Correlation between the mechanical cycling behavior and microstructure in laser welded joints using NiTi memory shape alloys

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais

Determinação da tenacidade à fratura em corte (GIIc) de adesivos estruturais pelo ensaio End-Notched Flexure (ENF)

Os adesivos têm sido alvo de estudo ao longo dos últimos anos para ligação de componentes a nível industrial. Devido à crescente utilização das juntas adesivas, torna-se necessária a existência de modelos de previsão de resistência que sejam fiáveis e robustos. Neste âmbito, a determinação das propriedades dos adesivos é fundamental para o projeto de ligações coladas. Uma abordagem recente consiste no uso de modelos de dano coesivo (MDC), que permitem simular o comportamento à fratura das juntas de forma bastante fiável. Esta técnica requer a definição das leis coesivas em tração e corte. Estas leis coesivas dependem essencialmente de 2 parâmetros: a tensão limite e a tenacidade no modo de solicitação respetivo. O ensaio End-Notched Flexure (ENF) é o mais utilizado para determinar a tenacidade em corte, porque é conhecido por ser o mais expedito e fiável para caraterizar este parâmetro. Neste ensaio, os provetes são sujeitos a flexão em 3 pontos, sendo apoiados nas extremidades e solicitados no ponto médio para promover a flexão entre substratos, o que se reflete numa solicitação de corte no adesivo. A partir deste ensaio, e após de definida a tenacidade em corte (GIIc), existem alguns métodos para estimativa da lei coesiva respetiva. Nesta dissertação são definidas as leis coesivas em corte de três adesivos estruturais através do ensaio ENF e um método inverso de ajuste dos dados experimentais. Para o efeito, foram realizados ensaios experimentais considerado um adesivo frágil, o Araldite® AV138, um adesivo moderadamente dúctil, o Araldite® 2015 e outro dúctil, o SikaForce® 7752. O trabalho experimental consistiu na realização dos ensaios ENF e respetivo tratamento dos dados para obtenção das curvas de resistência (curvas-R) através dos seguintes métodos: Compliance Calibration Method (CCM), Direct Beam Theory (DBT), Corrected Beam Theory (CBT) e Compliance-Based Beam Method (CBBM). Os ensaios foram simulados numericamente pelo código comercial ABAQUS®, recorrendo ao Métodos de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos em solicitação de corte. Após este estudo, foi feita uma análise de sensibilidade ao valor de GIIc e resistência coesiva ao corte (tS 0), para uma melhor compreensão do efeito destes parâmetros na curva P- do ensaio ENF. Com o objetivo de testar adequação dos 4 métodos de obtenção de GIIc usados neste trabalho, estes foram aplicados a curvas P- numéricas de cada um dos 3 adesivos, e os valores de GIIc previstos por estes métodos comparados com os respetivos valores introduzidos nos modelos numéricos. Como resultado do trabalho realizado, conseguiu-se obter uma lei coesiva única em corte para cada um dos 3 adesivos testados, que é capaz de reproduzir com precisão os resultados experimentais.

Estudo e otimização de juntas do tipo Tpeel soldadas, adesivas e híbridas

A necessidade de utilizar métodos de ligação que melhor satisfaçam as necessidades de projeto tem causado a crescente utilização das juntas adesivas, em detrimento dos métodos tradicionais tais como a soldadura, ligações aparafusadas e rebitadas. A sua utilização em diversas aplicações industriais justifica-se pela redução de peso, redução de concentrações de tensões, isolamento acústico e melhor resistência à corrosão. Contudo, também apresentam desvantagens, como a necessidade de preparação das juntas, a fraca resistência a esforços de arrancamento e a complexidade da previsão da sua resistência. As juntas híbridas são obtidas por combinação de uma técnica tradicional com uma ligação adesiva. As juntas híbridas adesivas-soldadas obtêm-se através da combinação da ligação adesiva com a ligação soldada, sendo a soldadura de resistência por pontos a técnica de soldadura mais usada no fabrico deste tipo de juntas. A sinergia entre ligação adesiva e soldadura por pontos oferece vantagens competitivas em relação às ligações adesivas, tais como superior resistência e rigidez, e maior resistência ao arrancamento e à fadiga. No presente trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico de juntas T-peel soldadas, adesivas e híbridas (adesivas-soldadas) solicitadas ao arrancamento. Considerouse o adesivo frágil Araldite® AV138 e os adesivos dúcteis Araldite® 2015 e Sikaforce® 7752 e aderentes de aço (C45E). Foi realizada uma análise dos valores experimentais e efetuada uma comparação destes valores com os resultados obtidos pelo Método de Elementos Finitos (MEF) no software ABAQUS®, que incluiu uma análise de tensões na camada de adesivo e previsão do comportamento das juntas por MDC. Observou-se que, dos três adesivos em estudo, o adesivo Sikaforce® 7752 é o que apresenta o melhor desempenho na ligação de juntas T-peel. A boa concordância entre os resultados experimentais e numéricos permitiu validar a utilização de MDC para previsão da resistência de juntas T-peel adesivas e híbridas. Assim, o presente trabalho representa uma base para posterior aplicação no projeto deste tipo de ligação, com as vantagens decorrentes na redução do tempo de projeto e maior facilidade de otimização.

