Strength and damage analysis of composite-aluminium adhesively-bonded single-lap joints

With the need to find an alternative way to mechanical and welding joints, and at the same time to overcome some limitations linked to these traditional techniques, adhesive bonds can be used. Adhesive bonding is a permanent joining process that uses an adhesive to bond the components of a structure. Composite materials reinforced with fibres are becoming increasingly popular in many applications as a result of a number of competitive advantages. In the manufacture of composite structures, although the fabrication techniques reduce to the minimum by means of advanced manufacturing techniques, the use of connections is still required due to the typical size limitations and design, technological and logistical aspects. Moreover, it is known that in many high performance structures, unions between composite materials with other light metals such as aluminium are required, for purposes of structural optimization. This work deals with the experimental and numerical study of single lap joints (SLJ), bonded with a brittle (Nagase Chemtex Denatite XNRH6823) and a ductile adhesive (Nagase Chemtex Denatite XNR6852). These are applied to hybrid joints between aluminium (AL6082-T651) and carbon fibre reinforced plastic (CFRP; Texipreg HS 160 RM) adherends in joints with different overlap lengths (LO) under a tensile loading. The Finite Element (FE) Method is used to perform detailed stress and damage analyses allowing to explain the joints’ behaviour and the use of cohesive zone models (CZM) enables predicting the joint strength and creating a simple and rapid design methodology. The use of numerical methods to simulate the behaviour of the joints can lead to savings of time and resources by optimizing the geometry and material parameters of the joints. The joints’ strength and failure modes were highly dependent on the adhesive, and this behaviour was successfully modelled numerically. Using a brittle adhesive resulted in a negligible maximum load (Pm) improvement with LO. The joints bonded with the ductile adhesive showed a nearly linear improvement of Pm with LO.

Determinação das tensões residuais e deformações resultantes do processo de soldadura TIG através do método dos elementos finitos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

A Capela de S. João Baptista: o esplendor do mosaico vítreo - Caracterização dos elementos colorantes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Conservação e Restauro

Schistosoma mansoni: evolução de vermes oriundos de cercárias irradiadas a nível de sistema porta, no camundongo

Oito grupos de camundongos albinos (Mus musculus), não isogênicos, foram infectados transcutaneamente com cerca de 450 cercárias (das cepas LE e SJ do S. mansoni), irradiadas com 3 Krad, 20 Krad e 40 Krad de radiação gama proveniente de cobalto-60, e não irradiados (grupos-controle). Os vermes provenientes de cercárias irradiadas com 20 e 40 Krad só foram encontrados em quantidades insignificantes no sistema porta. Verificou-se que os vermes irradiados com 3 Krad, que alcançom o sistema porta, mostram nítido retardo no desenvolvimento evolutivo quando comparados com os grupos-controles não irradiados. Os vermes da cepa SJ (irradiados ou não) têm evolução mais lenta do que os da cepa LE.

Desenvolvimento de membranas catalíticas poliméricas bifuncionais: aplicações à síntese da cânfora

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Modelação e análise não-linear do comportamento dinâmico de um passadiço pedonal

Dissertação para obtencão do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

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.

