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.

A sensor classification strategy for robotic manipulators

In practice the robotic manipulators present some degree of unwanted vibrations. The advent of lightweight arm manipulators, mainly in the aerospace industry, where weight is an important issue, leads to the problem of intense vibrations. On the other hand, robots interacting with the environment often generate impacts that propagate through the mechanical structure and produce also vibrations. In order to analyze these phenomena a robot signal acquisition system was developed. The manipulator motion produces vibrations, either from the structural modes or from endeffector impacts. The instrumentation system acquires signals from several sensors that capture the joint positions, mass accelerations, forces and moments, and electrical currents in the motors. Afterwards, an analysis package, running off-line, reads the data recorded by the acquisition system and extracts the signal characteristics. Due to the multiplicity of sensors, the data obtained can be redundant because the same type of information may be seen by two or more sensors. Because of the price of the sensors, this aspect can be considered in order to reduce the cost of the system. On the other hand, the placement of the sensors is an important issue in order to obtain the suitable signals of the vibration phenomenon. Moreover, the study of these issues can help in the design optimization of the acquisition system. In this line of thought a sensor classification scheme is presented. Several authors have addressed the subject of the sensor classification scheme. White (White, 1987) presents a flexible and comprehensive categorizing scheme that is useful for describing and comparing sensors. The author organizes the sensors according to several aspects: measurands, technological aspects, detection means, conversion phenomena, sensor materials and fields of application. Michahelles and Schiele (Michahelles & Schiele, 2003) systematize the use of sensor technology. They identified several dimensions of sensing that represent the sensing goals for physical interaction. A conceptual framework is introduced that allows categorizing existing sensors and evaluates their utility in various applications. This framework not only guides application designers for choosing meaningful sensor subsets, but also can inspire new systems and leads to the evaluation of existing applications. Today’s technology offers a wide variety of sensors. In order to use all the data from the diversity of sensors a framework of integration is needed. Sensor fusion, fuzzy logic, and neural networks are often mentioned when dealing with problem of combing information from several sensors to get a more general picture of a given situation. The study of data fusion has been receiving considerable attention (Esteban et al., 2005; Luo & Kay, 1990). A survey of the state of the art in sensor fusion for robotics can be found in (Hackett & Shah, 1990). Henderson and Shilcrat (Henderson & Shilcrat, 1984) introduced the concept of logic sensor that defines an abstract specification of the sensors to integrate in a multisensor system. The recent developments of micro electro mechanical sensors (MEMS) with unwired communication capabilities allow a sensor network with interesting capacity. This technology was applied in several applications (Arampatzis & Manesis, 2005), including robotics. Cheekiralla and Engels (Cheekiralla & Engels, 2005) propose a classification of the unwired sensor networks according to its functionalities and properties. This paper presents a development of a sensor classification scheme based on the frequency spectrum of the signals and on a statistical metrics. Bearing these ideas in mind, this paper is organized as follows. Section 2 describes briefly the robotic system enhanced with the instrumentation setup. Section 3 presents the experimental results. Finally, section 4 draws the main conclusions and points out future work.

Ferramenta de gestão de redes MESH

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Área de Especialização de Telecomunicações

Estudo da produção e aplicação de cola animal

Com as crescentes exigências do mercado e fortes restrições a nível ambiental, as indústrias modernas tendem a progredir no sentido da eficiência, sustentabilidade e rentabilidade dos seus processos produtivos. Sendo a indústria dos curtumes uma forte geradora de resíduos sólidos, é indispensável criar alternativas à valorização desses mesmos resíduos de forma a cumprir todos os requisitos ambientais. Este trabalho remete à reutilização dos resíduos, provenientes da divisão da pele em tripa após operação de descarna, com o intuito de se desenvolver um novo bio-produto apto para ser utilizado noutros sectores industriais. Os resíduos em causa consistem maioritariamente em colagéneo, que apresenta um enorme potencial para se produzir cola animal. Desta forma, este trabalho tem como objectivo principal avaliar a utilização deste tipo de resíduo na produção de um novo bio-produto, cola animal, e testar a sua aplicabilidade técnica e funcional. Com a realização deste trabalho, mostrou-se ser possível produzir um produto, a partir de retalhos da indústria de curtumes, com um perfil de carácter positivo no que diz respeito à viabilidade técnica e funcional da utilização da cola animal como eventual alternativa a um ligante, para formulações de colas de base aquosa para a indústria gráfica e do papel.