Dimensionamento de Madres Enformadas a Frio Travadas por Painéis do Tipo Sandwich

O presente relatório de estágio foi elaborado no âmbito da Unidade Curricular de DIPRE, Dissertação/Projeto/Estágio, do 2.º ano de Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto, do ramo de estruturas, tendo como principal foco, a análise e dimensionamento de madres de aço enformado a frio e sua utilização com painéis do tipo sandwich em coberturas. Seções enformadas a frio são cada vez mais utilizadas em construções modernas, especificamente como estrutura secundária em coberturas, onde geralmente são fixas a painéis através de ligações aparafusadas. A presença de painéis e fixações através de parafusos permitem a estabilização lateral e torsional de madres aumentando desta forma a capacidade resistente, mas por serem elementos estruturais de espessura reduzida, os enformados a frio são suscetíveis a fenómenos de instabilidade associados. Desta forma, a norma EN 1993-1-3 [4] permite a análise e dimensionamento deste tipo de elementos através das disposições regulamentares preconizadas nas partes 1-1 [3] e 1-5 [5] da mesma norma. Num primeiro estudo, o presente trabalho tem como objetivo o dimensionamento e verificação de segurança de elementos enformados a frio com base na seção efetiva determinada com o auxílio das normas EN 1993-1-1 (regras gerais) e EN 1993-1-5 (regras para elementos estruturais constituídos por placas). Numa segunda fase, este trabalho pretende apresentar um estudo do comportamento de interação entre os sistemas madres-painéis. Para tal, são quantificadas as rigidezes das conexões dos sistemas e dos painéis para se realizarem a análise relativamente à restrição lateral e restrição torsional de madres. Neste contexto, concluiu-se que os painéis, quando fixos de forma adequada às madres, contribuem para a estabilidade.

Fluência de materiais

A presente dissertação apresenta uma abordagem ao tema Fluência, com um desenvolvimento geral para quatro materiais: madeira, alumínio, betão e aço. No entanto, particularizou-se este estudo apenas para dois destes materiais, a madeira e o alumínio. A madeira é um material viscoelástico, logo fortemente influenciado quando submetido a uma ação constante (Fluência) sendo agravada com alterações do teor em água. Iniciou-se o estudo, com uma introdução aos objetivos principais e a revisão teórica do conhecimento da propriedade mecânica (Fluência). Efetuou-se o estudo inicial para os quatro materiais indicados. Posteriormente, fez-se avaliação do efeito mecânico sortivo durante 60 dias com sete ciclos, em provetes de dimensões 20 x 20 x 400 mm3 (escala 1:10) de madeira de Eucalyptus globulus Labill. Recorrendo ao levantamento de um conjunto de modelos numéricos, procedeu-se ao ajuste e extrapolação do comportamento, em Fluência, para distintos períodos de tempo (1, 10 e 50 anos). Os resultados obtidos demonstraram que a madeira de Eucalipto não apresenta um limite no seu comportamento em Fluência, logo instável para os 60 dias de duração de ensaio. Os diferentes modelos de Fluência (x6) apresentaram uma variabilidade crescente de resultados, de acordo com o aumento de extrapolação dos resultados. Para a espécie de madeira de Eucalipto constatou-se ainda, que o ajuste e extrapolação de deformação para 50 anos ultrapassaram os valores sugeridos pelo Eurocódigo 5. A última parte deste trabalho, incidiu sobre o desenvolvimento da metodologia do ensaio em flexão de 3 provetes de alumínio similares, cujas dimensões eram de 20 x 20 x 400mm3. O objetivo desta metodologia foi avaliar o seu comportamento em Fluência. Numa primeira fase, foi aplicada uma carga contante de 160 kN. E numa segunda fase, foi aplicada o dobro dessa carga sujeita adicionalmente a uma temperatura bastante superior à temperatura ambiente (a rondar os 50 oC). Conclusivamente verificou-se que o alumínio não apresenta deformação por Fluência, para as condições de ensaio apresentadas.

