Strength prediction of single- and double-lap joints by standard and extended finite element modelling

The structural integrity of multi-component structures is usually determined by the strength and durability of their unions. Adhesive bonding is often chosen over welding, riveting and bolting, due to the reduction of stress concentrations, reduced weight penalty and easy manufacturing, amongst other issues. In the past decades, the Finite Element Method (FEM) has been used for the simulation and strength prediction of bonded structures, by strength of materials or fracture mechanics-based criteria. Cohesive-zone models (CZMs) have already proved to be an effective tool in modelling damage growth, surpassing a few limitations of the aforementioned techniques. Despite this fact, they still suffer from the restriction of damage growth only at predefined growth paths. The eXtended Finite Element Method (XFEM) is a recent improvement of the FEM, developed to allow the growth of discontinuities within bulk solids along an arbitrary path, by enriching degrees of freedom with special displacement functions, thus overcoming the main restriction of CZMs. These two techniques were tested to simulate adhesively bonded single- and double-lap joints. The comparative evaluation of the two methods showed their capabilities and/or limitations for this specific purpose.

Effect of hole drilling at the overlap on the strength of single-lap joints

Bonded unions are gaining importance in many fields of manufacturing owing to a significant number of advantages to the traditional fastening, riveting, bolting and welding techniques. Between the available bonding configurations, the single-lap joint is the most commonly used and studied by the scientific community due to its simplicity, although it endures significant bending due to the non-collinear load path, which negatively affects its load bearing capabilities. The use of material or geometric changes in single-lap joints is widely documented in the literature to reduce this handicap, acting by reduction of peel and shear peak stresses at the damage initiation sites in structures or alterations of the failure mechanism emerging from local modifications. In this work, the effect of hole drilling at the overlap on the strength of single-lap joints was analyzed experimentally with two main purposes: (1) to check whether or not the anchorage effect of the adhesive within the holes is more preponderant than the stress concentrations near the holes, arising from the sharp edges, and modification of the joints straining behaviour (strength improvement or reduction, respectively) and (2) picturing a real scenario on which the components to be bonded are modified by some external factor (e.g. retrofitting of decaying/old-fashioned fastened unions). Tests were made with two adhesives (a brittle and a ductile one) varying the adherend thickness and the number, layout and diameter of the holes. Experimental testing showed that the joints strength never increases from the un-modified condition, showing a varying degree of weakening, depending on the selected adhesive and hole drilling configuration.

The effect of superplasticizers on the workability and compressive strength of concrete made with fine recycled concrete aggregates

The reuse of structural concrete elements to produce new concrete aggregates is accepted as an alternative to dumping them and is favourable to the sustainability of natural reserves. Even though the construction sector is familiar with the use of coarse recycled concrete aggregates, the recycled concrete fines are classified as less noble resources. This research sets out to limit the disadvantages associated with the performance of concrete containing fine recycled concrete aggregates through the use of superplasticisers. Two types of latest generation superplasticisers were used that differ in terms of water reduction capacity and robustness, and the workability, density and compressive strength of each of the compositions analysed were then compared: a reference concrete, with no plasticisers, and concrete mixes with the superplasticisers. For each concrete family mixes with 0%, 10%, 30%, 50% and 100% replacement ratios of fine natural aggregates (FNA) by fine recycled concrete aggregates (FRA) were analysed. Concrete with incorporation of recycled aggregates was found to have poorer relative performance. The mechanical performance of concrete with recycled aggregates and superplasticisers was generally superior to that of the reference concrete with no admixtures and of conventional concrete with lower performance superplasticisers.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Mechanical performance of concrete made with aggregates from construction and demolition waste recycling plants

