Exportação concluída — 

Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Pabón Rodríguez, Laura María
Orientador(a): Oliveira, Cláudio Lucas Nunes de
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73640
Resumo: We studied the behavior of the relaxation function of viscoelastic materials subjected to rigid indenters. Viscoelastic materials generally exhibit exponential or power-law decays that depend on the geometry of the mechanical contact between the indenter and the sample. We propose a mechanical circuit composed of a fractional element and a standard linear solid connected in parallel. The standard linear solid element exhibits exponential relaxations as those found in soft materials like foam or synthetic materials. Fractional calculus has been applied to various physical phenomena, sometimes with more success than traditional calculus, which presents integer order derivatives. Fractional elements, for example, can describe power-law viscoelastic materials, as occurs, for example, in living cells. Our analytical model leads to generalized equations capable of reproducing the two most common types of temporal decay found in viscoelastic materials. In addition, our model considers indenters with different geometries, the most common being conical, spherical, and cylindrical. We analyze the contact force curves while the sample is deformed (called the loading force curve) or the indentation is kept constant (called the dwell force curve). In the latter case, the material relaxes due to an energy minimization process that decreases the response force. Force measurements are used to investigate different soft materials. The relaxation decay is related to the composition of those materials, which can identify faults. In the case of cells, for instance, the change in the rheological behavior is associated with the emergence of pathologies such as cancer and other diseases. Our work allows a generalized analytical interpretation of the force curves, where the sample's mechanical properties and the indenter's geometry are parameters regulated in the same equation.
id UFC-7_0d02557809000a7df3a78650bde68668
oai_identifier_str oai:repositorio.ufc.br:riufc/73640
network_acronym_str UFC-7
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository_id_str
spelling Pabón Rodríguez, Laura MaríaOliveira, Cláudio Lucas Nunes de2023-07-20T19:59:00Z2023-07-20T19:59:00Z2023PABÓN RODRÍGUEZ, L. M. Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência. 2023. 60 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73640We studied the behavior of the relaxation function of viscoelastic materials subjected to rigid indenters. Viscoelastic materials generally exhibit exponential or power-law decays that depend on the geometry of the mechanical contact between the indenter and the sample. We propose a mechanical circuit composed of a fractional element and a standard linear solid connected in parallel. The standard linear solid element exhibits exponential relaxations as those found in soft materials like foam or synthetic materials. Fractional calculus has been applied to various physical phenomena, sometimes with more success than traditional calculus, which presents integer order derivatives. Fractional elements, for example, can describe power-law viscoelastic materials, as occurs, for example, in living cells. Our analytical model leads to generalized equations capable of reproducing the two most common types of temporal decay found in viscoelastic materials. In addition, our model considers indenters with different geometries, the most common being conical, spherical, and cylindrical. We analyze the contact force curves while the sample is deformed (called the loading force curve) or the indentation is kept constant (called the dwell force curve). In the latter case, the material relaxes due to an energy minimization process that decreases the response force. Force measurements are used to investigate different soft materials. The relaxation decay is related to the composition of those materials, which can identify faults. In the case of cells, for instance, the change in the rheological behavior is associated with the emergence of pathologies such as cancer and other diseases. Our work allows a generalized analytical interpretation of the force curves, where the sample's mechanical properties and the indenter's geometry are parameters regulated in the same equation.Nós estudamos o comportamento da função relaxação de materiais viscoelásticos submetidos a indentadores rígidos. Materiais viscoelásticos geralmente apresentam decaimentos exponenciais ou em lei de potência que dependem da geometria do contato mecânico entre o indentador e a amostra. Nós então propomos um circuito mecânico composto por um elemento fracionário e um sólido linear padrão conectados em paralelo. O elemento sólido linear padrão é conhecido por apresentar relaxações exponenciais, encontrados em materiais macios como espuma ou materiais sintéticos. O cálculo fracionário tem sido aplicado a vários fenômenos físicos, algumas vezes com mais sucesso do que o cálculo tradicional, que apresenta derivadas de ordem inteira. Elementos fracionários, por exemplo, podem descrever materiais viscoelásticos em leis de potência, como ocorre, por exemplo, em células vivas. Nosso modelo analítico leva a equações generalizadas capazes de reproduzir os dois tipos mais comuns de decaimento temporal encontrados em materiais viscoelásticos. Além disso, nosso modelo leva em consideração indentadores com diferentes geometrias, as mais comuns sendo a cônica, esférica e cilíndrica. Nós analisamos as curvas de força