Single mode Lamb waves in composite laminated plates generated by piezoelectric transducers

The technique of permanently attaching piezoelectric transducers to structural surfaces has demonstrated great potential for quantitative non-destructive evaluation and smart materials design. For thin structural members such as composite laminated plates, it has been well recognized that guided Lamb wave techniques can provide a very sensitive and effective means for large area interrogation. However, since in these applications multiple wave modes are generally generated and the individual modes are usually dispersive, the received signals are very complex and difficult to interpret. An attractive way to deal with this problem has recently been introduced by applying piezoceramic transducer arrays or interdigital transducer (IDT) technologies. In this paper, the acoustic wave field in composite laminated plates excited by piezoceramic transducer arrays or IDT is investigated. Based on dynamic piezoelectricity theory, a discrete layer theory and a multiple integral transform method, an analytical-numerical approach is developed to evaluate the input impedance characteristics of the transducer and the surface velocity response of the plate. The method enables the quantitative evaluation of the influence of the electrical characteristics of the excitation circuit, the geometric and piezoelectric properties of the transducer array, and the mechanical and geometrical features of the laminate. Numerical results are presented to validate the developed method and show the ability of single wave mode selection and isolation. The results show that the interaction between individual elements of the piezoelectric array has a significant influence on the performance of the IDT, and these effects can not be neglected even in the case of low frequency excitation. It is also demonstrated that adding backing materials to the transducer elements can be used to improve the excitability of specific wave modes. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

How does residue management impact soil organic matter composition and quality under Eucalyptus globulus plantations in southwestern Australia?

This study investigated the influence of harvest residue management practices on soil organic matter (SOM) composition and quality from two second-rotation Eucalyptus globulus plantations in southwestern Australia, using solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with cross-polarisation and magic-angle-spinning (CPMAS). Soil samples (0–5 cm) were collected every 12 months for 5 years from two sites that had contrasting soil types and fertility. Harvest residue management treatments established at both sites were (a) no harvest residues; and (b) double harvest residues. The use of 13C CPMAS and DD NMR spectroscopy enabled the successful non-destructive detection of SOM quality changes in the two E. globulus plantations. Relative intensities of 13C CPMAS NMR spectral regions were similar at both sites, and for both harvest residue treatments, indicating that SOM composition was also similar. Dipolar dephasing (DD) NMR spectra revealed resonances in SOM assigned to lignin and tannin structures, with larger resonances in the carbonyl and alkyl C regions that were indicative of cuticular material, enabling detection of changes in SOM quality. Retention of double harvest residues on the soil surface increased the soil quality compared with removal of all harvest residues at both sites as indicated by the NMR aromaticities, but this was most noticeable at Manjimup, which had greater initial soil fertility.

Perfis de tensão residual do aço duplex UNS S32304 submetido a diferentes processos de soldagem TIG e condições de tratamento térmico

Visando a aplicação do aço UNS S32304 em embalados para transporte de material radioativo, amostras soldadas por processo TIG, com diferentes gases de proteção, foram submetidas a tratamentos térmicos nas temperaturas de 475°C, 600°C e 750°C por 8 horas, seguidas de resfriamento ao ar, a fim de analisar o efeito de temperaturas críticas no perfil de tensões residuais e microestrutura. A difratometria de raios X foi utilizada para determinação das tensões residuais, em diferentes condições (amostras como recebidas e apenas tratadas termicamente) e o perfil de tensões residuais total das amostras soldadas é apresentado para cada fase (austenita e ferrita). As tensões residuais das fases foram determinadas pela técnica sen2ψ, utilizando um difratômetro com fonte de radiação CuKα (<λ

