916 resultados para Mechanical performance
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Three triblock copolymers of poly[styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene] (SEBS) of different molecular weights and one diblock copolymer of poly[styrene-b-(ethylene-co-butylene)] (SEB) were used to compatibilize high density polyethylene/syndiotactic polystyrene (HDPE/sPS, 80/20) blend. Morphology observation showed that phase size of the dispersed sPS particles was significantly reduced on addition of all the four copolymers and the interfacial adhesion between the two phases was dramatically enhanced. Tensile strength of the blends increased at lower copolymer content but decreased with increasing copolymer content. The elongation at break of the blends improved and sharply increased with increments of the copolymers. Drop in modulus of the blend was observed on addition of the rubbery copolymers. The mechanical performance of the modified blends is strikingly dependent not only on the interfacial activity of the copolymers but also on the mechanical properties of the copolymers, particularly at the high copolymer concentration. Addition of compatibilizers to HDPE/sPS blend resulted in a significant reduction in crystallinity of both HDPE and sPS. Measurements of Vicat softening temperature of the HDPE/sPS blends show that heat resistance of HDPE is greatly improved upon incorporation of 20 wt% sPS.
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We demonstrate a method for tailoring local mechanical properties near channel surfaces of vascular structural polymers in order to achieve high structural performance in microvascular systems. While synthetic vascularized materials have been created by a variety of manufacturing techniques, unreinforced microchannels act as stress concentrators and lead to the initiation of premature failure. Taking inspiration from biological tissues such as dentin and bone, these mechanical deficiencies can be mitigated by complex hierarchical structural features near to channel surfaces. By employing electrostatic layer-by-layer assembly (ELbL) to deposit films containing halloysite nanotubes onto scaffold surfaces followed by matrix infiltration and scaffold removal, we are able to controllably deposit nanoscale reinforcement onto 200 micron diameter channel surface interiors in microvascular networks. High resolution strain measurements on reinforced networks under load verify that the halloysite reduces strain concentrations and improves mechanical performance.
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Background
]In modern radiotherapy, it is crucial to monitor the performance of all linac components including gantry, collimation system and electronic portal imaging device (EPID) during arc deliveries. In this study, a simple EPID-based measurement method has been introduced in conjunction with an algorithm to investigate the stability of these systems during arc treatments with the aim of ensuring the accuracy of linac mechanical performance.
The Varian EPID sag, gantry sag, changes in source-to-detector distance (SDD), EPID and collimator skewness, EPID tilt, and the sag in MLC carriages as a result of linac rotation were separately investigated by acquisition of EPID images of a simple phantom comprised of 5 ball-bearings during arc delivery. A fast and robust software package was developed for automated analysis of image data. Twelve Varian linacs of different models were investigated.
The average EPID sag was within 1 mm for all tested linacs. All machines showed less than 1 mm gantry sag. Changes in SDD values were within 1.7 mm except for three linacs of one centre which were within 9 mm. Values of EPID skewness and tilt were negligible in all tested linacs. The maximum sag in MLC leaf bank assemblies was around 1 mm. The EPID sag showed a considerable improvement in TrueBeam linacs.
The methodology and software developed in this study provide a simple tool for effective investigation of the behaviour of linac components with gantry rotation. It is reproducible and accurate and can be easily performed as a routine test in clinics.
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Laser transmission joining (LTJ) is growing in importance, and has the potential to become a niche technique for the fabrication of hybrid plastic-metal joints for medical device applications. The possibility of directly joining plastics to metals by LTJ has been demonstrated by a number of recent studies. However, a reliable and quantitative method for defining the contact area between the plastic and metal, facilitating calculation of the mechanical shear stress of the hybrid joints, is still lacking. A new method, based on image analysis using ImageJ, is proposed here to quantify the contact area at the joint interface. The effect of discolouration on the mechanical performance of the hybrid joints is also reported for the first time. Biocompatible polyethylene terephthalate (PET) and commercially pure titanium (Ti) were selected as materials for laser joining using a 200 W CW fibre laser system. The effect of laser power, scanning speed and stand-off distance between the nozzle tip and top surface of the plastic were studied and analysed by Taguchi L9 orthogonal array and ANOVA respectively. The surface morphology, structure and elemental composition on the PET and Ti surfaces after shearing/peeling apart were characterized by SEM, EDX, XRD and XPS.
