http://hdl.handle.net/10256/4382 Thu, 15 May 2025 05:24:19 GMT 2025-05-15T05:24:19Z http://hdl.handle.net/10256/24918 Morphometric seagrass thresholds for hydrodynamics and sediment capture Barcelona Arbat, Aina Seagrass meadows are globally extensive nearshore ecosystems known as coastal engineers that provide key ecological services in coastal areas such as attenuating wave and turbulence and promoting sediment deposition. However, seagrass meadows have been threatened by natural and anthropogenic pressures, which result in physical damage to the meadow, resulting in plant loss and habitat fragmentation. Seagrass fragmentation may compromise the ecosystem services provided by the meadows, due to the transition from continuous canopies to a network of vegetated patches. Although the overall sediment input from external sources has decreased, extreme events have increased due to the climate change. Therefore, this thesis aims to understand how the morphometric parameters (plant density, patch length, plant stiffness, plant height and epiphyte colonization) influence the hydrodynamics and sediment distribution within seagrass meadows. Also, it is aimed at establishing morphometric thresholds for both hydrodynamics and sediment capture for fragmented seagrass meadows to maintain the same ecosystem services than continuous meadows do. This PhD thesis has established thresholds on hydrodynamics and sediment capture to guarantee the ecosystem services provided by seagrass meadows. Seagrasses generate turbulent kinetic energy within the canopy and therefore attenuating the mean wave velocity of the flow, providing sheltering and refuge for all the fauna inhabiting in there. The seagrass morphometric parameters have been determined to guarantee a good quality of the ecosystem, such as provide the reduction of the suspended sediment, which will allow greater penetration of light into the canopies improving the water quality. Also, healthy canopies will enhance the sediment deposition to the seabed and the capture on the seagrass leaves, which provide a positive feedback for the canopy. Also, greater nutrient deposition to the seabed by the increase in the sediment deposition. Finally, denser seagrass meadows, larger patches or higher epiphyted canopies may capture higher amount of sediment on the leaves but the capture by each plant will be reduced. These processes together with the production of the turbulent kinetic energy will enhance the gas and light exchange, which will generate a positive feedback for the meadow development; Els prats de fanerògames marines són extensos ecosistemes costaners distribuïts globalment coneguts com a enginyers costaners. Aquests proporcionen serveis ecosistèmics claus en zones costaneres com estabilització de l’atenuació de les ones i la turbulència, així com promoure la deposició de sediment. Malgrat això, els prats de fanerògames marines es troben amenaçats per pressions naturals i antropogèniques, les quals resulten en danys físics sobre el prat provocant pèrdua de plantes i fragmentació de l’hàbitat. La fragmentació en fanerògames marines pot comprometre els serveis ecosistèmics que proporcionen, a causa de la transició de prats continus cap a una xarxa de clapes de plantes. Tot i que l’aport de sediment extern ha disminuït, el canvi climàtic ha provocat l’increment d’episodis extrems. En conseqüència, aquesta tesi té com a objectiu entendre com els paràmetres morfomètrics (densitat de plantes, llargada de la clapa de vegetació, rigidesa de la planta, alçada de la planta i la colonització d’epífits) influencien a la hidrodinàmica i la distribució de sediment en els prats de fanerògames marines. També té com a objectiu establir llindars morfomètrics per la hidrodinàmica i la distribució de sediment per tal de que els prats de fanerògames marines mantinguin els serveis ecosistèmics. Aquesta tesi doctoral ha establert llindars hidrodinàmics i de captura de sediment per garantir els serveis ecosistèmics que aporten els prats de fanerògames marines. Les fanerògames marines generen energia cinètica turbulenta dins la vegetació i en conseqüència atenuen la velocitat de la ona del corrent, proveint refugi per la fauna que habita dins aquests prats. S’han determinat els paràmetres morfomomètrics de les fanerògames marines per tal de garantir una bona qualitat de l’ecosistema, tal com la reducció del sediment en suspensió, la qual cosa permetrà que la llum penetri més dins els prats millorant la qualitat de l’aigua. A més a més, uns prats saludables milloraran tant la deposició de sediment al fons marí com la captura d’aquest sobre les fulles de les plantes, la qual cosa provocarà un feedback positiu per la vegetació. A