Desenvolvimento de módulos para planeamento e controlo de execução de missões de veículos aéreos não tripulados

Com a evolução da tecnologia, os UAVs (unmanned aerial vehicles) são cada vez mais utilizados, não só em missões de risco para o ser Humano, mas também noutro tipo de missões, como é o caso de missões de inspeção, vigilância, busca e salvamento. Isto devese ao baixo custo das plataformas assim como à sua enorme fiabilidade e facilidade de operação. Esta dissertação surge da necessidade de aumentar a autonomia dos UAVs do projeto PITVANT (Projeto de Investigação e Tecnologia em Veículos Aéreos Não Tripulados), projeto de investigação colaborativa entre a AFA (Academia da Força Aérea) e a FEUP (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto), relativamente ao planeamento de trajetórias entre dois pontos no espaço, evitando os obstáculos que intersetem o caminho. Para executar o planeamento da trajetória mais curta entre dois pontos, foi implementado o algoritmo de pesquisa A*, por ser um algoritmo de pesquisa de soluções ótimas. A área de pesquisa é decomposta em células regulares e o centro das células são os nós de pesquisa do A*. O tamanho de cada célula é dependente da dinâmica de cada aeronave. Para que as aeronaves não colidam com os obstáculos, foi desenvolvido um método numérico baseado em relações trigonométricas para criar uma margem de segurança em torno de cada obstáculo. Estas margens de segurança são configuráveis, sendo o seu valor por defeito igual ao raio mínimo de curvatura da aeronave à velocidade de cruzeiro. De forma a avaliar a sua escalabilidade, o algoritmo foi avaliado com diferentes números de obstáculos. As métricas utilizadas para avaliação do algoritmo foram o tempo de computação do mesmo e o comprimento do trajeto obtido. Foi ainda comparado o desempenho do algoritmo desenvolvido com um algoritmo já implementado, do tipo fast marching.

Damage analysis of carbon/epoxy plates after drilling

Drilling of composites plates normally uses traditional techniques but damage risk is high. NDT use is important. Damage in a carbon/epoxy plate is evaluated by enhanced X-rays. Four different drills are used. The images are analysed using Computational Vision techniques. Surface roughness is compared. Results suggest strategies for delamination reduction.

Tool effects on hybrid laminates drilling

Fiber reinforced plastics are increasing their importance as one of the most interesting groups of material on account of their low weight, high strength, and stiffness. To obtain good quality holes, it is important to identify the type of material, ply stacking sequence, and fiber orientation. In this article, the drilling of quasi-isotropic hybrid carbon +glass/epoxy plates is analyzed. Two commercial drills and a special step drill are compared considering the thrust force and delamination extension. Results suggest that the proposed step drill can be a suitable option in laminate drilling.

Sistema de detecção e localização de veículos subaquáticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores.Área de Especialização de Sistemas Autónomos

Delamination analysis of carbon fibre reinforced laminates: evaluation of a special step drill

Drilling of carbon fibre/epoxy laminates is usually carried out using standard drills. However, it is necessary to adapt the processes and/or tooling as the risk of delamination, or other damages, is high. These problems can affect mechanical properties of produced parts, therefore, lower reliability. In this paper, four different drills – three commercial and a special step (prototype) – are compared in terms of thrust force during drilling and delamination. In order to evaluate damage, enhanced radiography is applied. The resulting images were then computational processed using a previously developed image processing and analysis platform. Results show that the prototype drill had encouraging results in terms of maximum thrust force and delamination reduction. Furthermore, it is possible to state that a correct choice of drill geometry, particularly the use of a pilot hole, a conservative cutting speed – 53 m/min – and a low feed rate – 0.025 mm/rev – can help to prevent delamination.

Organização e gestão da segurança contra incêndios

É de extrema importância implementar nos edifícios uma cultura de segurança. Nesse sentido, no presente trabalho intitulado “Organização e Gestão da Segurança Contra Incêndios”, realizado na forma de dissertação, são abordados os diversos aspetos que permitem aos edifícios estar devidamente organizados e geridos para fazer face a situações de emergência. Neste trabalho, inicialmente é formado um enquadramento ao tema da Segurança Contra Incêndios em Edifícios, com uma abordagem ao estado da arte e às medidas de autoproteção exigidas na legislação vigente. Devido à importância e ao dever legal imputado aos edifícios, de possuir uma estrutura interna, capaz de atenuar os prejuízos humanos e materiais decorrentes de uma situação de emergência, esta dissertação detalha as diversas exigências de estruturação e formação dos elementos que detêm responsabilidades na segurança contra incêndios. Para testar as medidas implementadas, criar rotinas de comportamento, assim como para aperfeiçoar os procedimentos de atuação, é essencial a realização periódica de simulacros. Esta temática é abordada neste trabalho de forma consistente, salientando a sua aplicação prática, que deve ser cuidadosamente planeada, executada e avaliada. Para complementar esta dissertação, é apresentado um caso prático, sendo dispostas medidas para a organização e gestão da segurança contra incêndios no Hotel Dom Henrique.

