AM - TIA - ENG - Especialidade de Engenharia
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- Comportamento mecânico de betões sustentáveis produzidos com água salgada e agregados recicladosPublication . Kravchanka, Lena; Brito, Jorge Manuel Caliço Lopes de; Bravo, Miguel Nuno CaneiraEsta dissertação visa analisar a viabilidade da utilização de água do mar em betões, tanto na composição como na cura, em detrimento de água potável. Pretende-se também avaliar o comportamento mecânico de betões produzidos com diferentes percentagens de substituição de agregados naturais (AN) grossos por agregados reciclados (AR) grossos (0, 50 e 100%). A realização da campanha experimental iniciou-se pela recolha e posterior peneiração dos AR, bem como pela recolha da água do mar necessária para a composição e cura dos betões. A 7 dias de idade, o betão com água do mar na composição e cura em água potável apresenta uma resistência à compressão menor do que era esperado. Nos betões com água potável na composição, a cura com água do mar diminui a resistência à compressão em todas as idades e em qualquer taxa de substituição. Nos betões com água do mar na composição e 100% de AR, a cura em água do mar melhorou a resistência à tração em comparação com a cura em água potável. O módulo de elasticidade varia muito pouco com o tipo de cura, mas diminui com a utilização de água do mar na composição do betão. Ao incorporar AR e água do mar no betão, também se observou uma tendência de melhoria na resistência à abrasão, quando comparado com o betão de referência. Na maioria dos ensaios, a utilização simultânea de AR e água do mar, tanto na composição como na cura, provoca perdas significativas no desempenho.
- Brittle Mineral Foam In A Sacrificial Cladding Solution For Blast Loading MitigationPublication . Braz, Duarte Alcobia; Lecompte, David; Matias, Pedro José Da Silva GonçalvesA ameaça de engenhos explosivos no campo de batalha continua a ser uma das formas mais eficazes de criar um grande número de baixas. Independentemente do alvo, estruturas ou veículos, é do interesse de países, como Portugal, que têm tropas destacadas em conflitos armados, para mitigar os seus efeitos. No caso dos veículos, estes possuem um sistema de proteção, como a blindagem, para mitigar os efeitos dos projéteis e fragmentos inimigos. No entanto, em caso de ataque com minas ou explosivos, a sua estrutura e os seus ocupantes continuam vulneráveis. Consequentemente, surge o objetivo deste estudo: criação e avaliação de um revestimento de sacrifício. Este sistema funcionará como uma solução para mitigar a quantidade de energia que a estrutura de principal tem de suportar e assim minimizar os seus danos. A solução de revestimento sacrificial adotada neste estudo baseia-se num núcleo de espuma mineral frágil. Este material tem a grande vantagem de ser leve, incombustível e económico. Além disso, tem também uma boa capacidade de absorção de energia. O desenvolvimento deste sistema e a avaliação do seu comportamento submetido a uma explosão ou a uma compressão dinâmica foi realizado através de campanhas experimentais e utilizando também a modelação numérica no software LS-Dyna. Foi verificada a capacidade de absorver energia e mitigar a ação de uma explosão através de um revestimento sacrificial com espuma mineral frágil. Foi verificado que o sucesso desta solução depende não só do seu núcleo mas também do elemento anterior, a placa frontal. Além disso, a própria geometria e configuração da espuma irá influenciar a sua eficiência de absorção.
- Análise de uma infraestrutura crítica dotada de isolamento de base sujeita à ação sísmicaPublication . Falacho, Daniela Carvalho; Guerreiro, Luís Manuel Coelho; Câmara, António Carlos Rainha Perry daA sismicidade histórica de Portugal regista a ocorrência de fortes sismos no passado. Pode afirmar-se que, apesar de os sismos serem inevitáveis, as suas principais consequências não o são. Os danos devido a uma ocorrência sísmica podem ser mitigados; por isso, verifica-se uma necessidade crescente de projetar estruturas capazes de resistir a sismos de forma a serem minimizadas as acelerações induzidas por aquela ação. A aplicação de sistemas de isolamento de base é um tipo de tecnologia que permite salvar inúmeras vidas com a redução dos danos numa estrutura, garantindo a sua operacionalidade quando sujeita a ações sísmicas. O isolamento de base consiste em separar a estrutura do solo, através da aplicação de aparelhos que separam o movimento horizontal da estrutura do movimento sísmico. Pretende-se com este trabalho explorar a aplicação de sistemas de isolamento de base que possa ser utilizada em estruturas consideradas importantes, neste caso o Hospital das Forças Armadas, localizado no Lumiar. Para este estudo foram elaborados um modelo de base fixa e um com base isolada, sendo que foram analisados dois tipos de sistemas de isolamento: com apoios elastoméricos e apoios pendulares com atrito. Os modelos permitiram prever o desempenho da estrutura a partir da análise de resultados dos esforços de corte basal, dos deslocamentos entre pisos e acelerações. Com este estudo conclui-se que a aplicação de um sistema de isolamento de base reduz significativamente a resposta dinâmica da estrutura face um sismo quando comparada com a estrutura de base fixa.
