Implementing a structural continuity constraint and a halting method for the topology optimization of energy absorbers

This study investigates topology optimization of energy absorbing structures in which material damage is accounted for in the optimization process. The optimization objective is to design the lightest structures that are able to absorb the required mechanical energy. A structural continuity constraint check is introduced that is able to detect when no feasible load path remains in the finite element model, usually as a result of large scale fracture. This assures that designs do not fail when loaded under the conditions prescribed in the design requirements. This continuity constraint check is automated and requires no intervention from the analyst once the optimization process is initiated. Consequently, the optimization algorithm proceeds towards evolving an energy absorbing structure with the minimum structural mass that is not susceptible to global structural failure. A method is also introduced to determine when the optimization process should halt. The method identifies when the optimization method has plateaued and is no longer likely to provide improved designs if continued for further iterations. This provides the designer with a rational method to determine the necessary time to run the optimization and avoid wasting computational resources on unnecessary iterations. A case study is presented to demonstrate the use of this method.

Conceptual Design of a Circulating Fluidized Bed Reactor as a Thermochemical Thermal Energy Storage System for Applications in Concentrated Solar Thermal Power Plants

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Proposta de uma matriz de indicadores de sustentabilidade para Estarreja

Esta dissertação centra-se na elaboração de uma proposta de matriz de indicadores de sustentabilidade a aplicar ao município de Estarreja. Apesar dos mais recentes desafios e requisitos em matéria de monitorização de planos, projectos e actividades com implicações sobre o ambiente e a sustentabilidade, o acompanhamento da evolução económica, social e ambiental, de uma forma integrada, pelo município tem sido escasso. A literatura da especialidade bem como diversas experiencias municipais nacionais e internacionais têm revelado que a adopção de sistemas de indicadores de sustentabilidade tem um grande potencial não apenas para avaliar o progresso dos municípios em direcção à sustentabilidade ambiental, mas também para induzir melhores formas de governação local. O principal objectivo desta dissertação é a construção de uma matriz de indicadores que avalie a sustentabilidade do município de Estarreja ao nível ambiental. A metodologia adoptada neste trabalho consiste em cinco fases, sendo a primeira fase, a revisão da literatura, através da análise de artigos científicos da especialidade. Na segunda fase é feito o enquadramento legislativo das responsabilidades de monitorização ambiental que cabem aos municípios portugueses. Numa terceira fase, desenvolve-se o levantamento e análise de indicadores sectoriais existentes, já recolhidos e tratados por instituições do Concelho de Estarreja. Na quarta fase procede-se à construção da matriz de indicadores de sustentabilidade, agregando os indicadores já recolhidos pelas iniciativas municipais a um novo conjunto de indicadores de sustentabilidade capazes de analisar a evolução do município no que respeita às pressões sobre o ambiente e sobre os níveis de qualidade ambiental. Na quinta fase são apresentadas as principais conclusões do trabalho e feitas recomendações para tornar exequível e eficiente a monitorização da matriz. O trabalho está organizado em cinco capítulos sendo estes coincidentes com as cinco fases da metodologia. A região de Estarreja tem implantado no seu concelho um dos maiores complexos industriais do país e, em consequência disso, tem vindo a sofrer ao longo dos anos o impacto das actividades industrial e urbana. O procedimento para a construção do sistema de indicadores, bem como a identificação dos eixos temáticos necessários para descrever o contexto que influencia a sustentabilidade do desenvolvimento local, teve por base outros sistemas de indicadores de sustentabilidade local e fornece uma ampla avaliação das características ambientais do município. As dimensões ambientais incluem água, gestão de resíduos, solos, ruído, protecção da natureza, biodiversidade, qualidade do ar, energia e espaços verdes e estão distribuídas por 60 indicadores. Entre estes, 32 já estão a ser monitorizados e 28 foram acrescentados no âmbito deste trabalho. A monitorização dos indicadores propostos não exige grande investimento em capital humano e financeiro, no entanto, constitui um desafio, uma vez que pressupõe a interacção, partilha de informação e transparência por parte das diferentes entidades e empresas municipais.

