Modelo integrado de fratura em modo misto para o dimensionamento de estruturas 2D em betão reforçado com fibras

Tese de doutoramento em Civil EngineeringThe research work presented in this Thesis aims at contributing to the field of numerical simulation and analysis of fibre reinforced concrete (FRC) structures by developing and implementing numerical tools in a computer code designated FEMIX, which is a general purpose finite element software. Initially, the existing multi-fixed smeared crack model approach in the FEMIX software is used in combination with the constitutive models currently available to conduct a set of numerical case studies of FRC elements failing in bending and shear to analyse the influence the fracture mode I/II parameters of the constitutive models. Subsequently, a generalised approach to compute the crack band width (CBW) is presented and its implementation in the FEMIX computer code is detailed. Furthermore, the extension of this approach to the integration point (IP) level was also conducted and its application made available for plane stress, shell and solid finite elements. The referred approach is analysed by means of a numerical case study where distinct mesh configurations are used to investigate the impact of the CBW in the results. Subsequently, an approach for deriving the fracture mode I parameters of FRC from experimental results of three-point notched beam bending test (3PNBBT) and round panel tests supported on three points (RPT-3PS) is proposed and implemented with C programming language. The developed inverse analysis (IA) approach is based on a nonlinear least squares algorithm coupled with an automatic parameter updating procedure in which the optimised variables are modified based on the deviation between numerical and experimental response. The numerical response is simulated by means of analytical models eliminating the need for a finite element (FE) model significantly reducing the computational time. The developed methodology provides very accurate predictions of the experimental responses both for 3PNBBT and RPT-3PS results. Furthermore, the automatic updating procedure of the input parameters ensures that the final results are practically insensitive to the initial guess of the variables provided by the user. Finally, the developed tool is used to derive the fracture mode I parameters of a real-scale fibre reinforced concrete (FRC) beam and the results are discussed. Finally, the development and implementation of a two dimensional mixedmode fracture smeared crack model (MMFSCM) in the FEMIX software is detailed. The model is based on the combination of the aggregate interlock and fibre pullout resisting mechanisms, using the rough crack model (RCM) and the contact density Model (CDM) for the aggregate interlock component, and the Pfyl, simplified diverse embeddment model (SDEM) and universal variable engagement model (UVEM) for simulating the fibre pullout contribution. The model is appraised by means of numerical case studies, addressing both mode I and mode II fracture dominant mechanisms. Furthermore, modifications to the original fibre pullout models formulation are proposed in order to enhance the predictive performance of the MMFSCM. The predictive performance of the MMFSCM is analysed and discussed by comparing numerical and experimental results gathered from the literature.O trabalho de investigação apresentado nesta Tese visa contribuir para a área da mecânica computacional e análise de estruturas em betão reforçado com fibras (BRF) através do desenvolvimento e implementação de ferramentas numéricas no software de elementos finitos designado FEMIX. Assim, analisam-se inicialmente um conjunto de casos de estudo numéricos de elementos em BRF cuja rotura se dá por flexão e por corte. Os casos apresentados são analisados através de modelos multifendas fixas de fendilhação distribuída disponíveis no FEMIX, sendo o impacto da variação dos parâmetros que simulam o modo I e II analisado através de um estudo paramétrico. Apresenta-se também neste trabalho uma abordagem genérica para o cálculo do comprimento característico (CC). A metodologia é aplicada ao nível do EF, usando a geometria de todo o elemento para efetuar o seu cálculo, tendo sido também estendida ao nível do PI, usando para o efeito a sua área tributária. Ambas as abordagens são implementadas no software FEMIX e a sua utilização analisada através de casos de estudo numéricos. A metodologia referida foi implementada para elementos de estado plano de tensão, elementos de casca e também elementos sólidos. Seguidamente é proposta uma nova metodologia de análise inversa (AI) para obtenção dos parâmetros de fratura em modo I de elementos em BRF tendo por base ensaios experimentais comummente utilizados nomeadamente ensaios de flexão sob três pontos de carga em vigas entalhadas e ensaios de painéis circulares apoiados em três pontos. A metodologia baseia-se num procedimento de regressão de mínimos quadrados não-linear acoplado a um processo automático de otimização das variáveis de entrada. A resposta numérica é calculada através de modelos analíticos em vez de modelos de EF, eliminando por um lado a necessidade de construção de um modelo de elementos finitos e por outro lado o custo computacional do cálculo da resposta numérica. A abordagem proposta é implementada na linguagem de programação C sendo o seu bom desempenho avaliada através de resultados numéricos e experimentais. Por fim, o desenvolvimento de um modelo integrado de fendilhação distribuída em modo de fratura misto é detalhado. O modelo proposto tem em consideração os mecanismos resistentes que se desenvolvem durante o processo de fendilhação de elementos em BRF, usando para o efeito modelos consitutivos de arrancamento das fibras e também modelos micromecânicos para simulação do efeito do embricamento dos agregados. São utilizados três modelos constitutivos para simular o arrancamento das fibras, nomeadamente o modelo proposto por Pfyl, o SDEM e o UVEM, e dois modelos para simulação do efeito de embricamento dos agregados, nomeadamente o RCM e CDM. O modelo integrado é implementado no software FEMIX, estudando-se por um lado o impacto das variáveis envolvidas na sua definição e por outro lado a sua capacidade preditiva, em roturas governadas pelo modo de fratura I e II. Para o efeito são levadas a cabo várias simulações numéricas utilizando o modelo proposto, e os resultados numéricos obtidos comparados com resultados experimentais encontrados na literatura.Fundação para Ciência e a Tecnologia (FCT) through the grants PD/BD/135174/2017 and COVID/BD/151997/2021

