Projeto exploratório de um ensaio heterogéneo recorrendo a otimização topológica

The frequent development and production of new metals in the sheet metal forming industry results in an ever-increasing demand for an accurate prediction of the material's behavior and, particularly, its behavior on sheet forming processes. Heterogeneous tests are crucial to swiftly characterise numerically the material and identify the parameters of the constitutive models, as they provide a wider spectrum of stress and strain states per test. In the present work, a novel approach is proposed for the design of a heterogeneous specimen. Using topology optimisation, the goal is to find the optimal geometry of the specimen which maximises the incidence of all stress states over the area. A number of formulations were developed and an accurate criterion was developed with one of these objective functions for the purpose of measuring the heterogeneity value of a test. The boundary conditions were defined as a uniaxial tensile test, and the goal was to obtain maximum heterogeneity on a single test. A novel algorithm that combines different optimisation approaches was developed for one of the formulations that requires sensitivity analysis, while the remaining formulations make use of the Propotinal Topology Optimization (PTO) algorithm. This latter algorithm does not calculate the sensitivities, which is favorable because sensitivity calculation is computationally expensive. The resulting heterogeneous specimens' designs were analyzed, evaluated and ranked under the defined criterion for comparison purposes. These solutions ranked significantly close to some of the state of the art specimens. However, there is still progress to be made, given the potential of topology optimisation for this application. The efficiency of the objective functions, when formulated individualy, is lacking. That is due to the fact that the present problem is highly non-linear and complex, and relying on a formulation that is aimed entirely at enhancing the heterogeneity of a specimen resulted mostly in greatly heterogeneous non-manufacturable solutions. Therefore, it is concluded that allying these heterogeneous formulations with a structural segment, either by adding a structural restriction or a multiobjective approach, shows promissing results and valuable heterogeneous solutions to the industry.O recorrente desenvolvimento e produção de novos metais por parte da indústria de chapas metálicas resulta num aumento constante da necessidade de prever corretamente o comportamento destes materiais e, consequentemente, o comportamento dos processos de conformação de metais. Os ensaios mecânicos heterogéneos são cruciais para a rápida caracterização numérica destes materiais e para identificar os respetivos parâmetros dos modelos constitutivos, sendo que estes proporcionam um espectro abrangente de estados de tensão e deformação por ensaio. No presente trabalho, é proposta uma nova metodologia para o desenvolvimento de um provete mecânico heterogéneo. Recorrendo a otimização topológica, o objetivo é encontrar a geometria ótima que maximize a incidência de estados de tensão na área do provete num só ensaio. Foi desenvolvida uma coletânea de formulações por forma a obter uma solução ótima, de onde resultou um indicador preciso com o intuito de avaliar o grau de heterogeneidade de um ensaio mecânico. As condições de fronteira foram definidas como sendo as de um ensaio mecânico uniaxial. Um novo algoritmo que combina diferentes metodologias de otimização foi desenvolvido para a formulação que necessita de análise de sensibilidade, enquanto que as restantes foram implementadas no algoritmo PTO (Pro-portinal Topology Optimization). Este último não necessita do cálculo das sensibilidades, pelo que o torna menos pesado computacionalmente. Os provetes heterogéneos obtidos foram analisados, avaliados e classificados de acordo com o indicador de heterogeneidade desenvolvido com o intuito de estabelecer comparação entre diferentes topologias. Estas soluções mostraram-se bastante perto em termos de heterogeneidade de alguns designs presentes na literatura. No entanto, tendo em conta o potencial que a otimização topológica apresenta nesta aplicação, ainda existe margem para progredir. A eficiência das funções objetivo desenvolvidas não é ideal quando formuladas individualmente. Isto deve-se ao facto de o presente problema ser extremamente não-linear e complexo, e depender de uma formulação cujo objetivo é exclusivamente aumentar a heterogeneidade do provete, o que resulta maioritariamente em geometrias extremamente heterogéneas e não fabricáveis. Deste modo, conclui-se que aliar estas formulações heterogégeneas a uma parcela estrutural, adicionando uma restrição estrutural ou utilizando uma abordagem multiobjetivo, apresenta resultados promissores e soluções heterogéneas relevantes para a indústria.Mestrado em Engenharia Mecânic

