Models and methods for the direct simulation of rough and micropatterned surfaces

Friction in hydrodynamic bearings are a major source of losses in car engines ([69]). The extreme loading conditions in those bearings lead to contact between the matching surfaces. In such conditions not only the overall geometry of the bearing is relevant, but also the small-scale topography of the surface determines the bearing performance. The possibility of shaping the surface of lubricated bearings down to the micrometer ([57]) opened the question of whether friction can be reduced by mean of micro-textures, with mixed results. This work focuses in the development of efficient numerical methods to solve thin film (lubrication) problems down to the roughness scale of measured surfaces. Due to the high velocities and the convergent-divergent geometries of hydrodynamic bearings, cavitation takes place. To treat cavitation in the lubrication problem the Elrod- Adams model is used, a mass-conserving model which has proven in careful numerical ([12]) and experimental ([119]) tests to be essential to obtain physically meaningful results. Another relevant aspect of the modeling is that the bearing inertial effects are considered, which is necessary to correctly simulate moving textures. As an application, the effects of micro-texturing the moving surface of the bearing were studied. Realistic values are assumed for the physical parameters defining the problems. Extensive fundamental studies were carried out in the hydrodynamic lubrication regime. Mesh-converged simulations considering the topography of real measured surfaces were also run, and the validity of the lubrication approximation was assessed for such rough surfaces.

Resistência à abrasão de aço Hadfield para britadores: efeito do tamanho do abrasivo e do pH do meio.

Neste trabalho, foi investigado o efeito do tamanho do abrasivo e do pH do meio na resistência ao desgaste abrasivo do aço H-13 com matriz martensítica e do aço Hadfield com matriz austenítica. Ensaios de abrasão foram realizados utilizando o equipamento roda de borracha a úmido, variando o tamanho do abrasivo entre 0,15 e 2,40 mm e o pH do meio entre 5,5 e 12,8. As microestruturas dos materiais estudados foram analisadas utilizando microscopia óptica, as superfícies de desgaste e as partículas de desgaste foram analisadas em microscópio eletrônico de varredura. A macrodureza e a microdureza, antes e após os ensaios, foram obtidas utilizando durômetro Vickers. A topografia da região central da superfície de desgaste foi obtida utilizando Perfilometria 3D, visando obter valores de profundidade de penetração do abrasivo. Os resultados mostraram que o aço Hadfield é mais resistente do que o aço H-13 em todos os valores de pH e tamanhos de abrasivo utilizados. Para os dois materiais, a perda de massa aumenta linearmente até um tamanho crítico de abrasivo (TCA) e, após este, a mesma continua a aumentar, mas com uma intensidade menor. Para os dois materiais e para todos os tamanhos de abrasivo, o aumento do pH do meio resultou em menores perdas de massa, sendo este efeito maior para os dois menores tamanhos de abrasivo. Para maiores valores de pH, foram observadas menores profundidades de penetração do abrasivo. A microdureza da superfície de desgaste do aço H-13 sofreu um pequeno aumento com o aumento do tamanho do abrasivo enquanto que para o aço Hadfield esse aumento foi mais intenso. A análise das partículas de desgaste mostraram que, para todas as condições ensaiadas, os debris do aço H-13 tinham duas morfologias, contínuas e descontínuas enquanto que os cavacos do aço Hadfield foram sempre descontínuos. Para os dois materiais, foram observados dois micromecanismos de desgaste, sendo eles microcorte e microsulcamento. Por fim, os resultados apresentados neste trabalho sugerem que a análise de desempenho do aço Hadfield em serviço deve considerar o pH do meio bem como a granulometria do abrasivo em contato.

Comportamento tribo-mecânico e desgaste adesivo de materiais em nanoescala: análises por dinâmica molecular e mecânica do contínuo.