- Design, Analysis and Testing of a Glazing Façade with Energy Dissipation DevicesPublication . Machado, José Augusto Carneiro; Pedro, José Joaquim Costa Branco de Oliveira; Matias, Pedro José da Silva Gonçalvesdissertação desenvolvida está incluída no projeto ProFESEx (Sistema de Proteção de Fachadas Envidraçadas Sujeitas a Explosões) em que o principal objetivo é desenvolver uma possível solução de fachada envidraçada utilizando metamateriais impressos em 3D com geometria auxética, e vidro laminado composto por duas lâminas de vidro temperado capazes de resistir a cargas explosivas. A utilização de um sistema de dissipação de energia proporcionará uma redução dos danos do vidro e melhorará o seu comportamento e resistência contra explosões. Quando uma carga de explosiva é aplicada num vidro laminado, dependendo do tipo de vidro utilizado nas diferentes lâminas, os danos causados ao ser humano podem ser drasticamente reduzidos em comparação com um vidro monolítico que é responsável pela maioria das vítimas, devido à projeção dos fragmentos de vidro. O vidro é um material difícil de modelar utilizando o método dos elementos finitos (MEF) devido ao facto das suas propriedades serem complexas de simular. Procurou-se combinar os resultados dos modelos de EF, para calibrar os modelos, e compreender o comportamento de um vidro laminado com e sem o sistema de dissipação de energia. Concluiu-se que o sistema de dissipação funciona, embora os resultados obtidos nos ensaios de campo não sejam suficientes para compreender o comportamento completo do painel de vidro com o sistema de dissipação para diferentes cargas explosivas. O sistema de dissipação funciona devido à comparação com o painel de apoio rígido, mas necessita de melhorias para que o painel de vidro possa beneficiar mais da sua capacidade.
- Imagem Através da Parede (TWI) com Radar de Abertura VirtualPublication . Catarino, Ana Maria Azinheiro; Topa, António Luís Campos da Silva; Martins, Maria João MarquesA imagem de radar através da parede (Through-the-Wall Imaging – TWI Radar) é um campo emergente de investigação, com aplicações promissoras que vão desde a pesquisa e salvamento, aos cuidados de saúde e à segurança, tendo como objetivo a deteção, localização e identificação de alvos por detrás de obstáculos opacos. Assim, o radar é uma ferramenta fundamental neste processo, principalmente devido ao seu longo comprimento de onda, que permite a passagem do sinal através dos materiais de construção. No entanto, esta capacidade apresenta desvantagens, nomeadamente as reflexões multipercurso que são originadas pelo ambiente, o que pode reduzir a sua utilidade. Atualmente existem inúmeros métodos de obtenção dessa imagem de radar, que são abordados nesta dissertação, contudo existem desafios, pois nem todos estes métodos apresentam elevada precisão e tempo de aquisição de dados reduzido. Nesse âmbito, surge a necessidade de otimizar estes métodos, cumprindo os requisitos necessários e favoráveis à obtenção da imagem desses alvos usando o radar. Na presente dissertação apresenta-se uma proposta de utilização de um radar de abertura virtual (Virtual Aperture Radar - VAR), para obtenção de imagem através da parede bem como o desenvolvimento de um método que estima a posição, espessura e permitividade elétrica da parede.
