Application of a SPH depth-integrated model to landslide run-out analysis

Hazard and risk assessment of landslides with potentially long run-out is becoming more and more important. Numerical tools exploiting different constitutive models, initial data and numerical solution techniques are important for making the expert’s assessment more objective, even though they cannot substitute for the expert’s understanding of the site-specific conditions and the involved processes. This paper presents a depth-integrated model accounting for pore water pressure dissipation and applications both to real events and problems for which analytical solutions exist. The main ingredients are: (i) The mathematical model, which includes pore pressure dissipation as an additional equation. This makes possible to model flowslide problems with a high mobility at the beginning, the landslide mass coming to rest once pore water pressures dissipate. (ii) The rheological models describing basal friction: Bingham, frictional, Voellmy and cohesive-frictional viscous models. (iii) We have implemented simple erosion laws, providing a comparison between the approaches of Egashira, Hungr and Blanc. (iv) We propose a Lagrangian SPH model to discretize the equations, including pore water pressure information associated to the moving SPH nodes

Recubrimientos autolubricantes cuasicristalinos tipo composite depositados mediante proyección térmica para aplicaciones espaciales y de alta temperatura

Los recubrimientos lubricantes sólidos son requeridos para reducir la fricción y prevenir el desgaste en componentes que operan a altas temperaturas o en vacío (vehículos espaciales, industria química, motores diésel, turbinas aeronáuticas y de generación de energía…). Los lubricantes líquidos pierden sus características cuando las condiciones de presión, temperatura o ambientales son severas (oxidación, inestabilidad térmica, volatilidad,…), por ejemplo los aceites minerales convencionales se descomponen a temperaturas próximas a 200 ºC. Por tanto, la única manera de poder conseguir una adecuada lubricación a temperaturas extremas es por medio de sólidos, que cada vez más, se aplican en forma de recubrimientos. Estos recubrimientos podrían ser empleados en componentes de vehículos espaciales reutilizables, donde se pueden alcanzar, en la reentrada en la atmósfera, temperaturas de 700 ºC (bisagras, rodamientos, articulaciones y zonas de sellado en las superficies de control, y rodamientos de las turbobombas y las cajas de engranajes). Dichos recubrimientos también deberían ser capaces de proporcionar una lubricación efectiva a bajas temperaturas para las operaciones en tierra, para las operaciones de arranque en frío, incluso en el espacio. El conjunto de requisitos que tendrían que satisfacer las capas tribológicas relacionadas con estas condiciones extremas es muy diverso, lo que hace que el concepto de capas tipo composite (aquéllas constituidas por varios componentes) sea, en principio, muy adecuado para estas aplicaciones. Recubrimientos composite proyectados térmicamente constituidos por una matriz dura y conteniendo lubricantes sólidos pueden ser una buena solución desde el punto de vista tribológico. El “Lewis Research Centre” de la NASA ha estado desarrollando recubrimientos autolubricantes tipo composite, constituidos por la combinación de materiales duros como el carburo de cromo, junto con lubricantes sólidos como plata o la eutéctica de fluoruros de calcio y bario, en una matriz de NiCr, para su uso en aplicaciones terrestres a alta temperatura. Estos recubrimientos han sido aplicados mediante proyección térmica, siendo denominados como series PS100, PS200, PS300 y PS400, reduciendo de forma significativa el coeficiente de fricción y mejorando la resistencia al desgaste en un amplio margen de temperaturas. Otra nueva familia de materiales con comportamiento tribológico prometedor son las aleaciones cuasicristalinas (QC). Presentan características muy atractivas: alta dureza, baja fricción, alto límite elástico de compresión... Son muy frágiles como materiales másicos, por lo que se intentan aplicar en forma de recubrimientos. Se pueden depositar mediante proyección térmica. Algunos de estos materiales cuasicristalinos, como AlCoFeCr, poseen coeficientes de dilatación próximos al de los materiales metálicos, alta estabilidad térmica, baja conductividad térmica y una elevada resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente. En esta tesis se han desarrollado recubrimientos tipo composite conteniendo cuasicristales como componente antidesgaste, NiCr como componente tenaz, y Ag y la eutéctica de BaF2-CaF2, como lubricantes sólidos. Estos recubrimientos han sido depositados con diferentes composiciones (denominadas TH100, TH103, TH200, TH400, TH600…) mediante distintos procesos de proyección térmica: plasma en aire (PS), plasma en baja presión (LPPS) y combustión a alta velocidad (HVOF). Los recubrimientos se han generado sobre el sustrato X-750, una superaleación base níquel, endurecible por precipitación, con muy buena resistencia mecánica y a la oxidación hasta temperaturas de 870 ºC y, además, es empleada en aplicaciones aeroespaciales e industriales. Los recubrimientos han sido caracterizados microestructuralmente en INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), mediante SEM-EDS (Scanning Electronic Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy) y XRD (X-Ray Diffraction), y tribológicamente mediante medidas de microdureza y ensayos en tribómetro POD (Pin On Disc) para determinar los coeficientes de fricción y de desgaste. Los recubrimientos han sido ensayados tribológicamente a alta temperatura en INTA y en vacío en AMTTARC (Aerospace and Space Materials Technology Testhouse – Austrian Research Centres), en Seibersdorf (Austria). Se ha estudiado la influencia de la