de contato enquanto a amostra é deformada (chamada de curva de força de loading) ou enquanto a indentação é mantida constante (chamada de curva de força de dwell). No último caso, o material relaxa devido a um processo de minimização energética que diminui a força de resposta. Medidas de força são usadas para investigar diferentes materiais macios. O decaimento de relaxação está relacionado à composição desses materiais, podendo identificar falhas. No caso de células, por exemplo, a mudança nesse comportamento reológico está associada ao surgimento de patologias como o câncer e outras dienças. Nosso trabalho permite uma interpretação analítica generalizada das curvas de força, onde as propriedades mecânicas da amostra e a geometria do indentador são parâmetros regulados numa mesma equação.ViscoelasticidadeCalculo fracionárioModelo HíbridoModelo FracionárioGeneralização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potênciainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/73640/6/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD56ORIGINAL2023_dis_lmpabonrodriguez.pdf2023_dis_lmpabonrodriguez.pdfapplication/pdf1314087http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/73640/7/2023_dis_lmpabonrodriguez.pdf95a94ab71f454ec4a9ee1a0714fa0b32MD57riufc/736402023-07-20 16:59:35.767oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-07-20T19:59:35Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
title Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
spellingShingle Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
Pabón Rodríguez, Laura María
Viscoelasticidade
Calculo fracionário
Modelo Híbrido
Modelo Fracionário
title_short Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
title_full Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
title_fullStr Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
title_full_unstemmed Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
title_sort Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência
author Pabón Rodríguez, Laura María
author_facet Pabón Rodríguez, Laura María
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Pabón Rodríguez, Laura María
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Oliveira, Cláudio Lucas Nunes de
contributor_str_mv Oliveira, Cláudio Lucas Nunes de
dc.subject.por.fl_str_mv Viscoelasticidade
Calculo fracionário
Modelo Híbrido
Modelo Fracionário
topic Viscoelasticidade
Calculo fracionário
Modelo Híbrido
Modelo Fracionário
description We studied the behavior of the relaxation function of viscoelastic materials subjected to rigid indenters. Viscoelastic materials generally exhibit exponential or power-law decays that depend on the geometry of the mechanical contact between the indenter and the sample. We propose a mechanical circuit composed of a fractional element and a standard linear solid connected in parallel. The standard linear solid element exhibits exponential relaxations as those found in soft materials like foam or synthetic materials. Fractional calculus has been applied to various physical phenomena, sometimes with more success than traditional calculus, which presents integer order derivatives. Fractional elements, for example, can describe power-law viscoelastic materials, as occurs, for example, in living cells. Our analytical model leads to generalized equations capable of reproducing the two most common types of temporal decay found in viscoelastic materials. In addition, our model considers indenters with different geometries, the most common being conical, spherical, and cylindrical. We analyze the contact force curves while the sample is deformed (called the loading force curve) or the indentation is kept constant (called the dwell force curve). In the latter case, the material relaxes due to an energy minimization process that decreases the response force. Force measurements are used to investigate different soft materials. The relaxation decay is related to the composition of those materials, which can identify faults. In the case of cells, for instance, the change in the rheological behavior is associated with the emergence of pathologies such as cancer and other diseases. Our work allows a generalized analytical interpretation of the force curves, where the sample's mechanical properties and the indenter's geometry are parameters regulated in the same equation.
publishDate 2023
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-07-20T19:59:00Z
dc.date.available.fl_str_mv 2023-07-20T19:59:00Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2023
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv PABÓN RODRÍGUEZ, L. M. Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência. 2023. 60 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73640
identifier_str_mv PABÓN RODRÍGUEZ, L. M. Generalização das curvas de forças de materiais com relaxação exponencial e lei de potência. 2023. 60 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
url http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73640
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron:UFC
instname_str Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron_str UFC
institution UFC
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
bitstream.url.fl_str_mv http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/73640/6/license.txt
http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/73640/7/2023_dis_lmpabonrodriguez.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33
95a94ab71f454ec4a9ee1a0714fa0b32
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository.mail.fl_str_mv bu@ufc.br || repositorio@ufc.br
_version_ 1847793298656198656