Influence of grease formulation on thrust bearings power loss

The minimization of the power loss and the use of the biodegradable greases have attracting considerable attention. To compare the energetic performance of biodegradable lubricant greases, power loss tests were performed on a modified four-ball machine. A correlation between the grease formulation and rheology was established with its energetic performance

Integer vs. fractional order control of a hexapod robot

This paper studies the performance of integer and fractional order controllers in a hexapod robot with joints at the legs having viscous friction and flexibility. For that objective the robot prescribed motion is characterized in terms of several locomotion variables. The controller performance is analised through the Nyquist stability criterion. A set of model-based experiments reveals the influence of the different controller implementations upon the proposed metrics.

Large-area homogeneous periodic surface structures generated on the surface sputtered boron carbide thin films by femtosecond laser processing

Amorphous and crystalline sputtered boron carbide thin films have a very high hardness even surpassing that of bulk crystalline boron carbide (≈41 GPa). However, magnetron sputtered B-C films have high friction coefficients (C.o.F) which limit their industrial application. Nanopatterning of materials surfaces has been proposed as a solution to decrease the C.o.F. The contact area of the nanopatterned surfaces is decreased due to the nanometre size of the asperities which results in a significant reduction of adhesion and friction. In the present work, the surface of amorphous and polycrystalline B-C thin films deposited by magnetron sputtering was nanopatterned using infrared femtosecond laser radiation. Successive parallel laser tracks 10 μm apart were overlapped in order to obtain a processed area of about 3 mm2. Sinusoidal-like undulations with the same spatial period as the laser tracks were formed on the surface of the amorphous boron carbide films after laser processing. The undulations amplitude increases with increasing laser fluence. The formation of undulations with a 10 μm period was also observed on the surface of the crystalline boron carbide film processed with a pulse energy of 72 μJ. The amplitude of the undulations is about 10 times higher than in the amorphous films processed at the same pulse energy due to the higher roughness of the films and consequent increase in laser radiation absorption. LIPSS formation on the surface of the films was achieved for the three B-C films under study. However, LIPSS are formed under different circumstances. Processing of the amorphous films at low fluence (72 μJ) results in LIPSS formation only on localized spots on the film surface. LIPSS formation was also observed on the top of the undulations formed after laser processing with 78 μJ of the amorphous film deposited at 800 °C. Finally, large-area homogeneous LIPSS coverage of the boron carbide crystalline films surface was achieved within a large range of laser fluences although holes are also formed at higher laser fluences.

Multiobjective design of viscoelastic laminated composite sandwich panels

The optimal design of laminated sandwich panels with viscoelastic core is addressed in this paper, with the objective of simultaneously minimizing weight and material cost and maximizing modal damping. The design variables are the number of layers in the laminated sandwich panel, the layer constituent materials and orientation angles and the viscoelastic layer thickness. The problem is solved using the Direct MultiSearch (DMS) solver for multiobjective optimization problems which does not use any derivatives of the objective functions. A finite element model for sandwich plates with transversely compressible viscoelastic core and anisotropic laminated face layers is used. Trade-off Pareto optimal fronts are obtained and the results are analyzed and discussed.

Sistema de Variação de Lastro para Controlo de Movimento Vertical de Veículo Subaquático