Caracterização de perfis pultrudidos Híbridos

A pultrusão é uma técnica já sobejamente conhecida de produção de perfis de secção constante, tais como barras, cantoneiras, perfis estruturais ou tubos, em materiais compósitos de matriz polimérica. A necessidade de, em determinadas aplicações, utilizar perfis que proporcionem melhor isolamento térmico, melhor isolamento acústico ou possuam um momento de inércia ligeiramente superior, sem que o peso próprio seja significativamente afectado, levou à produção de perfis pultrudidos híbridos, com núcleos baseados em pré-formas ou na alimentação contínua de resíduos. Realizados os protótipos seguindo as metodologias acima descritas, urge verificar se as propriedades dos perfis híbridos correspondem às expectativas inicialmente neles depositadas, através de testes destrutivos e não-destrutivos. Assim, foram realizados testes à tracção, à compressão e à flexão, no intuito de verificar os ganhos conseguidos e poder analisar o valor-acrescentado trazido por estes novos perfis em termos estruturais. Estes valores, depois de devidamente validados, permitirão a sua inserção em bases de dados agregadas a programas de cálculo estrutural, que efectuam de forma automática o dimensionamento de estruturas baseadas em perfis desta natureza. Complementarmente, foram realizados testes de isolamento térmico e acústico, com vista a quantificar a melhoria conseguida nestas propriedades, extremamente importantes em determinados tipos de aplicações ligadas à construção civil e obras públicas.

Análise comparativa das ações do tráfego rodoviário definidas em diversos regulamentos internacionais de pontes

O presente trabalho pretende avaliar as diferenças de efeitos que os modelos de sobrecarga rodoviária de dez regulamentos (RSA, EC1-2, NBR, AASHTO, SATCC, CSA, IRC:6, SNiP, Manual de Hong Kong, NCP) provocam em pontes rodoviárias de pequeno a médio vão. Numa primeira parte são cobertas questões relacionadas com os efeitos dinâmicos em pontes referenciando-se diversos estudos. Em seguida são apresentados os principais fatores que influenciam os efeitos das sobrecargas rodoviárias. Os modelos de sobrecarga rodoviária, definidos nos diversos regulamentos, são descritos pormenorizadamente com o objetivo de clarificar e facilitar a sua aplicação. No que se refere à componente numérica do trabalho, a quantificação dos efeitos que cada modelo origina foi realizada através da modelação em elementos finitos de tabuleiros de comprimento variável entre 10 e 40 metros. Longitudinalmente analisaram-se os valores máximos do momento fletor e do esforço transverso, e numa análise transversal estudaram-se os valores máximos de momentos fletores positivos e negativos originados em cada tabuleiro. No capítulo 7 é realizada uma análise comparativa dos efeitos causados pelos modelos de sobrecarga rodoviária definidos em cada regulamento tomando como referência os valores obtidos pelo RSA.

Friction surfacing of aluminium alloys

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Flexural strengthening by means of a arc overlay in the tension zone

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

Empirical models for quantification of machining damage in composite materials

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica

Efetividade da intervenção conservadora e de um programa de exercício físico no solo na osteoartrose do joelho

