Ground Vibrations Induced by High-Speed Trains in Regions with Sudden Foundation Stiffness Change

In this paper analytical transient solutions of dynamic response of one-dimensional systems with sudden change of foundation stiffness are derived. In more details, cantilever dynamic response, expressed in terms of vertical displacement, is extended to account for elastic foundation and then two cantilever solutions, corresponding to beams clamped on left and right hand side, with different value of Winkler constant are connected together by continuity conditions. The internal forces, as the unknowns, can be introduced by the same values in both clamped beam solutions and solved. Assumption about time variation of internal forces at the section of discontinuity must be adopted and originally analytical solution will have to include numerical procedure.

SENSITIVITY ANALYSIS OF TRACK VIBRATIONS DUE TO VERTICAL STIFFNESS VARIATION IN HIGH-SPEED RAILWAYS

High speed trains, when crossing regions with abrupt changes in vertical stiffness of the track and/or subsoil, may generate excessive ground and track vibrations. There is an urgent need for specific analyses of this problem so as to allow reliable esimates of vibration amplitude. Full understanding of these phenomena will lead to new construction solutions and mitigation of undesirable features. In this paper analytical transient solutions of dynamic response of one-dimensional systems with sudden change of foundation stiffness are derived. Results are expressed in terms of vertical displacement. Sensitivity analysis of the response amplitude is also performed. The analytical expressions presented herein, to the authors’ knowledge, have not been published yet. Although related to one-dimensional cases, they can give useful insight into the problem. Nevertheless, in order to obtain realistic response, vehicle- rail interaction cannot be omitted. Results and conclusions are confirmed using general purpose commercial software ANSYS. In conclusion, this work contributes to a better understanding of the additional vibration phenomenon due to vertical stiffness variation, permitting better control of the train velocity and optimization of the track design.

The Influence of Damping on Vibration Induced by High-Speed Trains

Passage of high-speed trains may induce high ground and track vibrations, which, besides increasing wheel, rail and track deterioration, may have a negative impact on the vehicle stability and on the passengers comfort. In this paper two distinct analyses are presented. The first one is dedicated to efficient decoupling of rail and soil vibrations by suggesting new interface materials in rail-sleeper fixing system, i.e. in the part where damping efficiency can be directly controlled and tested. The second analysis concerns with an adequate model of soils damping. Proper understanding and correct numerical simulation of this behaviour can help in suggesting soil improvement techniques.

Adherend thickness effect on the tensile fracture toughness of a structural adhesive using an optical data acquisition method

Adhesive bonding is nowadays a serious candidate to replace methods such as fastening or riveting, because of attractive mechanical properties. As a result, adhesives are being increasingly used in industries such as the automotive, aerospace and construction. Thus, it is highly important to predict the strength of bonded joints to assess the feasibility of joining during the fabrication process of components (e.g. due to complex geometries) or for repairing purposes. This work studies the tensile behaviour of adhesive joints between aluminium adherends considering different values of adherend thickness (h) and the double-cantilever beam (DCB) test. The experimental work consists of the definition of the tensile fracture toughness (GIC) for the different joint configurations. A conventional fracture characterization method was used, together with a J-integral approach, that take into account the plasticity effects occurring in the adhesive layer. An optical measurement method is used for the evaluation of crack tip opening and adherends rotation at the crack tip during the test, supported by a Matlab® sub-routine for the automated extraction of these quantities. As output of this work, a comparative evaluation between bonded systems with different values of adherend thickness is carried out and complete fracture data is provided in tension for the subsequent strength prediction of joints with identical conditions.

Mechanical and thermal characterization of a structural polyurethane adhesive modified with thermally expandable particles

Thermally expandable particles (TEPs) are used in a wide variety of applications by industry mainly for weight reduction and appearance improvement for thermoplastics, inks, and coatings. In adhesive bonding, TEPs have been used for recycling purposes. However, TEPs might be used to modify structural adhesives for other new purposes, such as: to increase the joint strength by creating an adhesive functionally modified along the overlap of the joint by gradual heating and/or to heal the adhesive in case of damage. In this study, the behaviour of a structural polyurethane adhesive modified with TEPs was investigated as a preliminary study for further investigations on the potential of TEPs in adhesive joints. Tensile bulk tests were performed to get the tensile properties of the unmodified and TEPs-modified adhesive, while Double Cantilever Beam (DCB) test was performed in order to evaluate the resistance to mode I crack propagation of unmodified and TEPs-modified adhesive. In addition, in order to investigate the behaviour of the particles while encapsulated in adhesives, a thermal analysis was done. Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the fracture surface morphology of the specimens. The fracture toughness of the TEPs-modified adhesive was found to increase by addition of TEPs, while the adhesive tensile strength at yield decreased. The temperature where the particles show the maximum expansion varied with TEPs concentration, decreasing with increasing the TEPs content.

