Estudo do comportamento em fluência de juntas metálicas coladas

Juntas coladas têm se mostrado como a principal alternativa de união entre componentes fabricados em materiais distintos ou não, tendo como vantagem principal a ausência de aporte de calor e melhor distribuição de tensões. A literatura mostra que estudos anteriores foram realizados com o objetivo de caracterizar diversas propriedades associados às juntas, porém, pouco ainda se conhece sobre o comportamento dessas uniões relacionado à fluência. Os ensaios de fluência têm como principal desvantagem a baixa produtividade de resultados visto que, na maioria dos casos, os equipamentos aptos a realizarem este tipo de teste ensaiam apenas um corpo de prova por vez. Neste caso, o tratamento estatístico é baseado em uma pequena quantidade de resultados, reduzindo a confiabilidade na predição do comportamento em fluência. O Laboratório de Adesão e Aderência (LAA/UERJ/IPRJ) desenvolveu o equipamento pneumático de fluência (EPF) capaz de realizar dez ensaios simultâneos com parâmetros distintos. Este trabalho investiga o comportamento de juntas de cisalhamento simples (SLJ) compostas por substratos metálicos colados com adesivo epóxi e poliuretano. As juntas foram fabricadas em conformidade a norma ASTM D 1002, seguindo procedimento de preparo RT-003/08 TMC/CENPES/PETROBRAS. Os resultados mostram que, para projetos onde esteja prevista utilização das juntas durante longos períodos de tempo sob carregamento, conhecer apenas suas tensões médias de ruptura não é o suficiente para garantir a segurança do empreendimento. É proposto um modelo inicial do comportamento sob fluência de juntas coladas.

Genealogia do atomismo

Esta dissertação propõe-se a trabalhar com a questão da individualidade no ocidente. Sendo este problema muito amplo, busca-se restringir a questão a duas conceituações: o atomismo concebido de forma geral por Charles Taylor e a genealogia segundo Michel Foucault. Ambos os conceitos são formas de dar um melhor entendimento ao movimento utilitarista dos séculos XVIII e XIX, principalmente tendo um enfoque nas obras de Jeremy Bentham e John Stuart Mill. O atomismo é um problema teórico que busca integrar, de forma relativamente polêmica, até mesmo confundindo, a moral social à moral individual. O utilitarismo resolve tal dilema de duas formas: pela economia e pela política dizendo que a última está em função da primeira e que ambas direcionam-se à busca da felicidade e/ou do prazer. A genealogia é uma metodologia que permite pensar a história como ruptura e descontinuidade, ou seja, um aprofundamento histórico sobre as relações de poder que formam as conceituações. A interpretação da fuga política e econômica do utilitarismo será vista na teoria do poder formulada por Foucault. Espera-se que, assim, o trabalho consiga ter uma visão crítica da individualidade, a partir das ideias de um movimento moderno que foi essencial para a teoria política. De um lado, a preocupação histórica com um movimento dos séculos XVIII e XIX. Do outro lado, uma discussão de poder, histórica, sobre estes períodos na obra de Foucault. Trata-se, portanto, de uma dissertação que busca construir uma genealogia do atomismo a partir das obras de Charles Taylor e Michel Foucault.

Avaliação de ligações entre perfis tubulares em aço submetidas a esforços de flexão.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis na construção civil era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. Considerando uma nova realidade para o uso de perfis tubulares, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo T com perfis tubulares quadrados (SHS) para o banzo e para o montante efetuada com base na norma europeia, Eurocode 3, no CIDECT, na NBR 16239:2013 e ISO 14346 através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Verificou-se a influência do momento atuante no montante no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises através da lei constitutiva tensão versus deformação trilinear de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A nãolinearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado. Os resultados numéricos são avaliados para a ligação em estudo quanto aos modos de falha e a distribuição de tensões. A análise dos momentos resistentes obtidos em comparação com os resultados do modelo numérico, apresentou valores excessivamente a favor da segurança no cálculo utilizando as equações de dimensionamento. Um estudo para fatores de correção das equações de dimensionamento é proposto.