This research aims at analysing the mechanical performance of concrete with recycled aggregates (RA) from construction and demolition waste (CDW) from various locations in Portugal. First the characteristics of the various aggregates (natural and recycled) used in the production of concrete were thoroughly analysed. The composition of the RA was determined and several physical and chemical tests of the aggregates were performed. In order to evaluate the mechanical performance of concrete, compressive strength (in cubes and cylinders), splitting tensile strength, modulus of elasticity and abrasion resistance tests were performed. Concrete mixes with RA from CDW from several recycling plants were evaluated, in order to understand the influence that the RA's collection point, and consequently their composition, has on the characteristics of the mixes produced. The analysis of the mechanical performance allowed concluding that the use of RA worsens most of the properties tested, especially when fine RA are used. On the other hand, there was an increase in abrasion resistance when coarse RA were used. In global terms, the use of this type of aggregates, in limited contents, is viable from a mechanical viewpoint. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of temperature on the shear strength of aluminium single lap bonded joints for high temperature applications

An experimental and numerical investigation into the shear strength behaviour of adhesive single lap joints (SLJs) was carried out in order to understand the effect of temperature on the joint strength. The adherend material used for the experimental tests was an aluminium alloy in the form of thin sheets, and the adhesive used was a high-strength high temperature epoxy. Tensile tests as a function of temperature were performed and numerical predictions based on the use of a bilinear cohesive damage model were obtained. It is shown that at temperatures below Tg, the lap shear strength of SLJs increased, while at temperatures above Tg, a drastic drop in the lap shear strength was observed. Comparison between the experimental and numerical maximum loads representing the strength of the joints shows a reasonably good agreement.

Avaliação do débito máximo da tosse (peak cough flow) na doença pulmonar obstrutiva crónica

