Electromagnetic modeling of conformal wideband and multi-band patch antennas by bridging a solid-object modeler with MoM software

The advantages of antennas that can resemble the shape of the body to which they are attached are obvious. However, electromagnetic modeling of such unusually shaped antennas can be difficult. In this paper, the commercially available software SolidWorks(TM) is used for accurately drawing complex shapes in conjunction with the electromagnetic software FEKO(TM) to model the EM behavior of conformal antennas. The application of SolidWorks and custom-written software allows all the required information that forms the analyzed structure to be automatically inserted into FEKO, and gives the user complete control over the antenna being modeled. This approach is illustrated by a number of simulation examples of single, wideband, multi-band planar and curved patch antennas.

Desenvolvimento de um Produto para Determinação do Tipo Sanguíneo de Humanos

Esta dissertação relata o desenvolvimento de um produto para determinação do tipo san-guíneo de humanos. A necessidade de criar um produto eficiente e capaz de determinar o tipo sanguíneo em situações de emergências surge da possibilidade das análises serem realizadas em momentos críticos, onde se pretende eliminar o erro humano e minimizar os riscos de incompatibi-lidade nas transfusões sanguíneas. A proposta pretende resolver problemas dos procedimentos realizados na análise do tipo sanguíneo em situações de emergência, que são realizados pelos técnicos da saúde, em ambien-tes da saúde, fixos ou móveis. Atualmente, o processo de análise de grupo sanguíneo, nestas si-tuações, ocorre manualmente através do procedimento de teste em lâmina. Este consiste na reco-lha de sangue e respectiva mistura com os reagentes específicos, a fim de determinar a aglutina-ção do sangue. Os resultados são observados macroscopicamente. Com base na técnica da tipagem manual, desenvolveu-se um produto com os mesmos princípios, semiautomático e com um rápido tempo de resposta, sem interferência humana na in-terpretação dos resultados, eliminando possíveis erros. Para solucionar os aspetos técnicos e me-cânicos, incorporaram-se tecnologias inovadoras, sendo elas resultado do trabalho interdisciplinar com das áreas do Design Industrial e as Engenharias Eletrónica e Mecânica. O sistema eletrónico incorporado utiliza o sistema de controlo Lilliput. Este sistema processa a informação recorrendo a processamento de imagem (através do software LabVIEW) e deteta automaticamente a ocorrência de aglutinação. O tipo sanguíneo é assim determinado num curto intervalo de tempo (aproxima-damente, dois minutos), o que viabiliza a utilização da técnica em situações de emergências. O projeto mecânico do sistema foi desenvolvido com recurso ao software Solidworks. Fo-ram realizadas simulações e testes com um rotary motor para viabilizar o funcionamento do meca-nismo. O sistema mecânico de agitação das amostras é simples, inovador e possui um elevado valor acrescentado, sendo nesse caso uma mais-valia na segurança dos utilizadores. O produto desenvolvido consegue atingir o objetivo do trabalho, realizando a determinação do tipo sanguíneo dos humanos em 5 minutos, sendo eficaz e funcional. É um produto com aspec-to formal que atribui a sua ergonomia adaptada ao utilizador, sendo assim portátil, de fácil uso e manuseio.

Design, development and control of a new generation high performance linear actuator for parallel robots and other applications