25 kV bipolar solid-state Marx generator for industrial food applications

The preliminary results from a bipolar industrial solidstate based Marx generator, developed for the food industry, capable of delivering 25 kV/250 A positive and negative pulses with 12 kW average power, are presented and discussed. This modular topology uses only four controlled switches per cell, 27 cells in total that can be charged up to 1000V each, the two extra cells are used for droop compensation. The triggering signals for all the switches are generated by a FPGA. Considering that biomaterials are similar to resistive type loads, experimental results from this new bipolar 25 kV modulator into resistive loads are presented and discussed.

Strap repairs using embedded patches: numerical analysis and experimental results

Adhesively bonded repairs offer an attractive option for repair of aluminium structures, compared to more traditional methods such as fastening or welding. The single-strap (SS) and double-strap (DS) repairs are very straightforward to execute but stresses in the adhesive layer peak at the overlap ends. The DS repair requires both sides of the damaged structures to be reachable for repair, which is often not possible. In strap repairs, with the patches bonded at the outer surfaces, some limitations emerge such as the weight, aerodynamics and aesthetics. To minimize these effects, SS and DS repairs with embedded patches were evaluated in this work, such that the patches are flush with the adherends. For this purpose, in this work standard SS and DS repairs, and also with the patches embedded in the adherends, were tested under tension to allow the optimization of some repair variables such as the overlap length (LO) and type of adhesive, thus allowing the maximization of the repair strength. The effect of embedding the patch/patches on the fracture modes and failure loads was compared with finite elements (FE) analysis. The FE analysis was performed in ABAQUS® and cohesive zone modelling was used for the simulation of damage onset and growth in the adhesive layer. The comparison with the test data revealed an accurate prediction for all kinds of joints and provided some principles regarding this technique.

Modelação do comportamento dinâmico de sistemas barragem-fundação-albufeira: análise sísmica de uma barragem de abóbadas múltiplas

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Pontes integrais: estado da arte

Dissertação para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil

Cartografia e avaliação geotécnica de blocos rochosos em plataformas costeiras (Gaia, NW Portugal)

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente

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

Mestrado em Engenharia Mecânica

Transporte marítimo de curta distância na União Europeia e em Portugal

O transporte marítimo sempre assumiu uma importância primordial no transporte, quer de pessoas como de mercadorias. O uso das vias marítimas para o transporte de mercadorias é uma prática utilizada desde os tempos antigos. O transporte marítimo na Europa sempre foi uma forma eficaz e de baixo custo de transportar passageiros e mercadorias de um local para outro. Atualmente, todos os modos de transporte necessitam de melhorar a sua eficiência e reduzir o montante de poluentes que libertam para o meio-ambiente. O transporte marítimo de curta distância (TMCD) é parte essencial no sistema de transporte multimodal Europeu representando cerca de 37% das transações intracomunitárias (tkm). Os resultados alcançados advêm desde que, em 2001, a European Shortsea Network (ESN) em parceria com os Shortsea Promotion Centres (SPC) de cada Estado-Membro da União Europeia (EU) conseguiram efetuar progressos significativos na promoção e desenvolvimento do transporte por esta via. Esta tese de mestrado pretende caraterizar o TMCD na EU e em Portugal e a sua articulação com os outros meios de transporte de mercadorias. Será também analisada a situação Portuguesa ao nível do transporte marítimo de mercadorias fazendo especial relevância à mercadoria contentorizada, às infraestruturas atualmente existentes em Portugal assim como às perspetivas futuras para o setor. A metodologia utilizada inclui a revisão de literatura da investigação efetuada sobre o setor, a recolha de informação primária através do instrumento inquérito e a recolha de informação estatística a partir de fontes secundárias, permitindo a caraterização do setor. O inquérito foi desenvolvido e partilhado com mais de um milhar de empresas a operar em Portugal, nas que se incluem as empresas transportadoras, operadores logísticos, agentes de navegação e as principais empresas exportadoras/importadoras a operar em Portugal, tendo-se obtido 106 respostas válidas. A nível nacional, o inquérito realizado permitiu confirmar que os principais portos logísticos para a movimentação internacional de mercadorias são os portos de Leixões, Lisboa, Sines e Setúbal, estando a maioria das empresas inquiridas localizadas no hinterland destes portos. O inquérito permitiu também concluir que o facto de o transporte rodoviário ser um meio de transporte rápido, de baixo custo para curtas e médias distâncias, de elevada frequência de transporte, de oferecer elevada capacidade e diversos tipos de carga transportada, de oferecer serviços Porta-a-Porta, da elevada flexibilidade e mobilidade oferecida, assim como a rapidez das operações de carga e descarga continuam a contribuir para a elevada competitividade deste modo de transporte de mercadorias, sendo as razões pelo qual este modo é escolhido, pese embora, ser o modo mais poluente por tonelada transportada. Os modos de transporte TMCD e ferroviário apenas são alvo de escolha, como modo de transporte de mercadorias, por parte das empresas mais responsáveis socialmente e ambiental. O inquérito permitiu ainda concluir que, para haver uma melhor articulação entre o TMCD com outros meios de transporte, é necessário que sejam disponibilizados novos serviços, portos e terminais logísticos com serviços privatizados, assim como a redução das tarifas aplicáveis TMCD.