As formulações baseadas na mecânica do contínuo, embora precisas até certo ponto, por vezes não podem ser utilizadas, ou não são conceitualmente corretas para o entendimento de fenômenos em escalas reduzidas. Estas limitações podem aparecer no estudo dos fenômenos tribológicos em escala nanométrica, que passam a necessitar de novos métodos experimentais, teóricos e computacionais que permitam explorar estes fenômenos com a resolução necessária. Simulações atomísticas são capazes de descrever fenômenos em pequena escala, porém, o número necessário de átomos modelados e, portanto, o custo computacional - geralmente torna-se bastante elevado. Por outro lado, os métodos de simulação associados à mecânica do contínuo são mais interessantes em relação ao custo computacional, mas não são precisos na escala atômica. A combinação entre essas duas abordagens pode, então, permitir uma compreensão mais realista dos fenômenos da tribologia. Neste trabalho, discutem-se os conceitos básicos e modelos de atrito em escala atômica e apresentam-se estudos, por meio de simulação numérica, para a análise e compreensão dos mecanismos de atrito e desgaste no contato entre materiais. O problema é abordado em diferentes escalas, e propõe-se uma abordagem conjunta entre a Mecânica do Contínuo e a Dinâmica Molecular. Para tanto, foram executadas simulações numéricas, com complexidade crescente, do contato entre superfícies, partindo-se de um primeiro modelo que simula o efeito de defeitos cristalinos no fenômeno de escorregamento puro, considerando a Dinâmica Molecular. Posteriormente, inseriu-se, nos modelos da mecânica do contínuo, considerações sobre o fenômeno de adesão. A validação dos resultados é feita pela comparação entre as duas abordagens e com a literatura.

On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings.

Influência do acabamento superficial no desempenho de lubrificantes de motor novos e usados em automóveis abastecidos com E22 e E100.

Superfícies anisotrópicas lisas e rugosas foram usadas para avaliar o efeito da rugosidade e da direção de acabamento na formação de MoS2 a partir de MoDTC em ensaios tribologicos lubrificados com óleos de motor completamente formulados. Igualmente foi avaliada a resposta de atrito de lubrificantes de motor usados em carros de passageiros e em testes de dinamômetro abastecidos com etanol (E100) e gasolina (E22). Encontrou-se que tanto a direção de acabamento quanto a rugosidade foram fundamentais na reação MoDTC - MoS2. A direção de acabamento influenciou na medida que carregamentos tangenciais geram respostas diferentes nos ensaios quando são realizados paralelos e perpendiculares às linhas de acabamento, dado que para os últimos apresenta-se maior deformação plástica das asperezas, o qual favorece a obtenção de superfícies livres de óxidos, que tem sido indicada como uma condição necessário para que aconteça a reação MoDTC - MoS2. Por esta razão os valores de coeficiente de atrito próprios da formação de MoS2 foram obtidos somente nas superfícies rugosas ensaiadas perpendiculares às marcas de acabamento. Para superfícies com valores de índice de plasticidade superiores a 1 e nos quais não são formados filmes com boas capacidades redutoras de atrito, como é o caso de ensaios realizados com óleos base (livres de aditivos), o coeficiente de atrito não depende da rugosidade e da direção de acabamento. Nos ensaios lubrificados com óleos usado, encontraram-se valores de coeficiente de atrito similares aos obtidos nas condições de lubrificação com óleo livres de aditivos, devido provavelmente à redução do MoDTC no lubrificante como tem sido identificado por diferentes autores. Quando foram comparados os óleos usados contaminados com etanol com os óleos usados contaminados com gasolina, encontrou-se maior oxidação nestes últimos. Mesmo que estas diferenças de oxidação dos óleos não significaram diferenças em termos de atrito, estas podem ser importantes na medida em que óleos mais oxidados podem favorecer o desgaste oxidativo.

Filmes de óxido de zinco e nitreto de zinco depositados por magnetron sputtering com diferentes pressões de argônio, oxigênio e nitrogênio.