Resumo Objectivos: Avaliação da Tosse em doentes com Doença Pulmonar Obstrutiva Crónica (DPOC). Identificar e determinar a relação dos factores preditivos que contribuem para a deterioração da capacidade de tosse nestes indivíduos. Tipo de estudo: Estudo observacional descritivo de natureza transversal. Definição dos casos: Os critérios de diagnóstico da DPOC são o quadro clínico e o Gold standard para diagnóstico da DPOC – a espirometria. População-alvo: Todos os utentes com patologia primária de DPOC diagnosticada que se desloquem ao serviço de função respiratória do Hospital de Viseu, para realizar provas. Método de Amostragem: Foi utilizada uma amostra aleatória constituída por todos os indivíduos, que cumpriram os critérios de inclusão, conscientes e colaborantes, que aceitaram participar neste estudo. Dimensão da amostra: Uma amostra de 55 indivíduos que se deslocaram ao serviço de função respiratória, entre Janeiro e Junho de 2009, para realizar provas de função respiratória. Condução do estudo: Os utentes que aceitaram participar neste estudo foram sujeitos a um questionário de dados clínicos e realizaram 5 testes: índice de massa corporal (IMC), estudo funcional respiratório e gasometria arterial, avaliação da força dos músculos respiratórios (PImax e PEmax) e avaliação do débito máximo da tosse (Peak Cough Flow). Análise estatística: Foram obtidos dados caracterizadores da amostra em estudo, sendo posteriormente correlacionado o valor de débito máximo da tosse (Peak Cough Flow) com os resultados obtidos para as avaliações do IMC, estudo funcional respiratório, PImax e PEmax, gasometria, avaliação da capacidade de Tosse e número de internamentos no último ano por agudização da DPOC. Tendo sido encontrados os valores de correlação entre o Peak Cough Flow e os restantes parâmetros. Resultados: Após análise dos resultados, foram obtidos os valores de Peak Cough Flow para a população com DPOC e verificou-se valores diminuídos em comparação com os valores normais da população, tendo-se verificado maiores valores de PCF em indivíduos do sexo masculino, em comparação aos valores do sexo feminino. Foi analisada a relação entre o PCF e a idade, peso, altura e IMC, não tendo sido encontrada relação, dado que a tosse não apresenta uma variação segundo os valores antropométricos, tal como a relação com os valores espirométricos. Quanto aos parâmetros funcionais respiratórios foram analisadas as relações com o PCF. Verificou-se relações significativas entre o PCF e o FEV1, a FVC, o PEF, apresentando uma relação positiva, onde maiores valores destes parâmetros estão correlacionados com maiores picos de tosse. Quanto a RAW e RV, o PCF apresenta uma relação negativa, onde uma maior resistência da via aérea ou doentes mais hiperinsuflados leva a menores valores de PCF. Por outro lado não foi encontrada relação entre o PCF e a FRC e o TLC. Quanto à força dos músculos respiratórios, verificou-se relação significativa com o PImax e a PEmax em que a fraqueza ao nível dos músculos respiratórios contribuem para um menor valor de PCF. Relativamente aos valores da gasometria arterial, verificou-se relação entre o PCF e a PaO2 de forma positiva, em que doentes hipoxémicos apresentam menores valores de tosse, e a PaCO2, de forma negativa, em que os doentes hipercápnicos apresentam menores valores de PCF tendo sido verificada relação entre o PCF e o pH e sO2. Quanto à relação entre o número de internamentos por agudização da DPOC no último ano e o PCF verificou-se uma relação significativa, onde um menor valor de PCF contribui para uma maior taxa de internamento por agudização da DPOC. Conclusão: Este conjunto de conclusões corrobora a hipótese inicialmente formulada, de que o Peak Cough Flow se encontra diminuído nos indivíduos com Doença Pulmonar Obstrutiva Crónica onde a variação do PCF se encontra directamente relacionada com os parâmetros funcionais respiratórios, com a força dos músculos respiratórios e com os valores de gasometria arterial. ABSTRACT: Aims: Cough evaluation in Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) patients. Identify and determine the relation of the predictive factors that contribute to the cough capacity degradation in this type of patients. Type of study: Descriptive observational study of transversal nature. Case definition: The COPD diagnosis criteria are the clinical presentation and the gold standard to the COPD diagnosis- the Spirometry. Target Population: Every patients, with primary pathology of COPD diagnosed, who went to the respiratory function service of Viseu hospital to perform tests. Sampling Method: It was used a random sample constituted by all the, conscious and cooperating individuals, who complied with the inclusion criteria and who accepted to make part of this study. Sample size: A sample of 55 individuals that went to the respiratory function service between January and June 2009 to perform respiratory function tests. Study: The patients who accepted to make part of this study were submitted to a clinical data questionary and performed 5 tests: body mass index (BMI), respiratory functional study, arterial blood gas level, evaluation of respiratory muscles strength (maximal inspiratory pressure (MIP) and maximum expiratory pressure (MEP)), and Peak Cough Flow evaluation. Statistic Analysis: Were obtained characterizing data of the sample in study, and later correlated the value of the Peak Cough Flow with the results from the evaluation of the body mass index (BMI), the respiratory functional study the MIP and MEP, the arterial blood gas level and also with the ability to cough evaluation and the number of hospitalizations in the last year for COPD exacerbations. The values of correlation between the Peak Cough Flow and the other parameters were found. Results: After analyzing the results, were obtained the values of Peak Cough Flow for the population with COPD. There were decreased values compared with the population normal values, having been found higher values of PCF in males compared to female values. It was analyzed the relation between the PCF and the age, weight, height and BMI but no relation was found on account of the fact that the cough does not show a variation according to anthropometric parameters, such as the relation with spirometric values. As for the respiratory functional parameters were analyzed relations with the PCF. There were significant relations between the PCF and FEV1, the FVC, the PEF, presenting a positive relation, where higher values of these parameters are correlated with higher incidence of cough. Concerning the RAW and RV, the PCF has a negative relation, in which a higher airway resistance or in more hyperinflated patients, leads to lower values of PCF. On the other hand no correlation was found between the PCF and the FRC and TLC. Regarding the respiratory muscle strength, there was a significant relation with the MIP and MEP, in which the weakness at the level of respiratory muscles contribute to a lower value of PCF. For values of arterial blood gas level, there was no relation between the PCF and PaO2, in a positive way, in which patients with hypoxemia present lower values of cough, and PaCO2, in a negative way in which hypercapnic patients had lower values of PCF, having being founded a relation between the PCF and the pH and sO2. As for the relation between the number of hospitalizations for COPD exacerbation in the last year and the PCF was found a significant relation, in which a smaller value of PCF contributes to a higher rate of hospitalization for COPD exacerbation. Conclusion: This set of findings supports the hypothesis first formulated that Peak Cough Flow is decreased in individuals with Chronic Obstructive Pulmonary Disease, in which the variation of the PCF is directly related to the respiratory function parameters, the strength of respiratory muscles and the values of arterial blood gases.

