First [second, and final] report.

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Dimensionamento de um pavilhão metálico para armazenamento de paletes de madeira

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Síntese e estudo de polioxotungstatos do tipo Keggin com interesse catalítico

O objectivo principal deste trabalho foi estudar as propriedades e comportamento de polioxotungstatos (POM) do tipo Keggin com interesse em catálise oxidativa. Os estudos efectuados centraram-se no comportamento electroquímico dos aniões em meio não aquoso, na estabilidade das suas estruturas em diferentes meios, na sua capacidade de catalisar a oxidação de diferentes substratos orgânicos e na sua eficácia em oxidar, de forma selectiva, um modelo não fenólico da lenhina. Efectuou-se, igualmente, o estudo estrutural de diversos aniões pela técnica de EXAFS. Neste trabalho, prepararam-se e caracterizaram-se alguns dos sais de tetra-n-butilamónio (TBA) dos polioxotungstatos estudados: compostos de Keggin, TBAx[XW12O40], lacunares, TBAxHy[XW11O39], mono-substituídos, TBAxHy[XW11M(H2O)O39]·nH2O, com X= P e Si e M = CoII, NiII, ZnII, CuIl, RuIII, MnIII e FeIII e os compostos com mistura de átomos adenda TBAx[XW11VO40]·nH2O (X = P e Si). Seleccionou-se este conjunto de polioxotungstatos de forma a efectuar-se um estudo comparativo da influência da natureza do heteroátomo central (P e Si) e dos metais de transição M nas propriedades estudadas. O conjunto de sais de TBA dos silicotungstatos estudados mostraram ser isoestruturais, apresentando a mesma estrutura dos fosfotungstatos análogos. O comportamento electroquímico dos polioxotungstatos foi estudado em soluções de acetonitrilo por voltametria cíclica e electrólise a potencial controlado. Verificou-se a ocorrência de vários processos mono-electrónicos de oxi-redução, reversíveis ou quasi-reversíveis, associados aos átomos de WVI/V e a alguns dos metais de transição. Os metais em estado de oxidação +3 reduziram-se mais facilmente do que os átomos de WVI. O metal CuII apresentou um comportamento diferente dos outros metais de transição. Este metal, na estrutura do POM, reduziu-se a CuI, proporcionando a observação do anião [PW11CuIO39]6- pela primeira vez. A redução posterior do CuI conduziu à formação de Cu0, que se depositou na superfície do eléctrodo. A re-oxidação do cobre a CuII conduziu à reconstituição da estrutura do POM, nas condições estudadas. Constatou-se que a ocorrência de protões na fórmula molecular dos POMs influenciou o seu comportamento electroquímico. Para os compostos que apresentam protões, a redução dos átomos de tungsténio ocorreu a potenciais menos negativos do que para aqueles que não apresentam protões na sua fórmula. Para os primeiros observou-se a transferência global de um maior número de electrões no mesmo intervalo de potencial, originando soluções fortemente azuladas. Quando os catiões tetra-n-butilamónio foram substituídos por catiões de menor dimensão, como Li+ e Na+, ocorreu a formação de pares iónicos com os polianiões [PW12O40]3- e [SiW11VO40]5-, originando um aumento do potencial de redução. Não houve evidência da formação de pares iónicos com os catiões TBA+. Este foi o primeiro estudo sistemático do comportamento electroquímico dos aniões lacunares e mono-substituídos em meio não aquoso. Estudou-se a estrutura dos polioxotungstatos em sais de TBA e em soluções de acetonitrilo. A aplicação da técnica de EXAFS ao estudo deste tipo de compostos em solução foi realizada pela primeira vez. Pela análise estrutural nos sólidos verificou-se que, a natureza do metal de transição M e do átomo central X, na estrutura do POM, influenciam o tamanho dos vários octaedros que o constituem. Não se observaram diferenças significativas nas estruturas dos polianiões em solução. A estabilidade da estrutura dos polioxometalatos na presença de um excesso de H2O2, em soluções de acetonitrilo/H2O foi analisada por espectroscopia de absorção de EXAFS, RMN de 31P, IV e espectrofotometria de absorção no UV-Vis. De uma forma geral, os POMs em que o átomo central da estrutura é o Si apresentaram maior estabilidade do que os POMs correspondentes com átomo de P no centro. Em solução de acetonitrilo, na ausência de H2O2, todos os aniões mostraram ser estáveis durante vários dias. Em solução, na presença de H2O2 em excesso (H2O2/POM = 1300), o anião lacunar [PW11O39]7- não é estável, transformando-se no anião de Venturello, {PO4[W(O)(O2)2]4}3-, após a formação de [PW12O40]3-, como produto intermediário. Em relação aos aniões substituídos [PW11M(H2O)O39]p-, M = MnIII, RuIII, FeIII, CoII e ZnII, verificou-se o seguinte na presença de H2O2: os aniões com MnIII e CoII transformaram-se no anião de Keggin, [PW12O40]3-. Os aniões de RuIII e FeIII mantiveram as suas estruturas e o anião de ZnII decompôs-se em {HPO4[W(O)(O2)2]2}2- e fosfato. Para estes casos de não estabilidade estrutural, o processo de decomposição foi mais rápido na presença de maiores conteúdos de água. Pela análise de EXAFS, na presença de um menor excesso de H2O2 (H2O2/POM = 70) e apenas 8% de parte aquosa, verificou-se que os aniões substituídos por MnIII mantiveram a sua estrutura, embora o ligando H2O, coordenado ao Mn, tivesse sido substituído por um grupo oxo no polianião [SiW11Mn(H2O)O39]5-, e por um grupo peroxo no polianião [PW11Mn(H2O)O39]4-. O anião com RuIII, nestas condições, também mostrou substituir o seu ligando H2O por um grupo peroxo ou hidrogenoperoxo. Os polioxotungstatos mono-substituídos e lacunares mostraram ser catalisadores eficientes para a oxidação de cis-cicloocteno, geraniol e ciclooctano com H2O2. A maior novidade deste trabalho residiu na actividade catalítica apresentada pelos silicotungstatos estudados, contrariando o que é referido na literatura. Outro aspecto inovador foi o elevado valor de conversão obtido para a oxidação de ciclooctano. Este substrato foi oxidado com 74% de conversão, após 2h de reacção e com 80% de selectividade para o hidroperóxido de ciclooctilo, na presença do anião [PW11Fe(H2O)O39]4-. Os restantes produtos de reacção foram o ciclooctanol e a ciclooctanona. Os silicotungstatos apresentaram maior selectividade para o hidroperóxido de ciclooctilo do que os fosfotungstatos. O geraniol foi completamente oxidado após 3h de reacção, com 82% de selectividade para o 2,3-epoxigeraniol, na presença do anião [PW11Mn(H2O)O39]4-. O cis-cicloocteno foi oxidado ao seu epóxido, com 92% de conversão ao fim de 5h de reacção, na presença do anião lacunar [PW11O39]7-. O estudo da capacidade oxidativa do anião [SiW11VO40]5- foi analisada utilizando-se um modelo não fenólico da lenhina, a anisoína. Estudaram-se as condições favoráveis à obtenção de uma reacção selectiva para o anisilo, de forma a poder estudar-se a cinética da reacção. A estequiometria da reacção mostrou ser de 1:2 anisoína/POM. As ordens de reacção foram determinadas pelo método das velocidades iniciais e, a partir destes resultados, conheceu-se que o POM não estava envolvido no passo que limita a velocidade da reacção, sendo esta limitada pela transformação da anisoína. O estudo realizado sobre o efeito isotópico sugeriu que o passo que limitou a velocidade de reacção correspondeu à enolação da anisoína. Desta forma, observou-se pela primeira vez, que o POM oxida um modelo não fenólico da lenhina por via de enolação.