Desenvolvimento de um Controlador de Boundary Scan (Ieee 1149.1)

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Área de Especialização em Automação e Sistemas

Soluções de melhoria de desempenho acústico na Reabilitação de Edifícios

O presente relatório enquadra-se no âmbito do estágio curricular referente ao Mestrado em Engenharia Civil – Ramo de Construções, do Instituto Superior de Engenharia do Porto. Este relatório tem como objetivo apresentar e descrever de forma sucinta as atividades desenvolvidas na empresa Porto Vivo, SRU – Sociedade de Reabilitação Urbana da Baixa Portuense, S.A., no período compreendido entre 3 de Dezembro de 2012 e 3 de Julho de 2013. O estágio realizou-se por diferentes etapas, sendo numa fase inicial mais relacionada com a pesquisa bibliográfica e enquadramento da temática da reabilitação urbana em Portugal, tendo em seguida estudado e acompanhado o projeto de obras em curso. Esta etapa consistiu, principalmente, no acompanhamento de projetos e obras de reabilitação urbana, no âmbito da atividade da Porto Vivo, SRU, desempenhando inúmeras atividades tais como: contato com técnicos responsáveis pela elaboração dos Documentos Estratégicos, análise dos projetos em curso, acompanhamento de obras de reabilitação urbana, apoio à elaboração de relatórios de acompanhamento das obras, participado em reuniões de obra com empreiteiros e projetistas, elaborado o registo fotográfico de obras particulares e executado o levantamento do edificado. A primeira parte deste relatório enquadra o tema da Reabilitação Urbana, no seu conceito mais lato descrevendo os principais incentivos e programas de apoio inerentes. Refere-se, ainda, à descrição da empresa Porto Vivo, SRU e às atividades aí desenvolvidas. Numa segunda parte do relatório, é descrito o estudo de caso relativo ao desempenho acústico de soluções construtivas no âmbito da reabilitação do património edificado. Por último, uma reflexão final de todo o período de estágio e apreciação global das atividades desenvolvidas e da sua importância na formação pessoal e profissional.

Exigências funcionais em pavimentos de madeira

Durante séculos a madeira foi dos materiais mais privilegiados e usados na construção. Ainda hoje, existem construções antigas em madeira em bom estado de conservação e que, desempenham as suas funções adequadamente. Com o aparecimento do betão e do aço, os projetistas deixaram de usar este tipo de estruturas. Isto provocou um desinteresse na indústria da madeira, adiando a criação de regulamentos e normas relativamente às exigências funcionais deste tipo de estruturas. Com a necessidade da reabilitação do património edificado, verifica-se uma inversão desta tendência, devido às edificações no centro histórico serem constituídas por estruturas de madeira, essencialmente os pavimentos e coberturas. Na maioria das vezes estas estruturas apresentam um elevado nível de degradação e a solução mais rentável é demolir. Os pavimentos de madeira são então substituídos por lajes aligeiradas ou de betão armado provocando alterações estruturais inadequadas nas fachadas a manter. Pretende-se com esta dissertação mostrar as potencialidades dos pavimentos de madeira e assim incentivar ao seu uso, principalmente nas áreas a reabilitar. São analisados todos os regulamentos e normas aplicáveis às exigências estruturais, térmicas, acústicas e contra incêndio dos pavimentos de madeira. A análise da normalização aplicável vai ser sintetizada, ou seja, só vão ser referidos os aspetos a ter em conta para a verificação das exigências funcionais em pavimentos de madeira. A aplicação dos conceitos e das verificações necessárias são aplicadas a um pavimento de madeira a ser construído na parcela C4 do Quarteirão das Cardosas. Os resultados obtidos neste caso de estudo são encorajadores, e abrem uma perspetiva das potencialidades que este sistema construtivo apresenta.

Desenvolvimento de sistema de apoio dinâmico da chapa no corte em guilhotina

Guilhotinas são máquinas robustas, de corte rectilíneo, normalmente associadas a equipamentos de baixo custo, devido à pequena quantidade de dispositivos tecnológicos incorporados. No entanto, esta situação pode ser alterada através da criatividade dos projetistas deste tipo de equipamento. Analisando algumas operações específicas, pode-se observar que algumas ferramentas, quando associadas ao equipamento, podem aumentar substancialmente a produtividade do processo de corte e a qualidade do produto final. Em relação ao processo de corte de chapas finas de metal, pode-se observar que na fase final de corte, o peso do material a cortar é suspenso por uma pequena porção de material que ainda não foi sujeita ao corte. Este facto leva a uma deformação plástica nesta última zona, causando problemas de qualidade no produto final, que não ficará completamente plano. Este trabalho foi desenvolvido em torno deste problema, estudando a melhor solução para desenvolver uma nova ferramenta, capaz de evitar a falta de nivelamento da placa, após corte. Um novo equipamento foi concebido, capaz de ser facilmente incorporado na guilhotina, permitindo o acompanhamento da inclinação da lâmina durante a operação de corte. O sistema é totalmente automatizado, sendo operado por uma única instrução de corte dada pelo operador da máquina. Este sistema permite à empresa fabricante aumentar o valor agregado de cada máquina, oferecendo aos clientes soluções avançadas, contribuindo desta forma para a sustentabilidade do negócio da empresa.