The main focus of this research is to design and develop a high performance linear actuator based on a four bar mechanism. The present work includes the detailed analysis (kinematics and dynamics), design, implementation and experimental validation of the newly designed actuator. High performance is characterized by the acceleration of the actuator end effector. The principle of the newly designed actuator is to network the four bar rhombus configuration (where some bars are extended to form an X shape) to attain high acceleration. Firstly, a detailed kinematic analysis of the actuator is presented and kinematic performance is evaluated through MATLAB simulations. A dynamic equation of the actuator is achieved by using the Lagrangian dynamic formulation. A SIMULINK control model of the actuator is developed using the dynamic equation. In addition, Bond Graph methodology is presented for the dynamic simulation. The Bond Graph model comprises individual component modeling of the actuator along with control. Required torque was simulated using the Bond Graph model. Results indicate that, high acceleration (around 20g) can be achieved with modest (3 N-m or less) torque input. A practical prototype of the actuator is designed using SOLIDWORKS and then produced to verify the proof of concept. The design goal was to achieve the peak acceleration of more than 10g at the middle point of the travel length, when the end effector travels the stroke length (around 1 m). The actuator is primarily designed to operate in standalone condition and later to use it in the 3RPR parallel robot. A DC motor is used to operate the actuator. A quadrature encoder is attached with the DC motor to control the end effector. The associated control scheme of the actuator is analyzed and integrated with the physical prototype. From standalone experimentation of the actuator, around 17g acceleration was achieved by the end effector (stroke length was 0.2m to 0.78m). Results indicate that the developed dynamic model results are in good agreement. Finally, a Design of Experiment (DOE) based statistical approach is also introduced to identify the parametric combination that yields the greatest performance. Data are collected by using the Bond Graph model. This approach is helpful in designing the actuator without much complexity.

Planeamento e execução de estruturas para abastecimento em linhas de montagem numa empresa do ramo automóvel

O presente trabalho foi desenvolvido na empresa Renault CACIA e tem como fundamento a implementação de um fluxo de abastecimento com 4 horas de autonomia em todas as linhas de montagem no departamento de fabricação de componentes mecânicos. No entanto, estas linhas deverão ter condições para poder armazenar esse abastecimento, pelo que terão de ser implementadas estruturas que o suportem. Com o objetivo de eliminar o excesso de stock existente na linha de montagem de bombas de óleo, a mais crítica da instalação, e as atividades que não acrescentam valor ao produto final, organizar o espaço disponível, melhorar as condições ergonómicas, propõem-se soluções que serão uma mais-valia para as empresas de fabricação. Durante o desenvolvimento do trabalho foi realizado um estudo aprofundado da linha de montagem e dos problemas existentes no processo de abastecimento e, posteriormente, foi determinada a quantidade necessária de embalagens de componentes para a autonomia requerida. Recorreu-se à ferramenta CAD 3D, Solidworks®, para o planeamento das estruturas, e ao software de simulação Arena®, para testar o funcionamento da linha de montagem com a implementação das estruturas para abastecimento. Verificaram-se melhorias conseguidas através da implementação das soluções sugeridas. A linha de montagem ficou mais organizada e arrumada, tendo-se reduzido cerca de 86,96% de stock global existente. Associado a este, existiam atividades realizadas pelo operador de montagem que não acrescentavam valor ao produto final, tendo-se obtido um incremento da produção na ordem de 1%.

Mixing performance evaluation of additive manufactured milli-scale reactors

The mixing performance of three passive milli-scale reactors with different geometries was investigated at different Reynolds numbers. The effects of design and operating characteristics such as mixing channel shape and volume flow rate were investigated. The main objective of this work was to demonstrate a process design method that uses on Computational Fluid Dynamics (CFD) for modeling and Additive Manufacturing (AM) technology for manufacture. The reactors were designed and simulated using SolidWorks and Fluent 15.0 software, respectively. Manufacturing of the devices was performed with an EOS M-series AM system. Step response experiments with distilled Millipore water and sodium hydroxide solution provided time-dependent concentration profiles. Villermaux-Dushman reaction experiments were also conducted for additional verification of CFD results and for mixing efficiency evaluation of the different geometries. Time-dependent concentration data and reaction evaluation showed that the performance of the AM-manufactured reactors matched the CFD results reasonably well. The proposed design method allows the implementation of new and innovative solutions, especially in the process design phase, for industrial scale reactor technologies. In addition, rapid implementation is another advantage due to the virtual flow design and due to the fast manufacturing which uses the same geometric file formats.

Tire inspection spreading machine

The aim of the project was to design in Solidworks and improve an existing Tire inspection machine. The project was developed in Gislotica - Mechanical Solutions, guided by ing. Rui Manuel Fazenda Silva who is a professor in ISEP. The designed device relates to the inspection of automobile tires for holes and weak places caused by punctures and usage. Such inspection includes careful examination of the inside surface of the tire which is difficult because of its cylindrical shape, stiff and resistant nature of the material out of which the tire is made. The whole idea is to provide a machine by which the walls of the tire may be spread and hold apart, presenting the inner surface for the worker to control. The device must also perform rotational and vertical movement of the tire. It is meant to provide inspection in hich there is no need for the controller to use force. It makes his work easier and more efficient.

