Two-dimensional modeling of material failure in reinforced concrete by means of a continuum strong discontinuity approach

The paper presents a new methodology to model material failure, in two-dimensional reinforced concrete members, using the Continuum Strong Discontinuity Approach (CSDA). The mixture theory is used as the methodological approach to model reinforced concrete as a composite material, constituted by a plain concrete matrix reinforced with two embedded orthogonal long fiber bundles (rebars). Matrix failure is modeled on the basis of a continuum damage model, equipped with strain softening, whereas the rebars effects are modeled by means of phenomenological constitutive models devised to reproduce the axial non-linear behavior, as well as the bondslip and dowel effects. The proposed methodology extends the fundamental ingredients of the standard Strong Discontinuity Approach, and the embedded discontinuity finite element formulations, in homogeneous materials, to matrix/fiber composite materials, as reinforced concrete. The specific aspects of the material failure modeling for those composites are also addressed. A number of available experimental tests are reproduced in order to illustrate the feasibility of the proposed methodology. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Design of a control system using linear matrix inequalities for the active vibration control of a plate

The study of algorithms for active vibration control in smart structures is an area of interest, mainly due to the demand for better performance of mechanical systems, such as aircraft and aerospace structures. Smart structures, formed using actuators and sensors, can improve the dynamic performance with the application of several kinds of controllers. This article describes the application of a technique based on linear matrix inequalities (LMI) to design an active control system. The positioning of the actuators, the design of a robust state feedback controller and the design of an observer are all achieved using LMI. The following are considered in the controller design: limited actuator input, bounded output (energy) and robustness to parametric uncertainties. Active vibration control of a flat plate is chosen as an application example. The model is identified using experimental data by an eigensystem realization algorithm (ERA) and the placement of the two piezoelectric actuators and single sensor is determined using a finite element model (FEM) and an optimization procedure. A robust controller for active damping is designed using an LMI framework, and a reduced model with observation and control spillover effects is implemented using a computer. The simulation results demonstrate the efficacy of the approach, and show that the control system increases the damping in some of the modes.

Bone regeneration after demineralized bone matrix and castor oil (Ricinus communis) polyurethane implantation

Innocuous biocompatible materials have been searched to repair or reconstruct bone defects. Their goal is to restore the function of live or dead tissues. This study compared connective tissue and bone reaction when exposed to demineralized bovine bone matrix and a polyurethane resin derived from castor bean (Ricinus communis). Forty-five rats were assigned to 3 groups of 15 animals (control, bovine bone and polyurethane). A cylindrical defect was created on mandible base and filled with bovine bone matrix and the polyurethane. Control group received no treatment. Analyses were performed after 15, 45 and 60 days (5 animals each). Histological analysis revealed connective tissue tolerance to bovine bone with local inflammatory response similar to that of the control group. After 15 days, all groups demonstrated similar outcomes, with mild inflammatory reaction, probably due to the surgical procedure rather than to the material. In the polymer group, after 60 days, scarce multinucleated cells could still be observed. In general, all groups showed good stability and osteogenic connective tissue with blood vessels into the surgical area. The results suggest biocompatibility of both materials, seen by their integration into rat mandible. Moreover, the polyurethane seems to be an alternative in bone reconstruction and it is an inexhaustible source of biomaterial.

Implants of polyanionic collagen matrix in bone defects of ovariectomized rats

In recent years, there has been a great interest in the development of biomaterials that could be used in the repair of bone defects. Collagen matrix (CM) has the advantage that it can be modified chemically to improve its mechanical properties. The aim of the present study was to evaluate the effect of three-dimensional membranes of native or anionic (submitted to alkaline treatment for 48 or 96 h) collagen matrix on the consolidation of osteoporosis bone fractures resulting from the gonadal hormone alterations caused by ovariectomy in rats subjected to hormone replacement therapy. The animals received the implants 4 months after ovariectomy and were sacrificed 8 weeks after implantation of the membranes into 4-mm wide bone defects created in the distal third of the femur with a surgical bur. Macroscopic analysis revealed the absence of pathological alterations in the implanted areas, suggesting that the material was biocompatible. Microscopic analysis showed a lower amount of bone ingrowth in the areas receiving the native membrane compared to the bone defects filled with the anionic membranes. In ovariectomized animals receiving anionic membranes, a delay in bone regeneration was observed mainly in animals not subjected to hormone replacement therapy. We conclude that anionic membranes treated with alkaline solution for 48 and 96 h presented better results in terms of bone ingrowth.

