Comprimento efetivo de colunas de aço em pórticos deslocáveis

Dentro da prática de verificação e projeto de estruturas metálicas, o cálculo de instabilidade exerce papel importante, já que o aço, por sua elevada resistência, incentiva o uso de colunas significativamente esbeltas. É comum na verificação da instabilidade de pórticos metálicos de andares múltiplos a utilização do conhecido fator K, que define, para a coluna, um comprimento efetivo. Tal fator é usualmente obtido em ábacos construídos a partir de duas hipóteses distintas para o mecanismo de instabilidade: a de flambagem por deslocamento lateral do andar e a de flambagem com esse deslocamento impedido. Essa divisão, e os modelos usualmente utilizados para tratá-la, se mostram incompletos para o caso de pórticos que se distanciem das hipóteses simplificadoras adotadas, e podem induzir a confusões e mal-entendido no uso do fator K. Neste trabalho, serão mostrados modelos alternativos para a determinação desse fator, buscando-se maior generalidade, assim como tentativas de esclarecer algumas possíveis ambiguidades no seu uso; além disso, esses modelos serão aplicados a alguns exemplos particulares. Como complemento ao trabalho, foi criado um programa de computador para determinar deslocamentos e esforços em segunda ordem para esse tipo de edificação, assim como ábacos alternativos. Os resultados obtidos nos exemplos serão contrastados com os fornecidos pelo programa e pelos ábacos.

Análise teórica-experimental de perfis de aço formados a frio devido à instabilidade por distorção na flexão

Apresenta-se neste trabalho um estudo teórico-experimental sobre a instabilidade de perfis formados a frio submetidos à flexão. A instabilidade distorcional se faz comum na presença de tensões de compressão atuando sobre perfis enrijecidos e fabricados com aços de elevada resistência mecânica. A parte teórica abrange os métodos de cálculo analíticos e numéricos para a análise de instabilidade distorcional de perfis de seção aberta formados a frio. Na parte experimental inclui-se o estudo de perfis formados a frio com seções do tipo U enrijecidos submetidos aos ensaios à flexão. Nestes ensaios variou-se a altura de alma e espessura de chapa procurando-se abranger maior número de condições geométricas para análise da estabilidade distorcional. Inclui-se também a análise de instabilidade numérica dos perfis do programa experimental através do método de resistência direta via método das faixas finitas. Com base nos resultados experimentais, numéricos e na análise teórica do problema, verificou-se o procedimento adotado pela NBR14762/2001 e efetuou-se comparação entre curvas de resistência propostas para o dimensionamento de perfis formados a frio à flexão. Foi verificado que o fenômeno de instabilidade distorcional pode ser o estado limite último crítico para o dimensionamento dos perfis formados a frio.

Influência do tempo de imersão em solução aquosa contendo H2S sobre a tenacidade de tubo API 5L X65 sour avaliada a partir de ensaio Charpy

Com o decorrer dos anos o consumo de petróleo e seus derivados aumentou significativamente e com isso houve a necessidade de se investir em pesquisas para descobertas de novas jazidas de petróleo como o pré-sal. Porém, não apenas a localização dessas jazidas deve ser estudada, mas, também, sua forma de exploração. Essa exploração e extração, na maioria das vezes, se dão em ambientes altamente corrosivos e o transporte do produto extraído é realizado através de tubulações de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Aços ARBL expostos a ambientes contendo H2S e CO2 (sour gas) sofrem corrosão generalizada que promovem a entrada de hidrogênio atômico no metal, podendo diminuir sua tenacidade e causar falha induzida pela presença de hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking HIC), gerando falhas graves no material. Tais falhas podem ser desastrosas para o meio ambiente e para a sociedade. O objetivo deste trabalho é estudar a tenacidade, utilizando ensaio Charpy, de um tubo API 5L X65 sour após diferentes tempos de imersão em uma solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284 (2011), fazendo-se desaeração com injeção de N2, seguida de injeções de H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de resistência a HIC segundo a norma NACE TM0284 (2011) e exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, de inclusões e trincas. As amostras foram submetidas a imersão em solução A durante 96h e 360h, sendo que, após doze dias do término da imersão, foram realizados os ensaios Charpy e exames fractográficos. Foram aplicados dois métodos: o de energia absorvida e o da expansão lateral, conforme recomendações da norma ASTM E23 (2012). As curvas obtidas, em função da temperatura de impacto, foram ajustadas pelo método da tangente hiperbólica. Esses procedimentos foram realizados nas duas seções do tubo (transversal e longitudinal) e permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: energias absorvidas e expansão lateral nos patamares superior e inferior e temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) em suas diferentes definições, ou seja, TTDFEA, TTDFEA-DN, TTDFEA-FN, TTDFEL, TTDFEL-DN e TTDFEL-FN (identificação no item Lista de Abreviaturas e Siglas). No exame fractográfico observou-se que o material comportou-se conforme o previsto, ou seja, em temperaturas mais altas ocorreu fratura dúctil, em temperaturas próximas a TTDF obteve-se fratura mista e nas temperaturas mais baixas observou-se o aparecimento de fratura frágil. Os resultados mostraram que quanto maior o tempo de imersão na solução A, menor é a energia absorvida e a expansão lateral no patamar superior, o que pode ser explicado pelo (esperado) aumento do teor de hidrogênio em solução sólida com o tempo de imersão. Por sua vez, os resultados mostraram que há tendência à diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil com o aumento do tempo de imersão, particularmente, as TTDFEA-DN e TTDFEL-DN das duas seções do tubo (longitudinal e transversal). Esse comportamento controverso, que pode ser denominado de tenacificação com o decorrer do tempo de imersão na solução A, foi explicado pelo aparecimento de trincas secundárias durante o impacto (Charpy). Isso indica uma limitação do ensaio Charpy para a avaliação precisa de materiais hidrogenados.

