Quantificação da incerteza em modelos de fratura e fadiga utilizando polinômios de expansão de caos

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019.Esta tese objetiva o desenvolvimento de técnicas não intrusivas utilizando polinômios de expansão de caos (PEC) para quantificação de incerteza na resposta mecânica de modelos viscoelásticos, de fadiga e de mecânica da fratura. Este trabalho utiliza a formulação do PEC tradicional para quantificar a incerteza, mas também, propõe uma metodologia de PEC Adaptativo (PECAdap) que utiliza os componentes principais de cada grau e dimensão do polinômio como uma técnica que minimiza o número de amostras para construir a aproximação estocástica. Os resultados demonstraram a eficiência e acurácia da metodologia proposta na quantificação de incerteza no módulo de relaxação do concreto e na deflexão em estruturas, além de, quantificar a incerteza do número de ciclos para falha por fadiga em membros estruturais metálicos sob carregamento constante e variável. Uma metodologia de ensaio baseada no efeito de escala de Bažant também foi proposta para determinar a energia inicial e final de fratura, tamanho da zona de processo e deslocamento de abertura na ponta da trinca crítico, propriedades usadas em modelos de mecânica da fratura. No total foram corpos de prova de diferentes tamanhos em forma de disco compacto (DCT), variando-se a taxa de deslocamento. Testes de hipótese sobre a independência das propriedades da fratura com relação aos diferentes tamanhos foram realizados, junto com uma análise estatística dos resultados dos ensaios. Por fim, uma aplicação do PEC para estimar o carregamento máximo e a energia total de fratura em simulações numéricas com modelo de dano foi executada. Os resultados demonstraram que ambas as metodologias de ensaio como os modelos foram capazes de simular incerteza em modelos não lineares de danificação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).This thesis aims to develop non intrusive techniques using chaos expansion polynomials (PEC) to to the uncertainty quantification of the mechanical response of viscoelastic models, fatigue and fracture mechanics based on random output variables. This work uses traditional PEC to quantify the uncertainty, of those models, and proposes a methodology of Adaptive PEC Adaptive PEC (PECAdap), which uses the main components of each degree and dimension of the polynomial, as a technique that minimizes the number of samples to construct the stochastic approximation. The results demonstrated the efficiency and accuracy of the proposed methodology in the quantification of uncertainty in the concrete relaxation modulus and the deflection in structures, besides quantifying the uncertainty of the number of cycles for fatigue failure in metallic structural members under constant and variable loading. A test methodology based on the Bažant size effect was also proposed to determine the initial and final fracture energy, process zone size and the critical crack tip opening displacement, properties used in fracture mechanics models. Compact disc-shaped (DCT) specimens of different sizes were tested varying the displacement rate. Hypothesis tests on the independence of fracture properties with respect to different sizes were performed, together with a statistical analysis of the results of the tests. Finally, an application of the PEC to estimate the maximum load and total fracture energy in numerical simulations with damage model was performed. The results demonstrated that both test methodologies such as models were able to simulate uncertainty in nonlinear models with evolving damage

Análisis bibliométrico del estudio de arcillas colombianas

The growth in demand for masonry products for construction and the use of clays for different industrial applications in Colombia has increased since 2015 due to the excellent quality of the raw material, benefiting the country's ceramic industry. Therefore, in this article, the Bibliometric analysis (BA) of the clays study in Colombia in its different uses, applications, characterizations, and environmental sustainability was carried out using the R Bibliometrix software. The aim of this work is to provide a general visualization of the growth of the Colombian clays research topic across the years, through a historical analysis of the annual publication rate, authors, collaboration networks and institutions on this important topic for the ceramic industry. The results showed a total of 275 documents that were compiled directly from the Scopus database using two keywords ("Clays" and "Colombia"), which were published by 1,791 authors from different cities of the world, evidently predominantly Colombian authors; these publications present a growth rate of 5.08% per year from 1972 to 2020, taking into account the first publication of clays by Van Houten FB in 1972. Finally, the most representative magazine in the area of clays is the DYNA (Colombia) journal edited by the National University of Colombia, of which 58 articles belong to affiliations of this institution, followed by the Francisco de Paula Santander University with 25 articles.El crecimiento de la demanda de productos de mampostería para la construcción y el uso de arcillas para diferentes aplicaciones industriales en Colombia, se ha incrementado desde el 2015 debido a la excelente calidad de la materia prima, beneficiando a la industria cerámica del país. Por lo tanto, en el presente artículo se llevó a cabo el análisis bibliométrico (BA) del estudio de arcillas en Colombia en sus diferentes usos, aplicaciones, caracterizaciones y sostenibilidad ambiental utilizando el software R Bibliometrix. El objetivo de este trabajo es brindar una visualización general del crecimiento del tema de investigación de las arcillas colombianas a lo largo de los años, a través de un análisis histórico de la tasa de publicación anual, autores, redes de colaboración e instituciones sobre este importante tema para la industria cerámica. Los resultados mostraron un total de 275 documentos que fueron recopilados directamente de la base de datos Scopus utilizando dos palabras clave (“Clays” and “Colombia”), los cuales fueron publicados por 1,791 autores de diferentes partes del mundo, predominando evidentemente autores colombianos; estas publicaciones, presentan una tasa de crecimiento del 5.08% anual desde 1972 hasta 2020, teniendo en cuenta la primera publicación de las arcillas realizada por Van Houten FB en 1972. Finalmente, la revista más representativa en el área de las arcillas es la revista DYNA (Colombia) editada por la Universidad Nacional de Colombia, de donde 58 artículos pertenecen a filiaciones de esta institución, seguida la Universidad Francisco de Paula Santander con 25 artículos

Análisis bibliométrico del estudio de arcillas colombianas

The growth in demand for masonry products for construction and the use of clays for different industrial applications in Colombia has increased since 2015 due to the excellent quality of the raw material, benefiting the country's ceramic industry. Therefore, in this article, the Bibliometric analysis (BA) of the clays study in Colombia in its different uses, applications, characterizations, and environmental sustainability was carried out using the R Bibliometrix software. The aim of this work is to provide a general visualization of the growth of the Colombian clays research topic across the years, through a historical analysis of the annual publication rate, authors, collaboration networks and institutions on this important topic for the ceramic industry. The results showed a total of 275 documents that were compiled directly from the Scopus database using two keywords ("Clays" and "Colombia"), which were published by 1,791 authors from different cities of the world, evidently predominantly Colombian authors; these publications present a growth rate of 5.08% per year from 1972 to 2020, taking into account the first publication of clays by Van Houten FB in 1972. Finally, the most representative magazine in the area of clays is the DYNA (Colombia) journal edited by the National University of Colombia, of which 58 articles belong to affiliations of this institution, followed by the Francisco de Paula Santander University with 25 articles.El crecimiento de la demanda de productos de mampostería para la construcción y el uso de arcillas para diferentes aplicaciones industriales en Colombia, se ha incrementado desde el 2015 debido a la excelente calidad de la materia prima, beneficiando a la industria cerámica del país. Por lo tanto, en el presente artículo se llevó a cabo el análisis bibliométrico (BA) del estudio de arcillas en Colombia en sus diferentes usos, aplicaciones, caracterizaciones y sostenibilidad ambiental utilizando el software R Bibliometrix. El objetivo de este trabajo es brindar una visualización general del crecimiento del tema de investigación de las arcillas colombianas a lo largo de los años, a través de un análisis histórico de la tasa de publicación anual, autores, redes de colaboración e instituciones sobre este importante tema para la industria cerámica. Los resultados mostraron un total de 275 documentos que fueron recopilados directamente de la base de datos Scopus utilizando dos palabras clave (“Clays” and “Colombia”), los cuales fueron publicados por 1,791 autores de diferentes partes del mundo, predominando evidentemente autores colombianos; estas publicaciones, presentan una tasa de crecimiento del 5.08% anual desde 1972 hasta 2020, teniendo en cuenta la primera publicación de las arcillas realizada por Van Houten FB en 1972. Finalmente, la revista más representativa en el área de las arcillas es la revista DYNA (Colombia) editada por la Universidad Nacional de Colombia, de donde 58 artículos pertenecen a filiaciones de esta institución, seguida la Universidad Francisco de Paula Santander con 25 artículos

Caracterización tecnológica de una arcilla utilizada en la fabricación de productos de mampostería para la construcción

In the present investigation, the physical, mechanical, and chemical characterization of the raw material used in two companies dedicated to the manufacture of solid bricks in the region of Cesar, Colombia, was carried out. Initially, the hydrometric test was performed on five clay samples from different quarries with which the percentages of sand, silt, and clays were determined. These percentages were placed in the Winkler diagram to identify the types of existing clays according to their texture and the types of products that can be manufactured. Subsequently, the chemical characterization was carried out through the X-ray diffraction and fluorescence tests, to determine the phases and elements present in two of the optimal samples for the manufacture of the bricks that may arise during the cooking process. The results of the test of mechanical resistance to compression in solid brick units showed that the clays currently used by the company do not meet the minimum requirements for the production of solid clay bricks, according to the parameters of the Colombian technical standard NTC 4205-09. With this research, we expect to predict the behavior of the raw material in the stages of the production process, which will obviously improve the environmental and economic resources of the companies. The result of the characterization of the raw material will allow us to predict the structural behavior and to carry out indispensable design and reinforcement models in building and attention to the community.En la presente investigación se llevó a cabo la caracterización física, mecánica y química de la materia prima utilizada en dos empresas dedicadas a la fabricación de ladrillos macizos en la región del Cesar, Colombia. Inicialmente, se llevó a cabo el ensayo de hidrometría a cinco muestras de arcilla de diferentes canteras con los cuales se determinaron los porcentajes de arenas, limos y arcillas. Estos porcentajes fueron ubicados en el diagrama de Winkler para identificar los tipos de arcillas existentes según su textura y los tipos de productos que se pueden fabricar. Posteriormente, se realizó la caracterización química a través de las pruebas de difracción y fluorescencia de rayos X, con la finalidad de determinar las fases y elementos presentes en dos de las muestras óptimas para la fabricación de los ladrillos que pueden surgir durante el proceso de cocción. Los resultados del ensayo de resistencia mecánica a la compresión en unidades de ladrillo macizo, demostraron que las arcillas utilizadas actualmente por la empresa no cumplen los requerimientos mínimos para la elaboración de ladrillos de arcilla macizo, acorde a los parámetros de la norma técnica Colombiana NTC 4205-09. Con esta investigación se espera poder pronosticar el comportamiento de la materia prima en las etapas del proceso productivo, con lo que evidentemente se mejoraran los recursos ambientales y económicos de las empresas. Resultado de la caracterización de la materia prima permitirá predecir el comportamiento estructural, y realizar modelos de diseño y reforzamiento en edificación indispensables y de atención a la comunidad

DISEÑO SISMICO DE MUROS DE CONTENCIÓN EN GRAVEDAD Y VOLADIZO

En Colombia periódicamente se presentan sismos moderados y fuertes endiferentes zonas del país y es una preocupación de la Ingeniería Civil el diseño sismo resistente de muros de contención para minimizar los efectos del riesgo sísmico. En este trabajo se requirió la modelación, análisis y diseño de 120 muros de contención con variaciones en altura y en aceleración pico efectiva mediante la elaboración de un programa en Excel con macros y modelación en SAP 2000 donde se determinaron regresiones de volúmenes de concreto simple y ciclópeo como también de Kilogramos deacero de refuerzo, el cual permitió la formación de ecuaciones de costos de construcción de muros de contención en gravedad y en voladizo

Propiedades físicas y mecánicas de ladrillos macizos cerámicos para mampostería

This paper results of evaluating mechanical properties of hand-made, ceramic solid bricks in Ocaña town, after applying physical characterization tests of clay used as a raw material for subsequent non-destructive & destructive quality control testing selected from different brickworks or production units. That test was based on “Methods for masonry sampling and testing units and other products clay”, a Colombian technical standard NTC-4017 [16], which let to know material characteristics and properties of structural elements by analyzing mainly elastic and compressive strength module as parameters with direct influence upon building stiffness (see Hemant B. et al [11] y Takeuchi C. [20]) covered by Colombian Earthquake Resistant Construction Code, 2010 (NSR-10) [4].El presente artículo es el resultado de evaluar las propiedades mecánicas de los ladrillos macizos cerámicos fabricados a mano en el municipio de Ocaña, aplicando en primera instancia ensayos de caracterización física de la arcilla empleada como materia prima, para luego realizar pruebas de control de calidad no destructivas y destructivas de los ladrillos de mampostería que se seleccionaron entre los diferentes chircales o unidades productivas del sector, utilizando para tal fin, la norma técnica Colombiana NTC-4017 , "Métodos para muestreo y ensayos de unidades de mampostería y otros productos de arcilla", que permitieron conocer las características y propiedades de los materiales que integran los elementos estructurales, analizando principalmente el módulo de elasticidad y la resistencia a la compresión, como parámetros que influyen en forma directa en la rigidez de la edificación y que concuerdan con las investigaciones de Hemant B. et al y Takeuchi C. bajo el Código Colombiano de Construcción Sismo Resistente de 2010 (NSR-10)

COMPORTAMIENTO Y DISEÑO DE MENSULAS DE CONCRETO REFORZADO

El presente trabajo de investigación realizó un estudio detallado de la formación de las líneas isostáticas en ménsulas de concreto reforzado debido a la imposibilidad de realizar análisis de ellas por la teoría de Euler-Bernoulli dado que no cumple algunas de sus hipótesis. Establecida la geometría del elemento estructural, se realiza su análisis mediante el uso de ambientes de programación como MatLab, Excel, AutoCAD y un programa comercial de modelación en elementos finitos como Ansys con el fin de comparar y calibrar los modelos resultantes de los dos técnicas de análisis. El resultado de esta investigación permitió establecer la familia de isostáticas para un estado plano de tensiones dado que la otra componente de tensiones principales () es cero para casi todos los puntos de medición y donde no lo fue, su valor es despreciable

COCCIÓN DE LADRILLOS MACIZOS EN HORNOS A FUEGO DORMIDO Y CONTINUO Y DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES MECÁNICAS

El artículo presenta la cocción de ladrillos macizos en horno natural tipo fuego dormido y en un horno continuo tipo Hoffman ,los cuales fueron fabricados en la ladrillera la Pradera, y la comparación de sus propiedades mecánicas, a las cuales se les realizaron ensayos de tasa de absorción inicial, inmersión durante 24 horas, resistencia a la compresión y módulo de rotura o flexión de acuerdo la norma técnica Colombina NTC- 4017 “Métodos para muestreo y ensayos de unidades de mampostería y otros productos de arcilla”. Para los ensayos de resistencia a la compresión y módulo de rotura se utilizó una máquina Universal tipo Pinzuar PU-100 y el software estadístico Statgraphics. Los resultados se compararon entre la cocción en los dos hornos y con los valores de referencia establecidos en la norma NTC 4205 unidades de mampostería de arcilla cocida, ladrillos y bloques cerámicos

Chemical Species Formed on FeB-Fe₂B Layers during Wet Sliding Wear Test

In the present work, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) survey spectra of borided AISI 316L for two different times (1 and 6 h) of exposure to simulated body fluid (SBF) were obtained after wet sliding wear. A borided layer of ~39 microns was obtained on the surface of the AISI 316L stainless steel using the thermochemical treatment of boriding. As part of the mechanical and chemical characterization of sliding wear, Berkovich nanoindentation and X-ray spectroscopy tests were used to determine the main properties of the borided layer. The results of the specific wear rate values were higher at 5 mm/s sliding speed than those recorded at 30 mm/s due to the influence of the exposure time of the sample and the complex combinations of chemical reactions with boron (e.g., B2S3, Cr2O3, and Fe2O3) on the surface during the sliding during 6 h of exposure in Hank’s solution due to the formation of the passive film. The knowledge of chemical species formed during wet sliding wear tests on borided AISI 316L is essential for understanding wear mechanisms and materials’ performance and optimizing material properties and materials’ and components’ reliability in the biomedical industry for screws and fastening plates

QUANTIFICAÇÃO DA INCERTEZA DA VIDA DE PLACAS DE AÇO SOB À FADIGA VIA POLINÔMIOS DE HERMITE

O objetivo deste trabalho é quantificar a incerteza no número de ciclos para falha por fadiga de componentes entalhados por meio do uso de polinômios de Hermite multidimensionais. A metodologia deformação-vida de estimativa de vida à fadiga é adotada e considera-se como variáveis aleatórias as propriedades do material e os níveis do carregamento aplicado. O uso de séries de polinômios de Hermite multidimensionais permitiu a predição da aleatoriedade do vetor de saída (número de ciclos para falha). Demonstra-se que um polinômio de Hermite multidimensional é capaz de estimar de forma adequada a propagação das incertezas associadas às variáveis de entrada. Os resultados sugerem que incertezas nas propriedades do material e no carregamento podem resultar em variações significativas no número de ciclos para falha de componentes sujeitos à falha por fadiga