Techniques in numerical differentiation of experimentally noisy data

A comparison of different methodologies for spatial differentiation of experimental noisy data is presented. The transient displacement fields resulting from bending wave propagation on aluminum plate were measured with pulse TV-holography. A new method to perform the numerical spatial differentiation and a strategy for dealing with the border problem are presented. The method here presented results for the third order derivative and showed to be superior to the other methods tested. A good agreement between the new method and the Finite Elements Method was achieved

Técnicas de derivação de dados experimentais sem propagação de ruído

Neste trabalho são apresentadas três técnicas diferentes para o cálculo das derivadas espaciais de medições experimentais. A robustez das metodologias e a sua sensibilidade ao ruído é avaliada através do cálculo dos esforços numa placa de alumínio a partir do campo de deslocamentos. A holografia digital pulsada é utilizada para obter o campo de deslocamentos gerado por uma força impulsiva. Os esforços são determinados com base na teoria de Kirchhoff para placas finas, através do cálculo das primeiras três derivadas espaciais do campo de deslocamentos medido. Para as mesmas condições de ensaio, foi realizada uma simulação por elementos finitos em Ansys® para calcular os esforços na placa. Uma comparação entre as forças calculadas por via numérica e as calculadas através das três metodologias é apresentada.Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e a Tecnologia –FCT o apoio financeiro no âmbito do projecto POCI/EME/63236/2004

An improved mixed numerical-experimental method for stress field calculation

In this work a numerical-experimental method is used to study the dynamic behavior of an aluminum plate subjected to a small mass impact.The out-of-plane displacements,due to transient bending wave propagation,were assessed for successive time instants,using double pulse TV-holography,also known as pulsed ESPI

New improvements in shearography techniques

Shearography is a non-contact full field technique used in the assessment of spatial gradient of displacements through a preset direction, Hung and Taylor [1]. The optical set-up can be based on a Michelson interferometer scheme, for static or quasi-static measurements, and on the Mach- Zehnder interferometer if dynamic measurements have to be performed, Santos et al [2]. In both set-ups a speckle pattern, obtained from a rough surface, is laterally shifted to create the interference and the light used for the interferometer arms have a common path between the object and the set-up. So, this interferometric technique can be used with low coherence lasers and is almost insensitive to rigid body motion. The fringe patterns obtained with shearography result from the interference between two speckled wave fronts and have lower contrast that the ones obtained with specular reference interferometers

Propagação das ondas de flexão em placas compósitas

Este trabalho tem como objectivo principal o estudo experimental/numérico da propagação de ondas de flexão em estruturas laminadas tipo placa. A medição do campo de deslocamentos é efectuada por holografia TV de duplo impulso. Para o efeito foi desenvolvida uma montagem experimental utilizando um LASER de Rubi e um sistema de controlo para, com elevada precisão, gerar e registar no tempo a evolução da força de impacto. Vários registos foram efectuados para diferentes instantes de tempo em duas placas laminadas compósitas. Um programa de elementos finitos, Ansys ®, foi utilizado para, nas mesmas condições de carga e de tempo, simular numericamente a resposta das placas. Por fim, é apresentado o estudo comparativo dos resultados obtidos pelas diferentes técnicas.Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e a Tecnologia –FCT o apoio financeiro no âmbito do projecto POCI/EME/63236/2004

