Modelação não-linear do comportamento de vigas-parede

Com a evolução dos recursos computacionais e o desenvolvimento dos modelos constitutivos disponíveis na avaliação do comportamento estrutural de elementos de betão armado, é comum recorrer-se cada vez mais a modelos numéricos que consideram a não-linearidade física e geométrica. As simulações numéricas obtidas com recurso a este tipo de modelos computacionais permitem obter um historial completo do comportamento estrutural, desde o início da aplicação do carregamento, até ao colapso total da estrutura. Contudo, verifica-se que em zonas de descontinuidade geométrica em estruturas de betão armado, a evolução do padrão de fendilhação é um fenómeno relativamente complexo, cuja simulação numérica representa um desafio considerável. O objectivo deste trabalho é o de verificar a aplicabilidade do Método dos Elementos Aplicados no estudo do desenvolvimento do padrão de fendilhação em paredes de betão armado, solicitadas por um carregamento monotónico. Foi analisado um conjunto de dez paredes, todas com uma abertura que provoca uma zona de descontinuidade geométrica e, consequentemente, um padrão de fendilhação mais complexo. Cada parede tem uma pormenorização de armadura diferente, permitindo verificar a fiabilidade do modelo computacional. Os resultados numéricos foram comparados com ensaios experimentais realizados por Bounassar Filho [8], permitindo tirar conclusões sobre as vantagens e as limitações deste método, quando aplicado ao estudo de estruturas de betão armado solicitadas por cargas monotónicas.

Análise computacional da evolução da hidromorfologia do Baixo Mondego em resultado da subida do nível do mar

O êxito na previsão das consequências da subida do nível do mar à escala global está dependente de uma correcta análise de todos fenómenos que daí poderão resultar. Neste âmbito, o presente estudo incide sobre o efeito da subida do nível do mar na hidromorfologia de rios, parâmetro que não é com frequência um dado de entrada nas simulações numéricas em estudos e projectos de Hidráulica Fluvial. Desenvolveu-se um modelo computacional na linguagem de programação Fortran (FTN 95), que permite simular a longo prazo a evolução do fundo móvel e da superfície livre de um rio. É um modelo de dinâmica sedimentar, unidimensional, que simula escoamentos em regime quase-permanente e em canais de topografia simples, utilizando a fórmula de Engelund-Hansen para o transporte sólido. O modelo foi aplicado no trecho mais a jusante do Mondego, desde Coimbra até à foz no Atlântico, onde o rio flui na zona do chamado Baixo Mondego, planície aluvial, alvo de grandes alterações antropogénicas, nomeadamente obras de regularização fluvial. As que foram realizadas no séc. XVIII modificaram o original percurso do rio atribuindo-lhe uma topografia simples, mas não resolveram o seu principal problema, o excesso de assoreamento a jusante de Coimbra, tendo como consequência frequentes inundações e cheias. Estas obras colocaram em evidência a grande vulnerabilidade do rio aos problemas de transporte sólido e assoreamento. Mais tarde, em finais do séc. XX, as obras realizadas na sequência do Plano de Aproveitamento do Baixo Mondego vieram, de uma forma integrada, contribuir para o seu equilíbrio hidromorfológico. Actualmente, face à subida do nível do mar volta a colocar-se a questão do assoreamento a jusante de Coimbra. Logo, é importante conhecer as previsões a longo prazo de dinâmica sedimentar deste troço, para a sua adequada gestão. Foram realizadas previsões para 20 cenários num horizonte temporal de 100 anos, todos eles consideram o caudal dominante calculado para o rio e variam de acordo com a subida do nível do mar, o caudal sólido e diâmetro médio dos sedimentos. Os resultados obtidos foram os previstos qualitativamente, isto é, a subida do nível do mar poderá alterar o leito aluvionar, elevando as cotas de fundo e aumentando os volumes de assoreamento.

