Numerical simulation of the edge stress singularity and the adhesion strength for compliant mushroom fibrils adhered to rigid substrates

Open Access funded by European Research Council Acknowledgements RB thanks GRADUS, Faculty 8.4. Natural Sciences, of Saarland University for partially funding his research visit to the University of California, Santa Barbara. RB would also thank to Dr. S. Khaderi for his help in setting up the model. He also thanks Dr. R. Hensel and Dr. N. Guimard for fruitful discussions and for their continuous support. EA acknowledges funding from the European Research Council under the European Union's Seventh Framework Program (FP/2007-2013)/ERC Advanced Grant no. 340929.

Um modelo multiescala concorrente para representar o processo de fissuração do concreto.

Este trabalho propõe uma técnica de modelagem multiescala concorrente do concreto considerando duas escalas distintas: a mesoescala, onde o concreto é modelado como um material heterogêneo, e a macroescala, na qual o concreto é tratado como um material homogêneo. A heterogeneidade da estrutura mesoscópica do concreto é idealizada considerando três fases distintas, compostas pelos agregados graúdos e argamassa (matriz), estes considerados materiais homogêneos, e zona de transição interfacial (ZTI), tratada como a parte mais fraca entre as três fases. O agregado graúdo é gerado a partir de uma curva granulométrica e posicionado na matriz de forma aleatória. Seu comportamento mecânico é descrito por um modelo constitutivo elástico-linear, devido a sua maior resistência quando comparado com as outras duas fases do concreto. Elementos finitos contínuos com alta relação de aspecto em conjunto com um modelo constitutivo de dano são usados para representar o comportamento não linear do concreto, decorrente da iniciação de fissuras na ZTI e posterior propagação para a matriz, dando lugar à formação de macrofissuras. Os elementos finitos de interface com alta relação de aspecto são inseridos entre todos os elementos regulares da matriz e entre os da matriz e agregados, representando a ZTI, tornando-se potenciais caminhos de propagação de fissuras. No estado limite, quando a espessura do elemento de interface tende a zero (h ?0) e, consequentemente, a relação de aspecto tende a infinito, estes elementos apresentam a mesma cinemática da aproximação contínua de descontinuidades fortes (ACDF), sendo apropriados para representar a formação de descontinuidades associados a fissuras, similar aos modelos coesivos. Um modelo de dano à tração é proposto para representar o comportamento mecânico não linear das interfaces, associado à formação de fissuras, ou até mesmo ao eventual fechamento destas. A fim de contornar os problemas causados pela malha de elementos finitos de transição entre as malhas da macro e da mesoescala, que, em geral, apresentam diferenças expressivas 5 de refinamento, utiliza-se uma técnica recente de acoplamento de malhas não conformes. Esta técnica é baseada na definição de elementos finitos de acoplamento (EFAs), os quais são capazes de estabelecer a continuidade de deslocamento entre malhas geradas de forma completamente independentes, sem aumentar a quantidade total de graus de liberdade do problema, podendo ser utilizados tanto para acoplar malhas não sobrepostas quanto sobrepostas. Para tornar possível a análise em multiescala em casos nos quais a região de localização de deformações não pode ser definida a priori, propõe-se uma técnica multiescala adaptativa. Nesta abordagem, usa-se a distribuição de tensões da escala macroscópica como um indicador para alterar a modelagem das regiões críticas, substituindo-se a macroescala pela mesoescala durante a análise. Consequentemente, a malha macroscópica é automaticamente substituída por uma malha mesoscópica, onde o comportamento não linear está na iminência de ocorrer. Testes numéricos são desenvolvidos para mostrar a capacidade do modelo proposto de representar o processo de iniciação e propagação de fissuras na região tracionada do concreto. Os resultados numéricos são comparados com os resultados experimentais ou com aqueles obtidos através da simulação direta em mesoescala (SDM).

Estudo de nanocompósitos formados por PLA e nanopartículas de celulose.

Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas.