Estudo paramétrico para um muro de gravidade submetido a carregamentos sísmicos.

A presente dissertação apresenta um estudo do comportamento de um muro de gravidade flexível submetido a carregamentos sísmicos. A influência do carregamento sísmico, e mais precisamente da variação da aceleração horizontal de pico é avaliada num estudo paramétrico, através da análise dos resultados obtidos para os deslocamentos e acelerações horizontais que ocorreram no paramento do muro de gravidade. Optou-se pela análise ao longo do tempo, introduzindo o carregamento sísmico ao modelo numérico do qual fazia parte o muro de gravidade através de 5 históricos temporais de acelerogramas horizontais normalizados em 0,05g, 0,10g, 0,15g, 0,20g e 0,25g. O evento sísmico de origem dos acelerogramas normalizados foi o terremoto ocorrido no Chile em 27 de fevereiro de 2010 e medido na estação em San Jose de Maipo, a 332,7km do epicentro do terremoto. Utiliza-se um software computacional aplicado à Geotecnia, o Plaxis, para a calibração de um modelo numérico em situação estática e posterior desenvolvimento das análises paramétricas em condições sísmicas. As análises realizadas para avaliação do comportamento do muro de gravidade em condição sísmica foram a verificação da influência da variação do acelerograma horizontal normalizada introduzido na base do modelo nos valores das acelerações e deslocamentos horizontais atuantes no muro e a verificação da influência do carregamento sísmico em comparação com a situação estática, comparando-se os valores dos deslocamentos horizontais obtidos na análise estática e nas análises dinâmicas. Os fatores que influenciam potencialmente nos resultados numéricos em condições sísmicas foram apresentados, destacando-se os aspectos relacionados à modelagem numérica em condição de sismo. Os modelos constitutivos oferecidos, a possibilidade de incorporação do carregamento sísmico na base do modelo e a possibilidade de consideração do amortecimento visco-elástico de Rayleigh nos materiais são as principais qualidades do Plaxis, utilizado na modelagem numérica. Avaliou-se positivamente a potencialidade do Plaxis, visto que o programa mostrou-se uma ferramenta capaz de simular o comportamento de muros de gravidade sujeitos a carregamentos sísmicos.

Comportamento estrutural de vigas casteladas em aço inoxidável.

As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança.

Determinação do perfil fenotípico e genotípico de amostras de Staphylococus aureus resistentes à meticilina (MRSA) e sensíveis a antibióticos não ß-lactâmicos em cinco hospitais no município do Rio de Janeiro

Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA) é um dos principais microrganismos envolvidos nas Infecções relacionadas à Assistência à Saúde (IrAS). Porém, um clone de MRSA, o CA-MRSA, emergiu na comunidade e atualmente vem sendo agente de IrAS. O objetivo desta dissertação é avaliar fenotípica e genotipicamente 111 amostras de Staphylococcus aureus resistentes à meticilina e sensíveis a antibióticos não ß-lactâmicos de pacientes atendidos em cinco hospitais no município do Rio de Janeiro. Utilizando os critérios padronizados pelo CLSI 2012, foram determinadas as susceptibilidades a 11 antimicrobianos pelo método de disco difusão em ágar e concentração inibitória mínima para vancomicina e oxacilina pelo método da microdiluição em caldo. A multirresistência (resistência a 3 ou mais antimicrobianos não ß-lactâmicos) foi observada em 31,5% das amostras, sendo que 53,2% apresentaram resistência ao antimicrobiano clindamicina, uma das opções para o tratamento empírico das infecções de pele/tecidos moles. 86,4% apresentaram concentração inibitória mínima (CIM) para vancomicina ≥ 1,0 g/mL ou seja, elevado percentual de amostras associadas ao fenômeno MIC creep, o qual está associado ao insucesso na terapia antimicrobiana anti-MRSA. Não foi observado até o momento nenhuma amostra com CIM ≥ 4cg/mL para vancomicina, entretanto, já há resistência à linezolida em quatro hospitais do estudo. A tipificação do SCCmec nos permitiu classificar 4,5% das amostras em HA-MRSA e 86,5% em CA-MRSA, nas quais a resistência heterogênea típica à oxacilina foi observada em 57,2%. A toxina de Panton-Valentine (PVL) foi identificada pela metodologia de PCR em 28% das amostras com genótipo CA-MRSA. Os fatores de riscos clássicos, da literatura, relacionados à infecção por HA-MRSA foram também observados nos pacientes com infecção por CA-MRSA portadoras de SCCmec IV e V. No intuito de verificar a existência de similaridades genéticas ou a presença de clone predominante entre as amostras dos cinco hospitais, foi realizada a técnica de eletroforese em gel sob campo pulsado (PFGE) e observou-se diversidade genética assim como a presença de amostras com padrões similares aos clones OSPC (18,5%) e USA400. Não foram encontradas amostras com padrões de eletroforese similares aos clones USA300, USA800 e CEB. É essencial a vigilância da resistência aos antimicrobianos não ß-lactâmicos no CA-MRSA, em especial à vancomicina. A mudança na epidemiologia deste microrganismo vem impactando os padrões característicos dos genótipos limitando os critérios de diferenciação entre eles. Neste contexto, as técnicas moleculares atuam como excelentes ferramentas de caracterização. O conhecimento do patógeno auxilia na elaboração e implementação de medidas preventivas, contribuindo para o controle da doença tanto no ambiente hospitalar quanto na comunidade.

Avaliação de ligações tubulares tipo T entre CHS com reforço tipo chapa.

Os perfis tubulares sem costura são utilizados em diversos países, principalmente devido às vantagens associadas à estética a sua elevada resistência à torção, cargas axiais e efeitos combinados. Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda utilizam de forma veemente estas estruturas e possuem produção contínua e industrializada com alto nível de desenvolvimento tecnológico. O Brasil, porém, se limitava praticamente ao uso destes perfis nas coberturas espaciais. Devido ao aumento da utilização desses tipos de estruturas, fez-se necessário o aprofundamento dos estudos com métodos de análise coerentes para utilização de perfis tubulares, principalmente em relação às ligações, pois são consideradas regiões vulneráveis neste tipo de estrutura. Para atender a necessidade de normatização deste procedimento desenvolveu-se uma norma brasileira específica para o dimensionamento de estruturas em perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo T com reforço tipo chapa com perfis tubulares circulares (CHS) para o banzo e para o montante efetuada com base na norma europeia, Eurocode 3, no CIDECT, na NBR 16239:2013 e ISO 14346. Desenvolveu-se no programa Ansys um modelo de elementos finitos para cada tipo de ligação analisada, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. Verificou-se a influência da compressão atuante no montante no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta ligação. A nãolinearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises através da lei constitutiva tensão versus deformação bilinear de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizada. A análise dos esforços resistentes obtidos em comparação com os resultados do modelo numérico, apresentaram valores a favor da segurança no cálculo utilizando as equações de dimensionamento. Por fim um estudo para fatores de correção das equações de dimensionamento foi também proposto.

A bone remodelling model coupling micro-damage growth and repair by 3D BMU-activity.

Bone as most of living tissues is able, during its entire lifetime, to adapt its internal microstructure and subsequently its associated mechanical properties to its specific mechanical and physiological environment in a process commonly known as bone remodelling. Bone is therefore continuously renewed and micro-damage, accumulated by fatigue or creep, is removed minimizing the risk of fracture. Nevertheless, bone is not always able to repair itself completely. Actually, if bone repairing function is slower than micro-damage accumulation, a type of bone fracture, usually known as "stress fracture", can finally evolve. In this paper, we propose a bone remodelling continuous model able to simulate micro-damage growth and repair in a coupled way and able therefore to predict the occurrence of "stress fractures". The biological bone remodelling process is modelled in terms of equations that describe the activity of basic multicellular units. The predicted results show a good correspondence with experimental and clinical data. For example, in disuse, bone porosity increases until an equilibrium situation is achieved. In overloading, bone porosity decreases unless the damage rate is so high that causes resorption or "stress fracture".