carga normal aplicada, la velocidad lineal y el material del pin. De entre las diferentes series de recubrimientos cuasicristalinos tipo composite desarrolladas, dos de ellas, TH100 y TH103 han presentado una excelente calidad microestructural (baja porosidad, distribución uniforme de fases…) y se han mostrado como excelentes recubrimientos antidesgaste. Sin embargo, estas capas presentan un pobre comportamiento como autolubricantes a temperatura ambiente, aunque mejoran mucho a alta temperatura o en vacío. Los resultados del trabajo presentado en esta tesis han proporcionado nuevo conocimiento respecto al comportamiento tribológico de recubrimientos autolubricantes cuasicristalinos tipo composite depositados por proyección térmica. Sin embargo, dichos resultados, aunque son muy prometedores, no han puesto de manifiesto el adecuado comportamiento autolubricante que se pretendía y, además, como ocurre en cualquier trabajo de investigación, durante el desarrollo del mismo siempre aparecen nuevas dudas por resolver. Se proponen nuevas líneas de trabajo futuro que complementen los resultados obtenidos y que puedan encaminar hacia la obtención de un recubrimiento que mejore su comportamiento autolubricante. ABSTRACT Solid lubricant coatings are required to reduce friction and prevent wear in components that operate at high temperatures or under vacuum (space vehicles, chemical industry, diesel engines, power generation turbines and aeronautical turbines, for instance). In these cases neither greases nor liquid lubricants can be employed and the only practicable approach to lubrication in such conditions is by means of solids. These are increasingly applied in the form of coatings which should exhibit low shear strength, whilst maintaining their chemical stability at extremes temperatures and in the space environment. In the space field, these coatings would be employed in re-usable space plane applications, such as elevon hinges, where temperatures of 700 ºC are reached during re-entry into the Earth’s atmosphere. These coatings should also be capable of providing effective lubrication at lower temperatures since “cold start” operation may be necessary, even in the space environment. The diverse and sometimes conflictive requirements in high temperature and space-related tribological coatings make the concept of composite coatings highly suitable for these applications. Thermal-sprayed composites containing solid lubricants in a hard matrix perform well tribologically. NASA‘s Lewis Research Centre had developed self-lubricating composite coatings for terrestrial use, comprising hard materials like chromium carbide as well as solid lubricant additives such as silver and BaF2-CaF2 eutectic on a Ni-Cr matrix. These coatings series, named PS100, PS200, PS300 and PS400, are applied by thermal spray and significantly reduce friction coefficients, improving wear resistance over a wide temperature range. Quasicrystalline alloys (QC) constitute a new family of materials with promising tribological behaviour. Some QC materials exhibit a combination of adequate antifriction properties: low friction coefficient, high hardness and high yield strength under compression, and can be easily produced as coatings on top of metallic and non-metallic materials. Among these QC alloys, AlCoFeCr has high hardness (700 HV0.1), a thermal expansion coefficient close to that of metals, high thermal stability, low thermal conductivity and good oxidation and hot corrosion resistance. However most QC materials have the disadvantage of being very brittle. In order to take advantage of the excellent tribological properties of QCs, thick composite lubricant coatings were prepared containing them as the hard phase for wear resistance, Ag and BaF2-CaF2 eutectic as lubricating materials and NiCr as the tough component. These coatings were deposited in different composition mixtures (named TH100, TH103, TH200, TH400, TH600…) by different thermal spray processes: air plasma spray (PS), low pressure plasma spray (LPPS) and high velocity oxy-fuel (HVOF), on X-750 substrates. X-750 is an age-hardenable nickel-base superalloy with very good strength and a good resistance to oxidising combustion gas environments at temperatures up to about 870 ºC and it is widely used in aerospace and industrial applications. Coatings have been characterized microstructurally, at INTA (National Institute for Aerospace Technology), by means of SEM-EDS (Scanning Electronic Microscopy- Energy Dispersive Spectroscopy) and XRD (X-Ray Diffraction), and tribologically by microhardness measurements and pin-on-disc testing to determine friction coefficients as well as wear resistance. The coatings were tested tribologically at high temperature at INTA and under vacuum at AMTT-ARC (Aerospace and Space Materials Technology Testhouse – Austrian Research Centres), in Seibersdorf (Austria). Different loads, linear speeds and pin materials were studied. TH100 and TH103 QC alloy matrix composite coatings were deposited by HVOF with excellent microstructural quality (low porosity, uniform phase distribution) and showed to be excellent wear resistant coatings. However these QC alloy matrix composite coatings are poor as a self-lubricant at room temperature but much better at high temperature or in vacuum. The results from the work performed within the scope of this thesis have provided new knowledge concerning the tribological behavior of self-lubricating quasicrystalline composite coatings deposited by thermal spraying. Although these results are very promising, they have not shown an adequate self-lubricating behavior as was intended, and also, as in any research, the results have in addition raised new questions. Future work is suggested to complement the results of this thesis in order to improve the selflubricating behaviour of the coatings.