O principal motivo para a realização deste trabalho consistiu no desenvolvimento de tecnologia robótica, que permitisse o mergulho e ascenção de grandes profundidades de uma forma eficiente. O trabalho realizado contemplou uma fase inicial de análise e estudo dos sistemas robóticos existentes no mercado, bem como métodos utilizados identificando vantagens e desvantagens em relação ao tipo de veículo pretendido. Seguiu-se uma fase de projeto e estudo mecânico, com o intuito de desenvolver um veículo com variação de lastro através do bombeamento de óleo para um reservatório exterior, para variar o volume total do veículo, variando assim a sua flutuabilidade. Para operar a grande profundidade com AUV’s é conveniente poder efetuar o trajeto up/down de forma eficiente e a variação de lastro apresenta vantagens nesse aspeto. No entanto, contrariamente aos gliders o interesse está na possibilidade de subir e descer na vertical. Para controlar a flutuabilidade e ao mesmo tempo analisar a profundidade do veículo em tempo real, foi necessario o uso de um sistema de processamento central que adquirisse a informação do sensor de pressão e comunicasse com o sistema de variação de lastro, de modo a fazer o controlo de posicionamento vertical desejado. Do ponto de vista tecnológico procurou-se desenvolver e avaliar soluções de variação de volume intermédias entre as dos gliders (poucas gramas) e as dos ROV’s workclass (dezenas ou centenas de kilogramas). Posteriormente, foi desenvolvido um simulador em matlab (Simulink) que reflete o comportamento da descida do veículo, permitindo alterar parâmetros do veículo e analisar os seus resultados práticos, de modo a poder ajustar o veículo real. Nos resultados simulados verificamos o cálculo das velocidades limite atingidas pelo veículo com diferentes coeficientes de atrito, bem como o comportamento da variação de lastro do veículo no seu deslocamento vertical. Sistema de Variação de Lastro para Controlo de Movimento Vertical de Veículo Subaquático Por fim, verificou-se ainda a capacidade de controlo do veículo para uma determinada profundiade, e foi feita a comparação entre estas simulações executadas com parâmetros muito próximos do ensaio real e os respetivos ensaios reais.

Simulador em Realidade Virtual para Aprendizagem da Física

A forma como aprendemos depende do contexto tecnológico e sociocultural que nos rodeia, actualmente a inclusão de tecnologia recente na sala de aula não é mais considerada opcional, mas sim uma necessidade pois a forma como o aluno aprende está em constante evolução. Tendo em atenção esta necessidade, foi desenvolvido no decorrer desta tese um simulador em realidade virtual que utiliza comandos/interfaces hápticos. O objectivo deste simulador é ensinar conceitos de física de forma interactiva. Os dispositivos hápticos permitem adicionar o sentido táctil ou de toque à interacção entre homem e máquina, permitindo assim aceder a novas sensações relativas ao seu uso nomeadamente com objectivos de aprendizagem. O simulador desenvolvido designado por “Forces of Physics” aborda três tipos de forças da física: forças de atrito, forças gravitacionais e forças aerodinâmicas. Cada tipo de força corresponde a um módulo do simulador contendo uma simulação individual em que são explicados conceitos específicos dessa força num ambiente visual estimulante e com uma interacção mais realista devido à inclusão do dispositivo háptico Novint Falcon. O simulador foi apresentado a vários utilizadores bem como á comunidade científica através de apresentações em conferências. A avaliação foi realizada com recurso a um questionário com dez perguntas, cinco de sobre aprendizagem e cinco sobre a utilização, tendo sido preenchido por 14 utilizadores. O simulador obteve uma boa recepção por parte dos utilizadores, tendo vários utilizadores expressado as suas opiniões sobre estado actual do simulador, do futuro do mesmo e da respectiva validade para uso na sala de aula.

Geomorphic dam-break flows. Part I: conceptual model

Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Water Management 163 Issue WM6

Embalagens Flexíveis: estudo do processo de reticulação de adesivos e do coeficiente de atrito