més d’una major deposició de nutrients al fons marí a causa de la deposició de sediment. Finalment, prats de fanerògames marines més densos, zones vegetades més grans o més epifitades poden capturar majors quantitats de sediment sobre les fulles però tenint en compte tant sols la quantitat per fulla, aquesta serà menor. El conjunt d’aquests processos juntament amb la producció d’energia cinètica turbulenta millorarà l’intercanvi de gasos i llum, el qual generarà un feedback positiu per el desenvolupament del prat Mon, 11 Mar 2024 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10256/24918 2024-03-11T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10256/24355 Production and characterization of magnetic iron-based materials by mechanical alloying, arc melting, and spark plasma sintering Zaara, Kaouther This thesis dissertation discusses the microstructure, thermal behavior, magnetic and mechanical properties of some Fe-based alloys and a high entropy alloy (HEA) in the form of mechanically alloyed powders or bulk solids, taking into account processing conditions. The Fe-based alloys are utilized extensively in sectors such as aircraft production, military, industrial, medical, and manufacturing, while the HEA materials are ideal materials for compressors, combustion chambers, exhaust nozzles, and gas turbine case applications in gas turbine engines. Five alloys (Fe70Ni12B16Si2, Fe80X8B12(X=Nb,NiZr), FeCoNiB0.5Si0.5 (HEA), Fe65Ni28Mn7 and FeCoMn) were synthesized and their structural, thermal, and magnetic properties were investigated. Mechanical characteristics of bulk alloys have also been examined. Based on the manufacturing procedure of the powders or bulk samples, all alloys were compared: structurally, magnetically, and mechanically; Aquesta tesi doctoral analitza la microestructura, el comportament tèrmic i les propietats magnètiques i mecàniques d'alguns aliatges de base Fe i d'un aliatge d'alta entropia (HEA) en forma de pols (aliat mecànic) o en forma de sòlid, tenint en compte les condicions de processat. Els aliatges a base de Fe s'utilitzen àmpliament en sectors com la producció aeronàutica, militar, industrial, mèdica i de fabricació; mentre que els materials HEA són materials ideals per a compressors, càmeres de combustió, toveres d'escapament i aplicacions de en motors de turbines de gas. S'han produït cinc aliatges (Fe70Ni12B16Si2, Fe80X8B12(X=Nb,NiZr), FeCoNiB0.5Si0.5 (HEA), Fe65Ni28Mn7 and FeCoMn) i se n'han investigat les propietats estructurals, tèrmiques i magnètiques. Pel que fa al procediment de fabricació de les pólvores o mostres massives, s'ha procedit a la comparació de tots els aliatges: estructural, magnètica i mecànica Fri, 03 Nov 2023 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10256/24355 2023-11-03T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10256/23913 Analysis of creep crack growth in adhesively bonded joints under mode I loading Meulman, Edwin Adhesive bonds could replace more traditional mechanical joints, making structures lighter and smoother. Stresses are distributed over a larger area, and dissimilar materials can be bonded, accommodating differences in expansion. These advantages of bonded joints are valuable in industries like automotive and aeronautics, where lightweight and aerodynamic design reduces fuel consumption and service costs. These days structural designs need to be durable. It is crucial to comprehend the long-term performance of bonded joints to create durable ones and establish proper maintenance protocols. A vital aspect that must be considered in designing a durable bonded joint is viscoelastic creep crack growth and how it impacts the structural integrity. Creep crack growth is one of the factors that could impact the longevity of a bonded joint. However, there is a limited availability of test methods and numerical tools to assess the effects of creep crack growth in bonded joints. In this work, a method is developed to obtain the average crack growth rate (da⁄dt) in mode I as a function of the applied energy release rate (G). The method is based on the wedge test, because it has been found as a good candidate to obtain creep crack growth curves of a bonded joint in mode I. Although, the friction between the wedge and the specimen should be considered and reduced to a minimum. A low friction roller wedge is proposed to achieve that, called the Roller Wedge Driven (RWD) test method. Results have shown that the friction of the roller is indeed significantly lower compared to a sliding wedge but cannot be completely neglected in the data reduction to determine the energy release rate. Making use of the designed roller wedge test setup, a RWD creep crack