Produção e caracterização de espumas 3D obtidas por electrofiação para aplicação em engenharia de tecidos

A produção de estruturas tridimensionais poliméricas tem sido foco de estudo por parte da Engenharia de Células e Tecidos, pelo que mimetizam melhor as condições in vivo dos tecidos. A conjugação das propriedades eléctricas com arquitectura 3D permite uma regeneração tecidual mais eficaz. Desta forma este estudo incidiu na construção de scaffolds, que conjugasse as propriedades mecânicas, eléctricas e biológicas num só suporte. O processo utilizado para produção de scaffolds baseou-se na electrofiação de soluções poliméricas de PCL (8% m/m) com incorporação de óxido de grafeno em diferentes concentrações: 0.01%, 0.1% e 0.25% (m/V). Foram avaliados os parâmetros de electrofiação que permitiram a organização tridimensional. A composição química e a morfologia das membranas foram avaliadas por FTIR-ATR e por microscopia electrónica de varrimento (MEV), respectivamente. Através de ensaios de tracção e de permeabilidade estudou-se a influência de óido de grafeno na matriz polimérica. Foram feitas experiências de redução de óxido de grafeno nas fibras electrofiadas, tanto nas membranas como das espumas, através do uso de vapores de hidrazina. Este mecanismo mostrou-se ineficaz, uma vez que afectou a sua morfologia. As espumas foram avaliadas quanto à sua bioactividade e propriedades mecânicas (ensaios de compressão). Também foram realizados testes de viabilidade celular nas membranas e de adesão celular nas espumas, de forma a avaliar o seu potencial para aplicação biomédica. Os resultados destes ensaios revelaram que óxido de grafeno não apresenta efeitos citotóxicos para o organismo e a sua presença promove a adesão celular ao scaffold.

Jogo 3D online para reabilitação de pacientes afásicos

Esta plataforma foi projetada como auxílio complementar ao processo de reabilitação de doentes afásicos lusófonos. Uma gama de exercícios são disponibilizados de forma a induzir diferentes estímulos (compreensão escrita e auditiva e expressão escrita) sendo a grande maioria destes realizados dentro de um ambiente virtual em três dimensões onde o utilizador (dependendo da tarefa) pode interagir com objetos presentes dentro de uma casa. A principal particularidade desta plataforma reside no facto desta estar alojada online, dispensando instalações e permitindo um acompanhamento mais próximo por parte do terapeuta da fala do progresso feito pelo paciente. A ferramenta desenvolvida está disponível para visualização e teste no endereço www.weblisling.net.

Estudo numérico do fenómeno de vibração induzida por vórtices num cilindro com 1 grau de liberdade em OpenFoam

Esta dissertação tem o intuito de validar o código numérico OpenFoam para problemas de fenómeno de vibração induzida por desprendimento de vórtices num cilindro circular com um grau de liberdade transversal ao escoamento. Na primeira parte é simulado o escoamento em torno de um cilindro circular fixo, e na segunda parte o escoamento em torno do cilindro oscilatório. O número de Reynolds é 200 para todas as simulações e o movimento do cilindro é descrito segundo um sistema massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para o movimento do cilindro utilizou-se o solver sixDoFRigidDisplacement e para a resolução de problemas de malha móvel o solver displacementLaplacian. O código numérico utilizado para o caso do cilindro fixo foi pimpleFoam e para o caso do cilindro oscilatório o pimpleDyMFoam. As simulações foram feitas através da resolução das equações de Navier-Stokes num domínio computacional bidimensional. Na simulação do escoamento em redor do cilindro fixo, os coeficientes de arrasto e sustentação e o número de Strouhal foram calculados e comparados com resultados da literatura. Os resultados estão próximos da realidade, no entanto observa-se que a dimensão da malha é muito importante para a precisão dos mesmos. Na simulação do escoamento em torno do cilindro oscilatório foram calculados os coeficientes de arrasto e sustentação e deslocamento do cilindro, para os sistemas massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para os dois sistemas foi apresentada e comparada a evolução destes resultados em função da velocidade reduzida e por fim foram comparados. Observa-se que o fator de amortecimento afeta as respostas do cilindro, dependo da velocidade reduzida. Os resultados obtidos em ambos os estudos foram satisfatórios e conclui-se que o código OpenFoam é uma boa ferramenta para resolver problemas com o fenómeno de vibração induzida por vórtices.