Sustaining interaction in a mathematical community of practice

This paper focuses on an activity in which students explore sequences through a game, using ToonTalk programming and a web-based collaboration system. Our analytical framework combines theory of communities of practice with domain epistemology. We note three factors which influence the length and quality of interactions: facilitation, reciprocation and audience-awareness

Improving digital image correlation in the TopoSEM Software Package

Dissertação de mestrado integrado em Informatics EngineeringTopoSEM is a software package with the aim of reconstructing a 3D surface topography of a microscopic sample from a set of 2D Scanning Electron Microscopy (SEM) images. TopoSEM is also able to produce a stability report on the calibration of the SEM hardware based solely on output images. One of the key steps in both of these workflows is the use of a Digital Image Correlation (DIC) algorithm, a no-contact imaging technique, to measure full-field displacements of an input image. A novel DIC implementation fine-tuned for 3D reconstructions was originally developed in MATLAB to satisfy the feature requirement of this project. However, near real-time usability of the TopoSEM is paramount for its users, and the main barrier towards this goal is the under-performing DIC implementation. This dissertation work ported the original MATLAB implementation of TopoSEM to sequential C++ and its performance was further optimised: (i) to improve memory accesses, (ii) to explore the available vector exten sions in each core of current multiprocessor chips processors to perform computationally intensive operations on vectors and matrices of single and double-precision floating point values, and (iii) to additionally improve the execution performance through parallelization on multi-core devices, by using multiple threads with a front wave propagation scheduler. The initial MATLAB implementation took 3279.4 seconds to compute the full-field displacement of a 2576 pixels by 2086 pixels image on a quad-core laptop. With all added improvements, the new parallel C++ version on the same laptop lowered the execution time to 1.52 seconds, achieving an overall speedup of 2158.TopoSEM é um programa cujo objetivo é reconstruir em 3D a topografia de uma amostra capturada por um mi croscópio electrónico de varrimento. Esta ferramenta é também capaz de gerar um relatório sobre a estabilidade da calibração do microscópio com base apenas em imagens capturadas. Um dos passos chave para ambas as funcionalidades trata-se da utilização de um algoritmo de Correlação Digital de Imagens (DIC), uma técnica de visão por computador que não envolve contacto direto com a amostra e que permite medir deslocamentos e deformações entre imagens. Criou-se uma nova implementação de DIC em MATLAB especialmente formulada para reconstrução 3D. No entanto, a capacidade de utilizar o TopoSEM em quase tempo real é fundamental para os seus utilizadores e a principal barreira para tal são os elevados tempos de execução da implementação em MATLAB. Esta dissertação portou o código de MATLAB para código sequencial em C++ e a sua performance foi melho rada: (i) para otimizar acessos a memória, (ii) para explorar extensões de vetorização disponíveis em hardware moderno para otimizar operações sobre vetores e matrizes, e (iii) para através de paralelização em dispositivos multi-core melhorar ainda mais a performance utilizando para isso vários fios de execução com um escalonador de propagação em onda. A implementação inicial em MATLAB demorava 3279.4 segundos para computar uma imagem com resolução de 2576 pixels por 2086 pixels num portátil quad-core. Com todas as melhorias de performance, a nova imple mentação paralela em C++ reduziu o tempo de execução para 1.52 segundos para as mesmas imagens no mesmo computador, atingindo um speedup de 2158