Fatigue Design Challenges of Transition Pieces from Decommissioned Platforms for Offshore Wind Energy

All structures are subjected to various loading conditions and combinations. For offshore structures, these loads include permanent loads, hydrostatic pressure, wave, current, and wind loads. Typically, sea environments in different geographical regions are characterized by the 100-year wave height, surface currents, and velocity speeds. The main problems associated with the commonly used, deterministic method is the fact that not all waves have the same period, and that the actual stochastic nature of the marine environment is not taken into account. Offshore steel structure fatigue design is done using the DNVGL-RP-0005:2016 standard which takes precedence over the DNV-RP-C203 standard (2012). Fatigue analysis is necessary for oil and gas producing offshore steel structures which were first constructed in the Gulf of Mexico North Sea (the 1930s) and later in the North Sea (1960s). Fatigue strength is commonly described by S-N curves which have been obtained by laboratory experiments. The rapid development of the Offshore wind industry has caused the exploration into deeper ocean areas and the adoption of new support structural concepts such as full lattice tower systems amongst others. The optimal design of offshore wind support structures including foundation, turbine towers, and transition piece components putting into consideration, economy, safety, and even the environment is a critical challenge. In this study, fatigue design challenges of transition pieces from decommissioned platforms for offshore wind energy are proposed to be discussed. The fatigue resistance of the material and structural components under uniaxial and multiaxial loading is introduced with the new fatigue design rules whilst considering the combination of global and local modeling using finite element analysis software programs.