Reliable and Fast Hand-Offs in Low-Power Wireless Networks

Hand-off (or hand-over), the process where mobile nodes select the best access point available to transfer data, has been well studied in wireless networks. The performance of a hand-off process depends on the specific characteristics of the wireless links. In the case of low-power wireless networks, hand-off decisions must be carefully taken by considering the unique properties of inexpensive low-power radios. This paper addresses the design, implementation and evaluation of smart-HOP, a hand-off mechanism tailored for low-power wireless networks. This work has three main contributions. First, it formulates the hard hand-off process for low-power networks (such as typical wireless sensor networks - WSNs) with a probabilistic model, to investigate the impact of the most relevant channel parameters through an analytical approach. Second, it confirms the probabilistic model through simulation and further elaborates on the impact of several hand-off parameters. Third, it fine-tunes the most relevant hand-off parameters via an extended set of experiments, in a realistic experimental scenario. The evaluation shows that smart-HOP performs well in the transitional region while achieving more than 98 percent relative delivery ratio and hand-off delays in the order of a few tens of a milliseconds.

Effect of Adherend Recessing on the Tensile Strength of Single Lap Joints

Bonded joints are gaining importance in many fields of manufacturing owing to a significant number of advantages to the traditional methods. The single lap joint (SLJ) is the most commonly used method. The use of material or geometric changes in SLJ reduces peel and shear peak stresses at the damage initiation sites. In this work, the effect of adherend recessing at the overlap edges on the tensile strength of SLJ, bonded with a brittle adhesive, was experimentally and numerically studied. The recess dimensions (length and depth) were optimized for different values of overlap length (LO), thus allowing the maximization of the joint’s strength by the reduction of peak stresses at the overlap edges. The effect of recessing was also investigated by a finite element (FE) analysis and cohesive zone modelling (CZM), which allowed characterizing the entire fracture process and provided joint strength predictions. For this purpose, a static FE analysis was performed in ABAQUS1 considering geometric nonlinearities. In the end, the experimental and FE results revealed the accuracy of the FE analysis in predicting the strength and also provided some design principles for the strength improvement of SLJ using a relatively simple and straightforward technique.

Utilização de métodos ópticos de correlação de imagem para a determinação da tenacidade à fractura de adesivos estruturais

Mestrado em Engenharia Mecânica

Desempenho Manual do Membro Superior Ipsilesional em Indivíduos com Acidente Vascular Encefálico

Introdução: nos pacientes que sofreram um Acidente Vascular Encefálico são incididos programas de reabilitação que visam principalmente o hemicorpo contralesional, negligenciando o lado ipsilesional. Porém, estão descritas alterações sensitivas e motoras do membro superior ipsilesional neste grupo populacional. Objetivo: avaliar os défices de sensibilidade, destreza grossa e fina e força de preensão da mão ipsilesional em indivíduos com diagnóstico de Acidente Vascular Encefálico, comparando o sexo, o hemisfério cerebral onde se localiza a lesão, a fase aguda e crónica, tendo como referência um grupo controlo. Metodologia: este estudo observacional de carácter analítico transversal foi constituído por 34 indivíduos em que 18 deles tem diagnóstico de Acidente Vascular Encefálico e 16 sem défices neurológicos. A avaliação foi iniciada com um questionário para recolha de informações dos participantes e de seguida foram aplicados instrumentos de avaliação num só momento com o mesmo examinador. Para avaliar a sensibilidade foi usado o Moving Touch-Pressure Test, para a força o Dinamómetro Baseline®, na avaliação da destreza grossa o Teste Caixa e Blocos e por fim a destreza fina com o Purdue Pegboard Test. Estatisticamente recorreu-se ao teste T-student para amostras independentes com nível de significância de 0,05. Resultados: verificou-se que o membro superior ipsilesional dos indivíduos que sofreram um AVE apresenta um défice na força de preensão manual com nível se significância de p=0,001, e de p=0,000 para a destreza fina e grossa e sensibilidade, quando comparados com um grupo controlo. Constatou-se também que no grupo de indivíduos com diagnóstico de Acidente Vascular Encefálico, o sexo masculino obteve melhores resultados em todos os parâmetros avaliados. Observou-se ainda que tanto os homens como as mulheres após sofrerem um Acidente Vascular Encefálico apresentam défices funcionais na mão ipsilesional, mas no entanto os homens apresentam apenas alterações na destreza grossa (p=0,017) e na força (p=0,001). Na comparação dos hemisférios cerebrais lesados e das fases aguda e crónica do AVE verificou-se que não houve diferenças significativas. Conclusão: Existem défices no membro superior ipsilesional após Acidente Vascular Encefálico, sendo então pertinente a sua inclusão em programas de reabilitação, podendo assim melhorar a qualidade de vida dos indivíduos com esta patologia.