RESUMO: Objectivo: O estudo do efeito da fisioterapia e do exercício em diversos indicadores relacionados com a osteoartrose do joelho tem evidenciado efeitos benéficos em utentes com esta condição. Nesta sequência, pretendeu-se avaliar a efetividade da intervenção conservadora em conjunto com um programa de exercícios ao nível da dor, rigidez, amplitude articular, função física e qualidade de vida em utentes com osteoatrose do joelho a curto prazo, quando comparado com a intervenção recomendada. A prática clínica atual em Portugal, sob prescrição, desenvolve-se de acordo com o padrão que se pretende investigar. Metodologia: Trata-se de um estudo quasi-experimental controlado e sem aleatorização. Os utentes da Clínica FPM (n=20; 35,0% homens, 65,0% mulheres) sujeitos à intervenção conservadora (calor húmido, ultra-som e massagem) em conjunto com um programa de exercício no solo, durante um período de 4 semanas com frequência diária, integram o grupo experimental e os utentes inscritos no programa de exercício a solo do “Viver Activo” no Leirisport (n=21; 23,8% homens, 76,2% mulheres), num período de 8 semanas com frequência bi-semanal são considerados como grupo de controlo. Os instrumentos de medida aplicados foram o Knee Outcome Osteoarthritis Score (KOOS) para os outcomes dor, rigidez, função física e qualidade de vida e a goniometria para a amplitude articular. Resultados: Em ambos os grupos foram observados aumentos significativos em todos os outcomes avaliados pelo KOOS (dor, rigidez, função física e qualidade de vida) e pela goniometria (amplitude articular) num período de 4 e 8 semanas. Quando comparada a evolução do grupo experimental com a do grupo controlo, verifica-se que as diferenças significativas ocorrem na flexão (p <0,05) (maior evolução para o grupo experimental), e na dor (p <0,05) (maior evolução para o grupo controlo). Nos outcomes rigidez, função física e qualidade de vida foi ainda possível identificar resultados positivos que sugerem possíveis benefícios da intervenção em grupo para os sujeitos a ela submetidos. Discussão e Conclusão: Estes resultados sugerem que a intervenção clínica individualizada é mais efectiva do que a intervenção em grupo no aumento da amplitude articular do joelho em utentes com osteoartrose a curto prazo. No entanto, para os outcomes dor, rigidez, função física e qualidade de vida, a intervenção em grupo parece ser clinicamente e estatisticamente melhor. A relevância deste estudo afirma-se ao demonstrar que utentes com osteoartrose do joelho que integrem um programa de exercício em grupo beneficiam de melhorias importantes. Ao adicionar sessões de fisioterapia para realização de intervenção conservadora individualizada e exercícios supervisionados agrega um maior alívio sintomático.-------- ABSTRACT: Study of physical therapy and exercise into several indicators associated to knee osteoarthritis has shown positive effects in subjects within this condition. According to the study it has been evaluated the effectiveness of a conservative intervention along with a exercise program directed to pain, stiffness, range of motion, physical function and quality of life of patients with knee osteoarthritis in a short term when compared with the recommended intervention. Under prescription the current clinical practice in Portugal is developed according to the pattern to investigate. Methodology: This is a quasi-experimental controlled study without randomization. The subjects of FPM Clinic (n= 20, 35.0% men, 65.0% women) were submitted to the conservative intervention (hot pack, ultrasound and massage) with a land exercise program during a 4 week-period (all-weekly) were assigned in the experimental group. Patients signed in the land exercise program of "Active Living" in Leirisport (n = 21, 23.8% men, 76.2% women) a 8 week-period (bi-weekly) were assigned as control group. Outcomes were measured by the Knee Outcome Osteoarthritis Score (KOOS) for pain, stiffness, physical function and quality of life. Goniometry was used for range of motion. Results: Both treatment groups obtained successful outcomes measured by significant reductions in KOOS scores and improvement in goniometry in a 4 and 8-week period. When compared the evolution of the experimental group with the control group it appears that significant differences occur in the range of motion (p <0.05) (further progress in the experimental group), and pain (p <0.05) (further evolution for the control group). In outcomes stiffness, physical function and quality of life was possible to identify positive results that suggest potential benefits of intervention for the submitted subjects. Discussion and Conclusion: These results suggest that individualized clinical intervention is more effective than group intervention in range of motion improving in patients with knee osteoarthritis in a 4-week period. However outcomes for pain, stiffness, physical function and quality of life appear to be clinically and statistically better for the group intervention. The significance of this study is essencial because it demonstrates that patients with knee osteoarthritis who incorporate an exercise program in group reveal improvements. When adding physical therapy sessions with individual conservative intervention and supervised exercises the result is an improvement of symptomatic relief.