Dimensionamento à punção em apoios internos de lajes protendidas sem aderência

Esta dissertação trata da punção em lajes protendidas com cordoalhas não aderentes, para pilares internos, calculadas através das normas ABNT NBR 6118:2007, ABNT NBR 6118:2014, EN 1992-1-1:2004 e ACI 318-11. Ao longo do trabalho, são apresentados dimensionamentos à punção através desses códigos a fim de se obter uma análise comparativa dos resultados. Além disso, são expostas três situações de provas de carga não destrutivas para punção, realizadas em lajes reais. Os casos, verificados a partir da comparação entre as quatro normas, servem de base para avaliações sobre o nível de segurança estrutural entre os dimensionamentos. Após as análises teóricas, conclui-se que, no geral, o EC2:2004 e a NBR 6118:2014 são os códigos que geram os resultados menos conservadores no cálculo das armaduras de punção. Já o ACI 318-11 e a NBR 6118:2007 obtêm os resultados mais conservadores para esse dimensionamento. Quando considerados os carregamentos máximos sem utilização de armadura de punção, a norma americana se destaca, obtendo valores comparáveis aos do EC2:2004 e da NBR 6118:2014. A NBR 6118:2007 resulta em dimensionamentos sempre mais conservadores.

Avaliação, tratamento e consolidação de madeira em edifícios antigos

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

Diagnóstico de estruturas de madeira em serviço num palacete do século XIX

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Edificações

Study of polycrystalline Cu2ZnSnS4 films by Raman scattering

Cu2ZnSnS4 (CZTS) is a p-type semiconductor that has been seen as a possible low-cost replacement for Cu(In,Ga)Se2 in thin film solar cells. So far compound has presented difficulties in its growth, mainly, because of the formation of secondary phases like ZnS, CuxSnSx+1, SnxSy, Cu2−xS and MoS2. X-ray diffraction analysis (XRD), which is mostly used for phase identification cannot resolve some of these phases from the kesterite/stannite CZTS and thus the use of a complementary technique is needed. Raman scattering analysis can help distinguishing these phases not only laterally but also in depth. Knowing the absorption coefficient and using different excitation wavelengths in Raman scattering analysis, one is capable of profiling the different phases present in multi-phase CZTS thin films. This work describes in a concise form the methods used to grow chalcogenide compounds, such as, CZTS, CuxSnSx+1, SnxSy and cubic ZnS based on the sulphurization of stacked metallic precursors. The results of the films’ characterization by XRD, electron backscatter diffraction and scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy techniques are presented for the CZTS phase. The limitation of XRD to identify some of the possible phases that can remain after the sulphurization process are investigated. The results of the Raman analysis of the phases formed in this growth method and the advantage of using this technique in identifying them are presented. Using different excitation wavelengths it is also analysed the CZTS film in depth showing that this technique can be used as non destructive methods to detect secondary phases.

Análise por ultra-sons no controlo de condição

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

A cor na pintura balinesa: caracterização dos pigmentos da pintura balinesa

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Conservação e Restauro

Delamination analysis of carbon fibre reinforced laminates: evaluation of a special step drill

Drilling of carbon fibre/epoxy laminates is usually carried out using standard drills. However, it is necessary to adapt the processes and/or tooling as the risk of delamination, or other damages, is high. These problems can affect mechanical properties of produced parts, therefore, lower reliability. In this paper, four different drills – three commercial and a special step (prototype) – are compared in terms of thrust force during drilling and delamination. In order to evaluate damage, enhanced radiography is applied. The resulting images were then computational processed using a previously developed image processing and analysis platform. Results show that the prototype drill had encouraging results in terms of maximum thrust force and delamination reduction. Furthermore, it is possible to state that a correct choice of drill geometry, particularly the use of a pilot hole, a conservative cutting speed – 53 m/min – and a low feed rate – 0.025 mm/rev – can help to prevent delamination.

The influence of the boundary conditions on low-velocity impact composite damage

The objective of this work was to study the influence of the boundary conditions on low-velocity impact behaviour of carbon-epoxy composite plates. Experimental work and numerical analysis were performed on [04,904]s laminates. The influence of different boundary conditions on the impacted plates was analysed considering rectangular and square plates. The X-radiography was used as a non-destructive technique to evaluate the internal damage caused by impact loading. A three-dimensional numerical analysis was also performed considering progressive damage modelling. The model includes three-dimensional solid elements and interface finite elements including a cohesive mixed-mode damage model, which allows simulating delamination between different oriented layers. It was verified that plate’s boundary conditions have influence on the delaminated area. Good agreement between experimental and numerical analysis for shape, orientation and size of the delamination was obtained.