Quantificação de metais pesados e de musks sintéticos em produtos alimentares

O presente trabalho surgiu com dois objectivos principais: avaliar o grau de contaminação, por metais pesados, em produtos hortícolas de duas zonas diferenciadas e avaliar as diferenças de concentrações de musks em diferentes amostras biológicas. Numa primeira fase, perante os resultados obtidos para os metais pesados nas duas zonas diferenciadas (Vila Nova de Mil Fontes e Carrasqueira) foi possível avaliar o risco de exposição das duas populações. Os produtos hortícolas utilizados no estudo do grau de contaminação foram: alfaces, couves, batatas e tomates. Numa tentativa de identificar uma possível fonte de contaminação foi analisado igualmente a água utilizada para rega e o solo que rodeava a cultura. O método usado na determinação foi a espectrometria de massa acoplada a plasma induzido (ICP-MS). Foram analisados os seguintes elementos: Manganês, Arsénio, Cádmio, Cobalto, Cobre, Chumbo, Estrôncio, Níquel, Crómio, Selénio e Zinco. Houve grandes variações das concentrações dos elementos entre as duas zonas em que os hortícolas, água e solo foram colhidos. Em todas as amostras, os elementos maioritários foram o zinco, o manganês e o estrôncio. Nas culturas, o chumbo era o elementos que apresentava concentrações mais baixas. Para a água utilizada nas regas, a zona da Carrasqueira apresenta concentrações muito baixas comparando com a zona de Vila Nova de Mil Fontes. Todos os valores encontrados nas culturas, na água e no solo se encontram abaixo dos valores máximos legislados. A análise de risco, revela situações de alerta, para um individuo da Carraqueira e quatro individuos de Vila Nova de Mil Fontes, uma vez que para o arsénio a dose diária tolerável segundo a EFSA é de 0,30 μg/kg/dia e os valores encontrados foram 0,30; 0,33; 0,61; 0,42 e 0,34 μg/kg/dia, respectivamente. A determinação de musks em amostras biológicas, como ostras e mexilhões, salmão (músculo, fígado e gónadas) e enguias de vidro, por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa (GC/MS) recorrendo ao metódo de QuEChERS revelou que o galaxolide e o tonalide foram os analitos maioritários em todas as amostras. De entre as amostras de ostras e mexilhões, as colhidas na ria de aveiro apresentam concentrações muito superiores para o galaxolide e o tonalide, 13,4 e 2,1 ng/g respectivamente, que as outras analisadas. Nas análises de salmão foram tidas em conta duas zonas diferenciadas, Nivelle e Bidassoa. Perante os resultados, a zona de bidassoa apresentou menor contaminação de musks nas amostras recolhidas. Por último as análises às enguias de vidro dopadas permitiu traçar a cinética de acumulação de galaxolide e tonalide por parte do organismo e por outro lado identificar o galaxolidone, metabolito resultante do galaxolide.

Estudo de uma estrutura adaptativa baseada no conceito de tensegridade

O principal objetivo desta dissertação é estudar o comportamento duma estrutura adaptativa baseada no conceito da tensegridade. As estruturas baseadas em tensegridade podem ser definidas como estruturas reticuladas, espaciais, em que todos os elementos estão sujeitos unicamente a esforços axiais, sejam eles de compressão ou de tração. Os elementos comprimidos são geralmente barras ou escoras que não devem estar em contacto entre si, enquanto que os elementos tracionados são geralmente cabos que devem ser pré-esforçados. O equilíbrio das estruturas tensíntegras é garantido através da implementação de um estado pré-esforçado entre as escoras comprimidas e os cabos tracionados. Respeitando os princípios básicos associados ao conceito da tensegridade, será proposta uma estrutura com múltiplas aplicações em engenharia civil. O comportamento desta estrutura será simulado através de modelos computacionais em elementos finitos recorrendo ao programa de cálculo automático SAP2000. É também modelado um protótipo experimental à escala reduzida. Os modelos desenvolvidos serão sujeitos a diversas solicitações dinâmicas, sendo analisada a resposta estrutural a essas solicitações. A estrutura proposta nesta dissertação é uma estrutura adaptativa, na medida em que está equipada com uma série de sensores que permitem monitorizar, em tempo real, as acelerações e deslocamentos da estrutura, sendo capaz de alterar a sua geometria inicial através do aquecimento de ligas com memória de forma colocadas em locais estratégicos da estrutura, melhorando a sua resposta dinâmica. Com a realização deste trabalho concluiu-se que pequenas alterações na forma e geometria duma estrutura são suficientes para provocar alterações na frequência própria da mesma e, consequentemente reduzir as acelerações e deslocamentos provocados por determinadas ações dinâmicas. Mostrou-se ainda que o mecanismo de alteração de forma proposto é especialmente eficaz na redução de acelerações originadas por ações dinâmicas periódicas.

Desenvolvimento experimental e simulação numérica em soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica

A soldadura por fricção linear (SFL) é um processo de ligação no estado sólido com capacidade para soldar materiais dissimilares e ligas metálicas de baixa soldabilidade. Contudo, nas juntas soldadas com uma configuração topo-a-topo é possível o aparecimento de defeitos na raiz do cordão, nomeadamente, de falta de penetração e de alinhamentos de óxidos. Estes defeitos são responsáveis pela diminuição da resistência mecânica das juntas, sobretudo quando sujeitas a esforços de fadiga. Existem variantes do processo para eliminar este tipo de defeitos, no entanto, verificam-se algumas dificuldades tecnológicas e a competitividade do processo é afetada. No âmbito deste trabalho desenvolveu-se uma variante do processo designado soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica (SFLAE). Esta variante consiste em introduzir uma corrente elétrica de elevada intensidade na zona da raiz do cordão, por forma a que o calor gerado por efeito de Joule aqueça o material e aumente o fluxo visco-plástico nessa zona, tendo em vista atenuar ou eliminar os defeitos na raiz. Foram concebidas e produzidas ferramentas de SFL dedicadas, melhorado um modelo analítico do processo, realizadas simulações numéricas para permitir compreender alguns fenómenos físicos envolvidos no processo, e realizados ensaios experimentais de validação. A análise aos cordões permitiu observar uma diminuição da espessura dos defeitos na raiz em três ensaios realizados na liga AA1100 e AA6084-T6 usando intensidades de corrente de 300 A. Dos resultados de microdureza e de medição de condutividade elétrica é possível concluir que a microestrutura do material não é significativamente alterada pela passagem de corrente elétrica.

Estudo de uma coleção de vidros arqueológicos dos séculos XVII e XVIII do Mosteiro de Santa Maria da Vitória

Durante uma intervenção arqueológica numa conduta do Mosteiro de Santa Maria da Vitória na Batalha, foram encontrados diversos objetos de vidro e cerâmica dos quais foram escolhidos setenta e oito fragmentos de vidro datados dos séculos XVII- XVIII, com o objetivo de serem estudados e caracterizados na sua composição e a possível união dos fragmentos para a determinação das formas dos objetos, o que não se mostrou possível. Para a caracterização recorreu-se às técnicas de espetrometria de microfluorescência de raios X dispersiva de energias (μ-EDXRF) e espetroscopia de absorção UV‐Vis. A maioria dos vidros são silicatados sodo‐cálcicos, à exceção de dezasseis que são alcalinos mistos e um plúmbico. Identificaram-se dois cromóforos responsáveis pela cor azul, cobalto (encontrado apenas num objeto) e o conjunto cobre/ferro nos vidros azul-turquesa. Da coleção faz ainda parte um objeto com decoração vermelha opaca obtida com um pigmento de cobre. Os vidros com coloração natural (amarelo e verde) devem as suas tonalidades à presença de ferro. Realizou‐se a comparação das composições obtidas, formas e decorações com as coleções do Mosteiro de São João de Tarouca, com dois casos particulares do Mosteiro de Santa Clara-a-Velha, com um caso da Real Fábrica de Vidros Cristalinos de Coina e Real Fábrica da Marinha Grande e ainda com as composições publicadas de vidros venezianos e façon-de‐Venise. Esta comparação permitiu realçar semelhanças e diferenças a nível de composição e formal, entre as diferentes coleções.

Avaliação das constantes elásticas de bronzes vazados com alto teor em estanho

Este estudo pretendeu caracterizar as constantes elásticas de bronzes com alto teor em estanho e, em particular, da fase intermetálica delta (~32 wt.% Sn) à temperatura ambiente. Esta caracterização é importante para a previsão das propriedades acústicas dos sinos, pelo que especial atenção foi também dada à composição média das ligas Cu-Sn usadas na fundição sineira. Estes bronzes, devido ao caráter frágil da fase delta, não são processados termo-mecanicamente, apresentando-se na condição de vazados. Para o efeito, produziram-se provetes com teores de Sn variáveis (até 32 wt.% Sn), fundidos a 1150 ºC e arrefecidos em condições próximas das de fundição em moldação em areia. A composição e fases presentes foram estudadas com recurso a radiação X, enquanto que a microestrutura foi analisada com recurso a técnicas de microscopia. As constantes elásticas foram determinadas pela velocidade de propagação de impulsos ultra-sónicos, recorrendo a ondas longitudinais e transversais. Individualmente para a fase alfa e delta estas foram medidas por nanoindentação. Em conclusão, determinaram-se as constantes elásticas para as ligas de alto teor em Sn. Nas ligas hipo-eutectóides a estrutura grosseira de grão inviabilizou a técnica utilizada. Verificou-se também que a velocidade das ondas longitudinais pouco varia com o teor em Sn, contrariamente às ondas transversais.