A dissertação foi realizada em ambiente industrial, mais precisamente na empresa Monteiro, Ribas – Embalagens Flexíveis, S.A.. Esta empresa dedica-se à impressão e laminagem de filmes, assim como à confeção de sacos. Os seus produtos são direcionados na sua maioria para a indústria alimentar, exportando mais de 50% da sua produção, e dizem respeito a complexos (dois ou mais filmes unidos pela presença de um adesivo) que podem possuir impressão ou não. Estes complexos podem ser enviados para o cliente em bobina ou já em saco. Os objetivos propostos pela empresa diziam respeito a estudos relacionados com a força de laminagem dos complexos, com o coeficiente de atrito dos mesmos e com a identificação dos espetros dos componentes dos adesivos, assim como o estudo do processo de reticulação dos mesmos por espetrofotometria de Infravermelho. Relativamente aos resultados obtidos verificou-se que tanto a tinta como os metalizados influenciam negativamente a força de laminagem. Por sua vez o coeficiente de atrito é afetado por vários fatores. Através dos ensaios experimentais verificou-se que o adesivo, a tinta e o verniz mate favorecem o aumento do valor do COF. Além disso, nos complexos em que se utilizaram filmes de polietileno de maior espessura obtiveram-se valores de COF mais baixos, e no que diz respeito à temperatura e à tensão de enrolamento, verificou-se que valores mais elevados e muito baixos da primeira traduzem-se num aumento do valor do COF e uma tensão de enrolamento maior também tem o mesmo efeito. Relativamente ao tipo de filme impresso, substratos com maior energia superficial atraem mais o agente de deslizamento (slip). Por último, não se conseguiu perceber qual o tipo de adesivo (com ou sem solvente) que tem maior impacto no COF uma vez que em 55% dos casos o valor do COF é superior nas amostras que foram complexadas com adesivo sem solvente e em 45% o COF era superior nas amostras complexadas com adesivo base solvente. No que diz respeito aos espetros obtidos verificou-se que a reticulação dos adesivos é identificada pela diminuição da extensão do pico correspondente à ligação N=C=O.

Controlo inteligente de um Sistema de Levitação Magnética

A levitação magnética tem sido um tema bastante investigado sobretudo devido à sua utilização em sistemas ferroviários de transportes. É o método ideal quando existe a necessidade em aplicações de restringir do contacto físico, ou a conveniência, em termos energéticos, de eliminar o atrito. O princípio de funcionamento é simples, um eletroíman cria uma força sobre um objeto ferromagnético que contraria a gravidade. Contudo um sistema de levitação por atração é instável e não linear, o que significa a necessidade de implementar um controlador para satisfazer as características de estabilidade desejadas. Ao longo deste projeto serão descritos os procedimentos teóricos e práticos que foram tomados na criação de um sistema de levitação eletromagnética. Desde a conceção física do sistema, como escolha do sensor, condicionamento de sinal ou construção do eletroíman, até aos procedimentos matemáticos que permitiram a modelação do sistema e criação de controladores. Os controladores clássicos, como o PID ou em avanço de fase, foram projetados através da técnica do Lugar Geométrico de Raízes. No projeto do controlador difuso, pelo contrário não se fez uso da modelação do sistema ou de qualquer relação matemática entre as variáveis. A utilização desta técnica de controlo destacou-se pela usa simplicidade e rapidez de implementação, fornecendo um bom desempenho ao sistema. Na parte final do relatório os resultados obtidos pelos diferentes métodos de controlo são analisados e apresentadas as respetivas conclusões. Estes resultados revelam que para este sistema, relativamente aos outros métodos, o controlador difuso apresenta o melhor desempenho tanto ao nível da resposta transitória, como em regime permanente.

Visualizing control systems performance: A fractional perspective

This article presents a novel method for visualizing the control systems behavior. The proposed scheme uses the tools of fractional calculus and computes the signals propagating within the system structure as a time/frequency-space wave. Linear and nonlinear closed-loop control systems are analyzed, for both the time and frequency responses, under the action of a reference step input signal. Several nonlinearities, namely, Coulomb friction and backlash, are also tested. The numerical experiments demonstrate the feasibility of the proposed methodology as a visualization tool and motivate its extension for other systems and classes of nonlinearities.

