Piezoaeroelastic Modeling and Analysis of a Generator Wing with Continuous and Segmented Electrodes

Unmanned air vehicles (UAVs) and micro air vehicles (MAVs) constitute unique application platforms for vibration-based energy harvesting. Generating usable electrical energy during their mission has the important practical value of providing an additional energy source to run small electronic components. Electrical energy can be harvested from aeroelastic vibrations of lifting surfaces of UAVs and MAVs as they tend to have relatively flexible wings compared to their larger counterparts. In this work, an electromechanically coupled finite element model is combined with an unsteady aerodynamic model to develop a piezoaeroelastic model for airflow excitation of cantilevered plates representing wing-like structures. The electrical power output and the displacement of the wing tip are investigated for several airflow speeds and two different electrode configurations (continuous and segmented). Cancelation of electrical output occurs for typical coupled bending-torsion aeroelastic modes of a cantilevered generator wing when continuous electrodes are used. Torsional motions of the coupled modes become relatively significant when segmented electrodes are used, improving the broadband performance and altering the flutter speed. Although the focus is placed on the electrical power that can be harvested for a given airflow speed, shunt damping effect of piezoelectric power generation is also investigated for both electrode configurations.

An electromechanical finite element model for piezoelectric energy harvester plates

Vibration-based energy harvesting has been investigated by several researchers over the last decade. The goal in this research field is to power small electronic components by converting the waste vibration energy available in their environment into electrical energy. Recent literature shows that piezoelectric transduction has received the most attention for vibration-to-electricity conversion. In practice, cantilevered beams and plates with piezoceramic layers are employed as piezoelectric energy harvesters. The existing piezoelectric energy harvester models are beam-type lumped parameter, approximate distributed parameter and analytical distributed parameter solutions. However, aspect ratios of piezoelectric energy harvesters in several cases are plate-like and predicting the power output to general (symmetric and asymmetric) excitations requires a plate-type formulation which has not been covered in the energy harvesting literature. In this paper. an electromechanically coupled finite element (FE) plate model is presented for predicting the electrical power output of piezoelectric energy harvester plates. Generalized Hamilton`s principle for electroelastic bodies is reviewed and the FE model is derived based on the Kirchhoff plate assumptions as typical piezoelectric energy harvesters are thin structures. Presence of conductive electrodes is taken into account in the FE model. The predictions of the FE model are verified against the analytical solution for a unimorph cantilever and then against the experimental and analytical results of a bimorph cantilever with a tip mass reported in the literature. Finally, an optimization problem is solved where the aluminum wing spar of an unmanned air vehicle (UAV) is modified to obtain a generator spar by embedding piezoceramics for the maximum electrical power without exceeding a prescribed mass addition limit. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Minimizing total tardiness in a stochastic single machine scheduling problem using approximate dynamic programming

This paper addresses the non-preemptive single machine scheduling problem to minimize total tardiness. We are interested in the online version of this problem, where orders arrive at the system at random times. Jobs have to be scheduled without knowledge of what jobs will come afterwards. The processing times and the due dates become known when the order is placed. The order release date occurs only at the beginning of periodic intervals. A customized approximate dynamic programming method is introduced for this problem. The authors also present numerical experiments that assess the reliability of the new approach and show that it performs better than a myopic policy.

Applying complex network theory to the understanding of high-aspect-ratio carbon-filled composites

This work demonstrates that the theoretical framework of complex networks typically used to study systems such as social networks or the World Wide Web can be also applied to material science, allowing deeper understanding of fundamental physical relationships. In particular, through the application of the network theory to carbon nanotubes or vapour-grown carbon nanofiber composites, by mapping fillers to vertices and edges to the gap between fillers, the percolation threshold has been predicted and a formula that relates the composite conductance to the network disorder has been obtained. The theoretical arguments are validated by experimental results from the literature.

The influence of matrix mediated hopping conductivity, filler concentration, aspect ratio and orientation on the electrical response of carbon nanotube/polymer nanocomposites

A model to simulate the conductivity of carbon nanotube/polymer nanocomposites is presented. The proposed model is based on hopping between the fillers. A parameter related to the influence of the matrix in the overall composite conductivity is defined. It is demonstrated that increasing the aspect ratio of the fillers will increase the conductivity. Finally, it is demonstrated that the alignment of the filler rods parallel to the measurement direction results in higher conductivity values, in agreement with results from recent experimental work.