Analytical techniques for indentation of viscoelastic materials

Indentation of linearly viscoelastic materials is explored using elastic-viscoelastic correspondence analysis for both conical-pyramidal and spherical indentation. Boltzmann hereditary integrals are used to generate displacement-time solutions for loading at constant rate and creep following ramp loading. Experimental data for triangle- and trapezoidal-loading are examined for commercially-available polymers and compared with analytical solutions. Emphasis is given to the use of multiple experiments to test the fidelity and predictive capability of the obtained material creep function. Plastic deformation occurs in sharp indentation of glassy polymers and is found to complicate the viscoelastic analysis. A new method is proposed for estimating a material time-constant from peak displacement or hardness data obtained in pyramidal indentation tests performed at different loading rates.

Viscoelastic properties of bone as a function of hydration state determined by nanoindentation

Spherical indentation creep testing was used to examine the effect of hydration state on bone mechanical properties. Analysis of creep data was based on the elastic-viscoelastic correspondence principle and utilized a direct solution for the finite loading-rate experimental conditions. The zero-time shear modulus was computed from the creep compliance function and compared to the indentation modulus obtained via conventional indentation analysis, based on an elastic unloading response. The method was validated using a well-known polymer material under three different loading conditions. The method was applied to bone samples prepared with different water content by partial exchange with ethanol, where 70% ethanol was considered as the baseline condition. A hydration increase was associated with a 43% decrease in stiffness, while a hydration decrease resulted in a 20% increase in bone tissue stiffness.

Friction of sliding surfaces carrying adsorbed lubricant layers

In concentrated contacts the behaviour of lubricants is much modified by the high local pressures: changes can arise both from molecular ordering within the very thin film lubricant layers present at the interface as well as from the deposition on the component surfaces of more solid-like polymeric boundary layers. These 'third bodies' separating the solid surfaces may have rheological or mechanical properties very different from those observed in the bulk. Classical elasto-hydrodynamic theory considers the entrapped lubricant to exhibit a piezo-viscous behaviour while the conventional picture of more solid boundary lubricant layers views their shear strength r as being linearly dependent on local pressure p, so that T = TO + ap where TO and a are constants. If TO is relatively small, then the coefficient of friction \i = T Ip ~ a and so Amonton's laws are recovered. However, the properties of adsorbed or deposited surface films, or indeed other third bodies such as debris layers, may be more complex than this. A preliminary study has looked quantitatively at the influence of the pressure dependence of the shear strength of any surface layer on the overall friction coefficient of a contact which is made up of an array of asperities whose height varies in a Gaussian manner. Individual contact points may be elastic or plastic. The analysis results in plots of coefficient of friction versus the service or load parameter PIH&NRa where P is the nominal pressure on the contact, HS the hardness of the deforming surface, N the asperity density, R the mean radius of curvature of the asperities, and a is the standard deviation of their height distribution. In principle, any variation oft withp can be incorporated into the model; however, in this initial study we have used data on colloidal suspensions from the group at the Ecole Centrale de Lyon as well as examining the effect of functional relationships of somewhat greater complexity than a simple linear form. Results of the analysis indicate that variations in fj. are possible as the load is varied which depend on the statistical spread of behaviour at individual asperity contacts. The value of this analysis is that it attempts to combine the behaviour of films on the molecular scale with the topography of real engineering surfaces and so give an indication of the effects at the full-size or macro-scale that can be achieved by chemical or molecular surface engineering.