Dependable distributed OSGi environment

As the concept of Service Oriented Computing matures the need for well defined architectures and protocols to address this trend is essential if IT is going to properly embrace SOC. The SOC paradigm has several requirements to work properly such as service composition and cooperation in a loosely coupled fashion, ability to adapt autonomously to environmental and business changes and address concerns such as modularity, dynamicity and proper integration between services. The popularization of the OSGi platform its another effort towards the SOC paradigm by issuing key aspects such as modularity and dynamicity in its service oriented design. However there is much room for improvement namely on the creation of architectures and mechanisms to improve the dependability of the overall solution by strengthening key properties such as the availability, reliability, integrity, safety and maintainability of the platform. In this work we propose a middleware layer that offers the strong modular and dynamic properties required in an SOC environment by relying on OSGi while addressing dependability concerns. The starting point to achieve this is by instrumenting an OSGi implementation and providing means to monitor and manage it accordingly to business and environmental requirements. By relying on group communication facilities and some properties from the OSGi specification we are able to migrate OSGi environments between nodes thus minimizing service delivery disruption in the presence of faults and addressing, at the same time SLA properties by migrating (or shutting down) services that are consuming more resources than agreed/expected.(undefined

Desenvolvimento de um dispositivo de proteção para impactos na cabeça

Nowadays, the number of people that practise team sports involving physical contact has increased. For sports where the use of head protective equipment is not mandatory, some sportsmen use headbands to feel safer. In the market, there are several solutions for this purpose made by synthetic foams that guarantee a level of protection proportional to its mechanical properties. Cork is a natural cellular material capable of absorbing amounts of energy. These characteristics make this material ideal for certain applications such as impact protection. In this work, the cork agglomerate with the best density and properties to incorporate into a protective headband is studied. With this goal, 3 headbands at the market were used in order to conclude on which level the cork was comparing to their foams. Finally, a headband model was created. After being validated, its material was varied and, for each one, the risk of injury was analysed. The results of these analysis showed that the selected agglomerated cork can have the same and, in some situations, better performance than the foams found in these reference devices.Hoje em dia o número de praticantes de desportos coletivos envolvendo contacto físico tem aumentado. Para desportos onde o uso de equipamento de proteção ao nível da cabeça não é obrigatório, alguns desportistas usam uma fita para que se possam sentir mais seguros. No mercado existem várias soluções para esse efeito, feitas com espumas sintéticas que garantem um nível de proteção proporcional às caraterísticas mecânicas das mesmas. A cortiça é um material celular natural capaz de suster quantidades consideráveis de energia. Estas características tornam este material ideal para determinadas aplicações como a proteção de impactos. Neste trabalho, é estudado qual o aglomerado de cortiça, com a melhor densidade e por consequência com a melhores propriedades para incorporar numa fita de proteção da cabeça. Para o efeito, foram utilizadas 3 fitas existentes no mercado de modo a concluir em que nível se encontrava a cortiça em relação às espumas destes equipamentos. Posteriormente, foi criado um modelo de fita que após validado foi variado o seu material e analisado o risco de lesão. Os resultados desta análise mostraram que o aglomerado de cortiça selecionado consegue ter a mesma e em algumas situações, melhor performance do que as espumas sintéticas encontradas nestas fitas tidas como referência.Mestrado em Engenharia Mecânic