Extracellular matrix of porcine pericardium: Biochemistry and collagen architecture

Pericardial tissue has been used to construct bioprostheses employed in the repair of different kinds of injuries, mostly cardiac. However, calcification and mechanical failure have been the main causes of the limited durability of cardiac bioprostheses constructed with bovine pericardium. In the course of this work, a study was conducted on porcine fibrous pericardium, its microscopic structure and biochemical nature. The general morphology and architecture of collagen were studied under conventional light and polarized light microscopy. The biochemical study of the pericardial matrix was conducted according to the following procedures: swelling test, hydroxyproline and collagen dosage, quantification of amino acids in soluble collagen, component extraction of the extracellular matrix of the right and left ventral regions of pericardium with different molarities of guanidine chloride, protein and glycosaminoglycan (GAG) dosage, sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and total GAG analysis. Microscopic analysis showed collagen fibers arranged in multidirectionally oriented layers forming a closely knit web, with a larger number of fibers obliquely oriented, initiating at the lower central region toward the upper left lateral relative to the heart. No qualitative differences were found between proteins extracted from the right and left regions. Likewise, no differences were found between fresh and frozen material. Protein dosages from left frontal and right frontal pericardium regions showed no significant differences. The quantities of extracted GAGs were too small for detection by the method used. Enzymatic digestion and electrophoretic analysis showed that the GAG found is possibly dermatan sulfate. The proteoglycan showed a running standard very similar to the small proteoglycan decorin.

Controlled Cisplatin Delivery from Ureasil-PEO1900 Hybrid Matrix

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise dinâmica do amortecimento em estruturas compostas com material viscoelástico

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Comparação da desadaptação marginal de infra-estruturas metálicas obtidas com variações na técnica de fundição, revestimentos e material para obtenção dos padrões

Pós-graduação em Odontologia - FOA

Desenvolvimento de método analítico para a determinação de vanádio em material vegetal por espectrometria de absorção atômica em forno de grafite

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A sustentabilidade do desenvolvimento e a demanda material da economia: o caso do Brasil comparado ao de países industrializados

Este artigo trata da relação sociedade-ambiente. Busca-se, por meio da Teoria de Sistemas, estabelecer um referencial que permita o entendimento dessa relação e que possibilite o acesso operacional às suas dinâmicas. A esse arcabouço teórico é associada uma proposta metodológica que se estrutura em torno da contabilização dos fluxos materiais componentes dos processos econômicos. Desse método, o Material Flow Analysis (MFA), foi aprofundado o conceito de Metabolismo Econômico-Ambiental (MEA), por meio do qual é possível quantificar toda a matéria e energia demandada por uma economia. A análise da Demanda Material Total (DMT) possibilita o conhecimento da eficiência ecológica de qualquer processo econômico e a produção de indicadores para avaliar os impactos ambientais das atividades antrópicas. Do estudo resultou um detalhamento metodológico próprio que foi aplicado para medir a DMT do Brasil para comparações com a dos EUA, Alemanha, Japão e Holanda. Os resultados demonstraram que a metodologia é capaz de trazer à tona aspectos ecologicamente relevantes da economia, mediante os quais é possível constatar que os sistemas econômicos são configurados por lógicas crescentemente insustentáveis em relação ao ambiente.

Comportamento mecânico de material compósito de matriz poliéster reforçado por sistema híbrido fibras naturais e resíduos da indústria madeireira

Neste trabalho, materiais compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras curtas de sisal, por resíduo de madeira e por sistema híbrido sisal/resíduo de madeira, dispostos aleatoriamente foram produzidos, utilizando-se o menor nível possível de processamento tecnológico nas etapas produtivas, com vistas a se produzir um compósito tecnicamente viável a pequenos produtores. A matriz de poliéster utilizada foi a tereftálica pré-acelerada com naftenato de cobalto e curada a temperatura ambiente com peróxido de metil-etil-cetona (MEK) em diferentes proporções em relação à resina, 0,33%, 1,66%, 3,33% e 5,00% em volume, de forma a se avaliar a influência deste nas propriedades mecânicas. As fibras de sisal foram cortadas manualmente nos comprimentos de 5, 10 e 15mm e utilizadas da maneira como adquiridas, sem tratamento superficial. O resíduo de madeira utilizado foi o pó de lixadeira da madeira maçaranduba. Os compósitos foram fabricados por moldagem manual, sem pressão e a temperatura ambiente. Foram fabricados corpos de prova de matriz pura, compósitos reforçados por sisal, variando-se o comprimento das fibras, compósitos reforçados por pó de maçaranduba e compósitos de reforço híbrido, sisal/pó de madeira, em diferentes proporções entre os constituintes. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e impacto charpy e as superfícies de fratura geradas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura de modo a se correlacionar os aspectos de fratura com as propriedades mecânicas. Foi determinada a massa específica de cada série de corpos de prova fabricada, bem como a fração volumétrica dos reforços nos compósitos. Os resultados demonstraram que com o aumento do comprimento da fibra de sisal a resistência à tração e ao impacto dos compósitos foi incrementada, alcançando, o compósito com fibras de sisal de 15 mm, o melhor desempenho mecânico dentre as séries testadas. Por outro lado, a heterogeneidade granulométrica do pó de maçaranduba teve efeito negativo sobre as propriedades mecânicas dos compósitos. Os compósitos híbridos sisal/pó de madeira com maior teor de fibras, alcançaram 80% do desempenho obtido para os compósitos de fibras de sisal.