Caracterização de materiais soldados com base na medição de perfis de condutividade eléctrica

Trabalhos recentes têm demonstrado que a medição de perfis de condutividade eléctrica é uma técnica eficaz, rápida e não destrutiva para a caracterização de materiais metálicos ligados por soldadura por fusão ou no estado sólido. Os resultados referentes às ligas de alumínio mostram que existe uma estreita correlação entre os perfis de condutividade eléctrica e os perfis de dureza, sendo os primeiros determinados sobretudo pelo tamanho de grão. Relativamente às ligas de aço, verifica-se que os perfis de condutividade eléctrica também permitem identificar as diferentes zonas termicamente afectadas devido aos processos de soldadura por fusão, as quais são geralmente descritas por zona fundida (ZF) e zona termicamente afectada (ZTA), sendo a sua extensão dependente sobretudo da Entrega Térmica (ET). Contudo, em algumas ligas, as características metalúrgicas que controlam as variações de condutividade eléctrica não estão devidamente descritas ou compreendidas. Nesse sentido, o objectivo do presente trabalho foi caracterizar os perfis de condutividade eléctrica em diferentes ligas de aço soldadas por fusão, identificando os principais aspectos metalúrgicos que lhes estão subjacentes. Foram realizados cordões de soldadura SER e TIG de aços P11, P22 e não ligado com diferentes parâmetros de soldadura. Os perfis de condutividade eléctrica foram medidos com sondas de correntes induzidas e com sondas de quatro pontos a diferentes profundidades, tendo sido comparados com os respectivos perfis de microdureza Vickers. Os resultados mostram que existe uma boa correlação entre a condutividade e a dureza, sendo que a condutividade é essencialmente determinada pelo tamanho de grão, e pela morfologia da fase ferrítica. A ferrite Witmanstatten facilita a passagem de corrente eléctrica ao contrário da ferrite poligonal que constitui um obstáculo à passagem de electrões. Pode confirmar-se que a medição dos perfis de condutividade é uma técnica com elevado potencial para complementar, ou em alguns casos substituir, a medição de durezas em ligas de aço soldadas por fusão.

Desenvolvimento e avaliação in vitro de um revestimento multifuncional para possível aplicação em implantes ósseos

As fraturas ósseas têm sido consideradas como um problema sócio económico mundial afetando sobretudo os jovens e idosos. No caso de pequenas correções de fraturas ou defeitos ósseos é necessário a aplicação de implantes biodegradáveis que atuem de forma temporária durante o período de formação do novo tecido ósseo. Uma das grandes vantagens da sua aplicação é evitar uma segunda intervenção cirúrgica para a sua remoção. Para isso, o Magnésio (Mg) e as suas ligas têm vindo a ser considerados como uma boa opção para este tipo de implantes temporários pois para além de serem biodegradáveis e biocompatíveis possuem propriedades semelhantes ao osso. No entanto, a sua elevada taxa de degradação em ambiente biológico é uma desvantagem para a sua utilização que conduz à perda da sua funcionalidade. O objetivo deste trabalho foi desenvolver revestimentos multifuncionais biocompatíveis, para a superfície do implante biodegradável, que permitam controlar a taxa de degradação do Mg e em simultâneo promovam a adesão e proliferação celular no local afetado. Neste trabalho, foram desenvolvidos três tipos de revestimentos biocompatíveis: Fosfatos, Fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e óxido de grafeno aplicados na superfície da liga de Mg AZ31 através do método de eletrodeposição/eletroforese química. Foi realizado um tratamento térmico e avaliada a sua influência na resposta celular e na sua resistência à degradação. As propriedades físico-químicas do revestimento foram obtidas por microscopia electrónica de varrimento e de transmissão, microscopia de Raman, difração de raios-X e microscopia de força atómica. Foram ainda analisadas medições do ângulo de contacto da superfície dos revestimentos e realizados ensaios de degradação em soluções fisiológicas. A resposta celular aos revestimentos foi testada in vitro através da avaliação da adesão e proliferação de células osteoblásticas (Saos-2). Os resultados obtidos demonstram que o tratamento térmico modifica a estrutura do revestimento e promove a adesão celular. A incorporação do óxido grafeno no revestimento de fosfatos e hidroxiapatite permite aumentar a resistência à degradação e promover uma melhor resposta celular.

Estudo da aplicação de adesivos de cura UV em conservação e restauro de vidro e vitral

Do presente trabalho resultou a submissão de um artigo, com o título UV Curing Adhesives for Conservation of Glass- Chemical and Mechanical Stability, para comunicação oral em conferência internacional intitulada Recent Advances in Glass and Ceramics Conservation, a ocorrer em Wroclaw, Polónia, de 25 a 29 de Maio de 2016, no âmbito do ICOM-CC Glass and Ceramics Working Group Interim Meeting.