Numerical and experimental study of tensile strength of single and double-strap repairs

Adhesive bonding as a joining or repair method has a wide application in many industries. Repairs with bonded patches are often carried out to re-establish the stiffness at critical regions or spots of corrosion and/or fatigue cracks. Single and double-strap repairs (SS and DS, respectively) are a viable option for repairing. For the SS repairs, a patch is adhesively-bonded on one of the structure faces. SS repairs are easy to execute, but the load eccentricity leads to peel peak stresses at the overlap edges. DS repairs involve the use of two patches, one on each face of the structure. These are more efficient than SS repairs, due to the doubling of the bonding area and suppression of the transverse deflection of the adherends. Shear stresses also become more uniform as a result of smaller differential straining. The experimental and Finite Element (FE) study presented here for strength prediction and design optimization of bonded repairs includes SS and DS solutions with different values of overlap length (LO). The examined values of LO include 10, 20 and 30 mm. The failure strengths of the SS and DS repairs were compared with FE results by using the Abaqus® FE software. A Cohesive Zone Model (CZM) with a triangular shape in pure tensile and shear modes, including the mixed-mode possibility for crack growth, was used to simulate fracture of the adhesive layer. A good agreement was found between the experiments and the FE simulations on the failure modes, elastic stiffness and strength of the repairs, showing the effectiveness and applicability of the proposed FE technique in predicting strength of bonded repairs. Furthermore, some optimization principles were proposed to repair structures with adhesively-bonded patches that will allow repair designers to effectively design bonded repairs.

Strength prediction of adhesively-bonded scarf repairs in composite structures under bending

This work reports on the experimental and numerical study of the bending behaviour of two-dimensional adhesively-bonded scarf repairs of carbon-epoxy laminates, bonded with the ductile adhesive Araldite 2015®. Scarf angles varying from 2 to 45º were tested. The experimental work performed was used to validate a numerical Finite Element analysis using ABAQUS® and a methodology developed by the authors to predict the strength of bonded assemblies. This methodology consists on replacing the adhesive layer by cohesive elements, including mixed-mode criteria to deal with the mixed-mode behaviour usually observed in structures. Trapezoidal laws in pure modes I and II were used to account for the ductility of the adhesive used. The cohesive laws in pure modes I and II were determined with Double Cantilever Beam and End-Notched Flexure tests, respectively, using an inverse method. Since in the experiments interlaminar and transverse intralaminar failures of the carbon-epoxy components also occurred in some regions, cohesive laws to simulate these failure modes were also obtained experimentally with a similar procedure. A good correlation with the experiments was found on the elastic stiffness, maximum load and failure mode of the repairs, showing that this methodology simulates accurately the mechanical behaviour of bonded assemblies.

Buckling strength of adhesively-bonded single and double-strap repairs on carbon-epoxy structures

This work reports on an experimental and finite element method (FEM) parametric study of adhesively-bonded single and double-strap repairs on carbon-epoxy structures under buckling unrestrained compression. The influence of the overlap length and patch thickness was evaluated. This loading gains a particular significance from the additional characteristic mechanisms of structures under compression, such as fibres microbuckling, for buckling restrained structures, or global buckling of the assembly, if no transverse restriction exists. The FEM analysis is based on the use of cohesive elements including mixed-mode criteria to simulate a cohesive fracture of the adhesive layer. Trapezoidal laws in pure modes I and II were used to account for the ductility of most structural adhesives. These laws were estimated for the adhesive used from double cantilever beam (DCB) and end-notched flexure (ENF) tests, respectively, using an inverse technique. The pure mode III cohesive law was equalled to the pure mode II one. Compression failure in the laminates was predicted using a stress-based criterion. The accurate FEM predictions open a good prospect for the reduction of the extensive experimentation in the design of carbon-epoxy repairs. Design principles were also established for these repairs under buckling.

Numerical evaluation of three-dimensional scarf repairs in carbon-epoxy structures

The widespread employment of carbon-epoxy laminates in high responsibility and severely loaded applications introduces an issue regarding their handling after damage. Repair of these structures should be evaluated, instead of their disposal, for cost saving and ecological purposes. Under this perspective, the availability of efficient repair methods is essential to restore the strength of the structure. The development and validation of accurate predictive tools for the repairs behaviour are also extremely important, allowing the reduction of costs and time associated to extensive test programmes. Comparing with strap repairs, scarf repairs have the advantages of a higher efficiency and the absence of aerodynamic disturbance. This work reports on a numerical study of the tensile behaviour of three-dimensional scarf repairs in carbon-epoxy structures, using a ductile adhesive (Araldite® 2015). The finite elements analysis was performed in ABAQUS® and Cohesive Zone Modelling was used for the simulation of damage onset and growth in the adhesive layer. Trapezoidal cohesive laws in each pure mode were used to account for the ductility of the specific adhesive mentioned. A parametric study was performed on the repair width and scarf angle. The use of over-laminating plies covering the repaired region at the outer or both repair surfaces was also tested as an attempt to increase the repairs efficiency. The obtained results allowed the proposal of design principles for repairing composite structures.

