Modelação de juntas adesivas por modelos de dano coesivo utilizando o método direto

A utilização de adesivos hoje em dia encontra-se de tal forma disseminada que é transversal a diversos setores do mercado, como a indústria aeroespacial, aeronáutica, automóvel e do desporto. De facto, o uso de ligações adesivas em estruturas mecânicas tem vindo a crescer, na medida em que estes têm substituído os métodos de ligação convencionais, tais como brasagem, rebitagem, ligações aparafusadas e soldadura. No geral, as ligações adesivas apresentam diversas vantagens, desde a diminuição do peso, redução da concentração de tensões, facilidade de fabrico, bom comportamento a solicitações cíclicas e capacidade de unir materiais dissimilares. O crescente interesse da indústria nas ligações adesivas tem por base o aumento da confiabilidade nos métodos de previsão de resistência de estruturas adesivas. Neste contexto surgem os Modelos de Dano Coesivo, que permitem simular o crescimento do dano em estruturas, após introdução das leis coesivas previamente estimadas nos modelos numéricos. Uma das fases mais importantes neste método de previsão é a estimativa das leis coesivas em tração e corte, pelo que se torna de grande relevância a existência e validação de métodos precisos para a obtenção destas leis. Este trabalho visa a validação de leis coesivas em tração e corte, estimadas pela aplicação do método direto, na previsão da resistência de juntas com geometria de solicitação mista. Neste âmbito, ensaiaram-se JSS e JSD com diferentes comprimentos de sobreposição e com adesivos de diferente ductilidade. Foram considerados os adesivos Araldite® AV138, de elevada resistência e baixa ductilidade, o Araldite® 2015, de moderada ductilidade e resistência intermédia, e o SikaForce® 7752, de baixa resistência e elevada ductilidade. As leis coesivas em modo puro serviram de base para a criação de leis simplificadas triangulares, trapezoidais e linearesexponenciais, que foram testadas para cada um dos adesivos. A validação das mesmas consumou-se por comparação das previsões numéricas com os resultados experimentais. Procedeu-se também a uma análise de tensões de arrancamento e de corte no adesivo, de modo a compreender a influência das tensões na resistência das juntas. A utilização do método direto permitiu obter previsões de resistência bastante precisas, indicando as formas de leis coesivas mais adequadas para cada conjunto adesivo/geometria de junta. Para além disso, para as condições geométricas e materiais consideradas, este estudo permitiu concluir que não se cometem erros significativos na escolha de uma lei menos adequada.

Validação numérica de leis coesivas triangulares para previsão de resistência de juntas adesivas em tração e corte puros

As ligações adesivas surgiram pela necessidade de se encontrar formas de unir componentes, por vezes de materiais distintos, através de técnicas mais vantajosas. Atualmente, qualquer estrutura deve ser resistente, robusta e leve, o que amplificou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, principalmente na melhoria das propriedades de resistência e fratura de materiais. Desta forma, nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem aumentando gradualmente, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens, tais como redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta fundamental, apesar de ser necessário estimar as leis coesivas do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Nesta dissertação o trabalho experimental consistiu no tratamento de dados com vista à obtenção de GIc e GIIc, com a devida comparação de diferentes métodos de redução, bem como potencialidades e limitações dos mesmos. É realizada uma comparação dos três adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. Neste trabalho estudou-se também numericamente a adequação de leis coesivas triangulares na previsão no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas forçadeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterização à tração e ensaios End-Notched Flexure para caraterização ao corte. Os ensaios foram simulados numericamente pelo software ABAQUS®, recorrendo ao Método de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos. Para os adesivos Araldite®AV138 e Araldite®2015, à tração e ao corte, a lei triangular previu o comportamento do adesivo com alguma razoabilidade. Para a previsão da resistência do adesivo SikaForce® 7752, a lei triangular não se ajustou convenientemente nem à tração nem ao corte. Considera-se que, para este adesivo, uma lei trapezoidal é a que melhor se adequa, devido à ductilidade do mesmo.