Avaliação de elementos potencialmente tóxicos em tintas

Neste trabalho são apresentados os resultados da determinação, por ICP OES, de elementos tóxicos e/ou potencialmente tóxicos (AI, Cr, Ni, Cu, Cd, As, Co e Pb) em tintas de acabamento imobiliário à base de água ou de solvente orgânico. Foram desenvolvidas e comparadas método de digestão de amostras utilizando diferentes misturas ácidas em bombas de decomposição, em fomo de microondas (sistema com radiação focalizada e com cavidade) e método de cinzas. O Método de digestão utilizando fomo de microondas com cavidade permitiu solubilização rápida e eficiente de todos os tipos de tintas testados, em tempo inferior a 35 minutos. As método apresentaram valores aceitáveis para a maioria dos elementos nos testes de adição e recuperação dos analitos. Os resíduos resultantes da digestão foram avaliados por MEV-EDS e não apresentaram os elementos estudados, comprovando a eficiência da metodologia. Mercúrio foi determinado usando um Analisador Direto de Mercúrio (DMA) e apresentou valores entre 43,0 ± 4,5 e 188 ± 9 µg Kg-1, valor considerado baixo quando comparado ao limite de 100 mg Kg-1, estabelecido na norma NRR 10004 para disposição de resíduos sólidos sem instalações especiais. O estudo da migração dos elementos para o ambiente após a exposição da tinta a agentes \"agressores\" , como raios ultravioletas e umidade, foi realizado usando câmara do tipo \"Weather-Ometer\" (envelhecimento acelerado). A avaliação dos resultados foi feita por MEV EDS e ICP OES. As micrografias de MEV mostraram que houve mudança na morfologia do polímero que foi submetido ao intemperismo acelerado. Os resultados obtidos não foram conclusivos quanto à migração dos analitos em função da baixa razão entre as massas degradada e não degradada das amostras. Uma proposta de metodologia para a avaliação por ICP OES das tintas e da disponibilidade de elementos tóxicos e potencialmente tóxicos, baseada na lixiviação de amostras secas em ambiente controlado é apresentada. São mostrados resultados de lixiviação de AI, Cr, Ni, Cu, Cd, As, Co e Pb com vários extratores e tempos diferentes de extração. Os resultados mostram que ocorre a migração de alguns elementos para as soluções estudadas e que, dos extratores avaliados, a chuva ácida apresentou maior potencial de lixiviação.

Desenvolvimento da modelagem de turbulência e interação fluido-estrutura para as vibrações induzidas por vórtices de cilindro rígido.

Esta tese apresenta o desenvolvimento e aplicação de modelos de turbulência, transição laminar-turbulenta e de interações fluido-estrutura ao escoamento externo em cilindro rígido estacionário e em vibrações induzidas por vórtices. Tais desenvolvimentos foram realizados no código ReFRESCO, baseado em técnicas de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Realizou-se um estudo quanto ao desempenho do modelo k- SST em extensa faixa de números de Reynolds, segundo o qual se identificaram as deficiências de modelagem para este escoamento. A modelagem adaptativa das escalas (SAS) e o modelo de transição por correlações locais (LCTM), ambos combinados ao SST, melhoraram a aderência aos resultados experimentais para este escoamento, em uma contribuição original deste trabalho. A aplicação de técnicas de verificação e validação possibilitou a estimação de incertezas e erros para os modelos e números de Reynolds e também de identificada como outra contribuição deste trabalho. A combinação da modelagem em SST, SAS e LCTM com movimentos impostos de realizada para números de Reynolds moderados, diferentes frequências e amplitudes de vibração, algo que poucas publicações abordam em detalhes. Com relação aos movimentos livres, este trabalho traz contribuições com a aplicação dos modelos SST e SAS ao estudo de vibrações induzidas por vórtices em dois graus de liberdade, baixa razão de massa e números de Reynolds moderados, mais altos do que normalmente observados na literatura. Por fim, a investigação da importância relativa de efeitos da turbulência aos casos de movimentos livres e impostos, com relação ao caso de cilindro estacionário, comprovou a conjetura formulada na parte inicial deste trabalho, no que tange à escolha do modelo de turbulência em determinadas aplicações. Tal escolha mostrou-se menos decisiva no caso do cilindro em movimento imposto e ainda menos nos movimentos livres, em comparação ao caso estacionário, uma vez que a resposta em movimentos do corpo filtra grande parte dos efeitos turbulentos de ordem superior. Esta observação mostra-se relevante, uma vez que pode permitir simplificações na modelagem e aplicação de ferramentas de CFD em uma classe importante de projetos de engenharia.