Personalidade e stresse em militares da Força Aérea Portuguesa: diferenças entre género

RESUMO: A organização militar é uma das mais importantes para qualquer , é uma instituição com regras e valores muito bem definidos, em que factores como a personalidade e o stress terão de ser muito bem avaliados para que se possa integrar uma carreira militar. A amostra estudada foi constituída por 200 militares da Força Aérea Portuguesa, com idade compreendidas entre os 19 e os 52 anos sendo a média de idades 26,3 anos (DP= 5,9). Em estudos anteriores verifiou-se que as diferenças entre géneros são uma condicionante no dia-a-dia de um militar (Lorenzi-Cioldi, 1994). Contudo, Eagly (1987), afirma que a diferença entre géneros tem uma pequena percentagem (5%) contra os 95 % de variabilidade explicada por outros factores na vida militar. Com esta investigação pretendeu-se verificar se existem diferenças entre géneros em relação aos factores básicos da personalidade, stress, afectividade e desejabilidade social, para além de outros aspectos relacionados com estes factores. Utilizaram-se as seguintes medidas de avaliação: o Big Five Factory, BFI (Benet-Martínez & John, 1998), a Paulhus Deception Scale, PDS (Paulhus, 1998), a Positive and Negative Affect Shedule, PANAS (Watson, Clark e Tellenger, 1998) e o Daily Stress Inventory, DSI (Brantley e Glenn, 1989). Conclui-se que ao nível da personalidade, nos factores de extroversão e conscienciosidade as mulheres apresentam valores mais elevados que os homens, em relação ao stress, nos factores competências pessoais, factores ambientais e stressores variados as mulheres obtêm valores mais baixos que os homens. ABSTRACT: The military institution is one of the most important in any country, it has very strict rules and values and therefore factors such as personality and stress must be thoroughly evaluated in order to integrate a military career. The sample under study is constituted by 200 militaries of the Portuguese Air Force, with ages between 19 and 52 years old, being the average 26,3 (DP=5,9). From previous studies it is know that differences in gender constitute a special condition in military personnel day to day life (Lorenzi-Cioldi, 1994). On the other hand, Eagly (1987) states that gender differences represents a small percentage (5%) against 95 % of variance explained by other military life factors. The main focus of this investigation was to determine if there were differences in gender in personality, stress, affect, social desirability and also to study other aspects related to these factors. The measures used were: the Big Five Factory, BFI (Benet-Martínez & John, 1998), the Paulhus Deception Scale, PDS (Paulhus, 1998), the Positive and Negative Affect Schedule, PANAS (Watson, Clark e Tellenger, 1998), the Daily Stress Inventory, DSI (Brantley e Glenn, 1998). It was concluded that on the personality level, women present higher scores on factors such as extroversion and consciousness. On the stress level, when considering factors such as personal competences, environmental factors and varied stressors, women present lower scores than men.

Leanness na manutenção aeronáutica: o caso FAP

Os sistemas de armas da Força Aérea Portuguesa (FAP) têm por missão a defesa militar de Portugal, através de operações aéreas e da defesa do espaço aéreo nacional, sendo o F-16 o principal avião de ataque em uso nesta organização. Neste sentido, e tendo em conta o actual contexto económico mundial, as organizações devem rentabilizar todos os recursos disponíveis, custos associados e optimizar processos de trabalho. Tendo por base os pressupostos anteriores, o presente estudo pretende analisar a implementação de lean na FAP, uma vez que esta filosofia assenta na eliminação de desperdícios com vista a uma melhoria da qualidade e diminuição de tempos e custos. Posto isto, a análise deste trabalho vai recair sobre a área de manutenção do F-16, em concreto na Inspeção de Fase (IF), um tipo de manutenção que esta aeronave realiza a cada trezentas horas de voo. O estudo de caso vai incidir em dois momentos da IF: o primeiro ponto relaciona-se com o processamento da recolha de dados para a reunião preliminar onde são definidas, para as áreas de trabalho executantes, as ações de manutenção a realizar com a paragem da aeronave. Deste modo, pretende-se averiguar as causas inerentes aos atrasos verificados para a realização desta reunião. O segundo ponto em observação compreende a informação obtida através da aplicação informática SIAGFA, em uso na FAP, para o processamento de dados de manutenção das quatro aeronaves que inauguraram a IF com a filosofia lean. Esta análise permitiu perceber o número de horas de trabalho dispendidas (em média pelas quatro aeronaves) por cada uma das cartas de trabalho, verificando-se que as cartas adicionais comportam mais horas; foi possível compreender quais as áreas de trabalho consideradas críticas; foram identificados os dias de trabalho realizado e tempos de paragem sem qualquer tipo de intervenção. Foi ainda avaliado, por aeronave, o número de horas de trabalho realizadas na IF e quais os constrangimentos que se verificaram nas aeronaves, que não realizaram a IF no tempo definido para tal.