Simulation of masonry out-of-plane failure modes by multi-body dynamics

The seismic assessment of the local failure modes in existing masonry buildings is currently based on the identification of the so-called local mechanisms, often associated with the out-of-plane wall behavior, whose stability is evaluated by static force-based approaches and, more recently, by some displacement-based proposals. Local mechanisms consist of kinematic chains of masonry portions, often regarded as rigid bodies, with geometric nonlinearity and concentrated nonlinearity in predefined contact regions (unilateral no-tension behavior, possible sliding with friction). In this work, the dynamic behavior of local mechanisms is simulated through multi-body dynamics, to obtain the nonlinear response with efficient time history analyses that directly take into account the characteristics of the ground motion. The amplification/filtering effects of the structure are considered within the input motion. The proposed approach is validated with experimental results of two full-scale shaking-table tests on stone masonry buildings: a sacco-stone masonry façade tested at Laboratório Nacional de Engenharia Civil and a two-storey double-leaf masonry building tested at European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering (EUCENTRE).

Development and implementation of strategies for the incorporation of reinforcing elements in aluminium alloys by solid state processing

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Characterization of processed materials by electrical currents: development of equipment and applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Predictive analytical and numerical modeling for orthogonal cutting

In this thesis, a predictive analytical and numerical modeling approach for the orthogonal cutting process is proposed to calculate temperature distributions and subsequently, forces and stress distributions. The models proposed include a constitutive model for the material being cut based on the work of Weber, a model for the shear plane based on Merchants model, a model describing the contribution of friction based on Zorev’s approach, a model for the effect of wear on the tool based on the work of Waldorf, and a thermal model based on the works of Komanduri and Hou, with a fraction heat partition for a non-uniform distribution of the heat in the interfaces, but extended to encompass a set of contributions to the global temperature rise of chip, tool and work piece. The models proposed in this work, try to avoid from experimental based values or expressions, and simplifying assumptions or suppositions, as much as possible. On a thermo-physical point of view, the results were affected not only by the mechanical or cutting parameters chosen, but also by their coupling effects, instead of the simplifying way of modeling which is to contemplate only the direct effect of the variation of a parameter. The implementation of these models was performed using the MATLAB environment. Since it was possible to find in the literature all the parameters for AISI 1045 and AISI O2, these materials were used to run the simulations in order to avoid arbitrary assumption.

Hole cleaning performance monitoring during the drilling of directional wells

During drilling operation, cuttings are produced downhole and must be removed to avoid issues which can lead to Non Productive Time (NPT). Most of stuck pipe and then Bottom-Hole Assembly (BHA) lost events are hole cleaned related. There are many parameters which help determine hole cleaning conditions, but a proper selection of the key parameters will facilitate monitoring hole cleaning conditions and interventions. The aim of Hole Cleaning Monitoring is to keep track of borehole conditions including hole cleaning efficiency and wellbore stability issues during drilling operations. Adequate hole cleaning is the one of the main concerns in the underbalanced drilling operations especially for directional and horizontal wells. This dissertation addresses some hole cleaning fundamentals which will act as the basis for recommendation practice during drilling operations. Understand how parameters such as Flowrate, Rotation per Minute (RPM), Rate of Penetration (ROP) and Mud Weight are useful to improve the hole cleaning performance and how Equivalent Circulate Density (ECD), Torque & Drag (T&D) and Cuttings Volumes coming from downhole help to indicate how clean and stable the well is. For case study, hole cleaning performance or cuttings volume removal monitoring, will be based on real-time measurements of the cuttings volume removal from downhole at certain time, taking into account Flowrate, RPM, ROP and Drilling fluid or Mud properties, and then will be plotted and compared to the volume being drilled expected. ECD monitoring will dictate hole stability conditions and T&D and Cuttings Volume coming from downhole monitoring will dictate how clean the well is. T&D Modeling Software provide theoretical calculated T&D trends which will be plotted and compared to the real-time measurements. It will use the measured hookloads to perform a back-calculation of friction factors along the wellbore.