Simulação e otimização da coluna de vácuo II da refinaria de Sines

O trabalho realizado foi desenvolvido no âmbito de um estágio curricular de seis meses realizado na Refinaria de Sines da Galp Energia. O principal objetivo foi a otimização da maior coluna de destilação de vácuo existente, uma vez que com o início do funcionamento de novas unidades, como é o caso do Hydrocraker, a produção de gasóleo de vácuo na Refinaria não é suficiente para assegurar a carga das unidades sendo necessário importar, diminuindo assim as margens das unidades. Foi implementada a simulação da coluna de destilação de vácuo II em ASPEN PLUS® para o caso de design, usando as condições de operação que o licenciador usou nas suas simulações para o re-vamping da unidade. Posteriormente foi efetuada a implementação para o caso de Test Run, em que são verificadas as produções projetadas para a coluna, e foram implementados na coluna 4 casos de operação real, onde foram recolhidos os dados de operação e comparadas as características dos produtos simulados com os resultados obtidos nos ensaios das amostras efetuados pelo Laboratório. No caso de design verifica-se que o modelo representa de forma aceitável as características dos pro-dutos extraídos. Tanto para o caso de Test Run como para os casos reais verifica-se que o modelo representa, na maioria dos casos, as características do destilado e do HVGO nas partes finais das destilações destes produtos, enquanto que o modelo representa as características do LVGO na fase inicial da destilação. Para otimização da coluna de vácuo verificou-se que os parâmetros com maior influência na produção de gasóleo de vácuo são a temperatura da zona de flash da coluna e o caudal de vapor de stripping introduzido no fundo da coluna.

Modelação estocástica do depósito mineral do Zambujal (Mina de Neves-Corvo): contribuição da densidade como indicador morfológico

Este estudo tem como objetivo construir um modelo estocástico de alta resolução da morfologia e dos teores em metal, do depósito mineral do Zambujal, Mina de Neves-Corvo. O depósito do Zambujal é um corpo vulcanogénico que se localiza no setor Português, na parte mais a Sul da Faixa Piritosa Ibérica, com sulfuretos maciços no topo e fissurais na base. Para construir um modelo estocástico deste depósito, onde os teores em metal evidenciam zonamento, é importante ter em conta a proporção local de sulfuretos na matriz rochosa. Como esta variável não é quantificada em laboratório, propõe-se a utilização da densidade das amostras como um indicador indireto da proporção de minérios na matriz rochosa. Conhecida esta variável, a modelação dos teores em metal pode ser feita para os chamados teores relativos (teores em metal na fração de sulfuretos). As principais etapas da metodologia proposta são: (a) para cada amostra analisada no laboratório, estimação de soluções para a variável proporção de sulfuretos na matriz rochosa ????(????), tendo em conta a paragénese principal do depósito, os teores e a densidade da rocha; (b) construção de um modelo morfológico 3D de baixa resolução com duas regiões, minérios maciços e minérios fissurais, por digitalização de limites em perfis, interpolação de superfícies e conversão para o modelo de blocos do depósito; (c) construção de um modelo morfológico 3D de alta resolução para todo o depósito da variável ????(????) por Simulação Sequencial Direta (SSD), tendo como informação condicionante os histogramas regionais de ????(????) para minérios maciços e minérios fissurais e as soluções obtidas em (a) para ????(????) na localização das sondagens; (d) SSD dos teores relativos em cobre, zinco e prata; (e) discussão dos resultados e quantificação de recursos. Os resultados foram validados por comparação com os equivalentes obtidos numa estimação por krigagem normal dos teores em metal e mostraram ser da mesma ordem de grandeza. O conjunto de imagens simuladas das variáveis ????(????) e teores permite quantificar a incerteza do conhecimento do depósito relativamente à informação disponível.

Building 3D City Models: Testing and Comparing Laser Scanning and Low-Cost UAV Data Using FOSS Technologies