Procedimento de avaliação de integridade estrutural de juntas soldadas circunferenciais em tubulações submarinas rígidas submetidas à flexão.

A demanda crescente por energia tem motivado a procura por petróleo e gás natural em ambientes com condições extremas, como operações em águas profundas e o transporte de fluídos corrosivos. Avanços tecnológicos recentes favorecem o uso de tubos de aço contendo uma camada interna resistente a corrosão (comumente chamados de Lined ou Clad Pipes) para o transporte de tais fluidos agressivos. Além disso, as tubulações submarinas são sujeitas a condições de instalação muito severas e, um caso de interesse, é o procedimento de reeling que permite com que a fabricação e inspeção da tubulação seja feita em terra. Apesar de possuir vantagens econômicas, a avaliação da integridade estrutural e especificação dos tamanhos toleráveis de trinca em juntas soldadas, nestas condições, torna-se uma tarefa complexa, devido a natureza dissimilar dos materiais e ao grande nível de deformação plástica no processo. Dessa maneira, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um procedimento de avaliação de forças motrizes elasto-plásticas em tubos contendo juntas soldadas circunferenciais sujeitos a flexão, para uma extensa gama de configurações geométricas. Dois métodos distintos foram desenvolvidos e analisados: a metodologia EPRI e o procedimento que utiliza a curva de tensão vs. deformação equivalente. As análises numéricas 3D fornecem os parâmetros de fratura necessários para a resolução do problema e a acurácia dos procedimentos é verificada a partir de estudos de casos e análises paramétricas.

Análisis experimental de la pérdida de adherencia hormigón-acero en hormigones sometidos a altas temperaturas

En el conjunto de materiales de construcción habituales en la edificación y las obras de ingeniería, el hormigón destaca entre otras razones por su excelente comportamiento frente a las altas temperaturas y la exposición al fuego. El presente estudio se centra en la adherencia residual entre el hormigón y las barras de acero corrugado soldable tras exponer probetas a altas temperaturas y enfriarlas hasta temperatura ambiente por convección natural. El estudio incluye hormigones de resistencia convencional, hormigones de alta resistencia y hormigones reforzados con fibras de polipropileno y fibras de acero. La adherencia hormigón-acero se ha medido mediante el conocido ensayo de pull-out. La campaña experimental también ha incluido la resistencia a compresión y la resistencia a tracción indirecta. Parte de las probetas se han ensayado a 28 días de edad a temperatura ambiente. A 60 días de edad se han repetido los ensayos a temperatura ambiente y se han realizado esos mismos ensayos en probetas calentadas en un horno industrial hasta tres rangos de temperatura: 450°C, 650°C y 825°C. Previo al proceso de calentamiento han sido sometidas durante 3 horas a un escalón de secado a 120°C. Mediante la metodología propuesta ha sido posible caracterizar la evolución de la pérdida de adherencia residual entre el acero y el hormigón conforme se exponen los especímenes a temperaturas más elevadas. La adición de fibras no tiene una influencia clara en la adherencia a temperatura ambiente. Sin embargo, sí se ha conseguido determinar una mejora sustancial de la adherencia residual en los hormigones, reforzados con fibras de acero sometidos a altas temperaturas.

Computer-based guidelines for concrete pavements.

"February 2005."

Computer-based guidelines for concrete pavements.

"February 2005."

