Sistema de accionamento de pás móveis para turbina de impulso

A actual dependência mundial dos combustíveis fósseis e a crescente necessidade de redução do seu consumo têm culminado em novas directrizes de gestão de recursos de energia. A utilização de recursos energéticos renováveis apresenta-se como um caminho vital para o desenvolvimento sustentável da nossa sociedade. Assim sendo, a energia das ondas surge como potencial fonte de energia que muitos autores afirmam como sendo um dos sectores com maior potencial energético por metro quadrado de área. Contudo, esta ainda é uma tecnologia muito recente, que ainda evidencia uma grande diversidade de conceitos e que ainda se encontra numa fase inicial de demonstração. É neste contexto que foi criado o projecto CORES que visa desenvolver uma turbina de impulso com pás guia de posição variável, no âmbito do desenvolvimento de novos dispositivos e componentes para produção de energia através das ondas do mar. Neste trabalho será desenvolvido um sistema de accionamento de pás móveis para a turbina de impulso, tendo como principal objectivo o fabrico de um protótipo. Assim sendo, será realizado o desenvolvimento, dimensionamento e análise dos seus elementos móveis, bem como do sistema de actuação que melhor se adeqúe e permita um correcto funcionamento do conjunto.

Utilização dos eurocódigos na construção metálica

Os Eurocódigos estruturais são um conjunto de normas técnicas que têm como objectivo abranger o projecto e verificação de qualquer tipo de construção para os países membros da União Europeia. O objectivo deste trabalho é sistematizar todos os procedimentos que estão presentes nos Eurocódigos e que são aplicáveis, de uma forma geral, à construção metálica. Foi feito o desenvolvimento de uma solução estrutural para o caso concreto de uma estrutura metálica de uma ponte rolante com o objectivo de se fazer o levantamento dos normativos estabelecidos para o projecto de estruturas metálicas. Este trabalho foi desenvolvido considerando fundamentalmente três Eurocódigos. O Eurocódigo 0 que estabelece o princípio e bases para o projecto de estruturas, o Eurocódigo 1 que define as acções em estruturas e o Eurocódigo 3 que estabelece as regras gerais, de verificação ao fogo, de projecto de ligações e de verificação à fadiga. O trabalho desenvolvido consistiu em projectar a estrutura metálica da ponte rolante considerada e para tal foram feitos os seguintes passos. - Determinação das acções na estrutura e das situações de projecto; - Projecto da estrutura considerando a verificação de cedência ou deformação excessiva dos seus elementos; - Projecto da estrutura considerando a perda de equilíbrio estático da estrutura; - Projecto da estrutura considerando a verificação da sua resistência ao fogo; - Projecto das ligações aparafusadas; - Verificação da resistência à fadiga.

RBIM - Inspecção e manutenção baseada no risco

Esta dissertação aborda uma das metodologias mais recentes na área da Manutenção e Inspecção, a RBIM. Esta metodologia centra-se no risco que uma determinada instalação ou componente representa para a Saúde, a Segurança, o Ambiente e os seus custos. Efectua-se um resumo histórico da Manutenção desde o início do século XX, resumindo-se as metodologias de manutenção mais importantes. A metodologia RBIM analisa o risco tendo em consideração a probabilidade de falha e as consequências de falha, que são combinadas numa matriz, designada matriz de risco. A probabilidade de falha (PoF) é a frequência da ocorrência de um determinado acontecimento por ano, que pode ser avaliada qualitativamente ou quantitativamente, apresentando-se um quadro com quatro abordagens de avaliação da PoF. A consequência de falha (CoF) é o resultado de um acontecimento ou ocorrência. As consequências podem afectar a Saúde, a Segurança, o Ambiente e a Economia. A CoF, para cada um dos sectores, pode ser, à imagem da PoF, avaliada qualitativamente ou qualitativamente. Uma avaliação de risco pode ser efectuada de três abordagens diferentes, qualitativa, semi-qualitativa e quantitativa, conforme o nível de precisão desejado. Independentemente do nível de precisão, uma avaliação RBIM deve seguir um procedimento estabelecido. O projecto RIMAP apresenta um procedimento onde constam a análise preliminar, recolha e validação de dados, análise de risco multicritério, decisão e plano de acção, a implementação e a avaliação da eficiência. A metodologia RBIM tem muitos dos conceitos constantes na metodologia RCM, como a FMECA e árvore de falhas. As duas fazem uso de diagramas lógicos para a identificação de falhas, e implicam a necessidade de existir uma equipa multidisciplinar para avaliação. Para se dar uma ideia mais clara da aplicação da metodologia RBIM, descreve-se uma instalação pertencente à FAP onde se aplicará uma avaliação de risco segundo o DRAFT DOC API .

