Factors Resulting In Micron Indentation Hardness Descending In Indentation Tests

Some factors that affect the experimental results in nanoindentation tests such as the contact depth, contact area, load and loading duration are analyzed in this article. Combining with the results of finite element numerical simulation, we find that the creep property of the tested material is one of the important factors causing the micron indentation hardness descending with the increase of indentation depth. The analysis of experimental results with different indentation depths demonstrates that the hardness decrease can be bated if the continuous stiffness measurement technique is not adopted; this indicates that the test method itself may also be one of the factors causing the hardness being descended.

A new method and instrument for accurately measuring interval between ultrashort pulses

Using second-order autocorrelation conception, a novel method and instrument for accurately measuring interval between two linearly polarized ultrashort pulses with real time were presented. The experiment demonstrated that the measuring method and instrument were simple and accurate (the measurement error <5 fs). During measuring, there was no moving element resulting in dynamic measurement error.

The steady-state response of multidegree-of-freedom systems with a spatially localized nonlinearity

This thesis is concerned with the dynamic response of a General multidegree-of-freedom linear system with a one dimensional nonlinear constraint attached between two points. The nonlinear constraint is assumed to consist of rate-independent conservative and hysteretic nonlinearities and may contain a viscous dissipation element. The dynamic equations for general spatial and temporal load distributions are derived for both continuous and discrete systems. The method of equivalent linearization is used to develop equations which govern the approximate steady-state response to generally distributed loads with harmonic time dependence.

The qualitative response behavior of a class of undamped chainlike structures with a nonlinear terminal constraint is investigated. It is shown that the hardening or softening behavior of every resonance curve is similar and is determined by the properties of the constraint. Also examined are the number and location of resonance curves, the boundedness of the forced response, the loci of response extrema, and other characteristics of the response. Particular consideration is given to the dependence of the response characteristics on the properties of the linear system, the nonlinear constraint, and the load distribution.

Numerical examples of the approximate steady-state response of three structural systems are presented. These examples illustrate the application of the formulation and qualitative theory. It is shown that disconnected response curves and response curves which cross are obtained for base excitation of a uniform shear beam with a cubic spring foundation. Disconnected response curves are also obtained for the steady-state response to a concentrated load of a chainlike structure with a hardening hysteretic constraint. The accuracy of the approximate response curves is investigated.

Edge function method applied to thin plates resting on Winkler foundation

The Edge Function method formerly developed by Quinlan⁽²⁵⁾ is applied to solve the problem of thin elastic plates resting on spring supported foundations subjected to lateral loads the method can be applied to plates of any convex polygonal shapes, however, since most plates are rectangular in shape, this specific class is investigated in this thesis. The method discussed can also be applied easily to other kinds of foundation models (e.g. springs connected to each other by a membrane) as long as the resulting differential equation is linear. In chapter VII, solution of a specific problem is compared with a known solution from literature. In chapter VIII, further comparisons are given. The problems of concentrated load on an edge and later on a corner of a plate as long as they are far away from other boundaries are also given in the chapter and generalized to other loading intensities and/or plates springs constants for Poisson's ratio equal to 0.2

Análise da dissipação das tensões em dentes humanos restaurados com facetas laminadas de cerâmica, com três tipos de preparos, através do método dos elementos finitos

O objetivo deste trabalho é analisar in vitro a dissipação de tensões em incisivos centrais superiores humanos restaurados com facetas de cerâmica feldspática, através da análise do método dos elementos finitos, considerando cargas funcionais de mastigação e corte dos alimentos, em função de três tipos de preparos utilizados: sem proteção incisal; com proteção incisal em ângulo e com proteção incisal em degrau palatino. Foram utilizadas modelagens bidimensionais de um incisivo central superior e suas estruturas de suporte, simulando três situações: (Primeira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular (em forma de janela); (Segunda modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular e proteção incisal em plano inclinado; (Terceira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular, e proteção incisal com degrau palatino. Foi considerada uma carga (P=100N) com uma inclinação de 45 concentrada, simulando a região de contato do incisivo central inferior com o superior durante a mastigação e uma na região de contato topo a topo dos incisivos superior e inferior, simulando o corte dos alimentos. Após a análise dos dados obtidos pela distribuição de tensões, pode-se concluir que quanto à dissipação das tensões em todo o sistema proposto, com a aplicação de carga em 45, não foram observadas mudanças no estado tensional nos três diferentes preparos. Quando foi aplicada carga vertical, simulando o contato de topo, houve variação no estado tensional no sistema do dente com preparo em janela. Nas facetas, com a aplicação de carga em 45, nos preparos em janela e com proteção incisal em plano inclinado o resultado foi semelhante nos valores tensionais enquanto, nas facetas em dentes preparados com proteção incisal com degrau palatino, a distribuição foi mais homogênea tendo valores superiores, mostrando que o abraçamento do dente diminuiu a flexão.