Slow binocular rivalry in bipolar disorder

Background. The rate of binocular rivalry has been reported to be slower in subjects with bipolar disorder than in controls when tested with drifting, vertical and horizontal gratings of high spatial frequency. Method. Here we assess the rate of binocular rivalry with stationary, vertical and horizontal gratings of low spatial frequency in 30 subjects with bipolar disorder, 30 age- and sex-matched controls, 18 subjects with schizophrenia and 18 subjects with major depression. Along with rivalry rate, the predominance of each of the rivaling images was assessed, as was the distribution of normalized rivalry intervals. Results. The bipolar group demonstrated significantly slower rivalry than the control, schizophrenia and major depression groups. The schizophrenia and major depression groups did not differ significantly from the control group. Predominance values did not differ according to diagnosis and the distribution of normalized rivalry intervals was well described by a gamma function in all groups. Conclusions. The results provide further evidence that binocular rivalry is slow in bipolar disorder and demonstrate that rivalry predominance and the distribution of normalized rivalry intervals are not abnormal in bipolar disorder. It is also shown by comparison with previous work, that high strength stimuli more effectively distinguish bipolar from control subjects than low strength stimuli. The data on schizophrenia and major depression suggest the need for large-scale specificity trials. Further study is also required to assess genetic and pathophysiological factors as well as the potential effects of state, medication, and clinical and biological subtypes.

Stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement of an Al-Zn-Mg-Cu alloy

The age hardening, stress corrosion cracking (SCC) and hydrogen embrittlement (HE) of an Al-Zn-Mg-Cu 7175 alloy were investigated experimentally. There were two peak-aged states during ageing. For ageing at 413 K, the strength of the second peak-aged state was slightly higher than that of the first one, whereas the SCC susceptibility was lower, indicating that it is possible to heat treat 7175 to high strength and simultaneously to have high SCC resistance. The SCC susceptibility increased with increasing Mg segregation at the grain boundaries. Hydrogen embrittlement (HE) increased with increased hydrogen charging and decreased with increasing ageing time for the same hydrogen charging conditions. Computer simulations were carried out of (a) the Mg grain boundary segregation using the embedded atom method and (b) the effect of Mg and H segregation on the grain boundary strength using a quasi-chemical approach. The simulations showed that (a) Mg grain boundary segregation in Al-Zn-Mg-Cu alloys is spontaneous, (b) Mg segregation decreases the grain boundary strength, and (c) H embrittles the grain boundary more seriously than does Mg. Therefore, the SCC mechanism of Al-Zn-Mg Cu alloys is attributed to the combination of HE and Mg segregation induced grain boundary embrittlement. (C) 2004 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Service performance of engineering materials

Corrosion research by Atrens and co-workers has made significant contributions to the understanding of the service performance of engineering materials. This includes: (1) elucidated corrosion mechanisms of Mg alloys, stainless steels and Cu alloys, (2) developed an improved understanding of passivity in stainless steels and binary alloys such as Fe-Cr, Ni-Cr, Co-Cr, Fe-Ti, and Fe-Si, (3) developed an improved understanding of the melt spinning of Cu alloys, and (4) elucidated mechanisms of environment assisted fracture (EAF) of steels and Zr alloys. This paper summarises contributions in the following: (1) intergranular stress corrosion cracking of pipeline steels, (2) atmospheric corrosion and patination of Cu, (3) corrosion of Mg alloys, and (4) transgranular stress corrosion cracking of rock bolts.

A critical review of the stress corrosion cracking (SCC) of magnesium alloys

This review aims to provide a foundation for the safe and effective use of magnesium (Mg) alloys, including practical guidelines for the service use of Mg alloys in the atmosphere and/or in contact with aqueous solutions. This is to provide support for the rapidly increasing use of Mg in industrial applications, particularly in the automobile industry. These guidelines should be firmly based on a critical analysis of our knowledge of SCC based on (1) service experience, (2) laboratory testing and (3) understanding of the mechanism of SCC, as well as based on an understanding of the Mg corrosion mechanism.