Reabilitação de coberturas em tribunais

Este trabalho tem por objectivo identificar as patologias mais frequentes nas coberturas inclinadas, revestidas com telha cerâmica, existentes nos edifícios construídos de raiz para tribunais, bem como propor as soluções de reabilitação mais adequadas. Para alcançar este objectivo desenvolveu-se uma metodologia que consistiu no levantamento da tipologia de todas as coberturas existentes, no estudo e análise das patologias mais frequentes, das soluções de reabilitação mais adequadas e dos respectivos custos envolvidos. Com este trabalho facilmente se concluiu que as patologias mais frequentes neste tipo de coberturas, verificam-se nos materiais de revestimento e nos sistemas de drenagem das águas pluviais. Quanto às soluções de reabilitação, as mesmas dependem do tipo de patologia detectada e dos materiais constituintes da cobertura. Constatou-se também que a reabilitação de uma cobertura é normalmente condicionada por razões económicas, pelo que deverá ser sempre elaborada uma estimativa de custos com o maior rigor possível, o que dependerá da avaliação feita às patologias existentes e do conhecimento das soluções de reabilitação.

Optimal design of piezolaminated structures using B-spline strip finite element models

A package of B-spline finite strip models is developed for the linear analysis of piezolaminated plates and shells. This package is associated to a global optimization technique in order to enhance the performance of these types of structures, subjected to various types of objective functions and/or constraints, with discrete and continuous design variables. The models considered are based on a higher-order displacement field and one can apply them to the static, free vibration and buckling analyses of laminated adaptive structures with arbitrary lay-ups, loading and boundary conditions. Genetic algorithms, with either binary or floating point encoding of design variables, were considered to find optimal locations of piezoelectric actuators as well as to determine the best voltages applied to them in order to obtain a desired structure shape. These models provide an overall economy of computing effort for static and vibration problems.

Juntas mecânicas em material compósito

O âmbito da presente tese é o estudo de juntas mecânicas em material compósito realizado com fibra de vidro. Os materiais compósitos são a solução procurada pela generalidade dos sectores da indústria, devido essencialmente à sua grande capacidade estrutural e à sua resistência mecânica específica, ou seja, a resistência mecânica versus peso ser em geral maior que nas ligações metálicas. O estudo efectuado neste trabalho é referente à delaminação presente na furação de materiais compósitos, sendo esta um dos problemas de maior gravidade, existente quando se realiza a furação do material. Este problema influência a integridade estrutural do material bem como a sua fiabilidade a longo prazo. Foram usados dois métodos de furação, o primeiro conhecido por furação convencional e o segundo habitualmente designado método KTH ou por furação orbital. Foi feita uma comparação entre estes dois métodos e verificado qual deles apresenta menor delaminação em torno do furo e melhor qualidade de furo. Conclui-se que a furação orbital apresenta uma delaminação inferior relativamente à furação convencional, e que esta é preferível para a realização de furação em material compósito.

A model updating technique based on FRFs for damped structures

Model updating methods often neglect that in fact all physical structures are damped. Such simplification relies on the structural modelling approach, although it compromises the accuracy of the predictions of the structural dynamic behaviour. In the present work, the authors address the problem of finite element (FE) model updating based on measured frequency response functions (FRFs), considering damping. The proposed procedure is based upon the complex experimental data, which contains information related to the damped FE model parameters and presents the advantage of requiring no prior knowledge about the damping matrix structure or its content, only demanding the definition of the damping type. Numerical simulations are performed in order to establish the applicability of the proposed damped FE model updating technique and its results are discussed in terms of the correlation between the simulated experimental complex FRFs and the ones obtained from the updated FE model.

Analysis of functionally graded sandwich plate structures with piezoelectric skins, using B-spline finite strip method

Functionally graded materials are composite materials wherein the composition of the constituent phases can vary in a smooth continuous way with a gradation which is function of its spatial coordinates. This characteristic proves to be an important issue as it can minimize abrupt variations of the material properties which are usually responsible for localized high values of stresses, and simultaneously providing an effective thermal barrier in specific applications. In the present work, it is studied the static and free vibration behaviour of functionally graded sandwich plate type structures, using B-spline finite strip element models based on different shear deformation theories. The effective properties of functionally graded materials are estimated according to Mori-Tanaka homogenization scheme. These sandwich structures can also consider the existence of outer skins of piezoelectric materials, thus achieving them adaptive characteristics. The performance of the models, are illustrated through a set of test cases. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Otimização do processo de projeto de uma ferramenta progressiva para a estampagem de componentes metálicos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Inverse dynamics based predictive control for unified power flow controllers without DC bus

This paper presents a new predictive digital control method applied to Matrix Converters (MC) operating as Unified Power Flow Controllers (UPFC). This control method, based on the inverse dynamics model equations of the MC operating as UPFC, just needs to compute the optimal control vector once in each control cycle, in contrast to direct dynamics predictive methods that needs 27 vector calculations. The theoretical principles of the inverse dynamics power flow predictive control of the MC based UPFC with input filter are established. The proposed inverse dynamics predictive power control method is tested using Matlab/Simulink Power Systems toolbox and the obtained results show that the designed power controllers guarantees decoupled active and reactive power control, zero error tracking, fast response times and an overall good dynamic and steady-state response.