O óxido de zinco é um material semicondutor que apresenta alta transparência óptica no espectro visível, alta energia de ligação de éxcitons e piezoeletricidade. Por suas propriedades, ele é utilizado na área de sensores, eletrodos transparentes e dispositivos optoeletrônicos. No entanto, sua utilização ainda é limitada pela dificuldade de obtenção de condutividade tipo p, cujo principal dopante é o nitrogênio, devido à assimetria de dopagem ocasionada por defeitos intrínsecos do material, dopagem em valências diferentes das esperadas e formação de níveis de aceitadores profundos na banda proibida. A aplicação em dispositivos piezoelétricos também exige alta resistividade e ótimas propriedades cristalinas. Muitos processos de deposição estabelecidos hoje ainda utilizam altas temperaturas, o que impede sua deposição sobre superfícies ou substratos sensíveis a altas temperaturas. O objetivo deste trabalho é desenvolver técnicas de deposição de filmes de ZnO, principalmente em baixas temperaturas ( 100°C), pelo método de magnetron sputtering de rádio frequência, para avaliar a influência dos gases de processo nas características estruturais, estequiométricas, elétricas e ópticas dos filmes. Para isso, foram obtidos filmes utilizando pressão total de argônio, e pressões parciais de argônio e oxigênio e argônio e nitrogênio, utilizando alvo cerâmico de óxido de zinco ou alvo metálico de zinco. Para alvo de ZnO, filmes com condutividade tipo n foram obtidos em ambiente de argônio, em condições que geraram deficiências de oxigênio. Filmes altamente resistivos foram obtidos com a utilização de pressão parcial de oxigênio no gás de processo, em condições que resultaram em filmes estequiométricos, inclusive com condutividade tipo p. Condutividade tipo p mais alta foi observada, apenas por ponta quente, para uma amostra obtida em argônio logo após a utilização de nitrogênio na câmara de processo, que provavelmente sofreu influência da dopagem não intencional do cobre, que foi identificado como um contaminante do processo devido à estrutura da câmara. Para alvo de Zn, observou-se a formação de nitreto de zinco, que demonstrou alta capacidade de oxidação em ambiente atmosférico, e portanto, transforma-se naturalmente ao longo do tempo ou por processos de oxidação térmica em ZnO dopado com nitrogênio. Filmes de ZnO produzidos a partir de nitreto de zinco foram os únicos dos testados que apresentaram fotoluminescência característica do ZnO, mesmo para processos onde não houve aquecimento intencional.

Uma tipografia de base elíptica e outros cruzamentos do design com a geometria das curvas cónicas

Através de alguns exemplos práticos, pretende-se defender que o conhecimento geométrico e, em particular, o conhecimento das curvas cónicas e suas aplicações, pode potenciar o trabalho projetual dos designers, diminuir os custos de hardware e software no ensino e no trabalho profissional, diminuir a necessidade de recurso a meios sofisticados e caros, reduzir a necessidade de permanente atualização dos meios tecnológicos, e de utilização de software que implique formação especializada e, sobretudo, que necessite de longos períodos de formação. Temos em vista contribuir para o reconhecimento da importância do estudo destas curvas e das superfícies por elas geradas, em especial no ensino da Geometria em cursos de Design. De facto, a partir da sistematização do conhecimento existente em outras áreas, como, por exemplo, a arquitetura e as engenharias, pelo aprofundamento da adaptação de propriedades das cónicas e de conhecimentos de áreas, como a geometria analítica ou a projetiva para a linguagem dos traçados geométricos, e pela contribuição com a sugestão de novos traçados, pode desenvolver-se a capacidade dos designers e estudantes de design resolverem problemas, no âmbito do projeto, na representação técnica e na comunicação externa com não peritos.