Estudo da importância do transporte ferroviário de mercadorias no Eixo Leixões- Salamanca

A evolução dos transportes de mercadorias, em Portugal e na União Europeia, assume uma enorme repercussão na economia global, de modo que a combinação dos vários modos de transporte, com vista à obtenção de ganhos ao nível da eficiência, adquire extrema importância. Os programas europeus de apoio aos transportes, enquadrados na rede transeuropeia de transportes e plataformas logísticas, também contribuem para a otimização do transporte de mercadorias. A importância do transporte ferroviário de mercadorias no eixo Leixões- Salamanca, nomeadamente para as empresas exportadoras e importadoras da região norte e centro, que utilizam meios alternativos ao ferroviário, constitui o principal objetivo desta dissertação. A revisão bibliográfica inclui uma abordagem aos transportes de mercadorias em geral e de forma mais aprofundada aos modos ferroviário e rodoviário na península ibérica, passando pela logística, bem como pela integração de modos: intermodalidade e multimodalidade na rede europeia de transportes e ainda a referência aos portos secos e às plataformas logísticas. Isto permite caraterizar as diferentes empresas operadoras do setor dos transportes de mercadorias e os produtos transacionados, assim como enumerar vantagens e/ou desvantagens do meio de transporte ferroviário face a outros meios, mais concretamente no eixo alvo deste estudo. A metodologia utilizada consiste na análise de informação proveniente de fontes secundárias havendo lugar a uma referência mais detalhada sobre as plataformas logísticas de Leixões e Salamanca, o eixo E-80, o corredor ferroviário nº4 e os programas europeus promotores da eficiência no transporte ferroviário de mercadorias: Marathon, Ferremed e Marco Polo. Para a recolha de informação primária o instrumento adotado foi a entrevista semiestruturada, efetuada a dois representantes da empresa CP-Carga e a um representante da empresa KLog, ambas as empresas ligadas ao setor dos transportes e logística. A análise e tratamento de toda a informação recolhida possibilitam, desde logo, evidenciar as potencialidades do eixo Leixões-Salamanca no que se refere ao transporte ferroviário de mercadorias, delinear recomendações para a sua otimização, bem como efetuar uma análise SWOT. As considerações finais revelam que é imperativo adotar medidas, de forma integrada, para que o seu efeito na potenciação do transporte ferroviário de mercadorias, não só no eixo Leixões-Salamanca, mas também a nível europeu, se afirme como uma verdadeira alternativa a outros modos, particularmente ao domínio rodoviário.

Caracterização do transporte intermodal de cargas na zona norte de Portugal

Dissertação apresentada ao Instituto Politécnico do Porto para obtenção do Grau de Mestre em Logística Orientado pela professora Doutora Maria Teresa Ribeiro Pereira Esta dissertação não inclui as críticas e sugestões feitas pelo Júri.

Influência do tipo de adesivo em juntas híbridas soldadas-adesivas

A necessidade de utilizar métodos de ligação entre componentes de forma mais rápida, eficaz e com melhores resultados, tem causado a crescente utilização das juntas adesivas, em detrimento dos métodos tradicionais de ligação tais como a soldadura, brasagem, ligações aparafusadas e rebitadas. A utilização das juntas adesivas tem vindo a aumentar em diversas aplicações industriais por estas apresentarem vantagens das quais se destacam a redução de peso, redução de concentrações de tensões e facilidade de fabrico. No entanto, também apresentam desvantagens, como a necessidade de preparação das juntas e o descentramento da carga aplicada que provoca efeitos de flexão, os quais dão origem a tensões normais na direcção da espessura do adesivo (tensões de arrancamento), afectando assim a resistência da junta. A combinação da ligação adesiva com a soldadura por pontos permite algumas vantagens em comparação com as juntas adesivas tradicionais como a maior resistência, aumento da rigidez, melhor resistência ao corte e arrancamento e também à fadiga. Neste trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico de juntas de sobreposição simples adesivas e híbridas (adesivas-soldadas). Os adesivos utilizados são o Araldite AV138®, apresentado como sendo frágil, e os adesivos Araldite 2015® e Sikaforce® 7752, intitulados como adesivos dúcteis. Foram considerados substratos de aço (C45E) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposição ( ), que foram sujeitas a esforços de tracção. Foi realizada uma análise dos valores experimentais e efectuada uma comparação destes valores com os resultados obtidos por Elementos Finitos (EF) no software ABAQUS®, que incluiu uma análise de tensões na camada de adesivo e previsão do comportamento das juntas por Modelos de Dano Coesivo (MDC). A análise por MDC permitiu obter os modos de rotura, as curvas força-deslocamento e a resistência das juntas com bastante precisão, com excepção das juntas coladas com o adesivo Sikaforce® 7752. Estes resultados permitiram validar a técnica de modelação proposta para as juntas coladas e híbridas, o que representa uma base para posterior aplicação desta técnica em projecto, com as vantagens decorrentes da redução do tempo de projecto e maior facilidade de optimização.