The development of the N1 and N2 components in auditory oddball paradigms: a systematic review with narrative analysis and suggested normative values

Auditory event-related potentials (AERPs) are widely used in diverse fields of today’s neuroscience, concerning auditory processing, speech perception, language acquisition, neurodevelopment, attention and cognition in normal aging, gender, developmental, neurologic and psychiatric disorders. However, its transposition to clinical practice has remained minimal. Mainly due to scarce literature on normative data across age, wide spectrumof results, variety of auditory stimuli used and to different neuropsychological meanings of AERPs components between authors. One of the most prominent AERP components studied in last decades was N1, which reflects auditory detection and discrimination. Subsequently, N2 indicates attention allocation and phonological analysis. The simultaneous analysis of N1 and N2 elicited by feasible novelty experimental paradigms, such as auditory oddball, seems an objective method to assess central auditory processing. The aim of this systematic review was to bring forward normative values for auditory oddball N1 and N2 components across age. EBSCO, PubMed, Web of Knowledge and Google Scholarwere systematically searched for studies that elicited N1 and/or N2 by auditory oddball paradigm. A total of 2,764 papers were initially identified in the database, of which 19 resulted from hand search and additional references, between 1988 and 2013, last 25 years. A final total of 68 studiesmet the eligibility criteria with a total of 2,406 participants from control groups for N1 (age range 6.6–85 years; mean 34.42) and 1,507 for N2 (age range 9–85 years; mean 36.13). Polynomial regression analysis revealed thatN1latency decreases with aging at Fz and Cz,N1 amplitude at Cz decreases from childhood to adolescence and stabilizes after 30–40 years and at Fz the decrement finishes by 60 years and highly increases after this age. Regarding N2, latency did not covary with age but amplitude showed a significant decrement for both Cz and Fz. Results suggested reliable normative values for Cz and Fz electrode locations; however, changes in brain development and components topography over age should be considered in clinical practice.

Utilização de métodos ópticos de correlação de imagem para a determinação da tenacidade à fractura de adesivos estruturais

Mestrado em Engenharia Mecânica

Comportamento da tibiotársica na sequência de movimento de sentar para de pé em crianças prematuras

Introdução: A prematuridade constitui um fator de risco para a ocorrência de lesões ao nível do sistema nervoso central, sendo que uma idade gestacional inferior a 36 semanas potencia esse mesmo risco, nomeadamente para a paralisia cerebral (PC) do tipo diplegia espástica. A sequência de movimento de sentado para de pé (SPP), sendo uma das aprendizagens motoras que exige um controlo postural (CP) ao nível da tibiotársica, parece ser uma tarefa funcional frequentemente comprometida em crianças prematuras com e sem PC. Objetivo(s): Descrever o comportamento dos músculos da tibiotársica, tibial anterior (TA) e solear (SOL), no que diz respeito ao timing de ativação, magnitude e co-ativação muscular durante a fase I e início da fase II na sequência de movimento de SPP realizada por cinco crianças prematuras com PC do tipo diplegia espástica e cinco crianças prematuras sem diagnóstico de alteração neuromotoras, sendo as primeiras sujeitas a um programa de intervenção baseado nos princípios do conceito de Bobath – Tratamento do Neurodesenvolvimento (TND). Métodos: Foram avaliadas 10 crianças prematuras, cinco com PC e cinco sem diagnóstico de alterações neuromotoras, tendo-se recorrido à eletromiografia de superfície para registar parâmetros musculares, nomeadamente timings, magnitudes e valores de co-ativação dos músculos TA e SOL, associados à fase I e inico da fase II da sequência de movimento de SPP. Procedeu-se ao registo de imagem de modo a facilitar a avaliação dos componentes de movimento associados a esta tarefa. Estes procedimentos foram realizados num único momento, no caso das crianças sem diagnóstico de alterações neuromotoras e em dois momentos, antes e após a aplicação de um programa de intervenção segundo o Conceito de Bobath – TND no caso das crianças com PC. A estas foi ainda aplicado o Teste da Medida das Funções Motoras (TMFM–88) e a Classificação Internacional da Funcionalidade Incapacidade e Saúde – crianças e jovens (CIF-CJ). Resultados: Através da eletromiografia constatou-se que ambos os grupos apresentaram timings de ativação afastados da janela temporal considerada como ajustes posturais antecipatórios (APAs), níveis elevados de co-ativação, em alguns casos com inversão na ordem de recrutamento muscular o que foi possível modificar nas crianças com PC após o período de intervenção. Nestas, verificou-se ainda que, a sequência de movimento de SPP foi realizada com menor número de compensações e com melhor relação entre estruturas proximais e distais compatível com o aumento do score final do TMFM-88 e modificação positiva nos itens de atividade e participação da CIF-CJ. Conclusão: As crianças prematuras com e sem PC apresentaram alterações no CP da tibiotársica e níveis elevados de co-ativação muscular. Após o período de intervenção as crianças com PC apresentaram modificações positivas no timing e co-ativação muscular, com impacto funcional evidenciado no aumento do score final da TMFM-88 e modificações positivas na CIF-CJ.