Development of exfoliated layered stannosilicate for hydrogen adsorption

The use of hydrogen as an energy vector leads to the development of materials with high hydrogen adsorption capacity. In this work, a new layered stannosilicate, UZAR-S3, is synthesized and delaminated, producing UZAR-S4. UZAR-S3, with the empirical formula Na4SnSi5O14·3.5H2O and lamellar morphology, is a layered stannosilicate built from SnO6 and SiO4 polyhedra. The delamination process used here comprises three stages: protonation with acetic acid, swelling with nonylamine and the delamination itself with an HCl/H2O/ethanol solution. UZAR-S4 is composed of sheets a few nanometers thick with a high aspect ratio and a surface area of 236 m2/g, twenty times higher than that of UZAR-S3. At −196 °C for UZAR-S4, H2 adsorption reached remarkable values of 3.7 and 4.2 wt% for 10 and 40 bar, respectively, the latter value giving a high volumetric H2 storage capacity of 26.2 g of H2/L.

Electrospinning of silica sub-microtubes mats with platinum nanoparticles for NO catalytic reduction

Silica sub-microtubes loaded with platinum nanoparticles have been prepared in flexible non-woven mats using co-axial electrospinning technique. A partially gelated sol made from tetraethyl orthosilicate was used as the silica precursor, and oil was used as the sacrificial template for the hollow channel generation. Platinum has been supported on the wall of the tubes just adding the metallic precursor to the sol–gel, thus obtaining the supported catalyst by one-pot method. The silica tubes have a high aspect ratio with external/internal diameters of 400/200 nm and well-dispersed platinum nanoparticles of around 2 nm. This catalyst showed a high NO conversion with very high selectivity to N2 at mild conditions in the presence of excess oxygen when using C3H6 as reducing agent. This relevant result reveals the potential of this technique to produce nanostructured catalysts onto easy to handle conformations.

Electrochemical behaviour of different redox probes on single wall carbon nanotube buckypaper-modified electrodes

In the present work, the electrochemical properties of single-walled carbon nanotube buckypapers (BPs) were examined in terms of carbon nanotubes nature and preparation conditions. The performance of the different free-standing single wall carbon nanotube sheets was evaluated via cyclic voltammetry of several redox probes in aqueous electrolyte. Significant differences are observed in the electron transfer kinetics of the buckypaper-modified electrodes for both the outer- and inner-sphere redox systems. These differences can be ascribed to the nature of the carbon nanotubes (nanotube diameter, chirality and aspect ratio), surface oxidation degree and type of functionalities. In the case of dopamine, ferrocene/ferrocenium, and quinone/hydroquinone redox systems the voltammetric response should be thought as a complex contribution of different tips and sidewall domains which act as mediators for the electron transfer between the adsorbate species and the molecules in solution. In the other redox systems only nanotube ends are active sites for the electron transfer. It is also interesting to point out that a higher electroactive surface area not always lead to an improvement in the electron transfer rate of various redox systems. In addition, the current densities produced by the redox reactions studied here are high enough to ensure a proper electrochemical signal, which enables the use of BPs in sensing devices.

Kikulacho [videorecording] =: The bite within

This documentary shows how Kenyan leaders are to blame for the social injustices suffered by Kenyans since the attainment of independence from the British. The issue of land and land clashes, corruption, irregularities in elections and the constitution are some of the highlights of this documentary.

Kenneth Matiba

The story of the life and times of Kenneth Matiba -- businessman, entrepreneur, sports team executive, and a former government minister and politician during tumultuous times in Kenya.