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Currently, micro-joining of plastic parts to metal parts in medical devices is achieved by using medical adhesives, For example, pacemakers, defibrillators and neurological stimulators are designed using silicone adhesive to seal the joint between the polyurethane connector module and the titanium can [1]. Nevertheless, the use of adhesive is problematic because it requires a long time to cure and has high tendency to produce leachable products which might be harmful to the human body. An alternative for directly joining plastics to metal without adhesive is therefore required. Laser transmission joining (LTJ) is growing in importance, and has the potential to gain the niche in micro-fabrication of plastics-metal hybrid joints for medical device applications. The possibility of directly joining plastics to metal by LTJ technique have been demonstrated by a number of studies in recent literature [2]. The widely-accepted understanding of LTJ between plastics and metal is that generation and rapid expansion of micro-bubbles at the plastics-metal interface exert high local pressure to press the melted plastics towards the metal surface features during the laser processing [2]. This subsequently creates the plastics-metal hybrid joint by the mechanisms of mechanical interlocking as well as chemical and physical bonds between the plastics and metal surfaces. Although the micro-bubbles can help promote the mechanical interlocking effect to increase the joint strength, the creation of bubble is a random and complex process depending on the complicated interactions between the laser intensity, thermal degradation properties of plastics, surface temperature and topographical features of metal. In an ideal situation, it is desirable to create the hybrid plastics-metal joint without bubbles. However, the mechanical performance of the hybrid plastics-metal joint without bubbles is still unknown, and systematic comparison between the hybrid joints with and without bubbles is lacking in literature. This becomes the objective of this study. In this work, the laser process parameters were carefully chosen from a preliminary study, such that different hybrid joints: with and without bubbles can be produced and compared. Biocompatible PET and commercially pure Ti were selected as materials for laser joining.
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Os cimentos ósseos à base de PMMA para aplicações em artroplastia da anca apresentam como grande limitação o facto do seu constituinte principal ser um elemento bioinerte o que leva à falta de integração entre as interfaces cimento ósseo/tecido ósseo, comprometendo assim o desempenho mecânico da prótese ortopédica ao longo do tempo. Esta dissertação tem como objetivo principal a preparação de novas formulações de cimentos ósseos com a capacidade de estabelecer interações com os tecidos vivos circundantes. De modo a melhorar a bioatividade do sistema e facilitar a sua osseointegração, os cimentos ósseos comerciais foram reforçados com cargas significativas de HA. No entanto o recurso a elevadas cargas de HA (~60% m/m) no cimento ósseo promove debilidades do ponto de vista estrutural, levando a uma baixa resistência mecânica do material final. No sentido de ultrapassar esta limitação, foram inseridas nanoestruturas de carbono (GO ou CNTs) em baixas percentagens na matriz polimérica por forma a maximizar a sua performance mecânica através da perfeita integração de todos os componentes. A primeira fase deste trabalho consistiu no desenvolvimento de metodologias que permitissem a síntese de GO através da exfoliação química da grafite em solução aquosa. Os resultados obtidos demonstraram a obtenção de folhas de GO em larga escala e com número de camadas uniforme. A funcionalização orgânica superficial via ATRP do GO obtido, com cadeias de PMMA possibilitou o desenvolvimento de novos materiais nanocompósitos, no entanto alguns fatores de natureza tecnológica inviabilizaram o seu uso como agente de reforço na matriz idealizada. O desenvolvimento de novas formulações de cimentos ósseos consistiu numa matriz de PMMA/HA (1:2 (m/m)) reforçada com pequenas percentagens de GO ou CNTs (0,01, 0,1, 0,5 e 1,0% m/m). A síntese destes materiais nanocompósitos resultou da combinação de diversas técnicas: ultrassons, granulação por congelamento e liofilização. A análise estrutural dos nanocompósitos obtidos demonstrou a eficácia da metodologia desenvolvida na homogeneização de todos os elementos do sistema. Os estudos desenvolvidos após a conformação e caracterização estrutural dos novos materiais nanocompósitos permitiram verificar que as nanoestruturas de carbono apresentavam efeitos adversos na polimerização via radicalar do PMMA. A análise da fração orgânica permitiu verificar a presença de espécies oligoméricas o que reduziu significativamente o comportamento mecânico dos nanocompósitos. Através do estudo do aumento da concentração das espécies radicalares iniciais foi possível suplantar este problema e tirar o máximo rendimento dos agentes de reforço, tendo-se destacado os nanocompósitos reforçados com GO. A validação do ponto de vista mecânico das novas formulações de cimentos ósseos recaiu sobre o procedimento descrito na norma europeia ISO 5833 de 2002 – Implantes para cirurgia – cimentos acrílicos, tendo sido realizados os testes de compressão e de flexão. A avaliação biológica do comportamento dos cimentos ósseos assentou em duas abordagens complementares: estudos de mineralização em SBF e estudos de biocompatibilidade em meios celulares. Após a incubação das amostras em SBF ficou demonstrada a excelente capacidade para promoverem a integração de uma camada apatítica. Através de estudos celulares com Fibroblastos L929 e Osteoblastos Saos-2, nos quais foram avaliados a proliferação celular, viabilidade celular, espécies reativas de oxigénio, apoptose e morfologia celular, foi possível verificar bons níveis de biocompatibilidade para os materiais devolvidos.