Coherent structures in statistically-stationary homogeneous shear turbulence

La región cerca de la pared de flujos turbulentos de pared ya está bien conocido debido a su bajo número de Reynolds local y la separación escala estrecha. La región lejos de la pared (capa externa) no es tan interesante tampoco, ya que las estadísticas allí se escalan bien por las unidades exteriores. La región intermedia (capa logarítmica), sin embargo, ha estado recibiendo cada vez más atención debido a su propiedad auto-similares. Además, de acuerdo a Flores et al. (2007) y Flores & Jiménez (2010), la capa logarítmica es más o menos independiente de otras capas, lo que implica que podría ser inspeccionado mediante el aislamiento de otras dos capas, lo que reduciría significativamente los costes computacionales para la simulación de flujos turbulentos de pared. Algunos intentos se trataron después por Mizuno & Jiménez (2013), quien simulan la capa logarítmica sin la región cerca de la pared con estadísticas obtenidas de acuerdo razonablemente bien con los de las simulaciones completas. Lo que más, la capa logarítmica podría ser imitado por otra turbulencia sencillo de cizallamiento de motor. Por ejemplo, Pumir (1996) encontró que la turbulencia de cizallamiento homogéneo estadísticamente estacionario (SS-HST) también irrumpe, de una manera muy similar al proceso de auto-sostenible en flujos turbulentos de pared. Según los consideraciones arriba, esta tesis trata de desvelar en qué medida es la capa logarítmica de canales similares a la turbulencia de cizalla más sencillo, SS-HST, mediante la comparación de ambos cinemática y la dinámica de las estructuras coherentes en los dos flujos. Resultados sobre el canal se muestran mediante Lozano-Durán et al. (2012) y Lozano-Durán & Jiménez (2014b). La hoja de ruta de esta tarea se divide en tres etapas. En primer lugar, SS-HST es investigada por medio de un código nuevo de simulación numérica directa, espectral en las dos direcciones horizontales y compacto-diferencias finitas en la dirección de la cizalla. Sin utiliza remallado para imponer la condición de borde cortante periódica. La influencia de la geometría de la caja computacional se explora. Ya que el HST no tiene ninguna longitud característica externa y tiende a llenar el dominio computacional, las simulaciopnes a largo plazo del HST son ’mínimos’ en el sentido de que contiene sólo unas pocas estructuras media a gran escala. Se ha encontrado que el límite principal es el ancho de la caja de la envergadura, Lz, que establece las escalas de longitud y velocidad de la turbulencia, y que las otras dos dimensiones de la caja debe ser suficientemente grande (Lx > 2LZ, Ly > Lz) para evitar que otras direcciones estando limitado también. También se encontró que las cajas de gran longitud, Lx > 2Ly, par con el paso del tiempo la condición de borde cortante periódica, y desarrollar fuertes ráfagas linealizadas no físicos. Dentro de estos límites, el flujo muestra similitudes y diferencias interesantes con otros flujos de cizalla, y, en particular, con la capa logarítmica de flujos turbulentos de pared. Ellos son exploradas con cierto detalle. Incluyen un proceso autosostenido de rayas a gran escala y con una explosión cuasi-periódica. La escala de tiempo de ruptura es de aproximadamente universales, ~20S~l(S es la velocidad de cizallamiento media), y la disponibilidad de dos sistemas de ruptura diferentes permite el crecimiento de las ráfagas a estar relacionado con algo de confianza a la cizalladura de turbulencia inicialmente isotrópico. Se concluye que la SS-HST, llevado a cabo dentro de los parámetros de cílculo apropiados, es un sistema muy prometedor para estudiar la turbulencia de cizallamiento en general. En segundo lugar, las mismas estructuras coherentes como en los canales estudiados por Lozano-Durán et al. (2012), es decir, grupos de vórticidad (fuerte disipación) y Qs (fuerte tensión de Reynolds tangencial, -uv) tridimensionales, se estudia mediante simulación numérica directa de SS-HST con relaciones de aspecto de cuadro aceptables y número de Reynolds hasta Rex ~ 250 (basado en Taylor-microescala). Se discute la influencia de la intermitencia de umbral independiente del tiempo. Estas estructuras tienen alargamientos similares en la dirección sentido de la corriente a las familias separadas en los canales hasta que son de tamaño comparable a la caja. Sus dimensiones fractales, longitudes interior y exterior como una función del volumen concuerdan bien con sus homólogos de canales. El estudio sobre sus organizaciones espaciales encontró que Qs del mismo tipo están alineados aproximadamente en la dirección del vector de velocidad en el cuadrante al que pertenecen, mientras Qs de diferentes tipos están restringidos por el hecho de que no debe haber ningún choque de velocidad, lo que hace Q2s (eyecciones, u < 0,v > 0) y Q4s (sweeps, u > 0,v < 0) emparejado en la dirección de la envergadura. Esto se verifica mediante la inspección de estructuras de velocidad, otros cuadrantes como la uw y vw en SS-HST y las familias separadas en el canal. La alineación sentido de la corriente de Qs ligada a la pared con el mismo tipo en los canales se debe a la modulación de la pared. El campo de flujo medio condicionado a pares Q2-Q4 encontró que los grupos de vórticidad están en el medio de los dos, pero prefieren los dos cizalla capas alojamiento en la parte superior e inferior de Q2s y Q4s respectivamente, lo que hace que la vorticidad envergadura dentro de las grupos de vórticidad hace no cancele. La pared amplifica la diferencia entre los tamaños de baja- y alta-velocidad rayas asociados con parejas de Q2-Q4 se adjuntan como los pares alcanzan cerca de la pared, el cual es verificado por la correlación de la velocidad del sentido de la corriente condicionado a Q2s adjuntos y Q4s con diferentes alturas. Grupos de vórticidad en SS-HST asociados con Q2s o Q4s también están flanqueadas por un contador de rotación de los vórtices sentido de la corriente en la dirección de la envergadura como en el canal. La larga ’despertar’ cónica se origina a partir de los altos grupos de vórticidad ligada a la pared han encontrado los del Álamo et al. (2006) y Flores et al. (2007), que desaparece en SS-HST, sólo es cierto para altos grupos de vórticidad ligada a la pared asociados con Q2s pero no para aquellos asociados con Q4s, cuyo campo de flujo promedio es en realidad muy similar a la de SS-HST. En tercer lugar, las evoluciones temporales de Qs y grupos de vórticidad se estudian mediante el uso de la método inventado por Lozano-Durán & Jiménez (2014b). Las estructuras se clasifican en las ramas, que se organizan más en los gráficos. Ambas resoluciones espaciales y temporales se eligen para ser capaz de capturar el longitud y el tiempo de Kolmogorov puntual más probable en el momento más extrema. Debido al efecto caja mínima, sólo hay un gráfico principal consiste en casi todas las ramas, con su volumen y el número de estructuras instantáneo seguien la energía cinética y enstrofía intermitente. La vida de las ramas, lo que tiene más sentido para las ramas primarias, pierde su significado en el SS-HST debido a las aportaciones de ramas primarias al total de Reynolds estrés o enstrofía son casi insignificantes. Esto también es cierto en la capa exterior de los canales. En cambio, la vida de los gráficos en los canales se compara con el tiempo de ruptura en SS-HST. Grupos de vórticidad están asociados con casi el mismo cuadrante en términos de sus velocidades medias durante su tiempo de vida, especialmente para los relacionados con las eyecciones y sweeps. Al igual que en los canales, las eyecciones de SS-HST se mueven hacia arriba con una velocidad promedio vertical uT (velocidad de fricción) mientras que lo contrario es cierto para los barridos. Grupos de vórticidad, por otra parte, son casi inmóvil en la dirección vertical. En la dirección de sentido de la corriente, que están advección por la velocidad media local y por