Contém resumo

Ferramenta de simulação para robô industrial

Actualmente, os meios de produção industrial estão em constante desenvolvimento, de forma a corresponderem a um mercado cada vez mais globalizado, caracterizado por uma forte competição, uma pressão na redução de custos, e a existência de produtos e serviços personalizados. Entretanto, ao nível de equipamento de robótica, também se tem notado esta pressão por parte do mercado, exigindo-se equipamento com uma complexidade crescente, tanto ao nível da sua morfologia, do seu controlo e da sua utilização. Ao nível da sua utilização, tornou-se então necessário adoptar abordagens que permitam um maior controlo quanto a falhas de manuseamento e respectiva modelação destes robôs. Uma destas abordagens é a simulação. A simulação é uma das áreas com maior crescimento a nível tecnológico, sendo utilizada em várias áreas de tecnologia e informação devido à sua capacidade de adaptação, tornando-se numa área bastante dinâmica e flexível. Dentro dum contexto de robôs industriais, as aplicações mais típicas consistem na programação “offline” de robôs e na aprendizagem de robótica, tendo como objectivo estudar e analisar os comportamentos de determinados sistemas, com o intuito de reduzir a necessidade de intervenção humana em tarefas repetitivas, perigosas e dispendiosas. Além disso, a simulação está também presente na computação informática nas salas de aulas, por forma a auxiliar o professor. Foi então idealizado um sistema de simulação capaz de imitar um robô industrial em que os alunos terão que conseguir controlar, para que os vários testes sejam primeiramente implementados no simulador, diminuindo assim, o risco de causar acidentes no seu congênere real durante a fase de testes. O sistema consiste numa interface em que possibilita ao utilizador fazer um controlo manual do robô simulado, assim como ser capaz de o controlar por comandos requisitados por uma aplicação exterior através de serviços WEB, permitindo assim, a simulação de vários testes no robô industrial em causa.

Development of human central nervous system 3D in vitro models for preclinical research

Neurological disorders are a major concern in modern societies, with increasing prevalence mainly related with the higher life expectancy. Most of the current available therapeutic options can only control and ameliorate the patients’ symptoms, often be-coming refractory over time. Therapeutic breakthroughs and advances have been hampered by the lack of accurate central nervous system (CNS) models. The develop-ment of these models allows the study of the disease onset/progression mechanisms and the preclinical evaluation of novel therapeutics. This has traditionally relied on genetically engineered animal models that often diverge considerably from the human phenotype (developmentally, anatomically and physiologically) and 2D in vitro cell models, which fail to recapitulate the characteristics of the target tissue (cell-cell and cell-matrix interactions, cell polarity). The in vitro recapitulation of CNS phenotypic and functional features requires the implementation of advanced culture strategies that enable to mimic the in vivo struc-tural and molecular complexity. Models based on differentiation of human neural stem cells (hNSC) in 3D cultures have great potential as complementary tools in preclinical research, bridging the gap between human clinical studies and animal models. This thesis aimed at the development of novel human 3D in vitro CNS models by integrat-ing agitation-based culture systems and a wide array of characterization tools. Neural differentiation of hNSC as 3D neurospheres was explored in Chapter 2. Here, it was demonstrated that human midbrain-derived neural progenitor cells from fetal origin (hmNPC) can generate complex tissue-like structures containing functional dopaminergic neurons, as well as astrocytes and oligodendrocytes. Chapter 3 focused on the development of cellular characterization assays for cell aggregates based on light-sheet fluorescence imaging systems, which resulted in increased spatial resolu-tion both for fixed samples or live imaging. The applicability of the developed human 3D cell model for preclinical research was explored in Chapter 4, evaluating the poten-tial of a viral vector candidate for gene therapy. The efficacy and safety of helper-dependent CAV-2 (hd-CAV-2) for gene delivery in human neurons was evaluated, demonstrating increased neuronal tropism, efficient transgene expression and minimal toxicity. The potential of human 3D in vitro CNS models to mimic brain functions was further addressed in Chapter 5. Exploring the use of 13C-labeled substrates and Nucle-ar Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy tools, neural metabolic signatures were evaluated showing lineage-specific metabolic specialization and establishment of neu-ron-astrocytic shuttles upon differentiation. Chapter 6 focused on transferring the knowledge and strategies described in the previous chapters for the implementation of a scalable and robust process for the 3D differentiation of hNSC derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC). Here, software-controlled perfusion stirred-tank bioreactors were used as technological system to sustain cell aggregation and dif-ferentiation. The work developed in this thesis provides practical and versatile new in vitro ap-proaches to model the human brain. Furthermore, the culture strategies described herein can be further extended to other sources of neural phenotypes, including pa-tient-derived hiPSC. The combination of this 3D culture strategy with the implemented characterization methods represents a powerful complementary tool applicable in the drug discovery, toxicology and disease modeling.