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Ao longo das últimas décadas, a micromoldação (u-moldação) por injeção de termoplásticos ganhou um lugar de destaque no mercado de equipamentos eletrónicos e de uma ampla gama de componentes mecânicos. No entanto, quando o tamanho do componente diminui, os pressupostos geralmente aceites na moldação por injeção convencional deixam de ser válidos para descrever o comportamento reológico e termomecânico do polímero na microimpressão. Por isso, a compreensão do comportamento dinâmico do polímero à escala micro bem como da sua caraterização, análise e previsão das propriedades mecânicas exige uma investigação mais alargada. O objetivo principal deste programa doutoral passa por uma melhor compreensão do fenómeno físico intrínseco ao processo da μ-moldação por injeção. Para cumprir com o objetivo estabelecido, foi efetuado um estudo paramétrico do processo de μ-moldação por injeção, cujos resultados foram comparados com os resultados obtidos por simulação numérica. A caracterização dinâmica mecânica das μ-peças foi efetuada com o objetivo de recolher os dados necessários para a previsão do desempenho mecânico das mesmas, a longo prazo. Finalmente, depois da calibração do modelo matemático do polímero, foram realizadas análises estruturais com o intuito de prever o desempenho mecânico das μ-peças no longo prazo. Verificou-se que o desempenho mecânico das μ-peças pode ser significativamente afetado pelas tensões residuais de origem mecânica e térmica. Estas últimas, resultantes do processo de fabrico e das condições de processamento, por isso, devem ser consideradas na previsão do desempenho mecânico e do tempo de serviço das u-moldações.
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In this paper the adequacy and the benefit of incorporating glass fibre reinforced polymer (GFRP) waste materials into polyester based mortars, as sand aggregates and filler replacements, are assessed. Different weight contents of mechanically recycled GFRP wastes with two particle size grades are included in the formulation of new materials. In all formulations, a polyester resin matrix was modified with a silane coupling agent in order to improve binder-aggregates interfaces. The added value of the recycling solution was assessed by means of both flexural and compressive strengths of GFRP admixed mortars with regard to those of the unmodified polymer mortars. Planning of experiments and data treatment were performed by means of full factorial design and through appropriate statistical tools based on analyses of variance (ANOVA). Results show that the partial replacement of sand aggregates by either type of GFRP recyclates improves the mechanical performance of resultant polymer mortars. In the case of trial formulations modified with the coarser waste mix, the best results are achieved with 8% waste weight content, while for fine waste based polymer mortars, 4% in weight of waste content leads to the higher increases on mechanical strengths. This study clearly identifies a promising waste management solution for GFRP waste materials by developing a cost-effective end-use application for the recyclates, thus contributing to a more sustainable fibre-reinforced polymer composites industry.
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Mestrado em Engenharia Química - Ramo Otimização Energética na Indústria Química
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Os sectores da construção e demolição de edifícios são responsáveis por um elevado volume de produção de resíduos. Estes resíduos são normalmente direcionados para aterros, que se encontram, neste momento, sobrelotados. Esta falta de capacidade de receção de resíduos tem como consequência imediata o aumento dos valores monetários associados ao depósito destes materiais excedentários. Com a elevada produção destes resíduos torna-se importante a sua reciclagem e reutilização. No caso da Engenharia Civil, uma grande produtora de resíduos, seria ainda mais interessante o seu reaproveitamento imediato na área. Nesta investigação, pretendeu-se avaliar o desempenho mecânico de betões com diferentes percentagens de agregados cerâmicos vermelhos. Essa investigação passou numa fase inicial pelo estado fresco do betão, de forma a analisar a sua trabalhabilidade. Na fase seguinte, analisou-se no estado endurecido, a resistência à compressão e resistência à tração por compressão diametral. Para concretização deste objetivo produziram-se três tipos de betões: um de referência (areia fina e brita fina), um betão com incorporação de agregados finos e grossos de cerâmica vermelha, juntamente com a areia fina e a brita fina, e o terceiro, um betão com a substituição total da areia fina por cerâmica fina. A realização desta investigação, demostrou que os betões com a incorporação de agregado cerâmico vermelho apresentam resultados de boa qualidade, sendo plausível a sua utilização em estruturas.