growth (RWDC) method is developed. The roller wedge is loaded with a deadweight which result in a constant energy release rate at the crack tip of the bonded joint. Applying for each specimen a different energy release rate results in different creep crack growth rates. Plotting the results on a log-log scale will produce creep crack growth curves that can be described by a Paris' law-like expression; Les unions adhesives tenen un gran potencial per a substituir les unions mecàniques tradicionals, permetent obtenir estructures continues i reduint-ne el seu pes. En una unió adhesiva, les tensions es reparteixen en una àrea més gran i es poden unir materials dissimilars amb diferents coeficients d’expansió tèrmica. Aquests avantatges tenen un alt valor en indústries com la de l’automoció i l'aeronàutica, on disposar de dissenys més lleugers i aerodinàmics permet reduir el consum de combustible i els costos d’operació. Actualment, els dissenys estructurals han de ser duradors. Per tant, és crucial comprendre el rendiment de les unions adhesives a llarg termini per crear-ne de més duradores i establir protocols de manteniment adequats. Un aspecte vital per tal que el disseny d’una unió adhesiva sigui duradora és la predicció del creixement d’esquerdes degudes a la fluència del material i quin efecte té en la integritat estructural. El creixement d’esquerdes degudes a la fluència del material és un dels factors que tenen un efecte important en la vida de la unió adhesiva. No obstant, fins ara s’han desenvolupat molt poques eines numèriques i mètodes d’assaig per analitzar la fractura d’unions adhesives per fluència. En aquest treball s'ha desenvolupat un mètode per obtenir la velocitat de creixement d’esquerda (da⁄dt) en funció de l'energia disponible per a la fractura (G). El mètode utilitzat és un assaig de propagació d’esquerda mitjançant una cunya, doncs s’ha observat que aquest assaig és un bon candidat per obtenir corbes de creixement d’esquerda en assaigs de fluència en mode I d’unions adhesives. No obstant, cal tenir en compte la fricció entre la cunya i la mostra i reduir-la al mínim. Per fer-ho, es proposa utilitzar un rodament de baixa fricció com a cunya. A aquest assaig se l’ha anomenat assaig d’avanç de cunya amb rodaments forçat, en anglès “roller wedge driven test” i que porta per sigles RWD. Els resultats de l’assaig s’han comparat amb els del mètode estàndard de doble biga en voladís (“double cantilever beam”) o DCB. Els resultats han demostrat que la fricció del rodament és significativament menor en comparació amb l’obtingut amb una cunya que llisqui directament sobre la superfície de l’adherent, tot i que no es pot ignorar completament l’efecte de la fricció en els resultats. A partir de l’utillatge de cunya amb rodaments (“roller wedge driven”, RWD) s’ha desenvolupat un assaig de propagació d’esquerda per càrregues de fluència (“roller wedge driven creep, RWDC). La cunya amb rodaments està carregada amb un pes mort, de manera que s’aplica una energia disponible per a la fractura constant a la punta de l’esquerda de la unió adhesiva. Al repetir l’assaig per varis nivells de carrega, i per tant varis nivells d’energia disponible per a la fractura, s’obtenen diferents valors de velocitat de creixement de l’esquerda. Al representar els resultats en una escala logarítmica s’obtindran corbes de creixement d’esquerda que es poden descriure amb una expressió similar a la llei de Paris Fri, 06 Oct 2023 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10256/23913 2023-10-06T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10256/23188 Implementation of a high-pressure resin transfer molding (HP-RTM) process to increase the production rate of structural composites and characterization of sustainable vitrimer-matrix high-performance composites Builes Cárdenas, Cristian Transport industry, especially automotive, is one of the most pollutant in the world. Current environmental concerns demand original equipment manufacturers (OEM’s) to reduce the amount of emissions released by their vehicles, requiring more green alternatives to mobility. By reducing the overall vehicle weight, it will be diminished the total amount of pollution for conventional combustion engine vehicles, or increase the autonomy of electric – hybrid vehicles, being the carbon fiber reinforced polymers (CFRP) the best option to reduce overall structural weight. Thermoset CFRP offer many advantages over traditional automotive materials as steel or aluminum due to their high mechanical strength, high chemical and thermal resistance, dimensional stability and high durability under harsh conditions. But production of high performance CFRP has been limited to time and