Diagnóstico e avaliação da segurança de estruturas de madeira existentes

A utilização da madeira enquanto material estrutural é um aspeto abordado com algum receio ou até desconhecimento por parte dos elementos intervenientes no processo de construção civil, sendo ainda uma área pouco lecionada e muitas vezes excluída dos planos curriculares em Engenharia Civil. Assim sendo é importante o surgimento de trabalhos relacionados com esta matéria, relembrando ao sector da construção civil e ao ramo de estudo relacionado, que a madeira já teve e possivelmente voltará a ter um papel importante a desempenhar na área da construção. Um dos aspetos evidenciados nos estudos realizados consiste na importância da reabilitação de edifícios e do seu papel cada vez mais determinante na sociedade. Esta metodologia de intervenção apresenta-se muitas vezes como uma vantagem económica assim como contribui para a preservação do património arquitetónico e cultural, cujo valor histórico é incalculável. A importância da reabilitação de edifícios habitacionais nas zonas históricas, bem como de monumentos de grande importância cultural apresenta-se cada vez mais como um desafio devido à falta de conservação dos mesmos ao longo da sua vida útil, e da necessidade de preservar a identidade do local, beneficiando assim a qualidade do tecido urbano. Assim sendo, este trabalho apresenta um levantamento dos danos possíveis de ocorrer em elementos de madeira, dando especial destaque aos agentes patológicos e às consequências da sua atividade na madeira assim como às metodologias de inspeção e diagnóstico que poderão ser aplicadas em estruturas de madeira existentes, favorecendo assim a vertente da reabilitação ao invés da demolição. Estas metodologias recorrem a ensaios não destrutivos, como é exemplo o Pilodyn, o Resistógrafo, o Ultra-sons, etc., referindo também o recurso a ensaios destrutivos, cuja utilização terá de ser uma questão muito bem ponderada devido às consequências que implica. Por fim, apresenta-se um caso real de estudo em que se analisa um pavimento em madeira através da aplicação de metodologias de ensaio não destrutivas e destrutivas a amostras recolhidas. O objetivo será determinar o estado de conservação da madeira e algumas características físicas tais como a sua densidade e os módulos de elasticidade, sendo posteriormente efetuada uma análise estrutural. Os resultados obtidos permitem efetuar uma avaliação qualitativa do estado geral do pavimento sendo as principais conclusões que o pavimento se encontra atacado por parte de insetos xilófagos e apresenta problemas a nível de verificação a estados limite de utilização, deformação e vibração, fator que condiciona a possível utilização do pavimento.

Probabilistic maintenance and optimization strategies for deteriorating civil infrastructures

In developed countries, civil infrastructures are one of the most significant investments of governments, corporations, and individuals. Among these, transportation infrastructures, including highways, bridges, airports, and ports, are of huge importance, both economical and social. Most developed countries have built a fairly complete network of highways to fit their needs. As a result, the required investment in building new highways has diminished during the last decade, and should be further reduced in the following years. On the other hand, significant structural deteriorations have been detected in transportation networks, and a huge investment is necessary to keep these infrastructures safe and serviceable. Due to the significant importance of bridges in the serviceability of highway networks, maintenance of these structures plays a major role. In this paper, recent progress in probabilistic maintenance and optimization strategies for deteriorating civil infrastructures with emphasis on bridges is summarized. A novel model including interaction between structural safety analysis,through the safety index, and visual inspections and non destructive tests, through the condition index, is presented. Single objective optimization techniques leading to maintenance strategies associated with minimum expected cumulative cost and acceptable levels of condition and safety are presented. Furthermore, multi-objective optimization is used to simultaneously consider several performance indicators such as safety, condition, and cumulative cost. Realistic examples of the application of some of these techniques and strategies are also presented.

Archaeometallurgical study of artefacts from Castro de Vila Nova de São Pedro (Azambuja, Portugal)

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Conservação e Restauro

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.