Estruturas flexíveis multicamada para gestão de humidade

O conforto é uma necessidade para a maioria das pessoas. A busca de vestuário que se adapte às condições ambientais tornou-se essencial. Queremos materiais que nos mantenham quentes ou frescos, em condições de frio ou calor, e sejam capazes de nos manter secos se chover, ou se transpirarmos, devido a actividade intensa, ou simplesmente porque está quente. O objectivo principal deste trabalho era desenvolver uma estrutura multicamada respirável, para posterior aplicação num sapato perfurado, tornando-o respirável e impermeável. São já aplicados em peças de roupa e calçado, materiais que permitem essa gestão de calor e humidade – as membranas. Neste trabalho, foram apresentadas algumas membranas, de fabricantes e materiais diferentes, que foram testadas de modo a obter valores para a transmissão de vapor de água e classificá-las quanto à sua respirabilidade, relativamente a uma membrana de referência. Foram feitos testes com as membranas isoladas, laminadas e com sobreposição de duas membranas laminadas. Verificou-se que a laminagem não diminuía, substancialmente, a respirabilidade das membranas. Já a sobreposição de membranas, demonstrou diminuir em 35 % a respirabilidade das membranas. A membrana com melhor desempenho é constituída por um polímero de base éter e blocos de amida (PEBA). Ainda pouco aplicado em vestuário e calçado, mas com algum potencial, são os não-tecidos impregnados com polímeros super absorventes (SAP’s). Estes podem absorver até 500 vezes o seu peso em água, dependendo da quantidade de SAP’s com que o não tecido é impregnado e da aplicação final. Esta capacidade de adsorção seria uma mais-valia, em condições de chuva intensa, mas por outro lado, se atingir a saturação, não permite a entrada ou saída de ar, o que poderia levar a desconforto no utilizador. Por fim, foi utilizado um manequim térmico (pé), onde se testaram diferentes calçados, verificando-se que só é possível perder calor e vapor de água pela sola do sapato se esta se encontrar perfurada e utilizar um sistema respirável. Futuramente, pretende-se aplicar uma outra camada de não-tecido, na outra face das membranas já testadas, de modo a criar um sistema de 3 camadas, e testar a sua respirabilidade. Sugere-se, também, criar uma estrutura sólida e arejada para utilizar os não-tecidos impregnados em SAPs. Posteriormente, deve-se aplicar estas estruturas num sapato com a sola perfurada e testá-las no manequim térmico.

Problemas associados à instalação de subestações de energia em malha urbana. Caso de estudo da subestação de parceiros em Leiria