Medidas de eficiência energética numa indústria cerâmica

O presente relatório resulta de um estágio realizado no âmbito da eficiência energética assente no programa Galp 20-20-20 que tem por génese uma parceria entre a Universidade de Aveiro e a empresa de coberturas cerâmicas, CS – Coelho da Silva S.A. A Fábrica alvo de estudo é uma consumidora intensiva de energia, despendeu no ano de 2013 cerca de 3.768 tep. Devido aos seus processos de cozedura e secagem, apresenta uma elevada dependência de Gás Natural, representando pouco mais de 78% do consumo global da fábrica. Deste consumo de energia térmica, 83% respeita ao forno e os restantes 17% encontram-se alocados ao secador, pelo que as medidas de eficiência energética presentes neste relatório centram-se da redução deste vetor energético. São então propostas três medidas para a redução da dependência deste vetor. A primeira, incide na recuperação de calor residual presente nos gases de exaustão através da instalação de um permutador de calor. Esta medida permite uma redução do consumo na ordem dos 10% e conta com um payback de 2,3 anos resultante de uma economia anual de 150.000 €. Para este estudo foi desenvolvido um modelo dinâmico em excel que permite a simulação de diversos cenários. São também propostas mais duas intervenções que incidem na alteração do circuito térmico. Estas medidas têm um impacte mais reduzido no que respeita ao percentual de redução energético, ambas com menos de 1% de redução do consumo global da fábrica. Contudo são medidas bastante interessantes dada a sua simplicidade e contam com poupanças anuais na ordem dos 6.000 € que resultam num payback inferior a 2 meses. Paralelamente executaram-se dois estudos para a iluminação, o primeiro sugere a instalação de um modelador de tensão que reduz a potência de iluminação em 36%, implicando uma redução da iluminância de cerca de 5%. A redução da potência resulta numa economia energética na ordem dos 0,4% da energia global da instalação. Este equipamento poderá ser adquirido por completo ou em renting. Ao optar pela compra integral, o investimento será apenas ressarcido em 2,8 anos resultante de uma poupança anula de perto de 6.500 €. Caso seja por renting este não tem qualquer custo adicional e as economias monetárias são partilhadas entre a empresa que fornece o equipamento e a CS-Coelho da Silva, S.A. Por fim é sugerida a substituição de parte da iluminação atual da fábrica por tecnologia LED, com esta medida reduz-se o consumo global em 0,76%. Esta medida gera uma economia monetária na ordem dos 11.500 € sendo ressarcida em 2,1 anos.

O potencial energético do gradiente térmico na plataforma continental do sul do brasil

O crescimento da demanda energética, prevista para a metade do século XXI, com números embasados no crescimento demográfico e de consumo dos países em desenvol- vimento, sugere a busca por fontes energéticas renováveis e de menor impacto ao meio ambiente, conforme os tratados da política internacional. Portanto, o fornecimento de energia suplementar se torna vital nas sociedades modernas e sua extensão até o mar tem se constituído uma recente preocupação do ponto de vista enérgico e ecológico. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para a energia dos gradientes térmicos. A Plataforma Continental Sul do Bra- sil (PSCB) possui alta variabilidade espacial e temporal nos campos de temperatura, de forma que existe a necessidade de uma análise das regiões de maior potencial energético com respeito ao gradiente vertical de temperatura. Neste estudo, foram utilizados dados do modelo OCCAM com uma grade de resolu- ção horizontal de 0, 25o e resolução vertical de 66 níveis, distribuídos ao longo de um sistema de coordenadas vertical. Foram utilizadas imagens de temperatura superfícial do mar (TSM) obtidas a partir do sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Ra- diometer) de forma a realizar a validação dos dados do modelo OCCAM. A análise da média dos dados do modelo indicou um sítio energético de maior viabilidade devido oC ao padrão médio do gradiente térmico de aproximadamente 0, 17 ao longo da coluna vertical (545 m de profundidade) no oceano. Neste local, foram coletados os dados, e aplicados a um módulo de conversão de energia térmica dos oceanos que vem sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande - FURG. A região de estudo de- monstrou possuir um local com ótimo potencial energético, onde a produção máxima de energia pode alcançar 111, 9MW , associada com um padrão variabilidade tempo- ral dominante de 12 meses. Este sítio energético demonstra maior eficiência durante o período de verão e outono ao longo dos anos e sua média para todo o período é de 94, 3MW . Neste estudo, duas correntes: Corrente do Brasil (CB) e a Contra Corrente Costeira (CCC), com águas de origem tropical e subantártica com aportes continentais, respecti- vamente, tem alta correlação com os valores dos gradientes térmicos e com os significa- tivos eventos de conversão energética. O sítio energético demonstrou alta estabilidade à sazonalidade e à gama de eventos meteorológicos e oceanográficos, de forma que pode ser qualificado como uma fonte suplementar a matriz energética do país para um futuro próximo.