- Inclusao de nanoantenas oticas nos UAVsPublication . Rocha, Gonçalo; Torres, Joao Paulo Neto; Martins, Maria Joao MarquesAo longo da Historia, a evoluc¸ ´ ao tecnol ˜ ogica, para as Forc¸as Armadas, tem surgido como uma ´ necessidade para se atingir a supremacia sobre o inimigo. Neste ambito, e desde os prim ˆ ordios da ´ aviac¸ao no in ˜ ´ıcio do seculo XX que o homem explora as potencialidades dos ´ UAV, tendo esta tecnologia ganho destaque nos ultimos anos pela sua capacidade de conduzir miss ´ oes sem p ˜ or em risco vidas ˆ humanas. Para alem disso, com a evoluc¸ ´ ao da nanotecnologia houve a capacidade de desenvolvimento de no- ˜ vos dispositivos, fabricados a uma escala nanometrica, nomeadamente os dispositivos designados por ´ nanoantenas ou antenas oticas, que t ´ em atualmente sido alvo de atividade de investigac¸ ˆ ao e desen- ˜ volvimento, procurando atingir a possibilidade de confinar a radiac¸ao eletromagn ˜ etica em dimens ´ oes ˜ espaciais mais pequenas que o comprimento de onda da luz no ar. A presente dissertac¸ao tem como objetivos estudar e caracterizar, numa perspetiva cl ˜ assica, uma ´ nanoantena otica que possa ser integrada no emissor ou recetor de um sistema de comunicac¸ ´ oes ˜ oticas de um ´ UAV. O trabalho de simulac¸ao no desenvolvimento da nanoantena foi feito com recurso ˜ ao programa de simulac¸ao˜ COMSOL Multiphysics
- Estudo comparativo de diversas nanoantenas óticas e sua integração em biossensoresPublication . Moura, Ricardo Manuel Gonçalves; Torres, João Paulo Neto; Martins, Maria João MarquesA área da nanotecnologia tem uma vasta amplitude e aplicação. Esta tem como base sistemas nanométricos com propriedades muito caraterísticas, podendo ser estas aplicadas, por exemplo, à segurança, saúde, desenvolvimento de armamento e comunicações. O objetivo principal deste trabalho consiste num estudo comparativo de uma nanoantena de tipologia Bowtie para operar com um biossensor e compará-la com outras tipologias já estudadas através da simulação, projeto e modelação deste mesmo biossensor baseado na tipologia referida. Neste trabalho foi realizado um estado da arte acerca de biossensores, nanoantenas óticas, propriedades óticas, agregados de duas antenas e transmissão ótica extraordinária, estudo teórico sobre comportamento dos metais em frequências óticas com respetiva explicação dos modelos de Drude-Lorentz, Brendel-Bormann e Rakic e a propagação de plasmões superficiais numa interface dielétrico-metal. De seguida comparam-se as teorias de difração clássicas de fendas maiores que o comprimento de onda (Fraunhofer, Fresnel e Kirchhoff) e as teorias de fendas menores que o comprimento de onda (Bethe e Bouwkamp). Foi definida a metodologia a seguir para a realização do trabalho, onde se define as diferentes camadas da pele e alguns parâmetros a analisar quando do dimensionamento do biossensor. Foi dimensionada uma nanoantena ótica Bowtie de forma a analisar o seu comportamento em regimes óticos e compará-los com a teoria já existente. Este dimensionamento também serviu para verificar a importância da componente real e imaginária da permitividade elétrica. Em relação aos resultados obtidos, conseguiu-se obter transmissão ótica extraordinária na maioria das estruturas, destacando-se as seguintes: estrutura composta por dielétrico-nanoestrutura-substrato, onde a subestrutura da nanoantena é composta por metal (alumínio) e envolvente de dióxido de silício; estrutura composta por dielétrico-nanoantena-substrato, da qual a subestrutura da nanoantena é composta por dióxido de silício e uma placa de metal por baixo das nanoantenas Bowtie; estrutura com características iguais á primeira mas com o acréscimo de mais dois andares de nanoantenas fazendo um agregado 3x3x3.
- Wireless Charging Of Batteries On Military VehiclesPublication . Pereira, André Manuel Miranda Gomes; Gerald, José António Beltran Gerald; Ant´onio Joaquim dos Santos Rom˜ao Serralheiro, António Joaquim dos Santos RomãoRecent developments, in the field of wireless charging, have led to increasing use of this technology across different areas of research. The search for improvement in Soldier Combat Systems has seen major investments in recent years, to find a standard architecture that can enhance military capabilities, such as in power management systems. This work is part of the C4I program of the Portuguese army, having had the primary objective of studying an alternative power supply option based on wireless technology, capable of charging man-portable devices in military vehicles. On this dissertation, it was conducted a study on the behavior of the components of a wireless power transfer, focusing on different configurations and geometries of the charging coils, as well as the optimization of key parameters in a wireless power module. For this, key operating principles and charging methods were approached. Using distance as a variable parameter, it was possible to study the variation in signal amplitude and compare the performances of each coil, reaching promising conclusions on which coil geometry is best suited in terms of shape, reach, and intensity of the generated magnetic field of the power transfer. Also, the matching outcomes from the theoretical deductions and the experimental work done in a controlled environment led to a strengthening of the obtained results. After fabricating and testing prototype 3D structures for the coils, a proposal for a wireless charging system was conceived. This proposal includes architecture, protocols, and its implementation taking into account the characteristics of the charging environment.