No âmbito do desenvolvimento da dissertação do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia, surgiu a oportunidade de participar no desenvolvimento de um projeto integrante numa subestação de energia. O presente caso de estudo tem em vista a resolução de condicionantes na conceção desta subestação, tais como cumprir requisitos estéticos projetando todo o tipo de equipamentos dentro de edifícios, a ventilação das salas de transformação assim como insonorização de todo o ruído produzido de forma a cumprir os limites legais e não perturbar a vizinhança. A presente subestação de energia está situada numa zona urbana da cidade de Leiria, localidade de Parceiros, dando origem ao nome Subestação de Energia de Parceiros. Esta subestação pertence ao cliente Energias de Portugal, conhecida como EDP, e visa o melhoramento da distribuição do serviço eléctrico. As tradicionais subestações de energia, com aparência bastante desenquadrada dos meios urbanos, representam um entrave ao nível da aproximação destes centros de produção energética às zonas urbanas, comprometendo a melhoria da rede elétrica. Desta forma, foi implementada a tecnologia Gas-Insolated Switchgear e permite o enquadramento destes centros energéticos em zonas urbanas, constituindo mais um edifício urbano na zona onde se insere. Esta substitui os convencionais barramentos existentes nos Parques Exteriores de Aparelhagem das subestações e apresenta-se com dimensões muito reduzidas quando comparadas com as estruturas instaladas nestes parques. Dado que esta tecnologia é desenvolvida no sentido de permitir a construção destes centros energéticos em zonas urbanas, podem ser alojadas dentro de edifícios produzindo assim vantagens ao nível estético, não perturbando a paisagem. Dado que os principais equipamentos de funcionamento na subestação de Parceiros, nomeadamente o Transformador de Potência, se encontram instalados num edifício completamente fechado, foram construídas duas salas de ventilação, na parte superior deste edifício, cada uma adjacente a uma sala de transformação. O transformador instalado possui elevadas dimensões, pesando 53000 kg e contendo 11000 kg de óleo que em estado normal de funcionamento circula por quase todo o interior da máquina a elevadas temperaturas, provocando um aquecimento elevado no interior do edifício o que condiciona o bom funcionamento do transformador. Para ultrapassar esta condicionante foi realizado um estudo de um sistema de ventilação capaz de avaliar e controlar os valores térmicos existentes e proceder à circulação de ar, que será movimentado ou bloqueado, recorrendo a um sistema autónomo, mantendo a temperatura ideal nas salas de transformação. Este autómato é o cérebro de toda a cadeia lógica que, mediante as leituras efetuadas irá dar ordens de atuação aos diversos equipamentos. Apesar dos TP estarem protegidos dentro do edifício, estes produzem um maior ruído. A necessidade da existência do referido sistema de ventilação das divisões de funcionamento destas máquinas, implica a utilização de aparelhos que, apesar da sua evolução tecnológica os torna cada vez menos ruidosos, mas geram sempre alguma perturbação, o que pode representar um problema no cumprimento do regulamento geral do ruído.

Estudo da delaminação em compósitos

As excelentes propriedades mecânicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compósitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnológica. A crescente utilização destes materiais e a excelência dos resultados daí provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessária de forma a possibilitar a ligação entre peças. O processo de furação é o mais frequente. O processo de maquinagem de compósitos terá como base os métodos convencionais utilizados nos materiais metálicos. O processo deverá, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nível de parâmetros, quer a nível de ferramentas a utilizar. As características dos materiais compósitos são bastante particulares pelo que, quando são sujeitos a maquinagem poderão apresentar defeitos tais como delaminação, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a detecção destes danos, por vezes a inspeção visual não é suficiente, sendo necessário recorrer a processos específicos de análise de danos. Existem já, alguns estudos, cujo âmbito foi a obtenção de furos de qualidade em compósitos, com minimização do dano, não se podendo comparar ainda com a informação existente, no que se refere à maquinagem de materiais metálicos ou ligas metálicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiança na utilização destes materiais se aproxime aos materiais metálicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furação de placas laminadas e posterior análise dos danos provocados por esta operação. Foi dada especial atenção à medição da delaminação causada pela furação e à resistência mecânica do material após ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compósitas de carbono/epóxido com duas orientações de fibras diferentes: unidireccionais e em “cross-ply”. Não se conseguiu muita informação, junto do fornecedor, das suas características pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu módulo de elasticidade. Relativamente á sua resistência â tração, como já foi referido, a grande resistência oferecida pelo material, associada às limitações da máquina de ensaios não permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas três geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o aço rápido (HSS) e o carboneto de tungsténio para as brocas helicoidais de 118º de ângulo de ponta e apenas o carboneto de tungsténio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante não foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas características para a maquinagem de compósitos, o seu elevado custo não justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho académico, como é o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito à delaminação como á resistência mecânica dos provetes ensaiados. Para a determinação dos valores de delaminação, foi usada a técnica de Raio X. Algum conhecimento já existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parâmetros (por exemplo: tempo de exposição das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessível o procedimento de obtenção de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso – AutoCad), foi possível medir as áreas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminação de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parâmetros de maquinagem afectaram a resistência mecânica do material. De forma resumida, são objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condições de corte em materiais compósitos, mais especificamente em fibras de carbono reforçado com matriz epóxida (PRFC); - Caracterização dos danos típicos provocados pela furação destes materiais; - Desenvolvimento de análise não destrutiva (RX) para avaliação dos danos provocados pela furação; - Conhecer modelos existentes com base na mecânica da fratura linear elástica (LEFM); - Definição de conjunto de parâmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de força, da análise não destrutiva e da comparação com modelos de danos existentes e conhecidos.