A Parentalidade tardia : Os pais, os filhos e o amanhã

Dissertação de Mestrado apresentada no Instituto Superior de Psicologia Aplicada para obtenção de grau de Mestre na especialidade de Psicologia Clínica

The impact of geometric non-linearities on the fatigue analysis of trailing edge bond lines in wind turbine rotor blades

The accurate prediction of stress histories for the fatigue analysis is of utmost importance for the design process of wind turbine rotor blades. As detailed, transient, and geometrically non-linear three-dimensional finite element analyses are computationally weigh too expensive, it is commonly regarded sufficient to calculate the stresses with a geometrically linear analysis and superimpose different stress states in order to obtain the complete stress histories. In order to quantify the error from geometrically linear simulations for the calculation of stress histories and to verify the practical applicability of the superposition principal in fatigue analyses, this paper studies the influence of geometric non-linearity in the example of a trailing edge bond line, as this subcomponent suffers from high strains in span-wise direction. The blade under consideration is that of the IWES IWT-7.5-164 reference wind turbine. From turbine simulations the highest edgewise loading scenario from the fatigue load cases is used as the reference. A 3D finite element model of the blade is created and the bond line fatigue assessment is performed according to the GL certification guidelines in its 2010 edition, and in comparison to the latest DNV GL standard from end of 2015. The results show a significant difference between the geometrically linear and non-linear stress analyses when the bending moments are approximated via a corresponding external loading, especially in case of the 2010 GL certification guidelines. This finding emphasizes the demand to reconsider the application of the superposition principal in fatigue analyses of modern flexible rotor blades, where geometrical nonlinearities become significant. In addition, a new load application methodology is introduced that reduces the geometrically non-linear behaviour of the blade in the finite element analysis.

A Capitania-mor do Mar da Índia : 1502-1564

A presente dissertação pretende compreender as origens e a actividade associada à capitania-mor do mar da Índia, considerado o segundo cargo mais relevante da estrutura político-militar do Estado Português da Índia, desde 1502 a 1564. Este cargo, transferido do reino para a Índia, ainda nos primórdios da presença portuguesa, em 1502, visou assegurar os interesses da Coroa na Ásia. Após a nomeação do primeiro vice-rei para a Índia, D. Francisco de Almeida, em 1505, este ofício foi desde logo disputado e requerido pelos governadores subsequentes. Na maioria das vezes era-lhes concedida a possibilidade de indicarem ao soberano quem pretendiam ao seu lado, para os auxiliar na realização do plano de expansão gizado pela Coroa. No entanto, ao monarca assistia a palavra final. Procuramos saber quem foram os oficiais que ocuparam a capitania e compreender que espaço era esse “Mar da Índia”. Considerado o controlo do mar como a base da afirmação e alargamento da presença portuguesa na Ásia, de acordo com os planos de expansão de D. Manuel I e D. João III, é relevante percebermos qual foi a área de autoridade desta capitania. Se o espaço é relevante, também as embarcações o são, por isso, tentamos perceber que tipos de embarcações faziam parte das armadas associadas a este ofício. Após o entendimento sobre o espaço e as embarcações, foi relevante percebermos os critérios da nomeação e as funções inerentes, as quais eram, sobretudo, do foro político-militar. Todavia, os poderes outorgados à capitania, de natureza marítima, foram por vezes alargados às praças portuguesas do Estado da Índia. Percepcionar de que forma e para que fins essa autoridade se ampliou também foi motivo de discussão. Compreender o estatuto social e o impacto do cargo nas trajectórias individuais, foram aspectos que foram tidos em linha de conta ao longo do nosso estudo. Tentamos igualmente avançar com hipóteses explicativas sobre o fim deste cargo. Com este estudo pretendemos compreender como a capitania-mor do mar da Índia fez parte do funcionamento da cúpula político-militar do Estado Português da Índia, ao longo de mais de meio século, como elemento estabilizador. Constatamos que o capitão-mor do mar também foi usado pelo rei, com o intuito de controlar o governador em funções.