lo tanto deforman por la diferencia de velocidad media. Sweeps y eyecciones se mueven más rápido y más lento que la velocidad media, respectivamente, tanto por 1.5uT. Grupos de vórticidad se mueven con la misma velocidad que la velocidad media. Se verifica que las estructuras incoherentes cerca de la pared se debe a la pared en vez de pequeño tamaño. Los resultados sugieren fuertemente que las estructuras coherentes en canales no son especialmente asociado con la pared, o incluso con un perfil de cizalladura dado. ABSTRACT Since the wall-bounded turbulence was first recognized more than one century ago, its near wall region (buffer layer) has been studied extensively and becomes relatively well understood due to the low local Reynolds number and narrow scale separation. The region just above the buffer layer, i.e., the logarithmic layer, is receiving increasingly more attention nowadays due to its self-similar property. Flores et al. (20076) and Flores & Jim´enez (2010) show that the statistics of logarithmic layer is kind of independent of other layers, implying that it might be possible to study it separately, which would reduce significantly the computational costs for simulations of the logarithmic layer. Some attempts were tried later by Mizuno & Jimenez (2013), who simulated the logarithmic layer without the buffer layer with obtained statistics agree reasonably well with those of full simulations. Besides, the logarithmic layer might be mimicked by other simpler sheardriven turbulence. For example, Pumir (1996) found that the statistically-stationary homogeneous shear turbulence (SS-HST) also bursts, in a manner strikingly similar to the self-sustaining process in wall-bounded turbulence. Based on these considerations, this thesis tries to reveal to what extent is the logarithmic layer of channels similar to the simplest shear-driven turbulence, SS-HST, by comparing both kinematics and dynamics of coherent structures in the two flows. Results about the channel are shown by Lozano-Dur´an et al. (2012) and Lozano-Dur´an & Jim´enez (20146). The roadmap of this task is divided into three stages. First, SS-HST is investigated by means of a new direct numerical simulation code, spectral in the two horizontal directions and compact-finite-differences in the direction of the shear. No remeshing is used to impose the shear-periodic boundary condition. The influence of the geometry of the computational box is explored. Since HST has no characteristic outer length scale and tends to fill the computational domain, longterm simulations of HST are ‘minimal’ in the sense of containing on average only a few large-scale structures. It is found that the main limit is the spanwise box width, Lz, which sets the length and velocity scales of the turbulence, and that the two other box dimensions should be sufficiently large (Lx > 2LZ, Ly > Lz) to prevent other directions to be constrained as well. It is also found that very long boxes, Lx > 2Ly, couple with the passing period of the shear-periodic boundary condition, and develop strong unphysical linearized bursts. Within those limits, the flow shows interesting similarities and differences with other shear flows, and in particular with the logarithmic layer of wallbounded turbulence. They are explored in some detail. They include a self-sustaining process for large-scale streaks and quasi-periodic bursting. The bursting time scale is approximately universal, ~ 20S~l (S is the mean shear rate), and the availability of two different bursting systems allows the growth of the bursts to be related with some confidence to the shearing of initially isotropic turbulence. It is concluded that SS-HST, conducted within the proper computational parameters, is a very promising system to study shear turbulence in general. Second, the same coherent structures as in channels studied by Lozano-Dur´an et al. (2012), namely three-dimensional vortex clusters (strong dissipation) and Qs (strong tangential Reynolds stress, -uv), are studied by direct numerical simulation of SS-HST with acceptable box aspect ratios and Reynolds number up to Rex ~ 250 (based on Taylor-microscale). The influence of the intermittency to time-independent threshold is discussed. These structures have similar elongations in the streamwise direction to detached families in channels until they are of comparable size to the box. Their fractal dimensions, inner and outer lengths as a function of volume agree well with their counterparts in channels. The study about their spatial organizations found that Qs of the same type are aligned roughly in the direction of the velocity vector in the quadrant they belong to, while Qs of different types are restricted by the fact that there should be no velocity clash, which makes Q2s (ejections, u < 0, v > 0) and Q4s (sweeps, u > 0, v < 0) paired in the spanwise direction. This is verified by inspecting velocity structures, other quadrants such as u-w and v-w in SS-HST and also detached families in the channel. The streamwise alignment of attached Qs with the same type in channels is due to the modulation of the wall. The average flow field conditioned to Q2-Q4 pairs found that vortex clusters are in the middle of the pair, but prefer to the two shear layers lodging at the top and bottom of Q2s and Q4s respectively, which makes the spanwise vorticity inside vortex clusters does not cancel. The wall amplifies the difference between the sizes of low- and high-speed streaks associated with attached Q2-Q4 pairs as the pairs reach closer to the wall, which is verified by the correlation of streamwise velocity conditioned to attached Q2s and Q4s with different heights. Vortex clusters in SS-HST associated with Q2s or Q4s are also flanked by a counter rotating streamwise vortices in the spanwise direction as in the channel. The long conical ‘wake’ originates from tall attached vortex clusters found by del A´ lamo et al. (2006) and Flores et al. (2007b), which disappears in SS-HST, is only true for tall attached vortices associated with Q2s but not for those associated with Q4s, whose averaged flow field is actually quite similar to that in SS-HST. Third, the temporal evolutions of Qs and vortex clusters are studied by using the method invented by Lozano-Dur´an & Jim´enez (2014b). Structures are sorted into branches, which are further organized into graphs. Both spatial and temporal resolutions are chosen to be able to capture the most probable pointwise Kolmogorov length and time at the most extreme moment. Due to the minimal box effect, there is only one main graph consist by almost all the branches, with its instantaneous volume and number of structures follow the intermittent kinetic energy and enstrophy. The lifetime of branches, which makes more sense for primary branches, loses its meaning in SS-HST because the contributions of primary branches to total Reynolds stress or enstrophy are almost negligible. This is also true in the outer layer of channels. Instead, the lifetime of graphs in channels are compared with the bursting time in SS-HST. Vortex clusters are associated with almost the same quadrant in terms of their mean velocities during their life time, especially for those related with ejections and sweeps. As in channels, ejections in SS-HST move upwards with an average vertical velocity uτ (friction velocity) while the opposite is true for sweeps. Vortex clusters, on the other hand, are almost still in the vertical direction. In the streamwise direction, they are advected by the local mean velocity and thus deformed by the mean velocity difference. Sweeps and ejections move faster and slower than the mean velocity respectively, both by 1.5uτ . Vortex clusters move with the same speed as the mean velocity. It is verified that the incoherent structures near the wall is due to the wall instead of small size. The results suggest that coherent structures in channels are not particularly associated with the wall, or even with a given shear profile.