A fully-nonlocal energy-based formulation and high-performance realization of the quasicontinuum method

The quasicontinuum (QC) method was introduced to coarse-grain crystalline atomic ensembles in order to bridge the scales from individual atoms to the micro- and mesoscales. Though many QC formulations have been proposed with varying characteristics and capabilities, a crucial cornerstone of all QC techniques is the concept of summation rules, which attempt to efficiently approximate the total Hamiltonian of a crystalline atomic ensemble by a weighted sum over a small subset of atoms. In this work we propose a novel, fully-nonlocal, energy-based formulation of the QC method with support for legacy and new summation rules through a general energy-sampling scheme. Our formulation does not conceptually differentiate between atomistic and coarse-grained regions and thus allows for seamless bridging without domain-coupling interfaces. Within this structure, we introduce a new class of summation rules which leverage the affine kinematics of this QC formulation to most accurately integrate thermodynamic quantities of interest. By comparing this new class of summation rules to commonly-employed rules through analysis of energy and spurious force errors, we find that the new rules produce no residual or spurious force artifacts in the large-element limit under arbitrary affine deformation, while allowing us to seamlessly bridge to full atomistics. We verify that the new summation rules exhibit significantly smaller force artifacts and energy approximation errors than all comparable previous summation rules through a comprehensive suite of examples with spatially non-uniform QC discretizations in two and three dimensions. Due to the unique structure of these summation rules, we also use the new formulation to study scenarios with large regions of free surface, a class of problems previously out of reach of the QC method. Lastly, we present the key components of a high-performance, distributed-memory realization of the new method, including a novel algorithm for supporting unparalleled levels of deformation. Overall, this new formulation and implementation allows us to efficiently perform simulations containing an unprecedented number of degrees of freedom with low approximation error.

Turbidity and the suspended sediment load of the regulated River Tees

The physical effects of river regulation in the U.K. by impoundments have attracted most attention from hydrologists and engineers concerned with predicting and maintaining discharge regimes for water supply. Grimshaw & Lewin (1980) suggested two basic methods to investigate the effects of regulation on suspended sediment discharge: (i) Compare the river load before and after reservoir construction, and (ii) adopt a paired catchment approach. The former method assumes stationarity of process in the natural system. The latter method, involving selecting two adjacent catchments of similar physical attributes, one regulated and one unregulated, assumes constancy of process spatially. In this report both approaches are adopted to examine the turbidity and suspended sediment concentration regime of the regulated River Tees. Neither approach was entirely satisfactory in the present case. This report examines the discharge and turbidity record consisting of approximately 4000 paired data points, representative of an 11-year post-impoundment period, that has been examined for the River Tees at Broken Scar, Darlington. A small amount of suspended sediment concentration data was also processed: these data are representative of both the pre-impoundment and post-impoundment sediment regime.

On the Cesari fixed point method in a Banach space

In a paper published in 1961, L. Cesari [1] introduces a method which extends certain earlier existence theorems of Cesari and Hale ([2] to [6]) for perturbation problems to strictly nonlinear problems. Various authors ([1], [7] to [15]) have now applied this method to nonlinear ordinary and partial differential equations. The basic idea of the method is to use the contraction principle to reduce an infinite-dimensional fixed point problem to a finite-dimensional problem which may be attacked using the methods of fixed point indexes.

The following is my formulation of the Cesari fixed point method:

Let B be a Banach space and let S be a finite-dimensional linear subspace of B. Let P be a projection of B onto S and suppose Г≤B such that pГ is compact and such that for every x in PГ, P^-1x∩Г is closed. Let W be a continuous mapping from Г into B. The Cesari method gives sufficient conditions for the existence of a fixed point of W in Г.

Let I denote the identity mapping in B. Clearly y = Wy for some y in Г if and only if both of the following conditions hold:

(i) Py = PWy.