High Frequency Class DE Converter Using a Multilayer Coreless PCB Transformer

In modern power electronics equipment, it is desirable to design a low profile, high power density, and fast dynamic response converter. Increases in switching frequency reduce the size of the passive components such as transformers, inductors, and capacitors which results in compact size and less requirement for the energy storage. In addition, the fast dynamic response can be achieved by operating at high frequency. However, achieving high frequency operation while keeping the efficiency high, requires new advanced devices, higher performance magnetic components, and new circuit topology. These are required to absorb and utilize the parasitic components and also to mitigate the frequency dependent losses including switching loss, gating loss, and magnetic loss. Required performance improvements can be achieved through the use of Radio Frequency (RF) design techniques. To reduce switching losses, resonant converter topologies like resonant RF amplifiers (inverters) combined with a rectifier are the effective solution to maintain high efficiency at high switching frequencies through using the techniques such as device parasitic absorption, Zero Voltage Switching (ZVS), Zero Current Switching (ZCS), and a resonant gating. Gallium Nitride (GaN) device technologies are being broadly used in RF amplifiers due to their lower on- resistance and device capacitances compared with silicon (Si) devices. Therefore, this kind of semiconductor is well suited for high frequency power converters. The major problems involved with high frequency magnetics are skin and proximity effects, increased core and copper losses, unbalanced magnetic flux distribution generating localized hot spots, and reduced coupling coefficient. In order to eliminate the magnetic core losses which play a crucial role at higher operating frequencies, a coreless PCB transformer can be used. Compared to the conventional wire-wound transformer, a planar PCB transformer in which the windings are laid on the Printed Board Circuit (PCB) has a low profile structure, excellent thermal characteristics, and ease of manufacturing. Therefore, the work in this thesis demonstrates the design and analysis of an isolated low profile class DE resonant converter operating at 10 MHz switching frequency with a nominal output of 150 W. The power stage consists of a class DE inverter using GaN devices along with a sinusoidal gate drive circuit on the primary side and a class DE rectifier on the secondary side. For obtaining the stringent height converter, isolation is provided by a 10-layered coreless PCB transformer of 1:20 turn’s ratio. It is designed and optimized using 3D Finite Element Method (FEM) tools and radio frequency (RF) circuit design software. Simulation and experimental results are presented for a 10-layered coreless PCB transformer operating in 10 MHz.

ASSESSMENT OF ENERGY CONSUMPTION IN GREENHOUSE PRODUCTION IN THE WEST REGION OF PORTUGAL

Greenhouse production is a very important activity in the West region of Portugal, with an area of approximately 800 ha where the regular production consists in two crops per year, one in winter-spring and the other in summer-autumn. Many growers are now prepared to better exploit market opportunities, since they know that the big export window opportunity is from June to September, when the production is difficult in other regions of south due to high temperatures. Grower’s use new and more productive varieties, either in soil or hydroponic systems, mostly in unheated greenhouses, naturally ventilated, and equipped with modern fertigation systems. Greenhouse production causes some environmental impacts due to the high use of inputs. Several improvements in technologies and crop practices may contribute to increase the use efficiency of resources, decreasing the negative environmental impacts. Greenhouse vegetable production in Northern EU countries is based on the supply of heating and differs significantly from the production system in the Southern EU countries. In the Northern countries, direct energy inputs, mostly for heating, are predominant while in the South the indirect energy input is also important, mainly associated with fertilizers, plastic cover materials and other auxiliary materials. The main objective of this work was to characterise the greenhouse production systems in the West region of Portugal, in order to evaluate the energetic consumptions (direct and indirect), the GHH emissions, the production costs and the farmer’s income. With this work the mostly important inputs were identified, allowing proposing alternative measures to improve efficiency and sustainability. All the data was obtained by surveys performed directly with growers, previously selected to be representative of the crop practices and greenhouse type of the region. However, more research should be performed in order to develop and to test technologies capable to improve resources use efficiency in greenhouse production.