Modified Steels for Cold-Forming U-Bolts Used In Leaf Springs Systems

In this work, a low alloy steel and a fabrication process were developed to produce U-Bolts for commercial vehicles. Thus, initially five types of no-heat treated steel were developed with different additions of chrome, nickel, and silicon to produce strain hardening effect during cold-forming processing of the U-Bolts, assuring the required mechanical properties. The new materials exhibited a fine perlite and ferrite microstructure due to aluminum and vanadium additions, well known as grain size refiners. The mechanical properties were evaluated in a servo-hydraulic test machine system-MTS 810 according to ASTM A370-03; E739 and E08m-00 standards. The microstructure and fractography analyses of the cold-formed steels were performed by using optical and scanning electronic microscope techniques. To evaluate the performance of the steels and the production process, fatigue tests were carried out under load control (tensile-tensile), R = 0.1 and f = 30 Hz. The Weibull statistic methodology was used for the analysis of the fatigue results. At the end of this work the 0.21% chrome content steel, Alloy 2, presented the best fatigue performance.

Characterization of the cold ductility degradation after aging in centrifugally cast 20Cr32Ni+Nb alloy tube

The mechanical properties (yield stress, ultimate tensile stress and elongation) of alloy 20Cr32Ni + Nb subject to isochronal aging at temperatures between 670 and 820 degrees C for 200 h were investigated using samples extracted from a centrifugally cast tube. The results confirm the occurrence of embrittlement in the aged samples, with maximum embrittlement observed around 770 degrees C without significant gain in strength. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modelling of cold-formed purlin-sheeting systems .1. Full model

Purlin-sheeting systems used for roofs and walls commonly take the form of cold-formed channel or zed section purlins, screw-connected to corrugated sheeting. These purlin-sheeting systems have been the subject of numerous theoretical and experimental investigations over the past three decades, but the complexity of the systems has led to great difficulty in developing a sound and general model. This paper presents a non-linear elasto-plastic finite element model, capable of predicting the behaviour of purlin-sheeting systems without the need for either experimental input or over simplifying assumptions. The model incorporates both the sheeting and the purlin, and is able to account for cross-sectional distortion of the purlin, the flexural and membrane restraining effects of the sheeting, and failure of the purlin by local buckling or yielding. The validity of the model is shown by its good correlation with experimental results. A simplified version of this model, which is more suitable for use in a design environment, is presented in a companion paper. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Modelling of cold-formed purlin-sheeting systems .2. Simplified model

A number of theoretical and experimental investigations have been made into the nature of purlin-sheeting systems over the past 30 years. These systems commonly consist of cold-formed zed or channel section purlins, connected to corrugated sheeting. They have proven difficult to model due to the complexity of both the purlin deformation and the restraint provided to the purlin by the sheeting. Part 1 of this paper presented a non-linear elasto plastic finite element model which, by incorporating both the purlin and the sheeting in the analysis, allowed the interaction between the two components of the system to be modelled. This paper presents a simplified version of the first model which has considerably decreased requirements in terms of computer memory, running time and data preparation. The Simplified Model includes only the purlin but allows for the sheeting's shear and rotational restraints by modelling these effects as springs located at the purlin-sheeting connections. Two accompanying programs determine the stiffness of these springs numerically. As in the Full Model, the Simplified Model is able to account for the cross-sectional distortion of the purlin, the shear and rotational restraining effects of the sheeting, and failure of the purlin by local buckling or yielding. The model requires no experimental or empirical input and its validity is shown by its goon con elation with experimental results. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Avaliação numérica e experimental da carga admissível de vigas compostas para monocarris de sistemas de elevação

Este trabalho foi realizado com o apoio, e em colaboração da empresa Flexcrane, que constrói e comercializa soluções flexíveis de pontes rolantes para cargas ligeiras. Com cargas máximas de 2 toneladas estas pontes e seus caminhos de rolamento são construídas essencialmente enformados a frio. O objetivo deste trabalho é a verificação numérica e experimental das cargas que este tipo de estrutura suporta, nas suas diferentes configurações. Numa aproximação por engenharia inversa, com a realização deste trabalho, foi possível determinar a carga admissível das vigas compostas utilizadas, assim como o seu comportamento quando em carga. Para obtenção destes resultados foram realizadas simulações computacionais recorrendo ao método de elementos finitos, utilizando para isso o software Ansys Workbench e ainda ensaios experimentais que permitiram validar os resultados obtidos numericamente e consolidar o conhecimento sobre o comportamento desta solução comercial. Por ser de construção modular, são possíveis diferentes combinações para o produto final, por esta razão foram estudados numericamente diferentes configurações possíveis, com e sem reforços. Foi realizada a validação experimental para a configuração mais usual, fazendo recurso a um dispositivo para ensaio de estruturas e componentes, pertencente ao Isep. Foi ainda utilizada a técnica extensométrica para avaliar as tensões em pontos selecionados e compara-los com os obtidos numericamente. Concluiu-se pelo ótimo desempenho dos produtos Flexcrane.

Behavior study of pipes after forming, coating and bending

A study of the main types of coatings and its processes that modern industry commonly apply to prevent to the corrosion due to the environmental effects to energetic market pipelines have been done. Extracting main time and temperature range values, coating heat treatment recreation have been applied to x65 pipelines steel grade samples obtained from a pipe which was formed using UOE forming process. Experimental tensile tests and Charpy V‐Notch Impact test have been carried out for a deeply knowledge of the influence on the steel once this recreations are applied. The Yield Strength and toughness have been improved despite lower values in rupture strain and ductile‐brittle temperature transition have been obtained. Finite Element Method have been applied to simulate the entirely pipe cold bending process to predict the mechanical properties and behaviour of the pipe made from x65 steel grade under different conditions.

Estudio de la expresión de Stxbp3, Stxbp6 y Claudin F en la formación del lumen en el oído interno del Pez Cebra, Danio rerio

Durante los últimos años se ha fomentado la investigación mediante el pez cebra como modelo biológico gracias a las considerables ventajas que ofrece respecto a modelos utilizados habitualmente. Una de las aplicaciones más destacadas de este modelo es en el estudio de las células sensoriales en el oído interno, ya que tienen un gran parecido con las células sensoriales de los humanos. Gracias a la facilidad de visualización y estudio de estas células en el pez cebra, se han podido llevar a cabo numerosas investigaciones sobre enfermedades que afectan a este órgano sensorial, así como la sordera. No obstante, para poder analizar todas las estructuras y células que forman parte del oído interno, es importante entender la morfogénesis de este órgano. Este proyecto se basa en el estudio de la morfogénesis del oído interno, concretamente, en la formación de lumen, una estructura que se forma en el oído interno en estadios tempranos del embrión, y que a partir de la cual se forman las demás estructuras que constituirán el oído interno. Para poder entender la formación del lumen en estadios tempranos del embrión, es necesario la caracterización de proteínas que participen en este proceso. Por lo que el objetivo principal de este proyecto es el estudio de la de la expresión de los genes Stxbp3, Stxbp6 y Claudin F en la apertura del lumen en el oído interno del pez cebra.

Kylmämuovatun putkipalkin väsyminen metsätyökoneen puomirakenteessa

Työssä on tutkittu kylmämuovatun suorakaideputkipalkin väsymistä metsätyökoneen puomirakenteen osana. Kylmämuovatun putkipalkin sisäpintaan syntyy käytössä puristavan ulkoisen kuormituksen vaikutuksesta putkipalkin pituussuunnassa sekä seinämän läpi kasvavia säröjä. Työn tarkoituksena on ollut selvittää rakenteen väsymiskestoikä sekä säröytymisen aiheuttavat tekijät. Työssä on verrattu kestoikälaskentaan ja särönkasvuun sovellettujen murtumismekaniikan ja elementtimenetelmän tuloksia laboratoriokokeista saatuihin tuloksiin. Toisiaan tukevien tulosten perusteella kylmämuovausprosessissa syntyneiden jäännösjännitysten osuus särön ydintymisessä, kasvussa ja sen käyttäytymisessä on ulkoisen kuorman paikallisen vaikutuksen lisänä erittäin merkittävä. Putkipalkin väsyminen onkin jäännösjännityksistä riippuva särönkasvuilmiö.