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A conformação pode modular a predisposição para lesões de um cavalo. Por outro lado, o comportamento dos centros de pressão (CdP) dos cascos do cavalo pode fornecer informação relativa ao desempenho mecânico do seu sistema biológico. O objetivo deste trabalho foi testar a correlação dos CdP dos cascos com os principais defeitos de conformação da população estudada. Oito cavalos Puro Sangue Lusitano (PSL) saudáveis, com a cabeça numa posição neutra foram colocados, durante 15 ensaios de 8 segundos, com os membros anteriores (MA) numa placa de pressão e com os membros posteriores (MP) noutra. Os resultados sincronizados foram usados para caracterizar o deslocamento do CdP de cada casco e estudar a sua correlação com a conformação. Os resultados foram analisados de forma qualitativa, através da interpretação de áreas de contato e estabilogramas, assim como de forma quantitativa utilizando estatística inferencial para determinar uma eventual correlação com a conformação, recorrendo a um índice de conformação (IC). O defeito de conformação mais frequente foi os cavalos serem “esquerdos” e o que menos se observou foi serem “fechados de frente”. O IC variou entre 1 e 7. A média das áreas de contato dos cascos dos 8 cavalos foi maior nos MP do que nos MA, tendo acontecido o mesmo para os valores dos deslocamentos do CdP, que foram significativamente maiores nos MP do que nos MA Não foi detetada correlação entre os deslocamentos totais dos CdP e a conformação. Concluíu-se que o CdP dos PSL em estação não está dependente de variações de conformação em que o IC seja igual ou inferior a 7.
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1. We used microhardness testing as a probe for fine-scale regional variation in the mechanical performance of bone and present data showing the extent of regional variation in the femora and humeri of 7-week-old broiler birds. 2. Ash content of dry bone was broadly correlated with microhardness, although there is some evidence that the relationship linking the two differs between the femur and the humerus. 3. Regional variations in the properties of bone from poultry are widely overlooked in the literature. Awareness of them is vital and existing measures of bone 'strength' may be misleading if local variation in properties is not taken into account when exploring the effects of nutrition and husbandry practices on bone mechanical performance.
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Biocomposites with two different fillers, garlic and wheat bran, were studied. They were based on cassava starch and contained glycerol as a plasticizer and potassium sorbate as an antimicrobial agent and were characterized by scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC) and infrared spectroscopy (IR). The mechanical performance at room and lower temperatures was also studied. SEM micrographies of fractured surfaces of the wheat bran composite films showed some ruptured particles of fiber while fibrils of garlic on the order of nanometers were observed when garlic composite films were studied. Mechanical tests, at room temperature, showed that the addition of wheat bran led to an increment in the storage modulus (E`) and hardening and a decrease in Tan delta, while the garlic composite showed a diminishing in the E` and hardening and did not produce significant changes in Tan delta values when compared with systems without fillers (matrix). In the range between -90 degrees C and 20 degrees C. all the materials studied presented two peaks in the Tan delta curve. In the case of the wheat bran composite, both relaxation peaks shifted slightly to higher temperatures, broadened and diminished their intensity when compared with those of the matrix; however garlic composite showed a similar behavior to the matrix. DSC thermograms of aqueous systems showed a slight shift of gelatinization temperature (T(gelatinization)) to higher values when the fillers were present. Thermograms of films showed that both, garlic and wheat bran composites, had a lower melting point than the matrix. IR data indicated that interaction between starch and fillers determined an increase in the availability of hydroxyl groups to be involved in a dynamic exchange with water. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.
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The present work evaluated the effects of accelerated carbonation on mechanical and physical characteristics of cementitious roofing tiles reinforced with vegetable fibre. The maximum load and toughness of the tiles have increased approximately 25% and 80% respectively as a consequence of the accelerated carbonation. Water absorption and apparent porosity decreased with carbonation while bulk density increased as a clear indication of the densification of the composite. The improvement on the mechanical performance suggests that the fibres retained their tensile strength in the inorganic matrix. Results of specimens extracted from the tested tiles after approximately 480 days in laboratory environment and further aged indicate that soak and dry cycles promoted some leaching of hydration products and more voids and lower density when performed before carbonation. The results indicate the utilization of accelerated carbonation as an effective procedure to mitigate the degradation suffered by the cellulose fibres in the less aggressive medium. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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This paper explores a new source of graphite for working electrodes, which presents advantages such as low electrical resistance, good flexibility, favorable mechanical performance, versatility to design electrodes in almost any size and very low cost. The new electrodes were investigated in batch electrochemical cells as associated with flow injection analysis systems. Cyclic voltammetry, stripping voltammetry, and amperometry associated with flow injection analysis techniques were applied for the determination of ascorbic acid, zinc and paracetamol in pharmaceutical formulations, respectively. Well-established analytical methods were applied for comparison purposes. The results herein demonstrate the potential of graphite foils as working electrodes in different electroanalytical methods, offering the possibility of producing disposable sensors for routine applications.