Nanoindentation measurements of bone viscoelasticity as a function of hydration state

Bone is an anisotropic material, and its mechanical properties are determined by its microstructure as well as its composition. Mechanical properties of bone are a consequence of the proportions of, and the interactions between, mineral, collagen and water. Water plays an important role in maintaining the mechanical integrity of the composite, but the manner in which water interacts within the ultrastructure is unclear. Dentine being an isotropic two-dimensional structure presents a homogenous composite to examine the dehydration effects. Nanoindentation methods for determining the viscoelastic properties have recently been developed and are a subject of great interest. Here, one method based on elastic-viscoelastic correspondence for 'ramp and hold' creep testing (Oyen, J. Mater. Res., 2005) has been used to analyze viscoelastic behavior of polymeric and biological materials. The method of 'ramp and hold' allows the shear modulus at time zero to be determined from fitting of the displacement during the maximum load hold. Changes in the viscoelastic properties of bone and dentine were examined as the material was systematically dehydrated in a series of water:solvent mixes. Samples of equine dentine were sectioned and cryo-polished. Shear modulus was obtained by nanoindentation using spherical indenters with a maximum load hold of 120s. Samples were tested in different solvent concentrations sequentially, 70% ethanol to 50% ethanol, 70 % ethanol to 100% ethanol, 70% ethanol to 70% methanol to 100% methanol, and 70% ethanol to 100% acetone, after storage in each condition for 24h. By selectively removing and then replacing water from the composite, insights in to the ultrastructure of the tissue can be gained from the corresponding changes in the experimentally determined moduli, as well as an understanding of the complete reversibility of the dehydration process. © 2006 Materials Research Society.

Degradation evaluation of microelectromechanical thermal actuators

Metal based thermal microactuators normally have lower operation temperatures than those of Si-based ones; hence they have great potential for applications. However, metal-based thermal actuators easily suffer from degradation such as plastic deformation. In this study, planar thermal actuators were made by a single mask process using electroplated nickel as the active material, and their thermal degradation has been studied. Electrical tests show that the Ni-based thermal actuators deliver a maximum displacement of ∼20μm at an average temperature of ∼420°C, much lower than that of Si-based microactuators. However, the displacement strongly depends on the frequency and peak voltage of the pulse applied. Back bending was clearly observed at a maximum temperature as low as 240°C. Both forward and backward displacements increase with increasing the temperature up to ∼450°C, and then decreases with power. Scanning electron microscopy observation clearly showed that Ni structure deforms and reflows at power above 50mW. The compressive stress is believed to be responsible for Ni piling-up (creep), while the tensile stress upon removing the pulse current is responsible for necking at the hottest section of the device. Energy dispersive X-ray diffraction analysis revealed severe oxidation of the Ni-structure induced by Joule-heating of the current.

Poroelastic indentation analysis for hydrated biological tissues

Indentation techniques are employed for the measurement of mechanical properties of a wide range of materials. In particular, techniques focused at small length-scales, such as nanoindentation and AFM indentation, allow for local characterization of material properties in heterogeneous materials including natural tissues and biomimetic materials. Typical elastic analysis for spherical indentation is applicable in the absence of time-dependent deformation, but is inappropriate for materials with time-dependent responses. Recent analyses for the viscoelastic indentation problem, based on elastic-viscoelastic correspondence, have begun to address the issue of time-dependent deformation during an indentation test. The viscoelastic analysis has been shown to fit experimental indentation data well, and has been demonstrated as useful for characterization of viscoelasticity in polymeric materials and in hydrated mineralized tissues. However, a viscoelastic analysis is not necessarily sufficient for multi-phase materials with fluid flow. In the current work, a poroelastic analysis-based on fluid motion through a porous elastic network-is used to examine spherical indentation creep responses of hydrated biological materials. Both analytical and finite element approaches are considered for the poroelastic Hertzian indentation problem. Modeling results are compared with experimental data from nanoindentation of hydrated bone immersed in water and polar solvents (ethanol, methanol, acetone). Baseline (water-immersed) bone responses are characterized using the poroelastic model and numerical results are compared with altered hydration states due to polar solvents. © 2007 Materials Research Society.