Análise e Prevenção de avarias de um veio de manivelas de um motor Pielstick

Na engenharia mecânica há cada vez mais necessidade de utilizar e de prever o comportamento das máquinas térmicas, mais propriamente dos motores de combustão interna, em especial na área da manutenção e da prevenção de falha num dos componentes vitais de um motor a 4 tempos: o veio de manivelas. Esta situação já tem sido bastante observada na indústria mecânica naval, nomeadamente na Marinha Portuguesa e, devido ao seu elevado grau de importância no desempenho de qualquer motor, decidiu-se focar o trabalho desta tese no estudo dos motores a diesel S.E.M.T Pielstick das unidades navais da Marinha Portuguesa, mais especificamente das corvetas da classe “João Coutinho” e da classe “ Baptista de Andrade”, devido ao historial de ocorrência de falhas no veio de manivelas nesta classe de navios e em outras da Marinha Portuguesa. Para efetuar este estudo, utilizaram-se todos os dados relativos ao historial de ocorrências de falhas destes motores, bem como todos os dados disponíveis do fabricante destes motores, por forma a reproduzir da forma mais fiável possível um modelo tridimensional do veio de manivelas no programa de modelação informática CAD Solidworks®, e possibilitar a análise cinemática do veio de manivelas. Desta forma, foi possível simular as condições de funcionamento do motor, assim como analisar e determinar a causa de falha do veio de manivelas, visando prolongar a vida útil dos veios de manivelas, contribuindo não só para menores custos de manutenção mas também para o aumento da operacionalidade destes navios.

Projeto de um sistema de transmissão para um veículo de competição

Neste trabalho foi realizado o estudo para a substituição de uma relação de transmissão final flexível por uma solução que fosse constituída por engrenagens. Para tal foram idealizadas duas hipóteses, uma primeira onde a relação final está alojada numa estrutura à parte da caixa de velocidades mantendo-se esta no cárter original e uma segunda hipótese onde é elaborada uma estrutura que englobasse a relação final assim como os veios primário e secundário da caixa de velocidades. Foi inicialmente necessário um estudo sobre materiais a utilizar em situações semelhantes, assim como processos de fabrico. Realizou-se também um estudo sobre o engrenamento e cálculo das relações de transmissão requeridos para uma boa prestação em ambiente de competição. Posteriormente, no âmbito da modelação da estrutura, foram aprofundados conhecimentos no que toca a temas como lubrificação, elementos de ligação, diferenciais e alguns exemplos já existentes no mercado. Assim sendo, e tendo em conta as especificações do motor, do veículo e dos objetivos pretendidos foi necessário dimensionar os veios e engrenagens. Para elaborar estes cálculos foi utilizado o software KISSsoft nos respetivos módulos “cálculo de Eixos-árvores” e “Pares de Engrenagens”. As engrenagens e relações calculadas são idênticas para ambas as hipóteses, porém, não sucede o mesmo com os veios onde no caso onde se mantem o cárter original as dimensões dos veios são necessariamente iguais aos já existentes, enquanto na hipótese da elaboração da nova estrutura, os veios puderam ser otimizados de forma a reduzir peso e consequentemente alterar os rolamentos em uso. Em seguida foram modeladas as estruturas relativas às duas hipóteses no software SolidWorks. A modelação teve em conta vários fatores como o local onde são apoiados os veios, mais propriamente, através dos rolamentos, dimensões das engrenagens, sistema de lubrificação escolhido, vedação e elementos de ligação. Tendo em conta todas estas variáveis, a modelação é depois sujeita a simulações segundo o método dos elementos finitos e para tal foi utilizada uma extensão do software SolidWorks chamada “Simulation” que permitiu simular vários fatores relacionados com o ambiente de trabalho da estrutura como forças aplicadas, condições de fronteira e material a utilizar e com isto validar modelos através das tensões equivalentes e deslocamentos.