Metocean Climate Impact on the Fatigue Assessment of a Jacket-Type Offshore Platform

When the offshore oil and gas supplies exhaust, most offshore platforms are decommissioned and removed. The purpose of this paper is to evaluate the fatigue damage that will occur during the service life of a jacket-type offshore platform using different fatigue approaches in particular locations. The locations considered for this metocean climate impact study were Norway (North Sea), Portugal (Atlantic Ocean - Leixões) and Italy (Adriatic Sea). A finite element model was created by the means of Sesam and two different fatigue analysis, deterministic and spectral, were applied. For the fatigue assessment, an appropriate description of the site-specific wave environment, during the jacket platform service life, must be accomplished. This description is usually provided by a wave scatter diagram. Wave scatter diagrams usually represent the long-term wave environment during a (typical) year and are based on several years of site-specific data to ensure that they adequately represent the wave environment at the location of the structure. In this thesis, the comparison between these fatigue approaches will serve as a pilot study for planned reliability analysis in decommissioned offshore platforms in order to maximize the reuse of these platforms for future wind generation systems.

Resíduos de sisal como reforço em compósitos de polipropileno virgem e reciclado

Foram estudadas as propriedades térmicas e mecânicas de compósitos de polipropileno, virgem e reciclado, reforçados com 30% em massa de fibras residuais de sisal, assim como o perfil de processamento e a morfologia da matriz polimérica. Para tanto, foram determinadas a resistência à tração, o módulo de Young, alongamento na ruptura, e energia de impacto. As amostras também foram caracterizadas por MEV, DMTA e TG. Para ambos os compósitos de polipropileno, virgem e reciclado, com a adição das fibras, o alongamento na ruptura mostrou uma queda significativa, enquanto que a resistência à tração não sofreu grandes variações. Houve um aumento significativo nos valores de tração na ruptura e de energia de impacto com a adição das fibras de sisal na matriz de polipropileno. As análises térmicas mostraram ligações secundárias, como as ligações polares, entre as fibras e a matriz, concordando com o comportamento mecânico dos compósitos. Constatou-se que a temperatura de transição vítrea não variou após a adição da fibra.

Effects of Variations in Nonlinear Damping Coefficients on the Parametric Vibration of a Cantilever Beam with a Lumped Mass

Uncertainties in damping estimates can significantly affect the dynamic response of a given flexible structure. A common practice in linear structural dynamics is to consider a linear viscous damping model as the major energy dissipation mechanism. However, it is well known that different forms of energy dissipation can affect the structure's dynamic response. The major goal of this paper is to address the effects of the turbulent frictional damping force, also known as drag force on the dynamic behavior of a typical flexible structure composed of a slender cantilever beam carrying a lumped-mass on the tip. First, the system's analytical equation is obtained and solved by employing a perturbation technique. The solution process considers variations of the drag force coefficient and its effects on the system's response. Then, experimental results are presented to demonstrate the effects of the nonlinear quadratic damping due to the turbulent frictional force on the system's dynamic response. In particular, the effects of the quadratic damping on the frequency-response and amplitude-response curves are investigated. Numerically simulated as well as experimental results indicate that variations on the drag force coefficient significantly alter the dynamics of the structure under investigation. Copyright (c) 2008 D. G. Silva and P. S. Varoto.

Three-dimensional finite element thermal analysis of dental tissues irradiated with Er,Cr:YSGG laser

In the present study, a finite element model of a half-sectioned molar tooth was developed in order to understand the thermal behavior of dental hard tissues (both enamel and dentin) under laser irradiation. The model was validated by comparing it with an in vitro experiment where a sound molar tooth was irradiated by an Er,Cr:YSGG pulsed laser. The numerical tooth model was conceived to simulate the in vitro experiment, reproducing the dimensions and physical conditions of the typical molar sound tooth, considering laser energy absorption and calculating the heat transfer through the dental tissues in three dimensions. The numerical assay considered the same three laser energy densities at the same wavelength (2.79 mu m) used in the experiment. A thermographic camera was used to perform the in vitro experiment, in which an Er, Cr: YSGG laser (2.79 mu m) was used to irradiate tooth samples and the infrared images obtained were stored and analyzed. The temperature increments in both the finite element model and the in vitro experiment were compared. The distribution of temperature inside the tooth versus time plotted for two critical points showed a relatively good agreement between the results of the experiment and model. The three dimensional model allows one to understand how the heat propagates through the dentin and enamel and to relate the amount of energy applied, width of the laser pulses, and temperature inside the tooth. (C) 2008 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.2953526]

Exclusive vector meson production in electron-ion collisions

We calculate the nuclear cross section for coherent and incoherent vector meson production within the QCD color dipole picture, including saturation effects. Theoretical estimates for scattering on both light and heavy nuclei are given over a wide range of energy.