Auditoria energética e plano de racionalização de energia

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

Avaliação da implementação de programa de fiabilidade de aeronaves na Força Aérea Portuguesa

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

Avaliação de riscos na atividade de manutenção: estudo de caso

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

A Força Aérea Portuguesa e o voo nas redes sociais

Trabalho de projeto apresentado à Escola Superior de Comunicação Social como parte dos requisitos para obtenção de grau de mestre em Publicidade e Marketing.

Developing and implementing an environmental performance index for the Portuguese military

Business Strategy and the Environment nº 15, p. 71–86

Estudo relativo à utilização dos Equipamentos de Medida e Precisão (EMP) nas ações de manutenção da frota F-16

Esta dissertação foi realizada, tendo como objecto de estudo a utilização de equipamentos de Medida e Precisão, em diversas áreas da manutenção da Base Aérea Nº 5. Como hipótese de trabalho, no âmbito da dissertação do Mestrado de Engenharia Instrumentação e Metrologia, foi proposta a elaboração de um estudo, tendo em vista, uma melhoria das capacidades da organização demonstrar certos requisitos no âmbito da gestão e controlo de equipamentos de Medida e Precisão. Assim, a metodologia utilizada para a realização desta dissertação, partiu da análise do estado da arte nas normas internacionais, da regulamentação emitida pela Força Aérea Portuguesa e no estudo das práticas em uso na manutenção da Base Aérea Nº 5, assim como, nos atuais meios de execução e controlo dessa gestão num sistema integrado de “gestão de conteúdos”. Foram realizados diversos trabalhos, tendo como objectivo uma melhoria no processo de gestão de Equipamentos de Medida e Precisão, com resultados imediatos, tais como um novo portal de metrologia, e-mail de informação sobre Equipamentos de Medida e Precisão e certificados digitais. Seguidamente, forma apresentados os resultados do estudo e demonstrada a necessidade de implementar um processo de recall, para as acções onde são usados Equipamentos de Medida e precisão. Na dissertação, são utilizadas terminologias aeronáuticas, por as mesmas serem comuns no seio da organização, assim como, consonantes com a prática usual na indústria de manutenção aeronáutica militar no mundo.

Validação de design de armazém automatizado com uso de simulação discreta

Dissertação de mestrado em Engenharia de Sistemas

Pilot licensing after aortic valve surgery.

Background and aim of the study: Bicuspid aortic valve is the most common congenital heart malformation, and a high percentage of patients with this condition will develop complications over time. It is rare that pilots undergo aortic valve surgery, and the confirmation of flight-licensing requirements after aortic valve replacement (AVR) is a challenge for the patient's cardiac surgeon and, particularly, for the Aeromedical Examiner (AME). Only AMEs are able to determine the flight status of pilots. Furthermore, in military and in civil aviation (e.g., Red Bull Air Race), the high G-load environment experienced by pilots is an exceptional physiological parameter, which must be considered postoperatively. Methods: A review was conducted of the aeronautical, surgical and medical literature, and of European pilot-licensing regulations. Case studies are also reported for two Swiss Air Force pilots. Results: According to European legislation, pilots can return to flight duty from the sixth postoperative month, with the following limitations: that an aortic bioprosthesis presents no restrictions in cardiac function, requires no cardioactive medications, yet requires a flight operation with co-pilot, the avoidance of accelerations over +3 Gz and, in military aviation, restricts the pilot to non-ejection-seat aircraft. The patient follow up must include both echocardiographic and rhythm assessments every six months. Mechanical prostheses cannot be certified because the required anticoagulation therapy is a disqualifying condition for pilot licensing. Conclusion: Pilot licensing after aortic valve surgery is possible, but with restrictions. The +Gz exposition is of concern in both military and civilian aviation (aerobatics). The choice of bioprosthesis type and size is determinant. Pericardial and stentless valves seem to show better flow characteristics under high-output conditions. Repetitive cardiological controls are mandatory for the early assessment of structural valve disease and rhythm disturbances. A pre-emptive timing is recommended when reoperation is indicated, without waiting for clinical manifestations of structural valve disease.