Determinação da tenacidade à fratura de adesivos estruturais em modo misto pelo ensaio Single-Leg Bending

A utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem vindo a aumentar, em detrimento dos métodos tradicionais tais como a soldadura, brasagem e ligações aparafusadas e rebitadas. Este facto deve-se às vantagens que estas oferecem, como o facto de serem mais leves, comportarem-se bem sob cargas cíclicas ou de fadiga, a ligação de materiais diferentes e menores concentrações de tensões. Para aumentar a confiança no projeto de estruturas adesivas, é importante conseguir prever com precisão a sua resistência mecânica e respetivas propriedades de fratura (taxa crítica de libertação de energia de deformação à tração, GIC, e corte, GIIC). Estas propriedades estão diretamente relacionadas com a Mecânica da Fratura e são estimadas através de uma análise energética. Para este efeito, distinguem-se três tipos de modelos: modelos que necessitam da medição do comprimento de fenda durante a propagação do dano, modelos que utilizam um comprimento de fenda equivalente e métodos baseados no integral J. Como na maioria dos casos as solicitações ocorrem em modo misto (combinação de tração com corte), é de grande importância a perceção da fratura nesta condições, nomeadamente das taxas de libertação de energia relativamente a diferentes critérios ou envelopes de fratura. Esta comparação permite, por exemplo, averiguar qual o melhor critério energético de rotura a utilizar em modelos numéricos baseados em Modelos de Dano Coesivo. Neste trabalho é realizado um estudo experimental utilizando o ensaio Single-Leg Bending (SLB) em provetes colados com três tipos de adesivos, de forma a estudar e comparar as suas propriedades de fratura. Para tal, são aplicados alguns modelos de redução da taxa de libertação de energia de deformação à tração, GI, e corte, GII, enquadrados nos modelos que necessitam da medição do comprimento de fenda e nos modelos que utilizam um comprimento de fenda equivalente. Numa fase posterior, procedeu-se à análise e comparação dos resultados adquiridos durante a fase experimental de GI e GII de cada adesivo. A discussão de resultados foi também feita através da análise dos valores obtidos em diversos envelopes de fratura, no sentido de averiguar qual o critério de rotura mais adequado a considerar para cada adesivo. Foi obtida uma concordância bastante boa entre métodos de determinação de GI e GII, com exceção do adesivo mais dúctil, para o qual o método baseado no comprimento de fenda equivalente apresentou resultados ligeiramente superiores.

Adhesive selection for single lap bonded joints: Experimentation and advanced techniques for strength prediction

The integrity of multi-component structures is usually determined by their unions. Adhesive-bonding is often used over traditional methods because of the reduction of stress concentrations, reduced weight penalty, and easy manufacturing. Commercial adhesives range from strong and brittle (e.g., Araldite® AV138) to less strong and ductile (e.g., Araldite® 2015). A new family of polyurethane adhesives combines high strength and ductility (e.g., Sikaforce® 7888). In this work, the performance of the three above-mentioned adhesives was tested in single lap joints with varying values of overlap length (LO). The experimental work carried out is accompanied by a detailed numerical analysis by finite elements, either based on cohesive zone models (CZM) or the extended finite element method (XFEM). This procedure enabled detailing the performance of these predictive techniques applied to bonded joints. Moreover, it was possible to evaluate which family of adhesives is more suited for each joint geometry. CZM revealed to be highly accurate, except for largely ductile adhesives, although this could be circumvented with a different cohesive law. XFEM is not the most suited technique for mixed-mode damage growth, but a rough prediction was achieved.

Adhesive thickness effects of a ductile adhesive by optical measurement techniques

Adhesive bonding is an excellent alternative to traditional joining techniques such as welding, mechanical fastening or riveting. However, there are many factors that have to be accounted for during joint design to accurately predict the joint strength. One of these is the adhesive layer thickness (tA). Most of the results are for epoxy structural adhesives, tailored to perform best with small values of tA, and these show that the lap joint strength decreases with increase of tA (the optimum joint strength is usually obtained with tA values between 0.1 and 0.2 mm). Recently, polyurethane adhesives were made available in the market, designed to perform with larger tA values, and whose fracture behaviour is still not studied. In this work, the effect of tA on the tensile fracture toughness (View the MathML source) of a bonded joint is studied, considering a novel high strength and ductile polyurethane adhesive for the automotive industry. This work consists on the fracture characterization of the bond by a conventional and the J-integral techniques, which accurately account for root rotation effects. An optical measurement method is used for the evaluation of crack tip opening (δn) and adherends rotation at the crack tip (θo) during the test, supported by a Matlab® sub-routine for the automated extraction of these parameters. As output of this work, fracture data is provided in traction for the selected adhesive, enabling the subsequent strength prediction of bonded joints.

Tensile fracture characterization of adhesive joints by standard and optical techniques

The use of adhesive joints has increased in recent decades due to its competitive features compared with traditional methods. This work aims to estimate the tensile critical strain energy release rate (GIC) of adhesive joints by the Double-Cantilever Beam (DCB) test. The J-integral is used since it enables obtaining the tensile Cohesive Zone Model (CZM) law. An optical measuring method was developed for assessing the crack tip opening (δn) and adherends rotation (θo). The proposed CZM laws were best approximated by a triangular shape for the brittle adhesive and a trapezoidal shape for the two ductile adhesives.