Efectividade de um programa de exercício aquático na osteoartrose do joelho

RESUMO: A osteoartrose do joelho é uma condição clínica cuja prevalência tem aumentado nos últimos anos na população idosa. Trata-se de uma condição que pode ser bastante incapacitante para o idoso, gerando um forte impacto social e económico. O exercício aquático tem sido identificado como um factor de promoção da melhoria do quadro clínico nesta população, mas a sua efectividade não está, ainda, determinada. Objectivo: investigar a efectividade, a curto e médio prazo, de um programa de exercício aquático, realizado em grupo, com a duração de 8 semanas, na amplitude articular, dor e rigidez do joelho, e na função física e qualidade de vida, em idosos com osteoartrose do joelho. Metodologia: Recorreu-se a um estudo quase-experimental, double-blind, controlado, sem aleatorização, cuja amostra, constituída por 43 sujeitos, foi selecionada por conveniência. Os sujeitos do grupo experimental (n=22) foram submetidos ao programa de exercício aquático e os do grupo de controlo (n=21) foram submetidos ao programa de exercício no solo. Ambos os programas foram definidos de acordo com as recomendações internacionais para a prática de exercício físico em idosos com osteoartrose (Arthritis Foundation, 2009a, 2009b). Todo o grupo foi avaliado no início do programa, no final do mesmo (8 semanas) e após 6 semanas de follow-up, nos seguintes indicadores: amplitude articular do joelho (através do goniómetro), dor, rigidez, função e qualidade de vida (através do KOOS). Resultados: A amostra deste estudo foi constituída por sujeitos maioritariamente do género feminino (76,7%), com uma média de 72,7 anos (DP=5,49). O programa de exercício aquático implementado demonstrou um aumento da amplitude articular passiva de flexão (p<0,0001) e extensão (p=0,016) do joelho, uma diminuição da dor e da rigidez articular (p<0,0001), um aumento da função nas AVD’s (p<0,0001) e no desporto/lazer (p=0,031), e ainda, um aumento da qualidade de vida (p<0,0001). Contudo, apenas os níveis de amplitude articular passiva de extensão do joelho (p=0,083) e de função no desporto/lazer (p=0,244) se mantiveram ao longo das seis semanas de follow-up. Conclusões: Apesar de algumas limitações, considera-se que este estudo é de grande importância para a comunidade científica e para os fisioterapeutas preocupados com a crescente prevalência da osteoartrose e dos custos associados. O exercício aquático parece ser uma estratégia importante na melhoria do estado de saúde dos idosos com osteoartrose do joelho.----------------- ABSTRACT: The osteoarthritis of the knee is a clinical condition that has been increasing among the elderly population over the past few years. It’s a condition that can be fairly disabling to the elderly individual, and which generates a strong social and economic impact. Aquatic exercise has been named as a promotional factor in the improvement of the clinical picture in this population, but its effectiveness is yet to be determined. Objective: To investigate the effectiveness, in a short and medium term, of an aquatic exercise program undertaken by a group over eight weeks, in the joint amplitude, pain and stiffness of the knee, and in the physical function and quality of life in elderly people who suffer from knee osteoarthritis. Methodology: was used a double-blind, quasi-experimental study with no randomization and its 43 subjects were selected as a matter of convenience. The subjects of the experimental group (n=22) were subjected to an aquatic exercise program and those of the control group (n=21) were subjected to a land-based exercise program. Both programs have followed international recommendations on the practice of physical exercise in elderly people who suffer from osteoarthritis (Arthritis Foundation, 2009a, 2009b). The entire group was evaluated in the beginning and at the end of the program (8 weeks later), and after a 6 week follow-up, in these parameters: knee range of motion (through a goniometer), pain, stiffness, function and quality of life (through KOOS). Results: This sample was predominantly female (76,7%) with a mean age of 72,7 years (SD=5,49). Aquatic exercise resulted in increase of passive joint flexion (p<0,0001) and knee extension (p=0,016), in the decline of pain and stiffness (p<0,0001), in the increase of function in the ADLs (p<0,0001). However, only the knee extension amplitude (p=0,083) and the function in sports/leisure (p=0,244) were kept through the six-week follow-up. Conclusions: Despite some limitations, this study is of great importance to the community and to the physiotherapists concerned with the growing prevalence of osteoarthritis and the associated costs. Aquatic exercise appears to be an important strategy in the improvement of the health condition of patients who suffer from knee osteoarthritis.

Acute Upper Limb Ischemia, a Rare Presentation of Giant Cell Arteritis

Giant cell arteritis (GCA) is a systemic large vessel vasculitis, with extracranial arterial involvement described in 10-15% of cases, usually affecting the aorta and its branches. Patients with GCA are more likely to develop aortic aneurysms, but these are rarely present at the time of the diagnosis. We report the case of an 80-year-old Caucasian woman, who reported proximal muscle pain in the arms with morning stiffness of the shoulders for eight months. In the previous two months, she had developed worsening bilateral arm claudication, severe pain, cold extremities and digital necrosis. She had no palpable radial pulses and no measurable blood pressure. The patient had normochromic anemia, erythrocyte sedimentation rate of 120 mm/h, and a negative infectious and autoimmune workup. Computed tomography angiography revealed concentric wall thickening of the aorta extending to the aortic arch branches, particularly the subclavian and axillary arteries, which were severely stenotic, with areas of bilateral occlusion and an aneurysm of the ascending aorta (47 mm). Despite corticosteroid therapy there was progression to acute critical ischemia. She accordingly underwent surgical revascularization using a bilateral carotid-humeral bypass. After surgery, corticosteroid therapy was maintained and at six-month follow-up she was clinically stable with reduced inflammatory markers. GCA, usually a chronic benign vasculitis, presented exceptionally in this case as acute critical upper limb ischemia, resulting from a massive inflammatory process of the subclavian and axillary arteries, treated with salvage surgical revascularization.

Long-term behaviour of railway transitions under dynamic loading application to soft soil sites

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Civil

Old cellulose for new multifunctional networks

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais