Universality class of fiber bundles with strong heterogeneities

We study the effect of strong heterogeneities on the fracture of disordered materials using a fiber bundle model. The bundle is composed of two subsets of fibers, i.e. a fraction 0 ≤ α ≤ 1 of fibers is unbreakable, while the remaining 1 - α fraction is characterized by a distribution of breaking thresholds. Assuming global load sharing, we show analytically that there exists a critical fraction of the components αc which separates two qualitatively diferent regimes of the system: below αc the burst size distribution is a power law with the usual exponent Ƭ= 5/2, while above αc the exponent switches to a lower value Ƭ = 9/4 and a cutoff function occurs with a diverging characteristic size. Analyzing the macroscopic response of the system we demonstrate that the transition is conditioned to disorder distributions where the constitutive curve has a single maximum and an inflexion point defining a novel universality class of breakdown phenomena

Avalanche dynamics of fiber bundle models

We present a detailed analytical and numerical study of the avalanche distributions of the continuous damage fiber bundle model CDFBM . Linearly elastic fibers undergo a series of partial failure events which give rise to a gradual degradation of their stiffness. We show that the model reproduces a wide range of mechanical behaviors. We find that macroscopic hardening and plastic responses are characterized by avalanche distributions, which exhibit an algebraic decay with exponents between 5/2 and 2 different from those observed in mean-field fiber bundle models. We also derive analytically the phase diagram of a family of CDFBM which covers a large variety of potential avalanche size distributions. Our results provide a unified view of the statistics of breaking avalanches in fiber bundle models

Critical ruptures in a bundle of slowly relaxing fibers

We study the damage enhanced creep rupture of disordered materials by means of a fiber bundle model. Broken fibers undergo a slow stress relaxation modeled by a Maxwell element whose stress exponent m can vary in a broad range. Under global load sharing we show that due to the strength disorder of fibers, the lifetime ʧ of the bundle has sample-to-sample fluctuations characterized by a log-normal distribution independent of the type of disorder. We determine the Monkman-Grant relation of the model and establish a relation between the rupture life tʄ and the characteristic time tm of the intermediate creep regime of the bundle where the minimum strain rate is reached, making possible reliable estimates of ʧ from short term measurements. Approaching macroscopic failure, the deformation rate has a finite time power law singularity whose exponent is a decreasing function of m. On the microlevel the distribution of waiting times is found to have a power law behavior with m-dependent exponents different below and above the critical load of the bundle. Approaching the critical load from above, the cutoff value of the distributions has a power law divergence whose exponent coincides with the stress exponent of Maxwell elements

Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loading using cohesive zone models

Es desenvolupa una eina de disseny per l'anàlisi de la tolerància al dany en composites. L'eina pot predir el inici i la propagació de fisures interlaminars. També pot ser utilitzada per avaluar i planificar la necessitat de reparar o reemplaçar components durant la seva vida útil. El model desenvolupat pot ser utilitzat tan per simular càrregues estàtiques com de fatiga. El model proposat és un model de dany termodinàmicament consistent que permet simular la delaminació en composites sota càrregues variables. El model es formula dins el context de la Mecànica del Dany, fent ús dels models de zona cohesiva. Es presenta un metodologia per determinar els paràmetres del model constitutiu que permet utilitzar malles d'elements finits més bastes de les que es poden usar típicament. Finalment, el model és també capaç de simular la delaminació produïda per càrregues de fatiga.

Avaluació dels efectes d'un programa d'exercici físic individualitzat sobre la Qualitat de Vida (QdV), la incontinència urinària, la fatiga i la resistència muscular amb malalts del càncer de pròstata

El cáncer de próstata es el cáncer más frecuente en los hombres en muchos países industrializados. Considerando el porcentaje de supervivencia relativa a los 5 años (76,5%) y el estado de morbilidad que generan los tratamientos vigentes, el concepto de Calidad de Vida (CdV) del hombre mayor con cáncer de próstata pasa a ser un objetivo prioritario en la intervención sociosanitaria. Clásicamente la evaluación del impacto que generan los síntomas se ha determinado por la frecuencia y el número de síntomas asociados a la enfermedad y al tratamiento. A nuestro parecer, lo más apropiado es realizar el análisis objetivando además el impacto que generan en la actividad de vida diaria de los afectados. Este artículo tiene un doble objetivo. Primero, evaluar los beneficios de un programa de ejercicio de fuerza adaptado a la enfermedad y al tratamiento de cáncer de próstata. Segundo, identificar los síntomas más relevantes del cáncer de próstata desde la perspectiva del paciente y el impacto que generan a la Calidad de Vida del hombre mayor. La propuesta metodológica se basa en la triangulación metodológica entre métodos secuencial, (cuantitativo y cualitativo). En los resultados se observa una mejora significativa de la Calidad de Vida del enfermo, mediado indirectamente por la mejora del síntoma de incontinencia y el dolor. Así mismo se observa una mejora de la capacidad de la fuerza y resistencia muscular más evidente en las extremidades inferiores. Queda científicamente demostrada la eficacia de un programa de ejercicio físico de fuerza adaptado a los síntomas que genera la enfermedad y el tratamiento de cáncer de próstata en la mejora de la Calidad de Vida de la persona mayor.

Análisis de la influencia de los diferentes parámetros de diseño en la aparición de fatiga superficial en contactos mecánicos

La fatiga superficial es uno de los principales problemas en las transmisiones mecánicas y es uno de los focos de atención de las investigaciones de los últimos anos en Tribología. La disminución de viscosidad de los lubricantes para la mejora de la eficiencia, el aumento de las potencias a transmitir, el aumento de la vida de los componentes o la mejora de su fiabilidad han supuesto que los fenómenos de fatiga superficial hayan cobrado especial relevancia, especialmente los fenómenos de pitting y micropitting en cajas multiplicadoras/reductoras de grandes potencias de aplicación, por ejemplo, en el sector eólico. Como todo fenómeno de fatiga, el pitting y micropitting son debidos a la aplicación de cargas ciclicas. Su aparición depende de las presiones y tensiones cortantes en el contacto entre dos superficies que al encontrarse en rodadura y deslizamiento varian con el tiempo. La principal consecuencia de la fatiga superficial es la aparición de hoyuelos de diferente magnitud segun la escala del fenómeno (pitting o micropitting) en la superficie del material. La aparición de estos hoyuelos provoca la perdida de material, induce vibraciones y sobrecargas en el elemento que finalmente acaba fallando. Debido a la influencia de la presión y tensión cortante en el contacto, la aparición de fatiga depende fuertemente del lubricante que se encuentre entre las dos superficies y de las condiciones de funcionamiento en las cuales este trabajando. Cuando el contacto trabaja en condiciones de lubricacion mixta-elastohidrodinamica tiende a aparecer micropitting debido a las altas tensiones localizadas en las proximidades de las asperezas, mientras que si el régimen es de lubricación completa el tipo de fatiga superficial suele ser pitting debido a las tensiones mas suavizadas y menos concentradas. En esta Tesis Doctoral se han analizado todos estos factores de influencia que controlan el pitting y el micropitting prestando especial atención al efecto del lubricante. Para ello, se ha dado un enfoque conjunto a ambos fenómenos resolviendo las ecuaciones involucradas en el contacto elastohidrodinamico no-Newtoniano (la ecuación de Reynolds, la deformación elástica de los sólidos y la reologia del lubricante) para conocer la presión y la tensión cortante en el contacto. Conocidas estas, se resuelve el campo de tensiones en el interior del material y, finalmente, se aplican criterios de fatiga multiaxial (Crossland, Dang Van y Liu-Mahadevan) para conocer si el material falla o no falla. Con la metodología desarrollada se ha analizado el efecto sobre las tensiones y la aparición de la fatiga superficial del coeficiente viscosidad-presion, de la compresibilidad, del espesor especifico de película y de la fricción así como de la influencia de las propiedades a fatiga del material y de las condiciones de funcionamiento (radios de contacto, velocidad, deslizamiento, carga y temperatura). Para la validación de los resultados se han utilizado resultados teóricos y experimentales de otros autores junto con normas internacionales de amplia utilización en el mundo industrial, entre otras, para el diseño y calculo de engranajes. A parte del trabajo realizado por simulación y cálculo de los diferentes modelos desarrollados, se ha realizado un importante trabajo experimental que ha servido no solo para validar la herramienta desarrollada sino que además ha permitido incorporar al estudio factores no considerados en los modelos, como los aditivos del lubricante. Se han realizado ensayos de medida del coeficiente de fricción en una maquina de ensayo puntual con la que se ha validado el cálculo del coeficiente de fricción y se ha desarrollado un proceso de mejora del coeficiente de fricción mediante texturizado superficial en contactos puntuales elastohidrodinamicos mediante fotolitografia y ataque quimico. Junto con los ensayos de medida de fricción en contacto puntual se han realizado ensayos de fricción y fatiga superficial en contacto lineal mediante una maquina de discos que ha permitido evaluar la influencia de diferentes aditivos (modificadores de fricción, antidesgaste y extrema-presion) en la aparición de fatiga superficial (pitting y micropitting) y la fricción en el contacto. Abstract Surface fatigue is one of the most important problems of mechanical transmissions and therefore has been one of the main research topics on Tribology during the last years. On the one hand, industrial demand on fuel economy has led to reduce lubricant viscosity in order to improve efficiency. On the other hand, the requirements of power and life of machine elements are continuously increasing, together with the improvements in reliability. As a consequence, surface fatigue phenomena have become critical in machinery, in particular pitting and micropitting in high power gearboxes of every kind of machines, e.g., wind turbines or cranes. In line with every fatigue phenomena, pitting and micropitting are caused by cyclic loads. Their appearance depends on the evolution of pressures and shear stresses with time, throughout the contact between surfaces under rolling and sliding conditions. The main consequence of surface fatigue is the appearance of pits on the surface. The size of the pits is related to the scale of the fatigue: pitting or micropitting. These pits cause material loss, vibrations and overloads until the final failure is reached. Due to the great influence of the pressures and shear stresses in surface fatigue, the appearance of pits depends directly on the lubricant and the operating conditions. When the contact works under mixed regime (or under elastohydrodynamic but close to mixed regime) the main fatigue failure is micropitting because of the high pressures located near the asperities. In contrast, when the contact works under elastohydrodynamic fully flooded conditions the typical fatigue failure is pitting. In this Ph.D. Thesis, the main factors with influence on pitting and micropitting phenomena are analyzed, with special attention to the effect of the lubricant. For this purpose, pitting and micropitting are studied together by solving the equations involved in the non-Newtonian elastohydrodynamic contact. Thus, pressure and shear stress distributions are found by taking into account Reynolds equation, elastic deflection of the solids and lubricant rheology. Subsequently, the stress field inside the material can be calculated and different multiaxial fatigue criteria (Crossland, Dang Van and Liu- Mahadevan) can be applied to predict whether fatigue failure is reached. The influences of the main parameters on pressure and surface fatigue have been studied, taking into account the lubricant compressibility and its viscosity-pressure coefficient, the specific film thickness, the friction coefficient and the fatigue properties of the contacting materials, together with the operating conditions (contact radius, mean velocity, sliding velocity, load and temperature). Several theoretical and experimental studies of different authors have been used to validate all the results obtained, together with international standards used worldwide in gear design industry. Moreover, an experimental stage has been carried out in order to validate the calculation methods and introduce additional influences not included previously, e.g., lubricant additives. The experimentation includes different friction tests in point contacts performed with a tribological equipment in order to validate the results given by the calculations. Furthermore, the reduction and optimization of the friction coefficient is analyzed by means of textured surfaces, obtained combining photolithography and chemical etching techniques. Besides the friction tests with point contact, friction and surface fatigue tests have also been performed with line contact in a tribological test rig. This equipment is also used to study the influence of different types of additives (friction modifiers, anti-wear and extreme-pressure additives) on surface fatigue (pitting and micropitting).