Physically-sound simulation of low-velocity impact on fiber reinforced laminates

A high-fidelity virtual tool for the numerical simulation of low-velocity impact damage in unidirectional composite laminates is proposed. A continuum material model for the simulation of intraply damage phenomena is implemented in a numerical scheme as a user subroutine of the commercially available Abaqus finite element package. Delaminations are simulated using of cohesive surfaces. The use of structured meshes, aligned with fiber directions allows the physically-sound simulation of matrix cracks parallel to fiber directions, and their interaction with the development of delaminations. The implementation of element erosion criteria and the application of intraply and interlaminar friction allow for the simulation of fiber splits and their entanglement, which in turn results in permanent indentation in the impacted laminate. It is shown that this simulation strategy gives sound results for impact energies bellow and above the Barely Visible Impact Damage threshold, up to laminate perforation conditions

ANÁLISE COMPARATIVA DOS NÍVEIS DE ATRITO EM BRÁQUETES CONVENCIONAIS E AUTOLIGADOS

O atrito existente entre bráquetes e os fios ortodônticos é um fator importante a ser considerado quanto à eficiência do tratamento ortodôntico nas mecânicas de deslize. Em função disto, sempre se procurou maneiras de se diminuir os níveis de atrito durante a aplicação deste tipo de mecânica. Com o surgimento dos bráquetes autoligados, observou-se que uma das características principais destes dispositivos seria uma redução dos níveis de atrito entre os bráquetes e fios, e com isso poderia se obter um movimento de deslizamento eficiente com a aplicação de forças menores, quando comparado com o uso de bráquetes que tenham sistemas de amarração convencionais. O propósito deste trabalho foi comparar, por meio de ensaios laboratoriais, os níveis de atrito estático de um bráquete autoligado estético, de um bráquete autoligado metálico e dois tipos de bráquetes convencionais metálicos, com a utilização de fios ortodônticos de diferentes ligas, secção e diâmetros, para determinar quais bráquetes apresentam os menores coeficientes de atrito, em situações sem angulação, em angulações de primeira ordem e angulações de segunda ordem entre os diferentes fios e bráquetes. Os resultados demonstraram que os bráquetes autoligados apresentaram um atrito estático significativamente mais baixo nas situações onde não existiu angulação entre o fio e o bráquete e quando se utilizou fios de calibres menores e com material mais flexível, quando comparados com os bráquetes convencionais. O bráquete autoligado metálico apresentou maior atrito, semelhante aos bráquetes convencionais, com o uso dos fios de maior calibre, nas situações sem angulação. O bráquete autoligado metálico apresentou maior atrito estático que os bráquetes convencionais, nas situações de angulação, com o uso dos fios de maior calibre