Análise comparativa dos métodos da ISO 13790 e sua adequabilidade na estimativa das necessidades de energia para aquecimento e arrefecimento e da temperatura do ar interior

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Avaliação in vitro da microinfiltração marginal em restaurações a resina composta, utilizando diferentes substitutos dentinários

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Relação da imunoglobulina-A e a prevalência de cáries em crianças

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Influência dos parâmetros operacionais no comportamento dinâmico de chumaceiras axiais de esmagamento de película compressível

No presente trabalho são estudadas chumaceiras axiais de esmagamento de película compressível. A lubrificação deste componente mecânico, é conseguida por meio de um fluido gasoso justificando a obtenção de soluções por via de experimentação numérica, uma vez que atualmente ainda não é possível recorrer-se a métodos analíticos. Através da simulação numérica, analisa-se a influência de alguns parâmetros operacionais na resposta deste tipo de chumaceira. Na análise dos resultados verifica-se que a posição média final do elemento suportado é independente da espessura de película inicial utilizada, desde que esta não ultrapasse o valor limite em que a pressão gerada não consiga fazer face à aceleração da massa durante a fase descendente, resultando no contacto entre as superfícies dos elementos da chumaceira. A utilização de frequências elevadas é recomendável uma vez que promove uma maior separação de superfícies, menor dissipação de energia por parte da película lubrificante e menor amplitude de oscilação do elemento suportado, embora com as desvantagens do período transiente ser superior e do ganho do afastamento do elemento suportado se reduzir significativamente, seguindo um modelo assimptótico. Em condições de pressão constante e frequência elevada, o sistema, com o aumento da massa, reage de forma a permitir uma melhor lubrificação da chumaceira e a reduzir a oscilação do elemento suportado. Por outro lado, a rigidez do sistema aumenta fazendo face a uma possível sobrecarga.

O benefício da transiluminação em estudos comunitários

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

DETERMINAÇÃO DAS FORMAS E DIMENSÕES DOS ARCOS DENTAIS PARA USO DE ARCO CONTÍNUO NA TÉCNICA LINGUAL

Este estudo objetiva encontrar a forma e dimensão de arcos dentais para definir a forma de um arco contínuo que possa ser utilizado na técnica lingual. A amostra foi composta de 70 indivíduos brasileiros, leucodermas, com oclusão normal natural, que apresentaram no mínimo quatro das seis chaves de oclusão de Andrews. Esta amostra possui 40% de indivíduos do sexo masculino (28 homens) e 60% do sexo feminino (42 mulheres) com idade média de 16,4a. Os modelos dos arcos dentais da maxila e mandíbula foram digitalizados (3D) e as imagens exportadas para o software Delcam Power SHAPE® 2010 (Birmingham, U.K.). Foram selecionados pontos nas superfícies linguais dos dentes e traçadas 14 medidas para determinar a forma e a dimensão do arco dental. O teste de Shapiro-Wilk possibilitou definir uma forma de arco pequeno utilizando o percentil 25% (P25%), um arco médio (média) e uma forma de arco grande pelo percentil 75% (P75%). O teste t-student comparou se houve uma diferença entre os sexos, e foram encontrados 12 tamanhos de arcos dentais (6 para o sexo feminino e 6 para o sexo masculino). Em todos os testes estatísticos foi adotado nível de significância de 5% (p<0,05). A partir dos resultados obtidos, foi possível definir uma forma de arco contínuo para ser utilizado na técnica Lingual Straight Wire (LSW) - parábola levemente achatada na região anterior - e, devido à similaridade entre alguns tamanhos de arcos dentais, encontrados pelo dimorfismo sexual, pôde ser elaborado um diagrama de arcos de maneira mais simplificada.

Desenvolvimento de Sistemas de Encapsulamento para Integração em Protótipos de Vestuário/Têxtil

A monitorização de sinais vitais é uma ferramenta essencial da medicina, principalmente no que se relaciona com a avaliação do estado físico de qualquer indivíduo. As ferramentas foram evoluindo ao longo do tempo, tendo a tecnologia desempenhado um papel central na melhoria do seu desempenho. Apesar destes dispositivos estarem intimamente ligados ao contexto médico, as mudanças no estilo de vida no consumo dos utilizadores fizeram com que estas ferramentas passassem a fazer parte do quotidiano. O paradigma alterou-se, ou seja, quando eram utilizadas exclusivamente para fins médicos, agora são também usados para actividades relacionadas com o lazer e desporto. A preocupação com a monitorização de sinais vitais cresceu nos últimos anos, pois a interpretação correcta destes dados permite intervir em certos aspectos da rotina diária, melhorando a qualidade de vida. A portabilidade tornou-se um factor importante uma vez que grande parte dos utilizadores, associa estes dispositivos à sua actividade física. Desta necessidade surgem novos tipos de produtos, que inclusivamente são associados e integrados em peças de vestuário. Este factor obriga a tecnologia a miniaturizar os componentes, no sentido de tornar possivel o funcionamento destes produtos em qualquer lugar e hora. Por outro lado, quanto menos intrusivo for o dispositivo melhor conforto e funcionalidade oferece ao utilizador. Assim sendo, a disciplina do design deve ter em conta as premissas de funcionamento dos diferentes componentes que permitem recolher dados sobre os sinais vitais: batimento cardíaco e temperatura. A intervenção da disciplina do design nesta investigação passa pelo re-design de um dispositivo existente, que é analisado no seu desempenho funcional, ergonómico e estético. O dispositivo em questão é portátil e colocado na zona inferior da perna, acima do tornozelo. Todas as envolvências ergonómicas e funcionais são tomadas em conta para a concepção de hipóteses que incrementem a performance do dispositivo. A integração de componentes e a avaliação funcional são mais eficazes quando se utilizam técnicas de prototipagem, que permitem uma visão efectiva da realidade. Para melhor conceber as propostas, e aprofundar o conhecimento sobre estas técnicas realizaram-se testes com o objectivo de aferir a precisão e a qualidade do acabamento das superfícies das peças prototipadas. No sentido de criar uma proposta final, são criadas várias hipóteses de solução que são avaliadas segundo a detecção de problemas, bem como através do contacto com os utilizadores. Ao longo da investigação as propostas evoluem, culminando naquela que é apresentada como uma proposta optimizada, que aglutina todo o levantamento literário, testes, e análises feitas durante a construção do documento.

Avaliação de floculante natural à base de Moringa oleifera no tratamento de água produzida na indústria do petróleo: aplicação da técnica combinada floculação/flotação

The principal effluent in the oil industry is the produced water, which is commonly associated to the produced oil. It presents a pronounced volume of production and it can be reflected on the environment and society, if its discharge is unappropriated. Therefore, it is indispensable a valuable careful to establish and maintain its management. The traditional treatment of produced water, usualy includes both tecniques, flocculation and flotation. At flocculation processes, there are traditional floculant agents that aren’t well specified by tecnichal information tables and still expensive. As for the flotation process, it’s the step in which is possible to separate the suspended particles in the effluent. The dissolved air flotation (DAF) is a technique that has been consolidating economically and environmentally, presenting great reliability when compared with other processes. The DAF is presented as a process widely used in various fields of water and wastewater treatment around the globe. In this regard, this study was aimed to evaluate the potential of an alternative natural flocculant agent based on Moringa oleifera to reduce the amount of oil and grease (TOG) in produced water from the oil industry by the method of flocculation/DAF. the natural flocculant agent was evaluated by its efficacy, as well as its efficiency when compared with two commercial flocculant agents normally used by the petroleum industry. The experiments were conducted following an experimental design and the overall efficiencies for all flocculants were treated through statistical calculation based on the use of STATISTICA software version 10.0. Therefore, contour surfaces were obtained from the experimental design and were interpreted in terms of the response variable removal efficiency TOG (total oil and greases). The plan still allowed to obtain mathematical models for calculating the response variable in the studied conditions. Commercial flocculants showed similar behavior, with an average overall efficiency of 90% for oil removal, however it is the economical analysis the decisive factor to choose one of these flocculant agents to the process. The natural alternative flocculant agent based on Moringa oleifera showed lower separation efficiency than those of commercials one (average 70%), on the other hand this flocculant causes less environmental impacts and it´s less expensive