Development of a microfluidics droplet generator

The need for mass scale testing in areas such as microbiology and chemistry requires faster processing times, multiplexing capability, and reduced reagent requirements. To achieve this, the volumes processed must be reduced. This work intends to produce a microfluidic chip capable of producing increasingly smaller droplets that serve as testing vessels, by taking advantage of the dynamics of two immiscible fluids. The purpose of the present chip is to be used in the future in a digital Polymerised Chain Reaction (dPCR) for DNA amplification and detection. The microfluidic device was first simulated using COMSOL Multiphysics to understand the different behaviours of the droplet generator junctions. Glass sealed devices were produced using soft-lithography, composed of two different parts, a glass substrate and a top PDMS slab fabricated by photolithography of a SU-8 mould on a Si wafer that was used to mould the PDMS. Devices were tested with two immiscible fluids, which were injected at a constant flow rate into two inlets that lead to the junction were the droplets were formed. We were able to obtain droplets as small as 1 nL in devices with a channel size of 50 μm. We concluded that reducing the entry section to the main channel until the junction point, will decrease droplet size keeping the same size of the channels after the junction. Faster droplet generation rate was also obtained, using side channels width smaller (50 μm) than the main channel (100 μm)

Efeito do estrito controle da glicemia sobre parâmetros neuroquímicos em animais hiperglicêmicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pos-Graduaçao em Bioquímica, Florianópolis, 2013O diabetes mellitus (DM) é uma síndrome metabólica de etiologia múltipla caracterizada por hiperglicemia persistente, decorrente da falta de insulina e/ou da resistência dos tecidos a ação do hormônio. Estima-se que até o ano de 2030, cerca de 552 milhões de indivíduos no mundo estejam acometidos por esta doença. A alta morbidade e mortalidade característica desta condição estão fortemente associadas ao desenvolvimento de alterações patológicas na vasculatura. Estas alterações parecem estarem relacionadas com mudanças epigenéticas, que ocorrem nas fases iniciais do DM e favorecem a expressão patológica de determinados genes, provocando desta forma danos irreversíveis no organismo mesmo que a glicemia seja controlada posteriormente. Desta forma o objetivo deste trabalho foi melhor entender o efeito do estrito controle da glicemia, pela administração de insulina, em animais que desenvolveram hiperglicemia através da administração de estreptozotocina (STZ) sobre parâmetros metabólicos, alterações a nível de DNA, expressão gênica, sinalização celular de proteínas relacionadas à insulina, e conteúdo mitocondrial em sangue ou cérebro de ratos Wistar. Os resultados deste estudo mostraram que os animais que receberam STZ se tornaram hiperglicêmicos e hiperlipidêmicos por um marcado prejuízo na arquitetura das ilhotas de Langerhans, que como consequência provocou o comprometimento na síntese do hormônio insulina. Estas alterações metabólicas periféricas, que foram acompanhadas por uma marcada redução do peso corporal, desencadearam uma série de eventos no sistema nervoso central, principalmente evidenciados por i) redução na expressão genica hipocampal da insulina e da citocina anti-inflamatória interleucina-10 (IL-10); i) manutenção da fosforilação de proteínas alvos do receptor da insulina, como o substrato do receptor da insulina -1 (IRS-1) e Akt no córtex cerebral; iii) aumento no número de mitocôndrias no bulbo olfatório; e iv) hipermetilação do DNA em hipocampo. As alterações sobre a expressão de IL-10 e de hipermetilação no sistema nervoso central destes animais, foi prevenido/revertido com pela administração com insulina. A partir destes dados as seguintes conclusões podem ser formuladas: i) no cérebro existe um metabolismo de síntese, produção e sinalização de insulina independente do periférico e com objetivos diferentes; ii) o controle da glicemia mediante pela administração de insulina previne das alterações epigenéticas decorrentes da hipermetilação do DNA; iii) a melhor caracterização do modelo de hiperglicemia induzido por STZ aqui realizada permitirá a sua utilização em diferentes desafios metabólicos.Abstract : Diabetes mellitus (DM) is a metabolic syndrome of multiple etiologies characterized by persistent hyperglycemia resulting from lack of insulin and/or resistance of tissues to the hormone action. It is estimated that in 2030, nearly 552 million individuals in the world will be affected by this disease. The high morbidity and mortality characteristic of this entity are known to be strongly associated with the development of pathological changes in the vasculature. These changes seem to be related to epigenetic modulations, which occur in the initial stages of diabetes and promote the pathological expression of certain genes, thus resulting in irreversible damage in the organism, even when the blood glucose is subsequently controlled. In this scenario, the main objective of this project was to better understand the effect of the strict glycaemia control by the administration of insulin, on biochemical metabolic measurements, DNA methylation, genic expression and cell signaling of proteins related to insulin, and the content of mitochondria in blood or brain of streptozotozin (STZ)-induced hyperglycemic animals. It was here observed, that animals receiving STZ showed an altered islets of Langerhans architecture that provoked reduced blood insulin concentration, hyperglycemia and hyperlipidemia, and marked bodyweight lost. These peripheral chronic metabolic alterations elicited a series of events in the central nervous system (CNS) characterized by: i) reduced gene expression of hippocampal insulin and interleukin-10 (IL-10); ii) correct phosphorylation of target proteins of the insulin receptors, including insulin receptor substrate-1 (IRS-1) and Akt in the cerebral cortex; iii) increased number of mitochondria in the olfactory bulbs; and iv) increased DNA methylation in hippocampus. The alterations linked to reduced IL-10 expression and DNA methylation were significantly prevented and/or reverted by the exogenous insulin. According to these data, the following conclusions could be formulated: i) there is a peripheral independent insulin metabolism in the CNS, with specific objectives for insulin synthesis, maturation and signaling; ii) the insulin-induced control of hyperglycemia prevents from epigenetic alterations; iii) this better characterization of the STZ-induced hyperglycemia animal model will allow further utilization for different metabolic challenges