Biosynthesis-Assisted Structural Elucidation of the Bartolosides, Chlorinated Aromatic Glycolipids from Cyanobacteria

The isolation of the bartolosides, unprecedented cyanobacterial glycolipids featuring aliphatic chains with chlorine substituents and C-glycosyl moieties, is reported. Their chlorinated dialkylresorcinol (DAR) core presented a major structural-elucidation challenge. To overcome this, we discovered the bartoloside (brt) biosynthetic gene cluster and linked it to the natural products through in vitro characterization of the DAR-forming ketosynthase and aromatase. Bioinformatic analysis also revealed a novel potential halogenase. Knowledge of the bartoloside biosynthesis constrained the DAR core structure by defining key pathway intermediates, ultimately allowing us to determine the full structures of the bartolosides. This work illustrates the power of genomics to enable the use of biosynthetic information for structure elucidation.

Effective swimmer’s action during the grab start technique

The external forces applied in swimming starts have been often studied, but using direct analysis and simple interpretation data processes. This study aimed to develop a tool for vertical and horizontal force assessment based on the swimmers' propulsive and structural forces (passive forces due to dead weight) applied during the block phase. Four methodological pathways were followed: the experimented fall of a rigid body, the swimmers' inertia effect, the development of a mathematical model to describe the outcome of the rigid body fall and its generalization to include the effects of the inertia, and the experimental swimmers' starting protocol analysed with the inclusion of the developed mathematical tool. The first three methodological steps resulted in the description and computation of the passive force components. At the fourth step, six well-trained swimmers performed three 15 m maximal grab start trials and three-dimensional (3D) kinetic data were obtained using a six degrees of freedom force plate. The passive force contribution to the start performance obtained from the model was subtracted from the experimental force due to the swimmers resulting in the swimmers' active forces. As expected, the swimmers' vertical and horizontal active forces accounted for the maximum variability contribution of the experimental forces. It was found that the active force profile for the vertical and horizontal components resembled one another. These findings should be considered in clarifying the active swimmers' force variability and the respective geometrical profile as indicators to redefine steering strategies.

Structural change: a brief review

This is a short summary of some aspects of structural change models, and is not intended to be comprehensive survey or review. Many important works have been left out. Also, the presentation was not intended to be rigorous nor general. It’s main purpose is only to focus on some recent developments in this area and motivate the reader to learn more.

A importância do capital humano nas organizações

Os ativos intangíveis são cada vez mais uma preocupação das organizações, e atualmente são reconhecidos como os principais ativos das empresas. O Capital Humano como dimensão do Capital Intelectual é um fator preponderante no desenvolvimento e crescimento das organizações, uma vez que proporciona criação de valor e vantagem competitiva para as empresas. A criação, a partilha e a transferência de Conhecimento são, também, fatores influentes que geram Capital Humano. Na atualidade, este tema tem despertado o interesse tanto de economistas, gestores e contabilistas, como de meros investidores. O Capital Intelectual é tradicionalmente concetualizado como sendo composto por três grandes dimensões: Capital Humano, Capital Relacional e Capital Estrutural. Por sua vez, daquilo que é o nosso conhecimento, consideramos que existe uma lacuna na literatura sobre Capital Humano no que diz respeito à sua taxonomia. Efetivamente grande parte das investigações sobre Capital Humano, como dimensão do Capital Intelectual, focam-se essencialmente nos itens necessários para a sua mensuração do CH. Desta forma, o objetivo principal deste estudo consiste em explorar a dimensão do CH ao nível das suas componentes. Ou seja, procuramos encontrar as componentes do Capital Humano e propomo-nos a determinar quais as que têm maior importância no CH para o desenvolvimento e crescimento das organizações. Para esta realização efetuámos um estudo de carácter exploratório, num contexto específico do mercado português – o Setor Segurador. Os resultados obtidos tanto a nível qualitativo como quantitativo vão de encontro às questões de investigação previamente definidas. Portanto, as componentes mais importantes do CH são: a formação e o bem-estar, o conhecimento e o profissionalismo e as características pessoais e técnicas dos colaboradores que constituem os Recursos Humanos da organização. Estas são aquelas que mais valorizam e proporcionam crescimento nas organizações. Este estudo poderia ser tão mais completo, se pudéssemos apresentar uma comparação entre duas empresas seguradoras e, consequentemente analisar o comportamento das duas face ao Capital Humano. Outro aspeto interessante seria efetuar uma análise sobre qual o impacto do Capital Humano na performance financeira das organizações seguradoras. Estas são limitações que podem ser vistas como sugestões para estudos de investigação futuros nesta mesma área. Este estudo contribui para o enriquecimento das investigações na área do Capital Humano, uma vez que conhecendo melhor as componentes que constituem o CH mais facilmente as organizações definem as suas estratégicas de crescimento e desenvolvimento. Desta forma, este estudo pode apoiar alguns gestores na definição de políticas de valorização deste ativo intangível em organizações do mercado segurador.