ANÁLISE COMPARATIVA DOS NÍVEIS DE ATRITO EM BRÁQUETES CONVENCIONAIS E AUTOLIGADOS

O atrito existente entre bráquetes e os fios ortodônticos é um fator importante a ser considerado quanto à eficiência do tratamento ortodôntico nas mecânicas de deslize. Em função disto, sempre se procurou maneiras de se diminuir os níveis de atrito durante a aplicação deste tipo de mecânica. Com o surgimento dos bráquetes autoligados, observou-se que uma das características principais destes dispositivos seria uma redução dos níveis de atrito entre os bráquetes e fios, e com isso poderia se obter um movimento de deslizamento eficiente com a aplicação de forças menores, quando comparado com o uso de bráquetes que tenham sistemas de amarração convencionais. O propósito deste trabalho foi comparar, por meio de ensaios laboratoriais, os níveis de atrito estático de um bráquete autoligado estético, de um bráquete autoligado metálico e dois tipos de bráquetes convencionais metálicos, com a utilização de fios ortodônticos de diferentes ligas, secção e diâmetros, para determinar quais bráquetes apresentam os menores coeficientes de atrito, em situações sem angulação, em angulações de primeira ordem e angulações de segunda ordem entre os diferentes fios e bráquetes. Os resultados demonstraram que os bráquetes autoligados apresentaram um atrito estático significativamente mais baixo nas situações onde não existiu angulação entre o fio e o bráquete e quando se utilizou fios de calibres menores e com material mais flexível, quando comparados com os bráquetes convencionais. O bráquete autoligado metálico apresentou maior atrito, semelhante aos bráquetes convencionais, com o uso dos fios de maior calibre, nas situações sem angulação. O bráquete autoligado metálico apresentou maior atrito estático que os bráquetes convencionais, nas situações de angulação, com o uso dos fios de maior calibre

COMPARAÇÃO DO ATRITO IN VITRO EM BRAQUETES ESTÉTICOS CONVENCIONAIS E AUTOLIGADOS

O objetivo do presente estudo consistiu em comparar in vitro o atrito produzido por braquetes estéticos, convencionais e autoligados quando inseridos fios retangulares de aço inoxidável de diferentes dimensões, nas angulações de zero e três graus entre os braquetes. Foram utilizados 120 braquetes de 6 marcas comerciais (Gemini, Clarity convencional, Transcend, Inspire, Clarity autoligado, Damon autoligado), sendo 20 braquetes de cada marca comercial. Para os ensaios laboratoriais, foram colados dois pares de braquetes de cada marca comercial em uma placa metálica, com uma angulação de zero e três graus entre os braquetes. Foram empregados os fios retangulares de aço inoxidável 0,017 x 0,025 , 0,019 x 0,025 e 0,021 x0,025 em uma máquina de ensaios universal Instron . Para a comparação entre os braquetes nos diferentes fios e angulações, foi utilizada a análise de variância e o teste de Tukey (p<0,05). Os resultados demonstraram que na angulação de zero grau, os braquetes autoligados apresentaram menor atrito em relação aos convencionais em todos os fios avaliados, sendo que, o braquete Clarity autoligado apresentou menor atrito estatisticamente significante que o Damon, exceto no fio 0,021 x 0,025 , em que ambos os braquetes autoligados apresentaram atrito estatisticamente semelhante. O braquete Inspire demonstrou o maior atrito em relação aos demais braquetes nos fios 0,019 x0,025 e 0,021 x0,025 . Na angulação de três graus, observou-se resultados semelhantes aos braquetes posicionados sem angulação comparando os braquetes autoligados em relação aos convencionais. Contudo, verificou-se que o atrito entre os braquetes convencionais ocorreu em ordem crescente sendo braquetes Gemini, Clarity convencional, Transcend e Inspire. Pôde-se concluir que a angulação entre os braquetes aumenta consideravelmente o atrito. Além disso, em ambas as angulações, os braquetes autoligados demonstraram menor atrito em relação aos convencionais, sendo que o braquete Clarity autoligado promoveu menor atrito que o Damon estético, exceto no fio 0,021 x 0,025 .(AU)