Comparação do desempenho de modelos de canal rádio para sistemas MIMO

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesO trabalho presente nesta tese vem no seguimento do encontro de soluções que permitam suportar as elevadas taxas de transmissão exigidas pela oferta generalizada de serviços multimédia. A tecnologia MIMO, caracterizada pela utilização de múltiplas antenas para transmitir e receber informação, é actualmente bastante promissora no que diz respeito ao aumento de capacidade que pode fornecer. Contudo, os ganhos alcançados dependem fortemente do canal de propagação pelo que, dessa forma, é fundamental a utilização de modelos que permitam caracterizar detalhadamente o canal nas mais diversas situações. Neste trabalho será efectuado um estudo sobre sistemas MIMO e as respectivas técnicas que lhes permite apresentar desempenhos superiores aos sistemas convencionais. Serão também analisados e comparados diversos modelos de canal MIMO. Um desses modelos, o modelo estendido de Saleh-Valenzuela, será implementado de forma a obter a matriz de transmissão do canal. A partir do modelo implementado serão realizadas algumas simulações com o objectivo de estudar a influência do cenário de propagação e do sistema de transmissão na capacidade do sistema. Por fim, será avaliado o desempenho do mesmo modelo efectuando uma comparação entre os resultados obtidos por simulação e os resultados obtidos com base em medidas experimentais realizadas em diferentes cenários de propagação.The work presented on this thesis follows the search for solutions to support the high transmission rates required by the widespread provision of multimedia services. MIMO technology, characterized by the use of multiple antennas to transmit and receive information, is nowadays quite promising when it comes to the gain in capacity that is able to provide. However, the gain it can reach depend strongly of the propagation channel, so the use of models that can characterize in detail the channel in several situations it is quite essential. In this work a study about MIMO systems and the techniques that allow them to present superior results than conventional systems will be presented. Several MIMO channels models will also be analyzed and compared. One of those models, the extended model of Saleh-Valenzuela, will be implemented to obtain the transmission channel matrix. Using this model, some simulations will be performed in order to study the influence of the propagation scenario and the transmission system in the capacity of the system. Finally, the performance of this model will be evaluated making a comparison between the results obtained by simulations and experimental results collected with measurements carried out in different propagation scenarios