Redes de terras associadas a estações de telecomunicações

As redes de terras são algo que atormenta muitas operadoras de telecomunicações. Quando o comum civil pensa que apenas existem antenas e que é importante a transmissão de dados porque naturalmente não lhes faz falta saber mais nada, as pessoas envolventes na construção de uma estação de telecomunicações têm preocupações não só com a parte de rádio e antenas, mas fundamentalmente com a parte de energia e de infra-estruturas. No desenvolvimento deste projecto, torna-se então importante perceber como as redes de terras são implementadas, como atingir valores satisfatórios para as operadoras, como realizar melhoria da rede de terras já existentes, implementar furos artesianos/valas e sobretudo como melhorar no futuro. Os materiais utilizados e o estudo prévio das condições do terreno onde a estação rádio-base é implementada nem sempre coincidem com os resultados desejados e que pensamos que seriam facilmente atingidos após implementação da torre. Neste projecto, vamos então acompanhar todos os processos, desde a legalização, construção, testes e finalmente a medição da resistência de terras final. Se os valores foram aceitáveis, óptimo para a operadora de telecomunicações e para a empresa responsável pela implementação. Caso os resultados estejam aquém das expectativas, é altura de selecionar os melhores e recorrendo a um conjunto de técnicas que garantam resultados e o menos dispêndio de dinheiro possível, vamos avançar para as melhorias. Os regimes de protecção das pessoas e da estação são bastante importantes. É importante também perceber as condições dos solos e saber simular com o programa ERICO que será fundamental para se efetuar uma comparação entre o teórico e o implementado praticamente. No fim, parte fulcral serão as medições finais, a relação preço-qualidade das melhorias implementadas, a análise dos resultados com argumentos válidos e o bom senso da operadora para aceitar ou rejeitar os trabalhos. Contrato é contrato, fazer mais e melhor é uma exigência constante.

Sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica

Esta dissertação descreve o sistema de apoio à racionalização da utilização de energia eléctrica desenvolvido no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação. O domínio de aplicação enquadra-se no contexto da Directiva da União Europeia 2006/32/EC que declara ser necessário colocar à disposição dos consumidores a informação e os meios que promovam a redução do consumo e o aumento da eficiência energética individual. O objectivo é o desenvolvimento de uma solução que permita a representação gráfica do consumo/produção, a definição de tectos de consumo, a geração automática de alertas e alarmes, a comparação anónima com clientes com perfil idêntico por região e a previsão de consumo/produção no caso de clientes industriais. Trata-se de um sistema distribuído composto por front-end e back-end. O front-end é composto pelas aplicações de interface com o utilizador desenvolvidas para dispositivos móveis Android e navegadores Web. O back-end efectua o armazenamento e processamento de informação e encontra-se alojado numa plataforma de cloud computing – o Google App Engine – que disponibiliza uma interface padrão do tipo serviço Web. Esta opção assegura interoperabilidade, escalabilidade e robustez ao sistema. Descreve-se em detalhe a concepção, desenvolvimento e teste do protótipo realizado, incluindo: (i) as funcionalidades de gestão e análise de consumo e produção de energia implementadas; (ii) as estruturas de dados; (iii) a base de dados e o serviço Web; e (iv) os testes e a depuração efectuados. (iv) Por fim, apresenta-se o balanço deste projecto e efectuam-se sugestões de melhoria.

A competing values framework approach on growth and performance in micro firms

This study aims to analyze and compare four micro-firms' organizational culture, evaluated through the Competing Values Framework (Quinn & Rohbaugh, 1983). Data was collected in 2011 and 2013 in firms selling the same type of software and providing the same kind of services, focusing on the years between 2008-2011. Findings point to somewhat different results of micro-firms, when comparing to other samples in the literature. Suggestions for future research are given.

Towards a Mobile Three-dimensional Modelling System for Underground Structures

Robotica 2012: 12th International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions April 11, 2012, Guimarães, Portugal