COMPARAÇÃO DO ATRITO IN VITRO EM BRAQUETES ESTÉTICOS CONVENCIONAIS E AUTOLIGADOS

O objetivo do presente estudo consistiu em comparar in vitro o atrito produzido por braquetes estéticos, convencionais e autoligados quando inseridos fios retangulares de aço inoxidável de diferentes dimensões, nas angulações de zero e três graus entre os braquetes. Foram utilizados 120 braquetes de 6 marcas comerciais (Gemini, Clarity convencional, Transcend, Inspire, Clarity autoligado, Damon autoligado), sendo 20 braquetes de cada marca comercial. Para os ensaios laboratoriais, foram colados dois pares de braquetes de cada marca comercial em uma placa metálica, com uma angulação de zero e três graus entre os braquetes. Foram empregados os fios retangulares de aço inoxidável 0,017 x 0,025 , 0,019 x 0,025 e 0,021 x0,025 em uma máquina de ensaios universal Instron . Para a comparação entre os braquetes nos diferentes fios e angulações, foi utilizada a análise de variância e o teste de Tukey (p<0,05). Os resultados demonstraram que na angulação de zero grau, os braquetes autoligados apresentaram menor atrito em relação aos convencionais em todos os fios avaliados, sendo que, o braquete Clarity autoligado apresentou menor atrito estatisticamente significante que o Damon, exceto no fio 0,021 x 0,025 , em que ambos os braquetes autoligados apresentaram atrito estatisticamente semelhante. O braquete Inspire demonstrou o maior atrito em relação aos demais braquetes nos fios 0,019 x0,025 e 0,021 x0,025 . Na angulação de três graus, observou-se resultados semelhantes aos braquetes posicionados sem angulação comparando os braquetes autoligados em relação aos convencionais. Contudo, verificou-se que o atrito entre os braquetes convencionais ocorreu em ordem crescente sendo braquetes Gemini, Clarity convencional, Transcend e Inspire. Pôde-se concluir que a angulação entre os braquetes aumenta consideravelmente o atrito. Além disso, em ambas as angulações, os braquetes autoligados demonstraram menor atrito em relação aos convencionais, sendo que o braquete Clarity autoligado promoveu menor atrito que o Damon estético, exceto no fio 0,021 x 0,025 .(AU)

Molecular dynamics of a grid-mounted molecular dipolar rotor in a rotating electric field

Classical molecular dynamics is applied to the rotation of a dipolar molecular rotor mounted on a square grid and driven by rotating electric field E(ν) at T ≃ 150 K. The rotor is a complex of Re with two substituted o-phenanthrolines, one positively and one negatively charged, attached to an axial position of Rh\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{2}^{4+}}}\end{equation*}\end{document} in a [2]staffanedicarboxylate grid through 2-(3-cyanobicyclo[1.1.1]pent-1-yl)malonic dialdehyde. Four regimes are characterized by a, the average lag per turn: (i) synchronous (a < 1/e) at E(ν) = |E(ν)| > Ec(ν) [Ec(ν) is the critical field strength], (ii) asynchronous (1/e < a < 1) at Ec(ν) > E(ν) > Ebo(ν) > kT/μ, [Ebo(ν) is the break-off field strength], (iii) random driven (a ≃ 1) at Ebo(ν) > E(ν) > kT/μ, and (iv) random thermal (a ≃ 1) at kT/μ > E(ν). A fifth regime, (v) strongly hindered, W > kT, Eμ, (W is the rotational barrier), has not been examined. We find Ebo(ν)/kVcm−1 ≃ (kT/μ)/kVcm−1 + 0.13(ν/GHz)1.9 and Ec(ν)/kVcm−1 ≃ (2.3kT/μ)/kVcm−1 + 0.87(ν/GHz)1.6. For ν > 40 GHz, the rotor behaves as a macroscopic body with a friction constant proportional to frequency, η/eVps ≃ 1.14 ν/THz, and for ν < 20 GHz, it exhibits a uniquely molecular behavior.

Kinetics and mechanism of DNA uptake into the cell nucleus

Gene transfer to eukaryotic cells requires the uptake of exogenous DNA into the cell nucleus. Except during mitosis, molecular access to the nuclear interior is limited to passage through the nuclear pores. Here we demonstrate the nuclear uptake of extended linear DNA molecules by a combination of fluorescence microscopy and single-molecule manipulation techniques, using the latter to follow uptake kinetics of individual molecules in real time. The assays were carried out on nuclei reconstituted in vitro from extracts of Xenopus eggs, which provide both a complete complement of biochemical factors involved in nuclear protein import, and unobstructed access to the nuclear pores. We find that uptake of DNA is independent of ATP or GTP hydrolysis, but is blocked by wheat germ agglutinin. The kinetics are much slower than would be expected from hydrodynamic considerations. A fit of the data to a simple model suggests femto-Newton forces and a large friction relevant to the uptake process.

Slip complexity in earthquake fault models.

We summarize studies of earthquake fault models that give rise to slip complexities like those in natural earthquakes. For models of smooth faults between elastically deformable continua, it is critical that the friction laws involve a characteristic distance for slip weakening or evolution of surface state. That results in a finite nucleation size, or coherent slip patch size, h*. Models of smooth faults, using numerical cell size properly small compared to h*, show periodic response or complex and apparently chaotic histories of large events but have not been found to show small event complexity like the self-similar (power law) Gutenberg-Richter frequency-size statistics. This conclusion is supported in the present paper by fully inertial elastodynamic modeling of earthquake sequences. In contrast, some models of locally heterogeneous faults with quasi-independent fault segments, represented approximately by simulations with cell size larger than h* so that the model becomes "inherently discrete," do show small event complexity of the Gutenberg-Richter type. Models based on classical friction laws without a weakening length scale or for which the numerical procedure imposes an abrupt strength drop at the onset of slip have h* = 0 and hence always fall into the inherently discrete class. We suggest that the small-event complexity that some such models show will not survive regularization of the constitutive description, by inclusion of an appropriate length scale leading to a finite h*, and a corresponding reduction of numerical grid size.

Slip complexity in dynamic models of earthquake faults.

We summarize recent evidence that models of earthquake faults with dynamically unstable friction laws but no externally imposed heterogeneities can exhibit slip complexity. Two models are described here. The first is a one-dimensional model with velocity-weakening stick-slip friction; the second is a two-dimensional elastodynamic model with slip-weakening friction. Both exhibit small-event complexity and chaotic sequences of large characteristic events. The large events in both models are composed of Heaton pulses. We argue that the key ingredients of these models are reasonably accurate representations of the properties of real faults.