Analysis and quantification of damage in polymer composite materials

The specific characteristics of composite materials, like carbon fibre reinforced plastics, have been leading to their rising importance and widespread use. As these parts are normally produced in a nearnet shape, secondary operations, like drilling, are necessary prior to their assembly in complex structures. It is still difficult to define a machining process that enables free damage holes, due to the peculiar laminar nature of these materials. So, the definition of a drilling process that minimizes delamination and increases reliability in produced parts combined with satisfactory cost and productivity is still of major importance in the composites manufacturing industry. In this paper two sets of unidirectional coupons from plates with carbon fibre as reinforcement and epoxy resin as matrix, are drilled using five different drilling tool strategies and two feed rates for uneven damage extension. One of the strategies is the use of a pre-drilling option. Then the delamination is assessed using enhanced radiography and, finally, two diverse mechanical tests are performed on the resulting coupons: three point bending and pin bearing. The results allowed establishing and modelling, with the help of statistical tools, the relations between the damaged area caused by drilling and the material’s mechanical resistance. The bending resistance does not vary greatly with the damage area. On the other hand, the bearing resistance decreases with the increase of the damaged area.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

A sequence to sequence long short-term memory network for footwear sales forecasting

Footwear sales forecasting is a critical task for supporting product managerial decisions, such as the management of footwear stocks and production levels. In this paper, we explore a recently proposed Sequence to Sequence (Seq2Seq) Long Short-Term Memory (LSTM) deep learning architecture for multi-step ahead footwear sales Time Series Forecasting (TSF). The analyzed Seq2Seq LSTM neural network is compared with two popular TSF methods, namely ARIMA and Prophet. Using real-world data from a Portuguese footwear company, several computational experiments were held. Focusing on daily sales, we analyze data recently collected during a 3-year period (2019-2021) and related with seven types of products (e.g., sandals). The evaluation assumed a robust and realistic rolling window scheme that considers 28 training and testing iterations, each related with one week of multi-step ahead predictions. Overall, competitive predictions were obtained by the proposed LSTM model, resulting in a weekly Normalized Mean Absolute Error (NMAE) that ranges from 5% to 11%.- This work was financed by the project "GreenShoes 4.0 Calcado, Marroquinaria e Tecnologias Avancadas de Materiais, Equipamentos e Software" (N. POCI-01-0247-FEDER-046082), supported by COMPETE 2020, under the PORTUGAL 2020 Partnership Agreement, through the European Regional Development Fund (ERDF)