Comportamiento a fatiga de uniones a solape simple con adhesivo epoxi de acero y acero prepintado

(SPA)Las propiedades mecánicas de las uniones adhesivas no solo dependen de la naturaleza y propiedades de los adhesivos; hay muchos otros parámetros que influyen directamente en el comportamiento de las uniones adhesivas. Algunos de los más significativos son: el acabado superficial de los materiales, área y espesor de la capa adhesiva, un diseño adecuado, secuencia de aplicación, propiedades químicas de la superficie y preparación de los sustratos antes de aplicar el adhesivo. La resistencia mecánica de las uniones adhesivas está íntimamente relacionada con el proceso de rotura, directamente dependiente del mecanismo cohesión-adhesión. El objeto de este trabajo es analizar la influencia de dos acabados superficiales diferentes, sobre el comportamiento a fatiga de uniones con adhesivo epoxi. Los resultados muestran que la compatibilidad química entre el adhesivo y la capa prepintada mejora la adhesión de las uniones y la resistencia mecánica frente a cargas estáticas y dinámicas. Se ha obtenido el límite de fatiga para las uniones de ambas superficies. (ENG)The mechanical properties of adhesive joints depend not only on the nature and properties of the adhesives; there are many parameters which influence the behaviour of the adhesive joints. Some of more significant parameters are: the surface conditions of materials, area and thickness of adhesive layer, compatibility of the design, applying sequence, chemical properties of surface and the surface treatments of substrates prior to be bonded. The mechanical resistance of adhesive joints is interrelated to the fracture process depended on cohesion-adhesion mechanism. The aim of this paper is analyse the influence of two different surfaces on the fatigue behaviour of epoxy adhesive joints. The results show that chemical compatibility of adhesive and paint improve adhesion of joints and the mechanical resistance against static and dynamic loads. The fatigue limited has been obtained for joints with both surfaces.