Estudo da delaminação em compósitos

As excelentes propriedades mecânicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compósitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnológica. A crescente utilização destes materiais e a excelência dos resultados daí provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessária de forma a possibilitar a ligação entre peças. O processo de furação é o mais frequente. O processo de maquinagem de compósitos terá como base os métodos convencionais utilizados nos materiais metálicos. O processo deverá, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nível de parâmetros, quer a nível de ferramentas a utilizar. As características dos materiais compósitos são bastante particulares pelo que, quando são sujeitos a maquinagem poderão apresentar defeitos tais como delaminação, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a detecção destes danos, por vezes a inspeção visual não é suficiente, sendo necessário recorrer a processos específicos de análise de danos. Existem já, alguns estudos, cujo âmbito foi a obtenção de furos de qualidade em compósitos, com minimização do dano, não se podendo comparar ainda com a informação existente, no que se refere à maquinagem de materiais metálicos ou ligas metálicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiança na utilização destes materiais se aproxime aos materiais metálicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furação de placas laminadas e posterior análise dos danos provocados por esta operação. Foi dada especial atenção à medição da delaminação causada pela furação e à resistência mecânica do material após ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compósitas de carbono/epóxido com duas orientações de fibras diferentes: unidireccionais e em “cross-ply”. Não se conseguiu muita informação, junto do fornecedor, das suas características pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu módulo de elasticidade. Relativamente á sua resistência â tração, como já foi referido, a grande resistência oferecida pelo material, associada às limitações da máquina de ensaios não permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas três geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o aço rápido (HSS) e o carboneto de tungsténio para as brocas helicoidais de 118º de ângulo de ponta e apenas o carboneto de tungsténio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante não foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas características para a maquinagem de compósitos, o seu elevado custo não justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho académico, como é o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito à delaminação como á resistência mecânica dos provetes ensaiados. Para a determinação dos valores de delaminação, foi usada a técnica de Raio X. Algum conhecimento já existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parâmetros (por exemplo: tempo de exposição das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessível o procedimento de obtenção de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso – AutoCad), foi possível medir as áreas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminação de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parâmetros de maquinagem afectaram a resistência mecânica do material. De forma resumida, são objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condições de corte em materiais compósitos, mais especificamente em fibras de carbono reforçado com matriz epóxida (PRFC); - Caracterização dos danos típicos provocados pela furação destes materiais; - Desenvolvimento de análise não destrutiva (RX) para avaliação dos danos provocados pela furação; - Conhecer modelos existentes com base na mecânica da fratura linear elástica (LEFM); - Definição de conjunto de parâmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de força, da análise não destrutiva e da comparação com modelos de danos existentes e conhecidos.

Geometry based visualization with OpenCL

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Empirical models for quantification of machining damage in composite materials

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica

Ground truth determination for segmentation of tomographic volumes using interpolation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Modeling and visualization of medical anesthesiology acts

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Determination of displacement, stress- and strain-distribution in the human heart: a FE-model on the basis of MR imaging.

The determination of characteristic cardiac parameters, such as displacement, stress and strain distribution are essential for an understanding of the mechanics of the heart. The calculation of these parameters has been limited until recently by the use of idealised mathematical representations of biventricular geometries and by applying simple material laws. On the basis of 20 short axis heart slices and in consideration of linear and nonlinear material behaviour we have developed a FE model with about 100,000 degrees of freedom. Marching Cubes and Phong's incremental shading technique were used to visualise the three dimensional geometry. In a quasistatic FE analysis continuous distribution of regional stress and strain corresponding to the endsystolic state were calculated. Substantial regional variation of the Von Mises stress and the total strain energy were observed at all levels of the heart model. The results of both the linear elastic model and the model with a nonlinear material description (Mooney-Rivlin) were compared. While the stress distribution and peak stress values were found to be comparable, the displacement vectors obtained with the nonlinear model were generally higher in comparison with the linear elastic case indicating the need to include nonlinear effects.

Impedance boundary conditions for pseudo-spectral time-domain methods in room acoustics

The pseudo-spectral time-domain (PSTD) method is an alternative time-marching method to classicalleapfrog finite difference schemes in the simulation of wave-like propagating phenomena. It is basedon the fundamentals of the Fourier transform to compute the spatial derivatives of hyperbolic differential equations. Therefore, it results in an isotropic operator that can be implemented in an efficient way for room acoustics simulations. However, one of the first issues to be solved consists on modeling wallabsorption. Unfortunately, there are no references in the technical literature concerning to that problem. In this paper, assuming real and constant locally reacting impedances, several proposals to overcome this problem are presented, validated and compared to analytical solutions in different scenarios.

Impedance boundary conditions for pseudo-spectral time-domain methods in room acoustics

The Pseudo-Spectral Time Domain (PSTD) method is an alternative time-marching method to classical leapfrog finite difference schemes inthe simulation of wave-like propagating phenomena. It is based on the fundamentals of the Fourier transform to compute the spatial derivativesof hyperbolic differential equations. Therefore, it results in an isotropic operator that can be implemented in an efficient way for room acousticssimulations. However, one of the first issues to be solved consists on modeling wall absorption. Unfortunately, there are no references in thetechnical literature concerning to that problem. In this paper, assuming real and constant locally reacting impedances, several proposals toovercome this problem are presented, validated and compared to analytical solutions in different scenarios.

Comportamento de parasitismo de Trichogramma atopovirilia Oatman & Platner e Trichogramma pretiosum Riley (Hymenoptera, Trichogrammatidae) em posturas de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera, Noctuidae)

The parasitism behavior of Trichogramma atopovirilia and T. pretiosum in Spodoptera frugiperda eggs was evaluated focusing on the features related to the associative learning (alpha conditioning) and recognition of the egg parasitized by the female after the first oviposition experience. Females of both species were observed to recognize the parasitized egg, which takes place after the female drills into the host egg. Following oviposition, 43.59% and 67.53 of females began to feed with an average feeding time of 73.26 ± 11.57 and 64.04 ± 7.05 seconds for T. atopovirilia and T. pretiosum, respectively. The time elapsed in each step of the parasitism behavior significantly decreased after the first oviposition experience, with a trend to stabilize after the 2nd or 3rd egg parasitized, indicating associative learning in these Trichogramma species.