Dimensionamento de pilares mistos aço-betão segundo a EN 1994-1-1 através de uma aplicação informática

O presente trabalho debruça-se sobre as estruturas mistas aço-betão, com foco nos pilares mistos e no seu dimensionamento segundo a norma europeia EN1994-1-1 (EC4) [1]. Um pilar misto aço-betão pode definir-se como um elemento de aço, laminado ou composto, que trabalha em conjunto com o betão, podendo as secções serem classificados como revestidas ou preenchidas. Com a crescente evolução das técnicas construtivas, as estruturas mistas aço-betão aparecem como soluções viáveis e seguras, tornando-se numa opção competitiva em relação às soluções tradicionais de betão armado e de aço estrutural. Isto, devido à grande capacidade de carga proporcionada por secções mais reduzidas, à boa relação de rigidez e bom comportamento perante os fenómenos de encurvadura. Com o surgimento da recente norma europeia EC4, não obstante a complexidade das metodologias de verificação da segurança propostas, há uma maior confiança na utilização deste tipo de estrutura por parte dos projetistas. É neste contexto que surge a necessidade de desenvolver ferramentas de cálculo expedito que possam ser utilizadas em gabinete de projeto, salvaguardando todos os aspectos regulamentares de verificação da segurança preconizados no EC4, de que é exemplo o dimensionamento de pilares mistos abordados no presente trabalho. De forma a validar a ferramenta desenvolvida é proposto um caso de estudo, com o objectivo de obter soluções de pilares mistos com dimensões otimizadas, fazendo as verificações previstas no EC4. Os resultados obtidos na ferramenta são comparados com os resultados obtidos através de cálculos analíticos.

Desenvolvimento de programa em linguagem Matlab® para cálculo pelo método de elementos finitos

Para o projeto de qualquer estrutura existente (edifícios, pontes, veículos, máquinas, etc.) é necessário conhecer as condições de carga, geometria e comportamento de todas as suas partes, assim como respeitar as normativas em vigor nos países nos quais a estrutura será aplicada. A primeira parte de qualquer projeto nesta área passa pela fase da análise estrutural, onde são calculadas todas as interações e efeitos de cargas sobre as estruturas físicas e os seus componentes de maneira a verificar a aptidão da estrutura para o seu uso. Inicialmente parte-se de uma estrutura de geometria simplificada, pondo de parte os elementos físicos irrelevantes (elementos de fixação, revestimentos, etc.) de maneira a simplificar o cálculo de estruturas complexas e, em função dos resultados obtidos da análise estrutural, melhorar a estrutura se necessário. A análise por elementos finitos é a ferramenta principal durante esta primeira fase do projeto. E atualmente, devido às exigências do mercado, é imprescindível o suporte computorizado de maneira a agilizar esta fase do projeto. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura em análise. Porém, estes programas demostram uma certa complexidade durante a introdução dos parâmetros, levando muitas vezes a resultados errados. Assim sendo, é essencial para o projetista ter uma ferramenta fiável e simples de usar que possa ser usada para fins de projeto de estruturas e otimização. Sobre esta base nasce este projeto tese onde se elaborou um programa com interface gráfica no ambiente Matlab® para a análise de estruturas por elementos finitos, com elementos do tipo Barra e Viga, quer em 2D ou 3D. Este programa permite definir a estrutura por meio de coordenadas, introdução de forma rápida e clara, propriedades mecânicas dos elementos, condições fronteira e cargas a aplicar. Como resultados devolve ao utilizador as reações, deformações e distribuição de tensões nos elementos quer em forma tabular quer em representação gráfica sobre a estrutura em análise. Existe ainda a possibilidade de importação de dados e exportação dos resultados em ficheiros XLS e XLSX, de maneira a facilitar a gestão de informação. Foram realizados diferentes testes e análises de estruturas de forma a validar os resultados do programa e a sua integridade. Os resultados foram todos satisfatórios e convergem para os resultados de outros programas, publicados em livros, e para cálculo a mão feitos pelo autor.