Application of the EcoBlock method to eco-design - electric hand dryers versus paper towels

Sustainable Construction, Materials and Practice, p. 426-432

Importance of hand germ contamination in health-care workers as possible carriers of nosocomial infections

The importance of hands in the transmission of nosocomial infection has been world wide admitted. However, it is difficult to induce this behavior in health-care workers. The aim of the present work was to point out the importance of hand bacteria colonization, the influence of hand washing and of patient physical examination. One hundred health-care workers were randomly divided in two groups: Group A without hand washing previous to patient physical examination or handling (PPE); group B with hand washing previous to PPE. Direct fingerprint samples in Columbia agar before and after PPE were obtained. The colonies were counted and identified by conventional techniques, and antibiograms according to NCCLS were performed. Before PPE group A participants showed a high number of bacteria regarding group B participants (73.9 Vs 20.7; p < 0.001); 44 out of 50 participants were carriers of potentially pathogen bacteria. No group B participants were carriers of potential pathogen bacteria before PPE. The latter group showed an increase in number of bacteria after PPE (20.7 CFU (before) Vs 115.9 CFU (after); p < 0.001). Sixteen group B participants were contaminated after PPE with potential pathogens such as S. aureus (50% of them meticillin resistant); Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Enterococcus faecalis, half of them multiresistant. We can conclude on the importance of these results to implement educational programs and to provide the health-care workers with the proper commodities to fulfill this practice.

Aplicação de métodos numéricos avançados para a previsão de resistência de ligações adesivas

Com a necessidade de encontrar uma forma de ligar componentes de forma mais vantajosa, surgiram as ligações adesivas. Nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem vindo a aumentar, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens tais como, redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. O seu estudo permite prever a sua resistência e durabilidade. Este trabalho refere-se ao estudo de juntas de sobreposição simples (JSS), nas quais são aplicados os adesivos comerciais que variam desde frágeis e rígidos, como o caso do Araldite® AV138, até adesivos mais dúcteis, como o Araldite® 2015 e o Sikaforce® 7888. Estes são aplicados em substratos de alumínio (AL6082-T651) em juntas com diferentes geometrias e diferentes comprimentos de sobreposição (L), sendo sujeitos a esforços de tracção. Foi feita uma análise dos valores experimentais fornecidos e uma posterior comparação destes com diferentes métodos numéricos baseados em Elementos Finitos (EF). A comparação foi feita por uma análise de Modelos de Dano Coesivo (MDC) e segundo os critérios baseados em tensões e deformações do Método de Elementos Finitos Extendido (MEFE). A utilização destes métodos numéricos capazes de simular o comportamento das juntas poderá levar a uma poupança de recursos e de tempo. A análise por MDC revelou que este método é bastante preciso, excepto para os adesivos que sejam bastante dúcteis. A aplicação de uma outra lei coesiva pode solucionar esse problema. Por sua vez a análise por MEFE demonstrou que esta técnica não é particularmente adequada para o crescimento de dano em modo misto e, comparativamente com o MDC, a sua precisão é bastante inferior.