Materiaalimallin määrityksestä kylmämuovattujen putkipalkkien K-liitosten FE-analyysissä

Työssä on tutkittu kylmämuovattujen nelikulmaisten putkipalkkien K-liitosten mallinnusta epälineaarisella elementtimenetelmällä. Työn tärkeimpänä tavoitteena on ollut kehittää putkipalkin osien materiaalimalleja siten, että liitosten kestävyyttä voidaan tutkia laboratoriokokeiden ohella luotettavasti myös elementtimenetelmällä. Toisena tavoitteena on ollut tutkia, voidaanko putkipalkkien liitosten mitoitusohjeita turvallisesti soveltaa kylmämuovatuille putkipalkeille, joissa valmistusprosessi aiheuttaa muutoksia materiaaliominaisuuksiin, erityisesti muodonmuutoskykyyn. Työssä tehtyjen laboratoriokokeiden ja elementtianalyysien perusteella elementti-menetelmä on käyttökelpoinen työkalu putkipalkkiliitosten staattista kestävyyttä määritettäessä, kun materiaalimallit on määritetty oikein. Erityisesti liitoksen käyttö-rajatilan mukaisen kestävyyden laskennassa elementtimenetelmällä saadaan hyvin laboratoriokokeita vastaavia tuloksia. Tehdyt laboratoriokokeet osoittavat myös, että Eurocode 3:n mukaisia putkipalkkien liitosten mitoitusohjeita voi turvallisesti käyttää kylmämuovatuille putkipalkeille.

Kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten äärikestävyyden ja jäykkyyden määrittäminen sekä materiaalimallin kehittäminen

Työssä on tutkittu elementtimenetelmän avulla kylmämuovattujen nelikulmaisten putkipalkkien materiaalimallin kehittämistä ja putkipalkkien X-liitosten jäykkyyden ja äärikestävyyden määrittämistä. Työn tavoitteena on tutkia kylmämuovauksen vaikutuksia putkipalkkiprofiilin materiaaliominaisuuksiin materiaalikokeiden ja elementtianalyysien avulla sekä kehittää putkipalkille anisotrooppista materiaalimallia. Työssä määritettyjä materiaalimalleja on sovellettu X-liitosten elementtimalleihin, joiden käyttäytymistä on verrattu äärikestävyyskokeiden tuloksiin. Tutkimuksen perusteella Eurocode 3:n mitoitusohjeita voidaan turvallisesti soveltaa kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten laskennassa. Työssä tehtyjen materiaalikokeiden ja elementtianalyysien perusteella materiaalin anisotrooppisuuden vaikutus liitoksen kestävyyteen on vähäistä, ja putkipalkin pituussuuntaista materiaalimallia voidaan soveltaa myös kehäsuuntaisille materiaaliominaisuuksille. Materiaalikokeiden simulointi osoittaa, että elementtimenetelmää voidaan käyttää materiaalimallin määrittämisen apuvälineenä.

Hypermarket-ketjun energiatehokkuuden tunnusluvut

Päivittäistavarakaupassa energiankulutus on kohtuullisen suurta. Etenkin kylmälaitteet, ilmanvaihto ja valaistus kuluttavat paljon sähköä. Kaupan alalla on viime vuosina tehty paljon energiansäästötoimenpiteitä, joiden ansiosta myymälöiden energiatehokkuutta on saatu merkittävästi parannettua. Yksi tärkeimmistä toimenpiteistä on lämmön talteenotto, jolla lämmönkulutusta on saatu pienennettyä. Tässä opinnäytetyössä on selvitetty kahdenkymmenen ympäri Suomea sijaitsevan Prisma-hypermarketin energiatehokkuus. Sähkön- ja lämmön sekä veden kulutusta on arvioitu suhteessa rakennusvuoteen, pinta-alaan, rakennuksen tilavuuteen, lämmitystarvelukuun, kylmätehoon sekä myyntiin. Työssä on hyödynnetty internet-pohjaista Promise-luokitustyökalua.