Estudo experimental e numérico de juntas adesivas em T com aderentes de alumínio

Nos dias de hoje, a ligação adesiva de estruturas complexas que não poderiam ou não seriam tão fáceis de ser fabricadas numa só peça é cada vez mais usual. As juntas adesivas têm vindo a substituir muitos outros métodos de ligação, como por exemplo ligações aparafusadas, rebitas ou soldadas, devido às vantagens de facilidade na sua fabricação, resistência superior e capacidade de unir materiais diferentes. Por esta razão as juntas adesivas têm vindo a ser aplicadas cada vez mais em várias industrias como aeroespacial, aeronáutica, automóvel, naval e calçado. O tipo de adesivo a usar em determinada aplicação é principalmente escolhido consoante as suas características mecânicas e o tipo de resposta pretendida às solicitações impostas. Como exemplo de adesivo resistente e frágil existe o Araldite® AV138. Por outro lado, o adesivo Araldite® 2015 é menos resistente, mas apresenta maior ductilidade e flexibilidade. Além dos adesivos Araldite® comerciais, existem adesivos de poliuretano que combinam características de elevada resistência com características de grande ductilidade e flexibilidade, como por exemplo o Sikaforce® 7752. Esta dissertação tem como objetivo estudar experimentalmente e numericamente, através de modelos de dano coesivo (MDC), o comportamento de diferentes configurações de junta em T quando sujeitas a solicitações de arrancamento. Consideram-se os adesivos anteriormente mencionados para testar as juntas sob diferentes tipos de adesivos. A junta em T é constituída por 2 aderentes em L de alumínio e um aderente base também em alumínio, unidos por uma camada de adesivo. Experimentalmente é feito um estudo da resistência da junta com a variação da espessura dos aderentes em L (tP2). Com a análise numérica são estudadas as distribuições de tensões, evolução do dano, modos de rotura e resistência. Além disso, realizou-se um estudo numérico da existência ou não de adesivo de preenchimento na zona da curvatura dos aderentes em L nas tensões e na resistência da junta. Mostrouse que a variação da geometria nos aderentes em L, a presença de adesivo de preenchimento e o tipo de adesivo têm uma influência direta na resistência de junta. Os ensaios experimentais validaram os resultados numéricos e permitiram concluir que os MDC são uma técnica precisa para o estudo das geometrias das juntas em T.

Aplicação do método de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) para a previsão da resistência de juntas adesivas de sobreposição dupla

As ligações adesivas têm sido utilizadas em diversas áreas de aplicação. A utilização das juntas adesivas em aplicações industriais tem vindo a aumentar nos últimos anos, por causa das vantagens significativas que apresentam comparativamente com os métodos tradicionais de ligação tais como soldadura, ligações aparafusadas e rebitadas. A redução de peso, redução de concentrações de tensões e facilidade de fabrico são algumas das principais vantagens das ligações adesivas. Devido à crescente utilização das ligações adesivas, torna-se necessário a existência de ferramentas que permitam prever a resistência das juntas com elevada precisão. Assim, para a análise de juntas adesivas, está a ser cada vez mais utilizado o método de Elementos Finitos. Neste âmbito o Método de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) perfila-se como um método capaz de prever o comportamento da junta, embora este ainda não esteja convenientemente estudado no que diz respeito à aplicação a juntas adesivas. Neste trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico pelo MEFX de juntas de sobreposição dupla, nas quais são aplicados adesivos que variam desde frágeis e rígidos, como o caso do Araldite® AV138, até adesivos mais dúcteis, como o Araldite® 2015 e o Sikaforce® 7888. Foram considerados substratos de alumínio (AW6082-T651) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposição, sendo sujeitos a esforços de tração de forma a avaliar o seu desempenho. Na análise numérica foi realizada uma análise da distribuição de tensões na camada adesiva, a previsão da resistência das juntas pelo MEFX segundo critérios de iniciação de dano baseados em tensões e deformações, e ainda um estudo sobre o critério energético de propagação de dano. A análise por MEFX revelou que este método é bastante preciso quando usados os critérios de iniciação de dano MAXS e QUADS, e parâmetro com valor de 1 no critério energético de propagação de dano. Apesar de ser um método pouco estudado na literatura comparativamente com outros, o MEFX apresentou resultados muito satisfatórios.

Measuring toughness and the cohesive stress-displacement relationship by the essential work of fracture concept

The complete fracture behaviour of ductile double edge notched tension (DENT) specimen is analysed with an approximate model, which is then used to discuss the essential work of fracture (EWF) concept. The model results are compared with the experimental results for an aluminium alloy 6082-O. The restrictions on the ligament size for valid application of the EWF method are discussed with the aid of the model. The model is used to suggest an improved method of obtaining the cohesive stress-displacement relationship for the fracture process zone (FPZ).