Establishing the main Guidelines for Cast Steel to Produce Truck Parts

Este trabalho foi realizado na Scania CV AB e teve como principal objectivo estabelecer uma diretriz sobre a possível utilização de aços vazados. Existe uma grande necessidade na realização deste trabalho, de forma a apoiar os engenheiros de projecto no seu processo de selecção dos materiais mais adequados, para produzir componentes mais leves e de elevado desempenho. Esta diretriz apresenta informação relacionada com propriedades mecânicas, processos de fundição, vazabilidade, tipologia de defeitos, tratamentos térmicos, soldabilidade e tratamentos superficiais dos aços vazados. Este trabalho foi limitado, na seleção de materiais para componentes do camião, a aços vazados que poderiam ser aplicados em dois componentes específicos: um componente estrutural da carroçaria sujeito a esforços de fadiga e a um colector de gases de combustão, sujeito a fluência, oxidação, fadiga por corrosão, fadiga-térmica e fadiga-mecânica. Foi realizado um benchmark focado nestes dois componentes de forma a saber que materiais são utilizados de momento por outras empresas concorrentes. Foi realizada ainda uma análise sobre possíveis materiais que possam ser aplicados em cada componente referido. Foi conduzida uma caracterização no estado bruto de fundição de um aço inoxidável vazado usado para produzir um protótipo do colector de gases. Esta caracterização consistiu numa análise microestrutural e medição de macro e microdurezas. Além da caracterização inicial, foram aplicados um conjunto de tratamentos térmicos, de forma a estudar a possibilidade de eliminar os carbonetos presentes inicialmente nas fronteiras de grão. As principais conclusões deste trabalho são que o aço vazado apresenta potencial para ser uma escolha válida em diversas aplicações, devido a um leque alargado de propriedades apresentadas tipicamente por este material. Relativamente a aplicações estruturais, o aço vazado é vantajoso comparativamente ao ferro fundido, quando são requeridos, por exemplo, soldabilidade e elevada resistência, combinada com elevada tenacidade à fractura. Para componentes sujeitos a elevadas temperaturas de serviço, o aço inoxidável vazado é vantajoso quando usado a temperaturas superiores a 750°C, apesar do seu elevado custo. O tratamento térmico composto por um recozimento de solubilização seguido de envelhecimento, elimina quase na totalidade os carbonetos presentes nas fronteiras de grão e verifica-se um aumento de dureza através de uma precipitação de carbonetos finamente dispersos na matriz, que poderão também aumentar a resistência à fluência.

Myoelectric Signal Monitoring System

The Electromyography (EMG) is an important tool for gait analyzes and disorders diagnoses. Traditional methods involve equipment that can disturb the analyses, being gradually substituted by different approaches, like wearable and wireless systems. The cable replacement for autonomous systems demands for technologies capable of meeting the power constraints. This work presents the development of an EMG and kinematic data capture wireless module, designed taking into account power consumption issues. This module captures and converts the analog myoeletric signal to digital, synchronously with the capture of kinetic information. Both data are time multiplexed and sent to a PC via Bluetooth link. The work carried out comprised the development of the hardware, the firmware and a graphical interface running in an external PC. The hardware was developed using the PIC18F14K22, a low power family of microcontrollers. The link was established via Bluetooth, a protocol designed for low power communication. An application was also developed to recover and trace the signal to a Graphic User Interface (GUI), coordinating the message exchange with the firmware. Results were obtained which allowed validating the conceived system in static and with the subject performing short movements. Although it was not possible to perform the tests within more dynamic movements, it is shown that it is possible to capture, transmit and display the captured data as expected. Some suggestions to improve the system performance also were made.