(ii) y = (P + (I - P)W)y.

Definition. The Cesari fixed paint method applies to (Г, W, P) if and only if the following three conditions are satisfied:

(1) For each x in PГ, P + (I - P)W is a contraction from P^-1x∩Г into itself. Let y(x) be that element (uniqueness follows from the contraction principle) of P^-1x∩Г which satisfies the equation y(x) = Py(x) + (I-P)Wy(x).

(2) The function y just defined is continuous from PГ into B.

(3) There are no fixed points of PWy on the boundary of PГ, so that the (finite- dimensional) fixed point index i(PWy, int PГ) is defined.

Definition. If the Cesari fixed point method applies to (Г, W, P) then define i(Г, W, P) to be the index i(PWy, int PГ).

The three theorems of this thesis can now be easily stated.

Theorem 1 (Cesari). If i(Г, W, P) is defined and i(Г, W, P) ≠0, then there is a fixed point of W in Г.

Theorem 2. Let the Cesari fixed point method apply to both (Г, W, P₁) and (Г, W, P₂). Assume that P₂P₁=P₁P₂=P₁ and assume that either of the following two conditions holds:

(1) For every b in B and every z in the range of P₂, we have that ‖b=P₂b‖ ≤ ‖b-z‖

(2)P₂Г is convex.

Then i(Г, W, P₁) = i(Г, W, P₂).

Theorem 3. If Ω is a bounded open set and W is a compact operator defined on Ω so that the (infinite-dimensional) Leray-Schauder index i_LS(W, Ω) is defined, and if the Cesari fixed point method applies to (Ω, W, P), then i(Ω, W, P) = i_LS(W, Ω).

Theorems 2 and 3 are proved using mainly a homotopy theorem and a reduction theorem for the finite-dimensional and the Leray-Schauder indexes. These and other properties of indexes will be listed before the theorem in which they are used.

Modelagem do comportamento dinâmico de passarelas tubulares em aço e mistas (aço-concreto)

A experiência dos engenheiros estruturais e os conhecimentos adquiridos pelo uso de materiais e novas tecnologias, têm ocasionado estruturas de aço e mistas (aço-concreto) de passarelas cada vez mais ousadas. Este fato tem gerado estruturas de passarelas esbeltas, e consequentemente, alterando os seus estados de limite de serviço e último associados ao seu projeto. Uma consequência direta desta tendência de projeto é o aumento considerável das vibrações das estruturas. Portanto, a presente investigação foi realizada com base em um modelo de carregamento mais realista, desenvolvido para incorporar os efeitos dinâmicos induzidos pela caminhada de pessoas. O modelo de carregamento considera a subida e a descida da massa efetiva do corpo em cada passo. A posição da carga dinâmica também foi alterada de acordo com a posição do pedestre sobre a estrutura e a função do tempo gerada, possui uma variação espacial e temporal. O efeito do calcanhar do pedestre também foi incorporado na análise. O modelo estrutural investigado baseia-se em uma passarela tubular (aço-concreto), medindo 82,5m. A estrutura é composta por três vãos (32,5 m, 20,0 m e 17,5 m, respectivamente) e dois balanços (7,5 m e 5,0 m, respectivamente). O sistema estrutural é constituído por perfis de aço tubular e uma laje de concreto, e é atualmente utilizada para travessia de pedestres. Esta investigação é realizada com base em resultados experimentais, relacionando a resposta dinâmica da passarela com as obtidas via modelos de elementos finitos. O modelo computacional proposto adota as técnicas de refinamento de malha, usualmente presente em simulações pelo método de elementos finitos. O modelo de elementos finitos foi desenvolvido e validado com resultados experimentais. Este modelo de passarela tubular permitiu uma avaliação dinâmica completa, investigando especialmente ao conforto humano e seus limites de utilização associados à vibração. A resposta dinâmica do sistema, em termos de acelerações de pico, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por diversos autores e padrões de projeto. As acelerações de pico encontradas na presente análise indicou que a passarela tubular investigada apresentou problemas relacionados com o conforto humano. Por isso, foi detectado que este tipo de estrutura pode atingir níveis de vibrações excessivas que podem comprometer o conforto do usuário na passarela e especialmente a sua segurança.