Célula automatizada para montagem de quadros brancos com perfil de alumínio

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresDesde sempre, o ser humano procura alternativas para substituir o trabalho que executa. Devido ao avanço tecnológico nos últimos anos e à tendência exigida pela globalização da produção ser contínua, a indústria tem vindo a apostar na automatização das suas fábricas. Com níveis de exigência elevados e com um maior número de processos, que eram antigamente realizados por mão-de-obra humana, a produção é cada vez maior, rápida, programada e contínua. Dos vários processos que têm vindo a ser desenvolvidos de forma automatizada, encontram-se as operações de manipulação. Estas operações, envolvem a movimentação de objetos de um lugar para o outro, sendo pick-and-place um exemplo disso. Devido à exigência atual, os equipamentos têm de ser mais flexíveis, mais rápidos e mais precisos. Assim, a robótica assumiu-se como sendo a solução, pois é conhecida pelas suas características de precisão e repetibilidade de movimento. A solução encontrada propõe retificar um sistema robotizado de montagem automático para substituição de linhas manuais tradicionais, em concreto, a montagem de quadros brancos com peças de plástico (topo e base) e perfis de alumínio (laterais). Estas peças, que compõem a estrutura externa dos quadros, são montadas e aparafusadas manualmente. Por ser um processo repetitivo, aborrecido e com uma produtividade baixa, é natural a necessidade de automatizar esta linha. Assim, foi prevista uma solução utilizando dois robôs (braço robótico - KUKA KR 16-2) e duas mesas para montagem e aparafusamento dos quadros. Na solução geral, o primeiro robô agarra num quadro branco e o mesmo é colocado na primeira mesa, onde ocorre a montagem dos perfis de alumínio e das peças de plástico que compõem a estrutura externa do quadro. De seguida, o segundo robô coloca o quadro completo na segunda mesa, onde ocorre o aparafusamento do quadro e onde se amolga os perfis de alumínio, completando assim o quadro. Esta dissertação descreve parte da solução prevista, que envolve um robô e a mesa de aparafusamento. Assim, é necessário a programação do robô, isto é, a marcação dos pontos de trajetória que é percorrida pelo mesmo, do controlo da mesa de aparafusamento, dos sinais do robô e do HMI, através do controlador lógico programável (PLC). Por fim, é feita a otimização da célula utilizando o programa kuka sim 2.2.Human beings have always been searching for alternatives to replace the work they perform. Due to technological advances in recent years and the trend demanded by globalization for production to be continuous, the industry has been focusing on the automatization of factories. With high levels of demand and with a greater number of processes that were formerly performed by human labor, production is faster, programed and continuous. Of the several processes that have been developed in an automated manner, there are the manipulation operations. These operations include moving objects from one place to another, being pick-and-place an example of this. Due to the current requirements, equipment has to be more flexible, faster and more accurate. Thus, robotics was assumed to be the solution as it is known for its precision and repeatability characteristics of motion. The solution proposes to rectify a robotic automatic assembly system to replace traditional manual lines, specifically the assembly of whiteboards with plastic parts (top and bottom) and aluminum profiles (sides). These parts, which make up the external structure of the frames, are assembled and screwed by hand. As it is a repetitive, boring and with low productivity process, the need to automate this line is natural. Thus, a solution was foreseen using two robots (robotic arm - KUKA (KR 16-2)) and two tables for assembly and screwing the frames. In the general solution, the first robot picks up a whiteboard and places it on the first table, where the aluminum profiles and plastic parts that make up the outer frame of the board are assembled. Then, the second robot places the complete frame on the second table, where the frame is screwed in and the aluminum profiles are dented, thus completing the frame. This dissertation describes part of the intended solution, which involves a robot and the screwing table. This required the programming of the robot, including, the marking of the path points to be crossed by the robot, the control of the screwdriver, the robot signals and the HMI, through the Programmable Logic Controller (PLC). Finally, cell optimization was carried out using the program (kuka sim 2.2)

Algoritmos de compressão sem perdas para imagens de microarrays e alinhamento de genomas completos

Doutoramento em InformáticaNowadays, in the 21st century, the never-ending expansion of information is a major global concern. The pace at which storage and communication resources are evolving is not fast enough to compensate this tendency. In order to overcome this issue, sophisticated and efficient compression tools are required. The goal of compression is to represent information with as few bits as possible. There are two kinds of compression, lossy and lossless. In lossless compression, information loss is not tolerated so the decoded information is exactly the same as the encoded one. On the other hand, in lossy compression some loss is acceptable. In this work we focused on lossless methods. The goal of this thesis was to create lossless compression tools that can be used in two types of data. The first type is known in the literature as microarray images. These images have 16 bits per pixel and a high spatial resolution. The other data type is commonly called Whole Genome Alignments (WGA), in particularly applied to MAF files. Regarding the microarray images, we improved existing microarray-specific methods by using some pre-processing techniques (segmentation and bitplane reduction). Moreover, we also developed a compression method based on pixel values estimates and a mixture of finite-context models. Furthermore, an approach based on binary-tree decomposition was also considered. Two compression tools were developed to compress MAF files. The first one based on a mixture of finite-context models and arithmetic coding, where only the DNA bases and alignment gaps were considered. The second tool, designated as MAFCO, is a complete compression tool that can handle all the information that can be found in MAF files. MAFCO relies on several finite-context models and allows parallel compression/decompression of MAF files.Hoje em dia, no século XXI, a expansão interminável de informação é uma grande preocupação mundial. O ritmo ao qual os recursos de armazenamento e comunicação estão a evoluir não é suficientemente rápido para compensar esta tendência. De forma a ultrapassar esta situação, são necessárias ferramentas de compressão sofisticadas e eficientes. A compressão consiste em representar informação utilizando a menor quantidade de bits possível. Existem dois tipos de compressão, com e sem perdas. Na compressão sem perdas, a perda de informação não é tolerada, por isso a informação descodificada é exatamente a mesma que a informação que foi codificada. Por outro lado, na compressão com perdas alguma perda é aceitável. Neste trabalho, focámo-nos apenas em métodos de compressão sem perdas. O objetivo desta tese consistiu na criação de ferramentas de compressão sem perdas para dois tipos de dados. O primeiro tipo de dados é conhecido na literatura como imagens de microarrays. Estas imagens têm 16 bits por píxel e uma resolução espacial elevada. O outro tipo de dados é geralmente denominado como alinhamento de genomas completos, particularmente aplicado a ficheiros MAF. Relativamente às imagens de microarrays, melhorámos alguns métodos de compressão específicos utilizando algumas técnicas de pré-processamento (segmentação e redução de planos binários). Além disso, desenvolvemos também um método de compressão baseado em estimação dos valores dos pixéis e em misturas de modelos de contexto-finito. Foi também considerada, uma abordagem baseada em decomposição em árvore binária. Foram desenvolvidas duas ferramentas de compressão para ficheiros MAF. A primeira ferramenta, é baseada numa mistura de modelos de contexto-finito e codificação aritmética, onde apenas as bases de ADN e os símbolos de alinhamento foram considerados. A segunda, designada como MAFCO, é uma ferramenta de compressão completa que consegue lidar com todo o tipo de informação que pode ser encontrada nos ficheiros MAF. MAFCO baseia-se em vários modelos de contexto-finito e permite compressão/descompressão paralela de ficheiros MAF