Physical models of dilatant normal faulting in jointed cohesive rocks

Dilatant faults often form in rocks containing pre-existing joints, but the effects of joints on fault segment linkage and fracture connectivity is not well understood. We present an analogue modeling study using cohesive powder with pre-formed joint sets in the upper layer, varying the angle between joints and a rigid basement fault. We analyze interpreted map-view photographs at maximum displacement for damage zone width, number of connected joints, number of secondary fractures, degree of segmentation and area fraction of massively dilatant fractures. Particle imaging velocimetry helps provide insights on deformation history of the experiments and illustrate the localization pattern of fault segments. Results show that with increasing angle between joint-set and basement-fault strike the number of secondary fractures and the number of connected joints increases, while the area fraction of massively dilatant fractures shows only a minor increase. Models without pre-existing joints show far lower area fractions of massively dilatant fractures while forming distinctly more secondary fractures.

Determination of particle concentration in the breathing zone for four different types of office ventilation systems

Many factors affect the airflow patterns, thermal comfort, contaminant removal efficiency and indoor air quality at individual workstations in office buildings. In this study, four ventilation systems were used in a test chamber designed to represent an area of a typical office building floor and reproduce the real characteristics of a modern office space. Measurements of particle concentration and thermal parameters (temperature and velocity) were carried out for each of the following types of ventilation systems: a) conventional air distribution system with ceiling supply and return; b) conventional air distribution system with ceiling supply and return near the floor; c) underfloor air distribution system; and d) split system. The measurements aimed to analyse the particle removal efficiency in the breathing zone and the impact of particle concentration on an individual at the workstation. The efficiency of the ventilation system was analysed by measuring particle size and concentration, ventilation effectiveness and the Indoor/Outdoor ratio. Each ventilation system showed different airflow patterns and the efficiency of each ventilation system in the removal of the particles in the breathing zone showed no correlation with particle size and the various methods of analyses used.

Determining the zone of reflection for posterior corneal surface comparison phakometry

Although comparison phakometry has been used by a number of studies to measure posterior corneal shape, these studies have not calculated the size of the posterior corneal zones of reflection they assessed. This paper develops paraxial equations for calculating posterior corneal zones of reflection, based on standard keratometry equations and equivalent mirror theory. For targets used in previous studies, posterior corneal reflection zone sizes were calculated using paraxial equations and using exact ray tracing, assuming spherical and aspheric corneal surfaces. Paraxial methods and exact ray tracing methods give similar estimates for reflection zone sizes less than 2 mm, but for larger zone sizes ray tracing methods should be used.

Effect of clear zone widths on run-off-road crash outcomes

Current guidelines on clear zone selection and roadside hazard management adopt the US approach based on the likelihood of roadside encroachment by drivers. This approach is based on the available research conducted in the 1960s and 70s. Over time, questions have been raised regarding the robustness and applicability of this research in Australasia in 2010 and in the Safe System context. This paper presents a review of the fundamental research relating to selection of clear zones. Results of extensive rural highway statistical data modelling suggest that a significant proportion of run-off-road to the left casualty crashes occurs in clear zones exceeding 13 m. They also show that the risk of run-off-road to the left casualty crashes was 21% lower where clear zones exceeded 8 m when compared with clear zones in the 4 – 8 m range. The paper discusses a possible approach to selection of clear zones based on managing crash outcomes, rather than on the likelihood of roadside encroachment which is the basis for the current practice. It is expected that this approach would encourage selection of clear zones wider than 8 m when the combination of other road features suggests higher than average casualty crash risk.

Networked robotic sensor platform deployments for use in coastal environmental assessment in southern California

Mobile sensor platforms such as Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) and robotic surface vessels, combined with static moored sensors compose a diverse sensor network that is able to provide macroscopic environmental analysis tool for ocean researchers. Working as a cohesive networked unit, the static buoys are always online, and provide insight as to the time and locations where a federated, mobile robot team should be deployed to effectively perform large scale spatiotemporal sampling on demand. Such a system can provide pertinent in situ measurements to marine biologists whom can then advise policy makers on critical environmental issues. This poster presents recent field deployment activity of AUVs demonstrating the effectiveness of our embedded communication network infrastructure throughout southern California coastal waters. We also report on progress towards real-time, web-streaming data from the multiple sampling locations and mobile sensor platforms. Static monitoring sites included in this presentation detail the network nodes positioned at Redondo Beach and Marina Del Ray. One of the deployed mobile sensors highlighted here are autonomous Slocum gliders. These nodes operate in the open ocean for periods as long as one month. The gliders are connected to the network via a Freewave radio modem network composed of multiple coastal base-stations. This increases the efficiency of deployment missions by reducing operational expenses via reduced reliability on satellite phones for communication, as well as increasing the rate and amount of data that can be transferred. Another mobile sensor platform presented in this study are the autonomous robotic boats. These platforms are utilized for harbor and littoral zone studies, and are capable of performing multi-robot coordination while observing known communication constraints. All of these pieces fit together to present an overview of ongoing collaborative work to develop an autonomous, region-wide, coastal environmental observation and monitoring sensor network.