Comportamento estrutural de ligações tubulares T e KT.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000, sendo assim diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligações tipo KT e T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira e do CIDECT. Adicionalmente procedeu-se na comparação do comportamento numérico global do nó de uma treliça, com a análise do comportamento numérico do nó isolado. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nas diagonais e montantes. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0, as não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. Concluiu-se entre outras coisas que. para o nó da treliça em estudo neste trabalho, o carregamento de projeto máximo permitido através do dimensionamento pelas normas fica a favor da segurança quando comparado com o critério de deformação limite.

Influence of negative ion element impurities on laser induced damage threshold of HfO2 thin film

Negative ion element impurities breakdown model in HfO2 thin film was reported in this paper. The content of negative ion elements were detected by glow discharge mass spectrum analysis (GDMS); HfO2 thin films were deposited by the electron-beam evaporation method. The weak absorption and laser induced damage threshold (LIDT) of HfO2 thin films were measured to testify the negative ion element impurity breakdown model. It was found that the LIDT would decrease and the absorption would increase with increasing the content of negative ion element. These results indicated that negative ion elements were harmful impurities and would speed up the damage of thin film. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modelagem do comportamento estrutural de sistemas treliçados espaciais para escoramentos de estruturas de aço, concreto e mistas (aço-concreto).

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção.

Avaliação de ligações K e T entre perfis estruturais tubulares circulares.

O difundido uso de perfis estruturais tubulares, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levou a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. O aumento da oferta deste tipo de perfis, aliado a recentes pesquisas nesta área, leva o Brasil a se inserir neste cenário mundial. Entretanto, as normas brasileiras que regem o dimensionamento destes perfis ainda não se encontram atualizadas, principalmente no que tange ao dimensionamento de ligações de perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo K e T com perfis tubulares circulares (CHS). Propõe-se estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, projeto de norma brasileira PN 02.125.03-004 e critérios de deformação limite. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Esta dissertação propõe ainda, a modelagem de uma treliça planar constituída de perfis tubulares, objetivando estabelecer uma comparação entre um nó isolado e um nó da treliça planar.

Estudo do conforto humano em pisos mistos (aço-concreto) submetidos a ações humanas rítmicas.

Este trabalho de pesquisa objetiva o estudo do comportamento dinâmico de pisos mistos (aço-concreto), em edificações de andares múltiplos, sob o ponto de vista de conforto humano, quando essas estruturas encontram-se submetidas às atividades rítmicas provenientes dos seres humanos. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados experimentais, com os indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas associadas à ginástica aeróbica e saltos à vontade. Os modelos estruturais investigados baseiam-se em edificações mistas de andares múltiplos. O sistema estrutural é do tipo misto (aço-concreto), composto por vigas de aço em seção do tipo I e laje de concreto armado. A análise fundamenta-se na modelagem computacional dos sistemas estruturais, através do Método dos Elementos Finitos (MEF). São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do emprego do programa ANSYS. Uma análise paramétrica foi desenvolvida sobre três modelos estruturais, com dois, três e quatro pavimentos. Os valores das acelerações máximas encontradas na análise são confrontados e comparados com os limites propostos por recomendações internacionais. Os resultados obtidos mostram que os limites recomendados em diversas normas de projeto foram ultrapassados. Esses resultados demonstram que atividades rítmicas oriundas dos seres humanos podem gerar acelerações de pico elevadas, violando critérios de projeto, no que concerne ao conforto humano. Foi observado também que estas ações dinâmicas podem comprometer o conforto humano em pisos adjacentes, próximos do local onde a carga dinâmica está sendo efetivamente aplicada.

Avaliação de ligações KK entre perfis tubulares em aço.

Em virtude do elevado grau de desenvolvimento da tecnologia em sua produção, a utilização de perfis tubulares é grandemente difundida em países como, por exemplo, Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda. A utilização de tais perfis no Brasil era bastante restrita, limitando-se a coberturas espaciais. Atualmente, a situação do mercado brasileiro começa a se alterar em decorrência do significativo aumento da oferta de perfis tubulares estruturais. Este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo KK com perfis tubulares circulares (CHS), com o intuito de estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, ABNT NBR 16239:2013, pelas equações propostas por Paul e Kurobane e critérios de deformação limite. A calibração de um modelo foi feita com dados numéricos e experimentais. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada com o uso do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Foi proposto um modelo de uma treliça espacial composta por perfis tubulares de seção circular para comparar os resultados de análises de uma ligação isolada e a resposta desta mesma ligação como parte de uma treliça em escala real.