Avaliação de massa e rugosidade superficial de pastilhas de Ti-6Al-4V com aplicação de nanopartículas de prata submetidos ao teste de escovação

Este estudo teve por objetivo avaliar a variação da massa e rugosidade de pastilhas de Ti-6Al-4V com e sem aplicação superficial de nanopartículas de prata coloidal (BSafe®) de dimensões 1,5 cm; 0,5 cm e 0,2 cm, submetidas à teste de escovação e imersão pelo período experimental de 10 anos. No teste de escovação, quinze espécimes de Ti-6Al-4V (TE), quinze com B-Safe® (BE) e quinze de PMMA (PE) como controle foram subdivididos em três condições de escovação: dentifrício comum (DC), dentifrício experimental (DE) e controle com água destilada (H2O) por 200 mil ciclos em máquina de escovação. Os resultados foram submetidos ao teste ANOVA a 2 critérios (condição de escovação e ciclos) e teste de Tukey (α=0,05) para comparações múltiplas. Foi observada variação de massa apenas quando a condição de escovação foi DC nos espécimes do grupo PE e TE. Houve diferença estatisticamente significante nos valores da variação de rugosidade no grupo TE e PE quando a condição de escovação foi DC; no grupo BE, houve diferença quando a condição foi DC e DE, porém em DE houve redução dos valores médios. No teste de imersão, objetivando analisar a ação dos dentifrícios sem o atrito das cerdas, seis espécimes de Ti-6Al-4V (TI) e seis com B-Safe® (BI) foram subdivididos em três condições de imersão: DC, DE e H2O pelo período de 244 horas. Os resultados foram submetidos ao teste t de student pareado. Não foi observada diferença estatística entre as variações de massa e rugosidade de nenhum dos corpos de prova após o teste. Complementar aos ensaios, foi realizado um protocolo de desinfecção com terapia fotodinâmica com azul de metileno pelo período de 4 semanas nos espécimes escovados. Após todos os testes, foi realizada espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) para caracterização dos elementos químicos presentes nos espécimes, onde não se observou variações. Os resultados sugerem que o DE é mais indicado para utilização com implantes, enquanto DC apresenta um poder abrasivo capaz de danificar a superfície do Ti-6Al- 4V. Não foi observado nenhum indício de corrosão em nenhum grupo testado.

Adaptação do ensaio SPT para determinação de parâmetros adicionais para o dimensionamento de fundações

A presente pesquisa foi desenvolvida com o intuito de agregar alguns procedimentos ao Ensaio SPT, para se obter um maior número de parâmetros para o dimensionamento de fundações, visto que este ensaio é o tipo de investigação de subsolo mais utilizado no Brasil para este fim. Os procedimentos adicionados foram: medida de eficiência do equipamento e ensaio de arrancamento do amostrador em cada camada distinta de solo atravessado. Foram realizados nove ensaios de arrancamento do amostrador, em três furos de sondagem, nas profundidades de dois, cinco e dez metros (três camadas de solos distintas). Em um quarto furo foram realizadas duas provas de carga à compressão no amostrador (nas profundidades de dois e cinco metros) para determinação da eficiência do equipamento. Por meio destes ensaios foi possível obter: a resistência de ponta do ensaio SPT, a resistência por atrito lateral na face externa do amostrador, e a razão de atrito do ensaio SPT, que pode ser usada para a classificação de solo de modo similar ao utilizado para o ensaio de cone. Além destes resultados, neste trabalho foi também analisada a relação entre a resistência por atrito interna e externa no amostrador durante o ensaio, conhecida por a. Esta relação mostrou-se maior para a camada de solo com grande porcentagem de pedregulho e menor para a camada que apresentava maior porcentagem de argila. Foi observado também que o valor de a cresce linearmente com a razão entre o valor de NSPT e a tensão vertical efetiva na profundidade do ensaio. Os resultados deste trabalho também mostraram que o valor da razão entre a resistência de ponta do ensaio SPT (qSPT) e o valor de NSPT é único para o mesmo tipo de solo. Além disso, os valores encontrados nesta pesquisa da razão qSPT/ NSPT são próximos aos valores da razão entre a resistência de ponta do ensaio de cone e o NSPT encontrados na literatura.

Transporte hidráulico de misturas bentonita-água em condutos forçados

A argila bentonítica é amplamente utilizada em transporte de sólidos produzidos durante perfuração de poços. Teve por objetivo estudar o escoamento de misturas bentonita-água e determinar suas propriedades reológicas e parâmetros hidráulicos úteis nos projetos de instalações de recalque de misturas sólido-líquido. Foi montado um circuito fechado de tubulações para estudar dados de perda de carga e perfis de velocidade. Realizaram-se ensaios com misturas bentonita-água sob varias concentrações, algumas transportando areia. Observaram-se que a reologia da mistura bentonita-água é melhor descrita pela formulação de Herschell-Bulkley para fluidos não-Newtonianos. O coeficiente de atrito para descrever a perda de carga da mistura bentonita-água observada em tubulações no laboratório coloca-se entre as previsões de Tomita (1959) e Szilas et al (1981). A variação da velocidade da mistura na seção transversal do tubo é melhor aproximada pela equação de Bogue-Metzner (1963).