- Comportamento de Paineis de vidro Laminado ´ a Ac¸ ` ao˜ de Explosoes - Gerac¸ ˜ ao de Curvas Press ˜ ao-Impulso ˜ (P-I)Publication . Oliveira, Tiago Alves Mendes de; Cismasiu, Corneliu; Matias, Pedro José da Silva GonçalvesOs engenhos explosivos, e as explosoes em geral, s ˜ ao dos maiores perigos quer em ataques proposi- ˜ tados, como o caso do terrorismo, quer em casos de explosoes acidentais. Os elementos envidrac¸ados ˜ dos edif´ıcios sao uma das maiores ameac¸as para os ocupantes dos mesmos na ocorr ˜ encia de um ˆ evento explosivo. Podem originar estilhac¸os, que aumentam a percentagem de v´ıtimas por ferimentos ou ate mesmo, a morte. Sendo este material cada vez mais utilizado na arquitetura moderna, ´ e de ´ extrema importancia o estudo e preparac¸ ˆ ao das fachadas para suportarem este tipo de fen ˜ omeno. ´ Nesta dissertac¸ao, foi estudado o comportamento de pain ˜ eis de vidro laminado, quando sujeitos ´ a` ac¸ao de uma explos ˜ ao. Esta an ˜ alise foi efetuada atrav ´ es da simulac¸ ´ ao num ˜ erica no software LS-Dyna, ´ com consequente validac¸ao atrav ˜ es de ensaios experimentais baseados em trabalhos j ´ a realizados. ´ Para verificar esses resultados, foi realizada tambem uma campanha experimental ´ a escala real. Con- ` tudo, as medic¸oes conseguidas nesses ensaios n ˜ ao foram suficientemente conclusivas para permitir ˜ validar as estimativas numericas. ´ Atraves do modelo de elementos finitos, foi poss ´ ´ıvel gerar diagramas de Pressao-Impulso (P-I) para ˜ o criterio de rotura definido, que ser ´ ao˜ uteis no dimensionamento e previs ´ ao de danos que uma ac¸ ˜ ao˜ explosiva pode causar nas fachadas de vidro laminado de uma estrutura. Os diagramas Pressao-Impulso foram gerados com sucesso. No entanto, ˜ e importante estender a ´ campanha de ensaios experimentais para que seja poss´ıvel comparar estes resultados numericos com ´ os resultados reais.
- Realidade Aumentada Aplicada ao Sistema de Combate do SoldadoPublication . Gomes, Carlos Filipe Vieira; Esteves, Augusto Emanuel Abreu; Guedes, Tiago Filipe Abreu MouraA presente dissertac¸ao prop ˜ oe a aplicac¸ ˜ ao de Realidade Aumentada ( ˜ RA) no combatente apeado, como uma extensao dos sistemas de Comando e Controlo, habitualmente restritos aos ve ˜ ´ıculos, de modo a aumentar a situational awareness do militar fora de viatura. Foi aplicado um questionario, a 86 ´ militares do Exercito Portugu ´ es, de modo a adquirir os casos de uso de maior interesse e desenhado ˆ um sistema de RA, em Unity, aplicado em Hololens 2. Este sistema foi comparado com o atual sistema do Exercito Portugu ´ es, atrav ˆ es de question ´ arios, entrevistas e m ´ etricas objetivas, por 13 militares com ´ experiencia operacional, do Regimento de Comandos. Num cen ˆ ario de teste onde o militar resgata um ´ refem, o sistema de ´ RA registou usabilidade 25% superior ao sistema atual no System Usability Scale (SUS). No National Aeronautics and Space Administration - Task Load Index (NASA-TLX), verificou-se a diminuic¸ao da Exig ˜ encia F ˆ ´ısica auto-reportada em 34%, a Exigencia Temporal auto-reportada em ˆ 21% e o Esforc¸o auto-reportado em 31%, os tres resultados face ao sistema atual. O sistema proposto ˆ reduziu a exigencia de atenc¸ ˆ ao para manter a ˜ situational awareness, em 21% avaliado atraves do ´ Situation Awareness Rating Technique (SART) e diminuiu o numero de erros do utilizador em 91%.
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