A construção da marca visual e os media digitais enquanto temes

A construção de uma marca gráfica, signo que se pretende que identifique e sintetize uma entidade, deve ser consciente dos processos, objectivos e modus operandi que integram o seu contexto e tornam este tema ainda hoje um ponto central no design de identidade e no design de comunicação. Ainda assim, assistimos ao surgir de tendências que vão uniformizando várias marcas que procuram, passe o paradoxo, demarcar-se. Meme é um conceito originalmente publicado pelo biólogo Richard Dawkins (Dawkins, 1989), que significa ‘replicador’, sendo uma teoria alternativa para explicar a evolução humana (uma teoria que não depende dos genes, mas sim da noção de imitação: da noção de ideias que se reproduzem de pessoa para pessoa, quase como um vírus). O conceito vem da palavra grega mimeme e significa ‘aquilo que é imitado’. Este conceito foi desenvolvido por Susan Blackmore no livro The Meme Machine (1999) e, mais recentemente, esta autora introduz a ideia de teme – o meme tecnológico. Como explicar, por exemplo, que a recente imagem gráfica da NOS (2014) seja tão similar à da POV, criada por Paula Scher em 2007? E por sua vez, qual a razão da identidade visual da Optimus (magma, 2008) ser também, em certa medida, idêntica à da Nokia Trends Lab (criado por Greenspace), projecto do mesmo ramo de operação das telecomunicações? No modus operandi do trabalho de design de identidade entram em acção os media digitais, tanto no momento de concepção, como no momento de exibição e fruição das marcas gráficas. Assim, as aplicações, o software transformaram-se numa espécie de silent designers (conceito proposto por Gorb e Dumas em 1987), uma vez que são verdadeiros orientadores da resposta visual a um determinado problema: impulsionam direcções na linguagem visual do design, resultando em soluções semelhantes. Dada esta mudança de paradigmas que as novas tecnologias forjaram no zeitgeist do design, este artigo – baseado em parte da investigação de doutoramento em design – versa sobre a construção da marca gráfica e sobre a análise das categorias visuais que operam em cada signo gráfico da marca, bem como os medias digitais onde elas se inscrevem. Visualmente podemos constatar que as características dos nossos processos de percepção e as características dos meios de criação e transmissão das marcas actuam de forma a aproximar as soluções gráficas, resultando, por vezes, em temes. Com o objectivo de gerar debate académico sobre o tema da sintaxe e da retórica visual da marca gráfica, procuramos identificar e visualizar variáveis estruturais comuns das marcas realizadas com uma linguagem advinda do Estilo Internacional e das marcas mais recentes, digitais, fluídas e em sistema aberto, com a intenção de contribuir para implementar uma literacia visual que descodifique este signo icónico, dentro da actual realidade.

Picture marks semiotics between ontwerpen and vormgeving

This project seeks to implement and operationalize an analytical and schematic tool proposed in the doctoral thesis of Eduardo Aires applied to the first pages of newspapers (FBAUP: 2006), to the study of the symbol within the visual identity – the picture mark – starting with its semiotic analysis. Our research has the main objective to contribute to providing guidelines to facilitate both the communication and the methodology used by students and professionals of graphic design, translating, in a graphic way, implicit phenomena that is still in the spectrum of intuition, concerning Identity Design (specifically, the design of the graphic mark), and bringing them to the field of scientific definitions. It is our intention to provide the design of a picture mark, a graphic sign which is intended to synthesize, identify and bring positive values about an entity, with an educational tool that would constitute itself as knowledge so far nonexistent.

Semiótica da marca: contributos para a construção de uma ferramenta analítica e operacional dentro da prática do design de identidade

No nosso contexto hiper-moderno, há factores que influenciam a nossa percepção e consequente grau de afeição ou rejeição para com as entidades. Pese embora o facto de que a marca gráfica (desvinculada do signo tipográfico) ser uma parcela dentro do conjunto maior do design de identidade, esta merece ser estudada na actual conjuntura: uma conjuntura onde está presente uma crise financeira e social, com altos níveis de desemprego e situações que, embora não sendo nefastas, não devem ser ignoradas – como é o caso da crescente criação de identidades em outsourcing ou da maior acessibilidade aos computadores e processos criativos por parte de designers e não designers. O nosso principal objectivo é o de criar um um manual de práticas compilando uma gramática da marca gráfica que a explicite aos jovens designers. Já verificamos que esta ferramenta pode ser transferida para conceber e analisar outros artefactos gráficos. Pretendemos examinar se são válidos na contemporaneidade os axiomas da gestalt ou os preceitos formulados nos anos 50/60 como os de Jacques Bertin, continuando a ser uma boa base no processo de criação e percepção das marcas gráficas. Com a mudança de paradigmas que as novas tecnologias forjaram no zeitgeist do design e na actual conjuntura, procuramos confirmar se esses preceitos são válidos tanto nas marcas intemporais como nas marcas contemporâneas e fluídas, e criar uma ferramenta pedagógica que contribua para implementar uma literacia visual que descodifique este signo icónico, dentro desta nova realidade. Nela, com o acesso aos novos meios digitais, de interacção e colaboração, surgem expressões emotivas por parte de designers, estudantes e utilizadores nos sites da especialidade, sobre marcas gráficas, provando o interesse no objectivo deste projecto em curso.