Análisis del comportamiento a fatiga de uniones adhesivas de acero recubierto

Los adhesivos se conocen y han sido utilizados en multitud de aplicaciones a lo lago de la historia. En la actualidad, la tecnología de la adhesión como método de unión de materiales estructurales está en pleno crecimiento. Los avances científicos han permitido comprender mejor los fenómenos de adhesión, así como, mejorar y desarrollar nuevas formulaciones poliméricas que incrementan el rango de aplicaciones de los adhesivos. Por otro lado, el desarrollo de nuevos materiales y la necesidad de aligerar peso, especialmente en el sector transporte, hace que las uniones adhesivas se introduzcan en aplicaciones hasta ahora reservadas a otros sistemas de unión como la soldadura o las uniones mecánicas, ofreciendo rendimientos similares y, en ocasiones, superiores a los aportados por estas. Las uniones adhesivas ofrecen numerosas ventajas frente a otros sistemas de unión. En la industria aeronáutica y en automoción, las uniones adhesivas logran una reducción en el número de componentes (tales como los tornillos, remaches, abrazaderas) consiguiendo como consecuencia diseños más ligeros y una disminución de los costes de manipulación y almacenamiento, así como una aceleración de los procesos de ensamblaje, y como consecuencia, un aumento de los procesos de producción. En el sector de la construcción y en la fabricación de equipos industriales, se busca la capacidad para soportar la expansión y contracción térmica. Por lo tanto, se usan las uniones adhesivas para evitar producir la distorsión del sustrato al no ser necesario el calentamiento ni la deformación de las piezas cuando se someten a un calentamiento elevado y muy localizado, como en el caso de la soldadura, o cuando se someten a esfuerzos mecánicos localizados, en el caso de montajes remachados. En la industria naval, se están desarrollando técnicas de reparación basadas en la unión adhesiva para distribuir de forma más uniforme y homogénea las tensiones con el objetivo de mejorar el comportamiento frente a fatiga y evitar los problemas asociados a las técnicas de reparación habituales de corte y soldadura. Las uniones adhesivas al no requerir importantes aportes de calor como la soldadura, no producen modificaciones microestructurales indeseables como sucede en la zona fundida o en la zona afectada térmicamente de las uniones soldadas, ni deteriora los recubrimientos protectores de metales de bajo punto de fusión o de naturaleza orgánica. Sin embargo, las uniones adhesivas presentan una desventaja que dificulta su aplicación, se trata de su durabilidad a largo plazo. La primera causa de rotura de los materiales es la rotura por fatiga. Este proceso de fallo es la causa del 85% de las roturas de los materiales estructurales en servicio. La rotura por fatiga se produce cuando se somete al material a la acción de cargas que varían cíclicamente o a vibraciones durante un tiempo prolongado. Las uniones y estructuras sometidas a fatiga pueden fallar a niveles de carga por debajo del límite de resistencia estática del material. La rotura por fatiga en las uniones adhesivas no se produce por un proceso de iniciación y propagación de grieta de forma estable, el proceso de fatiga va debilitando poco a poco la unión hasta que llega un momento que provoca una rotura de forma rápida. Underhill explica este mecanismo como un proceso de daño irreversible de los enlaces más débiles en determinados puntos de la unión. Cuando se ha producido el deterioro de estas zonas más débiles, su área se va incrementando hasta que llega un momento en que la zona dañada es tan amplia que se produce el fallo completo de la unión. En ensayos de crecimiento de grieta realizados sobre probetas preagrietadas en viga con doble voladizo (DCB), Dessureault identifica los procesos de iniciación y crecimiento de grietas en muestras unidas con adhesivo epoxi como una acumulación de microfisuras en la zona próxima al fondo de grieta que, luego, van coalesciendo para configurar la grieta principal. Lo que supone, igualmente, un proceso de daño del adhesivo en la zona de mayor concentración de tensiones que, posteriormente, conduce al fallo de la unión. La presente tesis surge con el propósito de aumentar los conocimientos existentes sobre el comportamiento a fatiga de las uniones adhesivas y especialmente las realizadas con dos tipos de adhesivos estructurales aplicados en aceros con diferentes acabados superficiales. El estudio incluye la obtención de las curvas de tensión frente al número de ciclos hasta el fallo del componente, curvas SN o curvas de Wöhler, que permitirán realizar una estimación de la resistencia a la fatiga de un determinado material o estructura. Los ensayos de fatiga realizados mediante ciclos predeterminados de carga sinusoidales, de amplitud y frecuencia constantes, han permitido caracterizar el comportamiento a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura, siendo el límite de fatiga el valor al que tiende la tensión cuando el número de ciclos es muy grande. En algunos materiales, la fatiga no tiende a un valor límite sino que decrece de forma constante a medida que aumenta el número de ciclos. Para estas situaciones, se ha definido la resistencia a la fatiga (o límite de resistencia) por la tensión en que se produce la rotura para un número de ciclos predeterminado. Todos estos aspectos permitirán un mejor diseño de las uniones y las condiciones de trabajo de los adhesivos con el fin de lograr que la resistencia a fatiga de la unión sea mucho más duradera y el comportamiento total de la unión sea mucho mejor, contribuyendo al crecimiento de la utilización de las uniones adhesivas respecto a otras técnicas. ABSTRACT Adhesives are well-known and have been used in many applications throughout history. At present, adhesion bonding technology of structural materials is experiencing an important growth. Scientific advances have enabled a better understanding of the phenomena of adhesion, as well as to improve and develop new polymeric formulations that increase the range of applications. On the other hand, the development of new materials and the need to save weight, especially in the transport sector, have promote the use of adhesive bonding in many applications previously reserved for other joining technologies such as welded or mechanical joints, presenting similar or even higher performances. Adhesive bonding offers many advantages over other joining methods. For example, in the aeronautic industry and in the automation sector, adhesive bonding allows a reduction in the number of components (such as bolts, rivets, clamps) and as consequence, resulting in lighter designs and a decrease in handling and storage costs, as well as faster assembly processes and an improvement in the production processes. In the construction sector and in the industrial equipment manufacturing, the ability to withstand thermal expansion and contraction is required. Therefore, adhesion bonding technology is used to avoid any distortion of the substrate since this technology does not require heating nor the deformation of the pieces when these are exposed to very high and localized heating, as in welding, or when are subjected to localized mechanical stresses in the case of riveted joints. In the naval industry, repair techniques based in the adhesive bonding are being developed in order to distribute stresses more uniform and homogeneously in order to improve the performance against fatigue and to avoid the problems associated with standard repair techniques as cutting and welding. Adhesive bonding does not require the use of high temperatures and as consequence they do not produce undesirable microstructural changes, as it can be observed in molten zones or in heat-affected zones in the case of welding, neither is there damage of the protective coating of metals with low melting points or polymeric films. However, adhesive bonding presents a disadvantage that limits its application, the low longterm durability. The most common cause of fractures of materials is fatigue fracture. This failure process is the cause of 85% of the fracture of structural materials in service. Fatigue failure occurs when the materials are subjected to the action of cyclic loads or vibrations for a long period of time. The joints and structures subjected to fatigue can fail at stress values below the static strength of the material. Fatigue failure do not occurs by a static and homogeneous process of initiation and propagation of crack. The fatigue process gradually weakens the bond until the moment in which the fracture occurs very rapidly. Underhill explains this mechanism as a process of irreversible damage of the weakest links at certain points of the bonding. When the deterioration in these weaker zones occurs, their area increase until the damage zone is so extensive that the full failure of the joint occurs. During the crack growth tests performed on precracked double-cantilever beam specimen, (DCB), Dessureault identified the processes of crack initiation and growth in samples bonded with epoxy adhesive as a process of accumulation of microcracks on the zone near the crack bottom, then, they coalesced to configure the main crack. This is a damage process of the adhesive in the zone of high stress concentration that leads to failure of the bond. This thesis aims to further the understanding of the fatigue behavior of the adhesive bonding, primarily those based on two different types of structural adhesives used on carbon-steel with different surface treatments. This memory includes the analysis of the SN or Wöhler curves (stress vs. number of cycles curves up to the failure), allowing to carry out an estimation of the fatigue strength of a specific material or structure. The fatigue tests carried out by means of predetermined cycles of sinusoidal loads, with a constant amplitude and frequency, allow the characterisation of the fatigue behaviour. For some materials, there is a maximum stress amplitude below which the material never fails for any number of cycles, known as fatigue limit. In the other hand, for other materials, the fatigue does not tend toward a limit value but decreases constantly as the number of cycles increases. For these situations, the fatigue strength is defined by the stress at which the fracture occurs for a predetermined number of cycles. All these aspects will enable a better joint design and service conditions of adhesives in order to get more durable joints from the fatigue failure point of view and in this way contribute to increase the use of adhesive bonding over other joint techniques.

Fatiga en CFRP: Caracterización y Método Óptico para la Estimación del Daño

El desarrollo de nuevas estructuras aeroespaciales optimizadas, utilizan materiales compuestos, para los componentes críticos y subsistemas, principalmente polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP). Un conocimiento profundo del estado de daño por fatiga de estructuras de CFRP avanzado, es esencial para predecir la vida residual y optimizar los intervalos de inspección estructural, reparaciones y/o sustitución de componentes. Las técnicas actuales se basan principalmente en la medición de cargas estructurales a lo largo de la vida útil de la estructura mediante galgas extensométricas eléctricas. Con esos datos, se estima la vida a fatiga utilizando modelos de acumulación de daño. En la presente tesis, se evalúa la metodología convencional para la estimación de la vida a fatiga de un CFRP aeronáutico. Esta metodología está basada en la regla de acumulación de daño lineal de Palmgren-Miner, y es aplicada para determinar la vida a fatiga de estructuras sometidas a cargas de amplitud variable. Se ha realizado una campaña de ensayos con cargas de amplitud constante para caracterizar un CFRP aeronáutico a fatiga, obteniendo las curvas clásicas S-N, en diferentes relaciones de esfuerzo. Se determinaron los diagramas de vida constante, (CLD), también conocidos como diagramas de Goodman, utilizando redes neuronales artificiales debido a la ausencia de modelos coherentes para materiales compuestos. Se ha caracterizado la degradación de la rigidez debido al daño por fatiga. Se ha ensayado un segundo grupo de probetas con secuencias estandarizadas de cargas de amplitud variable, para obtener la vida a fatiga y la degradación de rigidez en condiciones realistas. Las cargas aplicadas son representativas de misiones de aviones de combate (Falstaff), y de aviones de transporte (Twist). La vida a fatiga de las probetas cicladas con cargas de amplitud variable, se comparó con el índice de daño teórico calculado en base a la regla de acumulación de daño lineal convencional. Los resultados obtenidos muestran predicciones no conservativas. Esta tesis también presenta el estudio y desarrollo, de una nueva técnica de no contacto para evaluar el estado de daño por fatiga de estructuras de CFRP por medio de cambios de los parámetros de rugosidad. La rugosidad superficial se puede medir fácilmente en campo con métodos sin contacto, mediante técnicas ópticas tales como speckle y perfilómetros ópticos. En el presente estudio, se han medido parámetros de rugosidad superficial, y el factor de irregularidad de la superficie, a lo largo de la vida de las probetas cicladas con cargas de amplitud constante y variable, Se ha obtenido una buena tendencia de ajuste al correlacionar la magnitud de la rugosidad y el factor de irregularidad de la superficie con la degradación de la rigidez de las probetas fatigadas. Estos resultados sugieren que los cambios en la rugosidad superficial medida en zonas estratégicas de componentes y estructuras hechas de CFRP, podrían ser indicativas del nivel de daño interno debido a cargas de fatiga. Los resultados también sugieren que el método es independiente del tipo de carga de fatiga que ha causado el daño. Esto último hace que esta técnica de medición sea aplicable como inspección para una amplia gama de estructuras de materiales compuestos, desde tanques presurizados con cargas de amplitud constante, estructuras aeronáuticas como alas y colas de aeronaves cicladas con cargas de amplitud variable, hasta aplicaciones industriales como automoción, entre otros. ABSTRACT New optimized aerospace structures use composite materials, mainly carbon fiber reinforced polymer composite (CFRP), for critical components and subsystems. A strong knowledge of the fatigue state of highly advanced (CFRP) structures is essential to predict the residual life and optimize intervals of structural inspection, repairs, and/or replacements. Current techniques are based mostly on measurement of structural loads throughout the service life by electric strain gauge sensors. These sensors are affected by extreme environmental conditions and by fatigue loads in such a way that the sensors and their systems require exhaustive maintenance throughout system life. In the present thesis, the conventional methodology based on linear damage accumulation rules, applied to determine the fatigue life of structures subjected to variable amplitude loads was evaluated for an aeronautical CFRP. A test program with constant amplitude loads has been performed to obtain the classical S-N curves at different stress ratios. Constant life diagrams, CLDs, where determined by means of Artificial Neural Networks due to the absence of consistent models for composites. The stiffness degradation due to fatigue damage has been characterized for coupons under cyclic tensile loads. A second group of coupons have been tested until failure with a standardized sequence of variable amplitude loads, representative of missions for combat aircraft (Falstaff), and representative of commercial flights (Twist), to obtain the fatigue life and the stiffness degradation under realistic conditions. The fatigue life of the coupons cycled with variable amplitude loads were compared to the theoretical damage index calculated based on the conventional linear damage accumulation rule. The obtained results show non-conservative predictions. This thesis also presents the evaluation of a new non-contact technique to evaluate the fatigue damage state of CFRP structures by means of measuring roughness parameters to evaluate changes in the surface topography. Surface roughness can be measured easily on field with non-contact methods by optical techniques such as speckle and optical perfilometers. In the present study, surface roughness parameters, and the surface irregularity factor, have been measured along the life of the coupons cycled with constant and variable amplitude loads of different magnitude. A good agreement has been obtained when correlating the magnitude of the roughness and the surface irregularity factor with the stiffness degradation. These results suggest that the changes on the surface roughness measured in strategic zones of components and structures made of CFRP, could be indicative of the level of internal damage due to fatigue loads. The results also suggest that the method is independent of the type of fatigue load that have caused the damage. It makes this measurement technique applicable for a wide range of inspections of composite materials structures, from pressurized tanks with constant amplitude loads, to variable amplitude loaded aeronautical structures like wings and empennages, up to automotive and other industrial applications.

Prevalencia de síntomas de fatiga crónica / encefalomielitis miálgica (SFC/EM) y su relación con factores ocupacionales en trabajadores en una empresa de vigilancia en Bogotá, Colombia, 2016

Antecedentes: El síndrome de fatiga crónica/encefalomielitis miálgica (SFC/EM), un trastorno debilitante y complejo que se caracteriza por un cansancio intenso, ha sido estudiado en población general, sin embargo, su exploración en población trabajadora ha sido limitada. Objetivo: Determinar la prevalencia de síntomas asociados a SFC/EM y su relación con factores ocupacionales en personal de una empresa de vigilancia en Bogotá, durante el año 2016. Materiales y métodos: Estudio de corte transversal en una empresa de vigilancia, utilizando como instrumento para la recolección de datos la historia clínica-ocupacional. En las variables cualitativas se obtuvieron frecuencias simples y porcentajes y en las variables cuantitativas medidas de tendencia central y de dispersión. Se determinaron asociaciones entre variables (Ji-cuadrado de Pearson o test exacto de Fisher, valores esperados <5), (mann-whitney.y un modelo de regresión logística incondicional (p<0.05)). Resultados: Se evaluaron 162 trabajadores, los síntomas de SFC/EM con mayor prevalencia fueron sueño no reparador (38,3%) y dolor muscular (30,2%). Se encontró asociación estadísticamente significativa entre fatiga severa y crónica por al menos 6 meses con alteración en sistema nervioso (p=0,016) y consumo de medicamentos (p=0,043), así mismo entre el sueño no reparador con el número de horas de sueño de 5 a 7 horas (p=0,002). Conclusión: En los vigilantes el síntoma de SFC/EM más prevalente fue sueño no reparador y este se asoció con el número de horas de sueño de 5 a 7 horas. Con el estudio se pudieron determinar los casos probables de SFC/EM los cuales se beneficiarían de una valoración médica integral para un diagnóstico oportuno.

Linear dimensional changes in plaster die models using different elastomeric materials

Dental impression is an important step in the preparation of prostheses since it provides the reproduction of anatomic and surface details of teeth and adjacent structures. The objective of this study was to evaluate the linear dimensional alterations in gypsum dies obtained with different elastomeric materials, using a resin coping impression technique with individual shells. A master cast made of stainless steel with fixed prosthesis characteristics with two prepared abutment teeth was used to obtain the impressions. References points (A, B, C, D, E and F) were recorded on the occlusal and buccal surfaces of abutments to register the distances. The impressions were obtained using the following materials: polyether, mercaptan-polysulfide, addition silicone, and condensation silicone. The transfer impressions were made with custom trays and an irreversible hydrocolloid material and were poured with type IV gypsum. The distances between identified points in gypsum dies were measured using an optical microscope and the results were statistically analyzed by ANOVA (p < 0.05) and Tukey's test. The mean of the distances were registered as follows: addition silicone (AB = 13.6 µm, CD=15.0 µm, EF = 14.6 µm, GH=15.2 µm), mercaptan-polysulfide (AB = 36.0 µm, CD = 36.0 µm, EF = 39.6 µm, GH = 40.6 µm), polyether (AB = 35.2 µm, CD = 35.6 µm, EF = 39.4 µm, GH = 41.4 µm) and condensation silicone (AB = 69.2 µm, CD = 71.0 µm, EF = 80.6 µm, GH = 81.2 µm). All of the measurements found in gypsum dies were compared to those of a master cast. The results demonstrated that the addition silicone provides the best stability of the compounds tested, followed by polyether, polysulfide and condensation silicone. No statistical differences were obtained between polyether and mercaptan-polysulfide materials.

Subcutaneous connective tissue response to primary root canal filling materials

This study evaluated the response of the subcutaneous connective tissue of BALB/c mice to root filling materials indicated for primary teeth: zinc oxide/eugenol cement (ZOE), Calen paste thickened with zinc oxide (Calen/ZO) and Sealapex sealer. The mice (n=102) received polyethylene tube implants with the materials, thereby forming 11 groups, as follows: I, II, III: Calen/ZO for 7, 21 and 63 days, respectively; IV, V, VI: Sealapex for 7, 21 and 63 days, respectively; VII, VIII, IX: ZOE for 7, 21 and 63 days, respectively; X and XI: empty tube for 7 and 21 days, respectively. The biopsied tissues were submitted to histological analysis (descriptive analysis and semi-quantitative analysis using a scoring system for collagen fiber formation, tissue thickness and inflammatory infiltrate). A quantitative analysis was performed by measuring the area and thickness of the granulomatous reactionary tissue (GRT). Data were analyzed by Kruskal-Wallis, ANOVA and Tukey's post-hoc tests (?=0.05). There was no significant difference (p>0.05) among the materials with respect to collagen fiber formation or GRT thickness. However, Calen/ZO produced the least severe inflammatory infiltrate (p<0.05). The area of the GRT was significantly smaller (p<0.05) for Calen/ZO and Sealapex. In conclusion, Calen/ZO presented the best tissue reaction, followed by Sealapex and ZOE.

Histopathological evaluation of root canal filling materials for primary teeth

This study aimed to assess the response of apical and periapical tissues of dogs' teeth after root canal filling with different materials. Forty roots from dogs' premolars were prepared biomechanically and assigned to 4 groups filled with: Group I: commercial calcium hydroxide and polyethylene glycol-based paste (Calen®) thickened with zinc oxide; Group II: paste composed of iodoform, Rifocort® and camphorated paramonochlorophenol; Group III: zinc oxide-eugenol cement; Group IV: sterile saline. After 30 days, the samples were subjected to histological processing. The histopathological findings revealed that in Groups I and IV the apical and periapical regions exhibited normal appearance, with large number of fibers and cells and no resorption of mineralized tissues. In Group II, mild inflammatory infiltrate and mild edema were observed, with discrete fibrogenesis and bone resorption. Group III showed altered periapical region and thickened periodontal ligament with presence of inflammatory cells and edema. It may be concluded that the Calen paste thickened with zinc oxide yielded the best tissue response, being the most indicated material for root canal filling of primary teeth with pulp vitality.

Antibacterial activity of root canal filling materials for primary teeth: zinc oxide and eugenol cement, Calen paste thickened with zinc oxide, Sealapex and EndoREZ

This study evaluated in vitro the antibacterial activity of 4 root canal filling materials for primary teeth - zinc oxide and eugenol cement (ZOE), Calen paste thickened with zinc oxide (Calen/ZO), Sealapex sealer and EndoREZ sealer - against 5 bacterial strains commonly found in endodontic infections (Kocuria rhizophila, Enterococcus faecalis, Streptococcus mutans, Escherichia coli and Staphylococcus aureus) using the agar diffusion test (agar-well technique). Calen paste, 1% chlorhexidine digluconate (CHX) and distilled water served as controls. Seven wells per dish were made at equidistant points and immediately filled with the test and control materials. After incubation of the plates at 37oC for 24 h, the diameter of the zones of bacterial growth inhibition produced around the wells was measured (in mm) with a digital caliper under reflected light. Data were analyzed statistically by analysis of variance and Tukey's post-hoc test (?=0.05). There were statistically significant differences (p<0.0001) among the zones of bacterial growth inhibition produced by the different materials against all target microorganisms. K. rhizophila was inhibited more effectively (p<0.05) by ZOE, while Calen/ZO had its highest antibacterial activity against E. faecalis (p<0.05). S. mutans was inhibited by Calen/ZO, Sealapex and ZOE in the same intensity (p>0.05). E. coli was inhibited more effectively (p<0.05) by ZOE, followed by Calen/ZO and Sealapex. Calen/ZO and ZOE were equally effective (p>0.05) against S. aureus, while Sealapex had the lowest antibacterial efficacy (p<0.05) against this microorganism. EndoREZ presented antibacterial activity only against K. rhizophila and S. aureus. The Calen paste and Calen/ZO produced larger zones of inhibition than 1% CHX when the marker microorganism was E faecalis. In conclusion, the in vitro antibacterial activity of the 4 root canal filling materials for primary teeth against bacterial strains commonly found in endodontic infections can be presented in a decreasing order of efficacy as follows: ZOE>Calen/ZO>Sealapex>EndoREZ.

Accuracy of stone casts obtained by different impression materials

Several impression materials are available in the Brazilian marketplace to be used in oral rehabilitation. The aim of this study was to compare the accuracy of different impression materials used for fixed partial dentures following the manufacturers' instructions. A master model representing a partially edentulous mandibular right hemi-arch segment whose teeth were prepared to receive full crowns was used. Custom trays were prepared with auto-polymerizing acrylic resin and impressions were performed with a dental surveyor, standardizing the path of insertion and removal of the tray. Alginate and elastomeric materials were used and stone casts were obtained after the impressions. For the silicones, impression techniques were also compared. To determine the impression materials' accuracy, digital photographs of the master model and of the stone casts were taken and the discrepancies between them were measured. The data were subjected to analysis of variance and Duncan's complementary test. Polyether and addition silicone following the single-phase technique were statistically different from alginate, condensation silicone and addition silicone following the double-mix technique (p < .05), presenting smaller discrepancies. However, condensation silicone was similar (p > .05) to alginate and addition silicone following the double-mix technique, but different from polysulfide. The results led to the conclusion that different impression materials and techniques influenced the stone casts' accuracy in a way that polyether, polysulfide and addition silicone following the single-phase technique were more accurate than the other materials.