Oscillating driving circuit for a wireless power transfer system

Thesis presented for the Master’s Degree in Electrical EngineeringIn this thesis a power converter is designed to power a wireless power transfer system. The Converter is composed by a DC-AC Class-E inverter, a matching circuit and a spiral antenna. The system is designed to provide 200W and has a working frequency of 13.57 MHz, to comply with the restriction of the radio regulations. Other solutions and the reason for the choice are presented. the theory of modes is briefly introduced characterize a wireless power transfer system. The components of the Class-E inverter were calculated to guarantee the Zero Voltage Switching (ZVS) operation, resulting in the only losses in the system been the conducting ones. When operating in optimal conditions, the converter has an efficiency higher than 90%. A spiral Antenna is designed and its self-inductance is calculated utilizing potential vectors. The antenna has the purpose of exciting the wireless power transfer system. To attach the antenna to the inverter a matching circuit is designed to make sure that the inverter operates with high efficiency, regardless of the antenna’s impedance. The results were provide by simulations using Orcad’s PSpice software and the components calculations were made using MATLAB. The simulation results show the behavior of the system working in non-optimum conditions and they are used to tune the components of the inverter and the matching circuit to achieve ZVS on the MOSFET and reach the highest efficiency.Nesta tese um um conversor de potência é desenvolvido com o objetivo de alimentar um sistema de transferência de energia sem fios. O conversor é composto por um inversor Class-E, um circuito adaptativo e uma antena espiral. O sistem é dimensionado para fornecer 200W e opera a uma frequência de 13,57 MHz, obedecendo os regulamento da leis internacionais de transmissão de radio. A teoria dos modos é brevemente introduzida para caracterizar um sistema de transferência de energia sem fios. Os componentes do inversor Class-E foram calculados para garantir o funcionamento em ZVS (Zero voltage Switching), portanto a unicas perdas são as perdas de condução. Quando operando nas condições ótimas de funcionamento, o inversor tem uma eficiência acima dos 90%. A antena espiral é dimensionada e sua auto-indutancia é calculada com vetores potênciais. O propósito da antena é excitar o sistema de transferência de energia sem fios. Para juntar a antena e o inversor, um sistema adaptativo é desenvolvido para compensar a mudança de impedancia causada pela antena. Dessa forma, o circuito pode operar na sua eficiência máxima. Os resultados foram obtidos por simulações utilizando PSpice, da Orcad, e os componentes foram calculados com MATLAB. As simulações mostram o funcionamento quando o sistema não opera no modo ótimo e como é possivel afinar os componentes do inversor e o cirucito adaptativo para atingir o ZVS no MOSFET e manter a eficiência alta.N/

Relatório da prática de ensino supervisionada em ensino de artes visuais no 3º ciclo do ensino básico e secundário - diário gráfico: o desenho na interpretação do quotidiano escolar

Elaborado no âmbito da Prática de Ensino Supervisionada do Mestrado em Ensino de Artes Visuais no 3º ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário, o presente relatório pretende dar a conhecer os aspetos inerentes à prática desenvolvida no ano letivo de 2011 / 2012 na Escola Secundária Gabriel Pereira e na Escola Básica André de Resende. O relatório integra um tema aprofundado: Diário Gráfico: o desenho na interpretação do quotidiano escolar, e compreende cinco partes: Preparação científica, Pedagógica e Didática; Planificação, Condução de Aulas e Avaliação de Aprendizagens; Análise da Prática de Ensino; Participação na Escola e Desenvolvimento Profissional. Possui ainda cinco apêndices finais com informação citada e evidências significativas das atividades desenvolvidas na escola; ### Abstract: This Report was prepared to achieve de Master Degree on Teaching of the Visual Arts in the 3rd Cycle of Basic and Secondary Education, and it is focused in the teaching practice developed in Secundary School Gabriel Pereira and Basic School André de Resende Schools, during the academic year 2011/2012. The report includes a deepened theme Sketchbook: the drawing in the interpretation of school's everyday life, and five chapters: Scientific, Educational and Teaching Preparation; Planning, Conducted Lessons and Learning Evaluation; Teaching Analysis; Participation in School Activities and Professional Development. It also includes five final appendices with quoted information and significant evidence of the schooling activities