energy consuming methods as autoclave. Out of autoclave (OoA) solutions as RTM have become interesting manufacturing processes, being cheaper and presenting energetical, economical and logistics savings in comparison. However, these OoA processes have limitations as long cycle times (specially filling and curing times), limiting the use of high-reactivity resins and making these processes unreliable to be considered for high-volume industries as the automotive, which needs very short cycle times (≈5 minutes). Other process steps as preforming or mold preparation also are time consuming, in which automation becomes a key factor to reduce overall processing time. Moreover, CFRP are very expensive compared with traditional materials, as the raw fibers alone represent almost half of the total component cost, requiring high-volume manufacturing alternatives to overcome this issue. Furthermore, the current demand of CFRP structures is creating concerns about the amount of waste that these materials would generate in the future, as thermoset polymers are very complex to recycle. Separating the fibers from the matrix implies damaging the reinforcement and reducing their mechanical properties. In addition to current disposal solutions also implying environmental and economic concerns. This thesis aims to explore the high-pressure resin transfer molding process (HP-RTM) as a feasible alternative to produce high performance CFRP in short cycle times. Additionally, it is complemented by using a new high-performance vitrimer polymer that presents thermoset-like performance while being reprocessable, reconformable and recyclable; La indústria del transport, especialment l'automotriu és una de les més contaminants del món. Les creixents exigències mediambientals estan fent que els principals fabricants del sector (OEM's) redueixin la quantitat d'emissions que produeixin els seus vehicles, demandant alternatives més sostenibles para la mobilitat. Reduir el pes dels vehicles minoraria la quantitat de contaminants que són emesos cap a l'atmosfera, en vehicles de combustió interna, o incrementaria l'autonomia dels vehicles híbrids o elèctrics, sent els materials compostos reforçats mitjanament fibra de carboni (CFRP) la millor opció per fer-ho. Els materials compostos termoestables de fibra de carboni ofereixen molts avantatges respecte a materials tradicionals de la indústria automotriu, com l'acer o l'alumini, gràcies a la seva alta resistència mecànica, resistència química i tèrmica, estabilitat dimensional i alta durabilitat sota condicions severes. Però la producció de materials compostos d'alt rendiment (CFRP) han estat limitats per al ús de mitjans amb un alt consum de temps i recurs com l'autoclau. Alternatives fora d'autoclau com el procediment d'injecció de resina (RTM), s'han convertit en processos d'un alt interès, gràcies a els seus avantatges sobre el consum elèctric i la seva eficiència logística, en comparació amb l'autoclau. No obstant això, aquests mètodes presenten limitacions, com temps de processament (ompliment i curat). Limitant així la implementació de resines d'alta reactivitat, fent-los poc interessants per a indústries amb elevats volums de producció com l'automotriu, que té temps de processament molt curts (≈5 minuts). Altres etapes de la manufactura com el preformat o la preparació del motlle també consumeixen temps, en aquestes, l’automatització es torna un factor necessari per a reduir el temps total del procediment. Addicionalment, els materials compostos de fibra de carboni són molt cars, si són comparats amb materials tradicionals. Les fibres mateixes representen gairebé la meitat del cost total dels components, necessitant alternatives de producció amb una alta capacitat per contrarestar-ho. A més, la creixent demanda de aquests materials incrementa les preocupacions sobre la quantitat de rebuig que es produiran cap al futur, ja que els materials compostos termoestables són molt complicats de reciclar. La separació de les fibres respecte a la matriu implica danys en la seva estructura, reduint la seva resistència mecànica. Altrament, els processes de reciclatge actuals també generen inconvenients mediambientals i econòmics. Aquesta tesi pretén explorar el procediment d'injecció de resina a alta pressió (HP-RTM) com una alternativa viable per a la introducció dels materials compostos d'alt rendiment, en temps de fabricació curts. A més a més, es complementa amb l'ús d'un nou polímer vitriméric d'alt rendiment, que combina l'alta resistència mecànica dels compostos termoestables, amb la reprocessabilitat, la comformabilitat i la reciclabilitat Mon, 20 Mar 2023 00:00:00 GMT http://hdl.handle.net/10256/23188 2023-03-20T00:00:00Z