Formation and mechanical properties of Mg65Cu25Er10 and Mg65Cu15Ag10Er10 bulk amorphous alloys

Mg65Cu25Er10 and Mg65Cu15Ag10Er10 bulk amorphous alloys were produced by a copper mould casting method. The alloys have high glass-forming ability and good thermal stability. The maximum diameter of glass formation (D-c), glass transition temperature (T-g), crystallization onset temperature (T-x), temperature interval of the supercooled region (Delta T-x), melting temperature (T-m), liquidus temperature (T-1) as well as heats of crystallization (Delta H-x) and melting (Delta H-m) are reported for these alloys. Both alloys exhibit high hardness and high strength at room temperature. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

The preparation of carbon fibres: a study of the physics and chemistry of the preparation of carbon fibres from acrylic precursors

High strength, high modulus carbon fibres are becoming increasingly important as high performance engineering materials. This thesis describes how they may be prepared by heat treatment from filaments spun from polyacrylonitrile and its copolymers. The chemistry of the first stages of heat treatment is very important in controlling the mechanical properties of the carbonised product. A cyclisation reaction has been found to be responsible for the relatively high thermal stability of pyrolysed polyacrylonitrile, but without oxidation the fibres degrade and fuse. An initial oxidation stage is, therefore, essential to the preparation of fibre of high orientation. The cyclised product of pyrolysis is probably a poly 1,4 dihydropiridine and oxidation converts this to aromatic structures, and cyclised structures containing carbonyl and other oxygenated groups. Oxidation is found to assist the carbon fibre preparation process, by producing a product which condenses at an earlier stage of heat treatment, before fusion can occur. Carbon fibre strength and modulus are dependent upon producing a highly oriented crystal structure. While oxidation of the polymer stabilises the fibre so as to prevent disorientation, further large increases in orientation, with a commensurate improvement in strength and modulus, can be obtained by stretching at temperatures above 1,700 °C. This process is analogous to the way fibre orientation is increased by the stretching of the precursor. A lamellar graphite structure can be created in high temperature fibre, by carefully controlling the degree of oxidation. This type of graphite can produce very high values of Young's modulus. More often, however, graphite fibre has a fibrillar fine structure, which is explicable in terms of continuous graphite ribbons. A ribbon model is the most satisfactory representation of the structure of carbon fibre, as it explains the mechanism of the development of long range order and the variation of Young's modulus with crystalline preferred orientation.

Computer simulation of form-roll design

Changes in modern structural design have created a demand for products which are light but possess high strength. The objective is a reduction in fuel consumption and weight of materials to satisfy both economic and environmental criteria. Cold roll forming has the potential to fulfil this requirement. The bending process is controlled by the shape of the profile machined on the periphery of the rolls. A CNC lathe can machine complicated profiles to a high standard of precision, but the expertise of a numerical control programmer is required. A computer program was developed during this project, using the expert system concept, to calculate tool paths and consequently to expedite the procurement of the machine control tapes whilst removing the need for a skilled programmer. Codifying the expertise of a human and the encapsulation of knowledge within a computer memory, destroys the dependency on highly trained people whose services can be costly, inconsistent and unreliable. A successful cold roll forming operation, where the product is geometrically correct and free from visual defects, is not easy to attain. The geometry of the sheet after travelling through the rolling mill depends on the residual strains generated by the elastic-plastic deformation. Accurate evaluation of the residual strains can provide the basis for predicting the geometry of the section. A study of geometric and material non-linearity, yield criteria, material hardening and stress-strain relationships was undertaken in this research project. The finite element method was chosen to provide a mathematical model of the bending process and, to ensure an efficient manipulation of the large stiffness matrices, the frontal solution was applied. A series of experimental investigations provided data to compare with corresponding values obtained from the theoretical modelling. A computer simulation, capable of predicting that a design will be satisfactory prior to the manufacture of the rolls, would allow effort to be concentrated into devising an optimum design where costs are minimised.

Adhesive bonding of aluminium

Adhesive bonding of aluminium is widely used in the aerospace industry. High initial bood strengths can be obtained, but bond failure occurs atter prolonged exposure to humid enviroments. The thesis contains details ot a test procedure which has been designed and developed for the assessment of different alloys, pretreatments, and adhesives, which will give adhesively bonded aluminium joints of high strength coupled with long term durability. The test involves assembly of lap shear specimens in a precision jig using 250 ballotini spacers in the adhesive to control the bond line thickness. The test is modified by drilling three accurately located holes through the bonded area after assembly of the joint and curing of the adhesive. Further important features at the test, such as fillet control, are detailed. The test was assessed, modified and developed to give a reliable and reproducible method which would discriminate amongst different bonding systems after exposure to humid test environments. This is the first test to have achieved the discrimination necessary for short term assessment of bond systems where long term durability is required. Even better discrimination has been obtained by applying stress in a stress humidity test. Having established accurate, reliable and discriminating test methods they were used to study the durability of structural epoxy adhesive bonds to aluminium as a function of alloy, pretreatment, adhesive and environment. It was established that the long term durability or adhesively bonded aluminium was directly related to the infulence of water migrating within the adhesive. Pretreatments differed in their ability to prevent hydration of the aluminium oxide by the water absorbed within the adhesive.