Aplicação da ferramenta metodológica TRIZ no desenvolvimento de novos produtos industriais em empresas nacionais

Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia MecânicaAs exigências crescentes e as rápidas mudanças nos mercados obrigam as organizações a pensarem cada vez mais na inovação e melhoria contínua. Hoje em dia qualquer estratégia de crescimento, e até mesmo a própria sobrevivência nos mercados, passa cada vez mais pela aplicação de novas abordagens e metodologias de gestão. A metodologia TRIZ (Teoria da Resolução Inventiva de Problemas) tem vindo a ganhar popularidade tanto a nível académico, como a nível empresarial. Esta metodologia promove a inovação sistemática e a procura de novas soluções para os problemas existentes, apresentando técnicas e ferramentas para a resolução de problemas relativos à concepção de produtos, e também já de serviços e de processos, permitindo assim desenvolver soluções inovadoras. A TRIZ permite também que a inovação deixe de ser esporádica, não dependendo apenas da capacidade individual de cada stakeholder e de momentos de inspiração, evoluindo para a inovação sistemática que pode ser implementada, gerida e ensinada. O estudo desenvolvido no âmbito da presente dissertação centrou-se na abordagem e interpretação da utilização da metodologia TRIZ, em busca de novas formas de solucionar problemas, identificando as suas ferramentas de apoio. Outro conceito explorado e relacionado com a TRIZ é o conceito DNP, sendo integrado de múltiplas abordagens que foram exploradas. O presente estudo visa analisar os dois conceitos e a forma como se relacionam seguindo de doutrinas inovativas apelando à criatividade. No âmbito desta dissertação e através da análise dos diferentes campos investigados, foi proposto um modelo diagramático contemplando conceitos e relações entre os mesmos. De forma a analisar a viabilidade da implementação desse mesmo modelo diagramático em meio industrial, apresentou-se um caso de estudo realizado numa empresa que utiliza a TRIZ, e que através de uma análise conclusiva, se verifica que o modelo proposto pode ser utilizado como suporte na resolução de problemas de carácter inovativo e criativo inerentes à implementação de novos processos de gestão e na sua melhoria.Growing demands and rapid changes in markets compel organizations to think more about innovation and continuous improvement. Nowadays, any growth strategy, and even its own survival in the markets, is increasingly being applied by new approaches and management methodologies. The TRIZ methodology (Theory of Inventive Problem Solving) has been gaining popularity both academically and business level. This methodology promotes systematic innovation and the search for new solutions to existing problems, presenting techniques and tools for solving problems related to product design, as well as services and processes, thus allowing the development of innovative solutions. The TRIZ also allows innovation to cease to be sporadic, not only depending on the individual capacity of each stakeholder and moments of inspiration, evolving into systematic innovation that can be implemented, managed and taught. The study developed in the scope of this dissertation focused on the approach and interpretation of the use of the TRIZ methodology, in search of new ways of solving problems, identifying their support tools. Another concept explored and related to TRIZ is the DNP concept, being integrated of multiple approaches that were explored. The present study aims to analyze the two concepts and the way they are related by following innovative doctrines appealing to creativity. Within this dissertation and through the analysis of the different fields investigated, a diagrammatic model was proposed contemplating concepts and relations between them. In order to analyze the feasibility of the implementation of this same diagrammatic model in an industrial environment, a case study was presented in a company that uses TRIZ, and through a conclusive analysis, it is verified that the proposed model can be used as support in solving problems of an innovative and creative nature inherent to the implementation of new management processes and their improvement.N/