Numerical evaluation of three dimensional effects in planar flow birefringence

The influence of three dimensional effects on isochromatic birefringence is evaluated for planar flows by means of numerical simulation. Two fluid models are investigated in channel and abrupt contraction geometries. In practice, the flows are confined by viewing windows, which alter the stresses along the optical path. The observed optical properties differ therefore from their counterpart in an ideal two-dimensional flow. To investigate the influence of these effects, the stress optical rule and the differential propagation Mueller matrix are used. The material parameters are selected so that a retardation of multiple orders is achieved, as is typical for highly birefringent melts. Errors due to three dimensional effects are mainly found on the symmetry plane, and increase significantly with the flow rate. Increasing the geometric aspect ratio improve the accuracy provided that the error on the retardation is less than one order. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Emergent anisotropy and flow alignment in viscous rock

A novel class of nonlinear, visco-elastic rheologies has recently been developed by MUHLHAUS et al. (2002a, b). The theory was originally developed for the simulation of large deformation processes including folding and kinking in multi-layered visco-elastic rock. The orientation of the layer surfaces or slip planes in the context of crystallographic slip is determined by the normal vector the so-called director of these surfaces. Here the model (MUHLHAUS et al., 2002a, b) is generalized to include thermal effects; it is shown that in 2-D steady states the director is given by the gradient of the flow potential. The model is applied to anisotropic simple shear where the directors are initially parallel to the shear direction. The relative effects of textural hardening and thermal softening are demonstrated. We then turn to natural convection and compare the time evolution and approximately steady states of isotropic and anisotropic convection for a Rayleigh number Ra=5.64x10(5) for aspect ratios of the experimental domain of 1 and 2, respectively. The isotropic case has a simple steady-state solution, whereas in the orthotropic convection model patterns evolve continuously in the core of the convection cell, which makes only a near-steady condition possible. This near-steady state condition shows well aligned boundary layers, and the number of convection cells which develop appears to be reduced in the orthotropic case. At the moderate Rayleigh numbers explored here we found only minor influences in the change from aspect ratio one to two in the model domain.

Batchelor's theory extended to elongated cylindrical or ellipsoidal particles

Extensions to Batchelor's theory have been derived to take into account different shaped particles while relating extensional viscosity enhancement to three parameters - shape, volume fraction and particle aspect ratio. The extended theory now allows calculation of the extensional viscosity enhancement, at a given volume fraction of particles, for either ellipsoidal or cylindrical particles. The formula improves the predictive capability of Batchelor's theory when compared with measurements found in the literature for different rod-like polymer solutions. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fractal analysis of pyramidal cells in the visual cortex of the galago (Otolemur garnetti): Regional variation in dendritic branching patterns between visual areas

Previously it has been shown that the branching pattern of pyramidal cells varies markedly between different cortical areas in simian primates. These differences are thought to influence the functional complexity of the cells. In particular, there is a progressive increase in the fractal dimension of pyramidal cells with anterior progression through cortical areas in the occipitotemporal (OT) visual stream, including the primary visual area (V1), the second visual area (V2), the dorsolateral area (DL, corresponding to the fourth visual area) and inferotemporal cortex (IT). However, there are as yet no data on the fractal dimension of these neurons in prosimian primates. Here we focused on the nocturnal prosimian galago (Otolemur garnetti). The fractal dimension (D), and aspect ratio (a measure of branching symmetry), was determined for I I I layer III pyramidal cells in V1, V2, DL and IT. We found, as in simian primates, that the fractal dimension of neurons increased with anterior progression from V1 through V2, DL, and IT. Two important conclusions can be drawn from these results: (1) the trend for increasing branching complexity with anterior progression through OT areas was likely to be present in a common primate ancestor, and (2) specialization in neuron structure more likely facilitates object recognition than spectral processing.

Modeling dimensional shrinkage of shaped foods in fluidized bed drying

Three particular geometrical shapes of parallelepiped, cylinder and sphere were selected from cut beans (length : diameter = 1: 1, 2:1, 3: 1), potatoes (aspect ratio = 1:1, 2:1, 3:1) and peas, respectively. The dimensional shrinkage behavior was studied in a batch fluidized bed at three drying temperatures of 30, 40 and 50C. Relative humidity of hot air was kept at 15%. Dimensional shrinkage was plotted using a nondimensional moisture ratio and the shrinkage behavior of the selected foods was modeled with simple mathematical models.