Fabricação e caracterização de material compósito de resina poliéster reforçada por tecido de fibra de tururi extraído da palmeira de ubuçu (Manicaria saccifera)

Neste trabalho é apresentada a fabricação e caracterização de um material compósito de matriz polimérica reforçada por fibras naturais. A matriz é um poliéster teraftélica insaturada préacelerada obtida comercialmente como Denverpoly 754 e o agente de cura utilizado foi o peróxido de Mek (Butanox M- 50), na proporção de 0,33 % , em volume. A fibra natural usada foi o tururi, obtida da região do Marajó, município de Muaná. O tecido de fibra de tururi foi submetido a dois tipos de abertura no sentido transversal, de [50 e 100]%, em relação a uma largura original. A fabricação do material compósito foi através do método da laminação manual (hand lay up), seguido de uma pressão controlada através de pesos previamente quantificados. Características físicas, mecânicas e microscópicas foram obtidas para a fibra e o material compósito, obtendo-se resistência a tração, massa específica, gramatura do tecido, fração mássica e imagens microscópicas antes e depois do ensaio de tração para o tecido da fibra e ensaio de tração depois do ensaio de tração para o material compósito. O tecido de tururi apresentou resistência a tração de 29,95 MPa (sem abertura), 12,27 MPa (abertura de 50 %) e 9,38 MPa (abertura de 100 %). A abertura provoca a diminuição da resistência à tração do tecido de tururi. A gramatura do tecido diminuiu com a abertura do tecido. A fração mássica do tecido do compósito foi de 14,39 % (sem abertura), 9,35 % (abertura de 50 %) e 7,19 % (abertura de 100 %). A resistência a tração do compósito foi de 35,76 MPa (sem abertura), 19,01 MPa (50 % de abertura) e 16,8 MPa (100 % de abertura). A resistência mecânica apresentou valores aproximados aos encontrados na literatura para materiais compósitos reforçados por fibras naturais. As imagens obtidas em microscopia eletrônica de varredura corroboraram com as propriedades mecânicas obtidas para cada situação do material e fibras.

Material compósito de matriz frágil reforçado com fibras naturais de sisal e malva: caracterização e correlações das propriedades e mecânicas

Este estudo propõe avaliar o comportamento mecânico dos compósitos de matriz cimentícia reforçados com fibras de sisal e malva. Correlacionar o comportamento dos materiais com variação do tipo e do comprimento das fibras. O material base utilizado na fabricação do compósito foi cimento, areia, água e fibra de sisal e malva. Usou-se u traço 1 : 2 : 0,5 (cimento, areia e água), com adição de 1% de fibras em relação ao peso da mistura. As fibras foram previamente cortadas no comprimento de 15 mm e 25 mm e adicionadas manualmente à mistura. As correlações dos compósitos foram obtidos através do ensaio de flexão em três pontos, seguindo norma RILEM 49. As características micro-estruturais foram avaliadas através do uso do microscópio eletrônico de varredura.Os resultados obtidos indicam que a inserção de fibras na matriz cimentícia diminui a força máxima aplicada no corpo de prova, porém houve um ganho na tenacidade e na pseudo ductilidade do material após o aparecimento da 1ª trinca. As fibras mais longas mostraram melhor desempenho com um pequeno destaque às fibras de MALVA.

Hydroxyapatite/beta-tricalcium phosphate and enamel matrix derivative for treatment of proximal class II furcation defects: a randomized clinical trial

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Polymer Matrix-Based Piezoelectric Composite for Structural Health Monitoring

Structural health monitoring (SHM) refers to the procedure of assessing the structure conditions continuously so it is an alternative to conventional nondestructive evaluation (NDE) techniques [1]. With the growing developments in sensor technology acoustic emission (AE) technology has been attracting attention in SHM applications. AE are characterized by waves produced by the sudden internal stress redistribution caused by the changes in the internal structure, such as fatigue, crack growth, corrosion, etc. Piezoelectric materials such as Lead Zirconate Titanate (PZT) ceramic have been widely used as sensor due to its high electromechanical coupling factor and piezoelectric d coefficients. Because of the poor mechanical characteristic and the lack in the formability of the ceramic, polymer matrix-based piezoelectric composites have been studied in the last decade in order to obtain better properties in comparison with a single phase material. In this study a composite film made of polyurethane (PU) and PZT ceramic particles partially recovered with polyaniline (PAni) was characterized and used as sensor for AE detection. Preliminary results indicate that the presence of a semiconductor polymer (PAni) recovering the ceramic particles, make the poling process easier and less time consuming. Also, it is possible to observe that there is a great potential to use such type of composite as sensor for structure health monitoring.