Review : Surfers Paradise foreshore redevelopment masterplan - urban plaza zone

The Centre for Subtropical Design has prepared this submission to assist the Gold Coast City Council to finalise a plan and detailed design guidelines for the Urban Plaza Zone of Surfers Paradise Foreshore Redevelopment Masterplan which will create a public open space ‘alive’ with the quality appropriate to a place which is both a local centre and an international destination. This review has been informed by the two over-arching values identified as characteristics of a subtropical place and people’s connection to it:  A sense of openness and permeability, and  Engagement with the natural environment. The existing qualities of the foreshore area proposed as the Urban Plaza Zone, reflect these subtropical place values, and are integral to the Surfers Paradise identity:  Seamless visual and spatial access to the beach and sea,  Permeable interface between beach and built zones provided by beach planting and shade to sand by Pandanus,  A shade zone mediating beach and linear promenade, road and commercial zones, enabling a variety of social and visual experiences, on soft and hard finishes, and  A lively, constantly moving shared road and pedestrian way catering for events and day to day activities with visual access to beach and shaded areas. The Centre for Subtropical Design commends the Gold Coast City Council on preparing a plan for a public open space that is a contemporary departure from the adhoc basis of development that has occurred, in that it will make this area more accessible. However, the proposed plan seems to be working too hard in terms of ‘program’. While providing an identifiable interruption in the linear extent of the Foreshore, the lack of continuity of design in terms of both hardscaping (such as perpendicular paving elements) and softscaping (such as tree selections) may contribute to a lack of definition for the entire Foreshore as a place that mediates, along its length, between sea and land. Providing a hard edge to a beach character of soft and planted transitional elements needs to balance the proposed visual and physical barrier with the need for perceived and actual easy access. The Surfers Paradise identity needs strengthening through attention to planting for shade, materials, particularly selection of paving colours, and stronger delineation of the linear nature of the Foreshore. The Urban Plaza zone is an appropriate interruption to the continuous planting, however the link from the commercial zone overtakes the public and beach zone. A more seamless transition from shop to sea, better integration of the roadway and pedestrian zone and improved physical transition from concrete to sand is recommended. Built form solutions must be robust and designed with the subtropical design principles and the Surfers Paradise identity as underpinning parameters for a lasting and memorable public open space.

Zonal chondrocyte subpopulations reacquire zone-specific characteristics during in Vitro redifferentiation

Background: If chondrocytes from the superficial, middle, and deep zones of articular cartilage could maintain or regain their characteristic properties during in vitro culture, it would be feasible to create constructs comprising these distinctive zones. ----- ----- Hypothesis: Zone-specific characteristics of zonal cell populations will disappear during 2-dimensional expansion but will reappear after 3-dimensional redifferentiation, independent of the culture technique used (alginate beads versus pellet culture).----- ----- Study Design: Controlled laboratory study.----- ----- Methods: Equine articular chondrocytes from the 3 zones were expanded in monolayer culture (8 donors) and subsequently redifferentiated in pellet and alginate bead cultures for up to 4 weeks. Glycosaminoglycans and DNA were quantified, along with immunohistochemical assessment of the expression of various zonal markers, including cartilage oligomeric protein (marking cells from the deeper zones) and clusterin (specifically expressed by superficial chondrocytes).----- ----- Results: Cell yield varied between zones, but proliferation rates did not show significant differences. Expression of all evaluated zonal markers was lost during expansion. Compared to the alginate bead cultures, pellet cultures showed a higher amount of glycosaminoglycans produced per DNA after redifferentiation. In contrast to cells in pellet cultures, cells in alginate beads regained zonal differences, as evidenced by zone-specific reappearance of cartilage oligomeric protein and clusterin, as well as significantly higher glycosaminoglycans production by cells from the deep zone compared to the superficial zone.----- ----- Conclusion: Chondrocytes isolated from the 3 zones of equine cartilage can restore their zone-specific matrix expression when cultured in alginate after in vitro expansion.