In situ measured cross section geometry of old timber structures and its influence on structural safety

Old timber structures may show significant variation in the cross section geometry along the same element, as a result of both construction methods and deterioration. As consequence, the definition of the geometric parameters in situ may be both time consuming and costly. This work presents the results of inspections carried out in different timber structures. Based on the obtained results, different simplified geometric models are proposed in order to efficiently model the geometry variations found. Probabilistic modelling techniques are also used to define safety parameters of existing timber structures, when subjected to dead and live loads, namely self-weight and wind actions. The parameters of the models have been defined as probabilistic variables, and safety of a selected case study was assessed using the Monte Carlo simulation technique. Assuming a target reliability index, a model was defined for both the residual cross section and the time dependent deterioration evolution. As a consequence, it was possible to compute probabilities of failure and reliability indices, as well as, time evolution deterioration curves for this structure. The results obtained provide a proposal for definition of the cross section geometric parameters of existing timber structures with different levels of decay, using a simplified probabilistic geometry model and considering a remaining capacity factor for the decayed areas. This model can be used for assessing the safety of the structure at present and for predicting future performance.

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.

Caraterização das propriedades mecânicas de um adesivo estrutural de alta ductilidade

A tecnologia de ligação por adesivos estruturais tem vindo a ser utilizada ao longo de várias décadas, permitindo solucionar diversos problemas associados a técnicas chamadas "tradicionais" de ligação, como a soldadura, a rebitagem ou a ligação aparafusada. Esta é uma alternativa viável para substituir as ligações mecânicas, devido a diversos fatores como o menor peso estrutural, menor custo de fabricação e capacidade de união de diferentes materiais. O crescente recurso a materiais compósitos em diversas indústrias, nomeadamente a aeronáutica e naval, levaram ao consequente aumento da aplicação de ligações adesivas, por serem indicadas como forma de união destes materiais, onde é de enaltecer a sua elevada resistência à fadiga. Uma junta adesiva está maioritariamente sujeita a esforços de corte e arrancamento e portanto o conhecimento dos módulos de elasticidade à tração (E) ou corte (G) do adesivo, e ainda as resistências máximas à tração e ao corte, não é suficiente quando se pretende prever o comportamento da mesma. Na verdade, torna-se necessário abranger na análise a plastificação progressiva verificada nas juntas adesivas antes da rotura, sendo necessário o conhecimento de parâmetros tais como a taxa crítica de libertação de energia de deformação à tração (GIc) e corte (GIIc). Este trabalho pretende estudar um adesivo estrutural recentemente lançado no mercado, carecendo portanto da sua caracterização, para facilitar a previsão da resistência de estruturas adesivas ligadas com o mesmo. São 4 os ensaios a realizar: ensaios à tração de provetes em bruto, ensaios ao corte com a geometria Thick Adherend Shear Test (TAST), ensaios Double-Cantilever Beam (DCB) e ensaios End-Notched Flexure (ENF). Com a realização dos ensaios referidos, serão determinadas as propriedades mecânicas e de fratura à tração e ao corte, e serão fornecidos os parâmetros para a previsão da resistência de juntas adesivas com este adesivo por uma variedade de métodos, desde métodos analíticos mais expeditos até aos métodos numéricos mais avançados existentes atualmente. Os resultados foram de encontro aos disponibilizados pelo fabricante, sempre que estes se encontravam disponíveis, obtendo-se discrepâncias bastante reduzidas nos diversos parâmetros determinados.

Active bionanoconjugates of laccase and gold nanoparticles: kinetic and structural studies

Thesis for the master degree in Structural and Functional Biochemistry

In vitro PHYTOTHERAPY OF VECTOR SNAILS BY BINARY COMBINATIONS OF LARVICIDAL ACTIVE COMPONENTS IN EFFECTIVE CONTROL OF FASCIOLIASIS

SUMMARY A food-borne trematode infection fascioliasis is one among common public health problems worldwide. It caused a great economic loss for the human race. Control of snail population below a certain threshold level is one of the important methods in the campaign to reduce the incidence of fascioliasis. The life cycle of the parasite can be interrupted by killing the snail or Fasciola larva redia and cercaria inside of the snail Lymnaea acuminata. In vitro toxicity of different binary combinations (1:1 ratio) of plant-derived larvicidal active components such as citral, ferulic acid, umbelliferone, azadirachtin and allicin against Fasciola redia and cercaria were tested. The mortality of larvae was observed at 2h, 4h, 6h and 8h of treatment. In in vitro condition azadirachtin + allicin (1:1 ratio) was highly toxic against redia and cercaria (8h LC50 0.006 and 0.005 mg/L). Toxicity of citral + ferulic acid was lowest against redia and cercaria larvae.

Host-induced changes in the cell surface N-linked glycoproteins, from Aspergillus fumigatus. Search for specific targets with potential for clinical therapy and/or diagnosis.

This dissertation is presented to obtain a Master degree in Structural and Functional Biochemistry