix and were fired as recommended by the manufacturer. Another ceramic application and sintering were performed to compensate the contraction of the feldspar ceramic. The bar specimens were then tested in a three-point bending test.Results: The core materials (Gr1: 436.1 +/- 54.8; Gr2: 419.4 +/- 83.8) presented significantly higher flexural strength (MPa) than the veneer ceramics (Gr3: 63.5 +/- 9.9; Gr4: 57.8 +/- 12.7).Conclusion: In-Ceram Alumina and Zirconia were similar statistically and more resistant than VM7 and Vitadur-alpha.

Análise das propriedades reológicas de materiais cimentícios associando o conceito de empacotamento de partículas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Utilização de resíduos de cinza de casca de arroz e borracha de pneus em concreto de alto desempenho

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeitos do tipo, tamanho e teor de agregado graúdo no módulo de deformação do concreto de alta resistência

O concreto, material de composição heterogênea e complexa, é o principal insumo em construções. Do ponto de vista estrutural, ele tem como propriedade principal sua resistência. O estudo do comportamento do concreto, baseado em estudos conceituais da resistência granular, pode conduzir a um projeto estrutural mais seguro e de melhor utilização do material. Este trabalho expõe os resultados de um estudo conduzido para avaliar os efeitos do tipo, tamanho e teor de agregado graúdo no módulo de deformação do concreto de alta resistência. A mistura de concreto estudada contém agregados de basalto e de granito com dimensões máximas características de 9,5 mm e 19 mm e relação água/cimento de 0,35. O módulo de elasticidade do material foi determinado usando o trecho inicial linear da curva Carga-CMOD (deslocamento de abertura da boca da fissura) no ensaio de flexão com três pontos em viga entalhada no meio do vão, seguindo a proposta do comitê técnico 89-FMT da RILEM (Internacional Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Structures).