Biomechanics of biomaterials used in soft tissue regenerative

Biodegradable polymers have been used in implantable medical devices, such as suture fibers, fixation screws and soft tissue engineering devices. Apart from biological compatibility, these devices shall also be functional compatible and perform adequate mechanical temporary support during the healing process. In regenerative medicine, the scaffold that will provide this temporary support should simultaneously enhance cellular adhesion, proliferation and remodeling of new tissue. In soft tissue applications, biodegradable polymers are the materials of election. These materials undergo through a process of degradation, mainly controlled by hydrolysis, leading to a reduction of molecular weight, followed by reduction of strength and finally a reduction of mass until it is totally absorbed and assimilated by the host. Fatigue/creep damage also contribute to the progressive decrease of mechanical properties. Meanwhile, cells cultured over the scaffold will produce the new tissue that will gradually replace the material biomechanical functions.Os polímeros biodegradáveis têm sido utilizados em dispositivos médicos implantáveis, como fios de sutura, parafusos e dispositivos para engenharia de tecidos moles. Além da compatibilidade biológica, tais dispositivos devem apresentar compatibilidade funcional e desempenhar funções temporárias de suporte mecânico durante o processo de cura. Em medicina regenerativa, este suporte temporário deve favorecer a adesão celular, a sua proliferação e a remodelação de novo tecido. Em engenharia de tecidos moles os polímeros biodegradáveis são os materiais de eleição. Estes materiais sofrem um processo de degradação, controlado sobretudo hidrólise, e que resulta numa redução do peso molecular, seguida de uma redução da resistência mecânica e finalmente uma redução da massa até a completa absorção e assimilação pelo organismo. O dano por fadiga/fluência também contribui para a progressiva diminuição das propriedades mecânicas. Entretanto, as células cultivadas sobre o suporte vão produzir o novo tecido que vai gradualmente substituir as funções biomecânicas do material.Peer ReviewedAward-winnin

A hybrid technique for damage detection on laminated plates

This work presents an experimental/numerical technique for delamination damage detection on thin laminated composite plates. The delamination is identified using a technique based on the curvature differences of the plate modes shapes measured before and after impact damage. The natural frequencies are extracted from Frequency Response Functions. A double pulse TV holography is used for no-contact and accurate measurement of the amplitude mode shapes. The curvature is obtained by applying an improved differentiation /smoothing technique to the experimental data. Finally, the curvatures of each mode are subtracted and the damage is located

Strain field analysis of cancellous bone under compression by image correlation

Experimental mechanical analysis of cancellous bone has been performed to capture the global strain field of specimens under compression. One major objective is to assess the test procedure and obtain the cancellous bone mechanical properties. Now a day, several techniques are available for the experimental measurement of the field displacement. Among them, the Cross-Correlation is one of most simple’s techniques and can be applied to several studies cases. Based on the correlation of random speckle pattern between two images, the spatial displacement fields can be accessed. A simple digital camera or video recorder can be used without special light to capture the surface intensity pattern in each instant. If several images are taken during a test loading, the displacement field can be fallowed and subsequently the strain can be obtain by the spatial differentiation. Because of random surface pattern, the image can be divided in small areas, each of them pattern independent. By cross-correlating each of one between the two images, the relative displacement is obtained

A numerical-experimental method for damage location based on rotation fields spatial differentiation

This paper presents a structural damage location method that decreases the number of spatial differentiations needed to compute modal curvature fields. The method is numerically and experimentally applied to isotropic and laminated rectangular plates, respectively. A speckle shear interferometer is used to measure the rotation fields of the laminated plate, while the isotropic plate is analysed by finite elements. It was found that the Gaussian differentiation is the most suited technique to compute the curvature fields. It is also demonstrated the superior performance of the curvature method using measured rotation fields instead of measured displacement fields

A resposta experimental e a simulação numérica de placas submetidas ao impacto de pequenas massas

Neste trabalho e apresentado um estudo numerico e experimental do impacto de uma massa numa placa de aluminio. A resposta transiente da placa a impactos de baixa velocidade e caracterizada pela propagação de ondas de flexiio. Para sucessivos instantes de tempo foi medido o campo de deslocamentos fora do plano atraves da tecnica de ESPI em modo de dupla exposição. Durante o impacto e registada a evolur;Cio da forr;a aplicada. Esta informação utilizada no modelo numerico de elementos finitos para simular a resposta transiente da placa.Uma comparação entre os resultados numericos e experimentais e apresentada