Linear and sliding-mode control design for matrix converter-based unified power flow controllers

This paper presents the design and compares the performance of linear, decoupled and direct power controllers (DPC) for three-phase matrix converters operating as unified power flow controllers (UPFC). A simplified steady-state model of the matrix converter-based UPFC fitted with a modified Venturini high-frequency pulse width modulator is first used to design the linear controllers for the transmission line active (P) and reactive (Q) powers. In order to minimize the resulting cross coupling between P and Q power controllers, decoupled linear controllers (DLC) are synthesized using inverse dynamics linearization. DPC are then developed using sliding-mode control techniques, in order to guarantee both robustness and decoupled control. The designed P and Q power controllers are compared using simulations and experimental results. Linear controllers show acceptable steady-state behaviour but still exhibit coupling between P and Q powers in transient operation. DLC are free from cross coupling but are parameter sensitive. Results obtained by DPC show decoupled power control with zero error tracking and faster responses with no overshoot and no steady-state error. All the designed controllers were implemented using the same digital signal processing hardware.

Optimization of magneto-electro-elastic composite structures using differential evolution

Magneto-electro-elastic structures are built from materials that provide them the ability to convert in an interchangeable way, magnetic, electric and mechanical forms of energy. This characteristic can therefore provide an adaptive behaviour to a general configuration elastic structure, being commonly used in association with any type of composite material in an embedded or surface mounted mode, or by considering the usage of multiphase materials that enable achieving different magneto-electro-elastic properties. In a first stage of this work, a few cases studies will be considered to enable the validation of the model considered and the influence of the coupling characteristics of this type of adaptive structures. After that we consider the application of a recent computational intelligence technique, the differential evolution, in a deflection profile minimization problem. Studies on the influence of optimization parameters associated to the problem considered will be performed as well as the adoption of an adaptive scheme for the perturbation factor. Results are also compared with those obtained using an enhanced particle swarm optimization technique. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The extended unsymmetric frontal solution for multiple-point constraints

The purpose of this paper is to discuss the linear solution of equality constrained problems by using the Frontal solution method without explicit assembling. Design/methodology/approach - Re-written frontal solution method with a priori pivot and front sequence. OpenMP parallelization, nearly linear (in elimination and substitution) up to 40 threads. Constraints enforced at the local assembling stage. Findings - When compared with both standard sparse solvers and classical frontal implementations, memory requirements and code size are significantly reduced. Research limitations/implications - Large, non-linear problems with constraints typically make use of the Newton method with Lagrange multipliers. In the context of the solution of problems with large number of constraints, the matrix transformation methods (MTM) are often more cost-effective. The paper presents a complete solution, with topological ordering, for this problem. Practical implications - A complete software package in Fortran 2003 is described. Examples of clique-based problems are shown with large systems solved in core. Social implications - More realistic non-linear problems can be solved with this Frontal code at the core of the Newton method. Originality/value - Use of topological ordering of constraints. A-priori pivot and front sequences. No need for symbolic assembling. Constraints treated at the core of the Frontal solver. Use of OpenMP in the main Frontal loop, now quantified. Availability of Software.

A study on the modeling of sandwich functionally graded particulate composites

Dual-phase functionally graded materials are a particular type of composite materials whose properties are tailored to vary continuously, depending on its two constituent's composition distribution, and which use is increasing on the most diverse application fields. These materials are known to provide superior thermal and mechanical performances when compared to the traditional laminated composites, exactly because of this continuous properties variation characteristic, which enables among other advantages smoother stresses distribution profile. In this paper we study the influence of different homogenization schemes, namely the schemes due to Voigt, Hashin-Shtrikman and Mod-Tanaka, which can be used to obtain bounds estimates for the material properties of particulate composite structures. To achieve this goal we also use a set of finite element models based on higher order shear deformation theories and also on first order theory. From the studies carried out, on linear static analyses and on free vibration analyses, it is shown that the bounds estimates are as important as the deformation kinematics basis assumed to analyse these types of multifunctional structures. Concerning to the homogenization schemes studied, it is shown that Mori-Tanaka and Hashin-Shtrikman estimates lead to less conservative results when compared to Voigt rule of mixtures.

Analysis of sandwich beam structures using kriging based higher order models

Functionally graded composite materials can provide continuously varying properties, which distribution can vary according to a specific location within the composite. More frequently, functionally graded materials consider a through thickness variation law, which can be more or less smoother, possessing however an important characteristic which is the continuous properties variation profiles, which eliminate the abrupt stresses discontinuities found on laminated composites. This study aims to analyze the transient dynamic behavior of sandwich structures, having a metallic core and functionally graded outer layers. To this purpose, the properties of the particulate composite metal-ceramic outer layers, are estimated using Mod-Tanaka scheme and the dynamic analyses considers first order and higher order shear deformation theories implemented though kriging finite element method. The transient dynamic response of these structures is carried out through Bossak-Newmark method. The illustrative cases presented in this work, consider the influence of the shape functions interpolation domain, the properties through-thickness distribution, the influence of considering different materials, aspect ratios and boundary conditions. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.