Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-02-16T17:01:08Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 797448 bytes, checksum: b7bdda3119ca9a281e897aae1646a663 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-16T17:01:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 797448 bytes, checksum: b7bdda3119ca9a281e897aae1646a663 (MD5) Previous issue date: 2003-10-31 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A colheita é uma das operações mais importantes no processo de produção de feijão, em razão de seu custo e efeitos sobre a qualidade do produto. Com o objetivo de realizar a modelagem da demanda de potência dos mecanismos internos de uma colhedora de feijão, um modelo de simulação, utilizando a técnica de simulação de sistemas mecânicos, foi implementado e validado. O modelo de simulação foi implementado, utilizando o programa computacional visualNastran 4D 2001 R2, versão 6.4. A máquina simulada foi uma colhedora de arrasto marca MIAC, modelo Double Master, com sistema de trilha em fluxo axial. No modelo matemático da colhedora de feijão, a máquina constituiu-se de 147 componentes rígidos. A taxa de alimentação total (palhas e grãos) da colhedora foi estimada, em função da produtividade média da área, número de linhas enleiradas, espaçamento entre as linhas, velocidade de deslocamento da máquina, e da relação, em massa, de palha e grão da cultura. A massa de produto contida no tanque graneleiro foi obtida, integrando-se a taxa de alimentação do produto à máquina, em função do tempo. O trabalho de preparação da máquina, a instalação e a configuração dos sensores, assim como os testes com a máquina operando em vazio, foram realizados no Laboratório de Mecanização Agrícola e no Laboratório de Projeto de Máquinas e Visão Artificial do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, bem como no Laboratório de Automação Agropecuária da Embrapa Milho e Sorgo, Sete Lagoas, MG. As avaliações de campo foram realizadas na localidade denominada Varginha, município de Porto Firme, MG. Foi utilizado o feijão (Phaseolus Vulgaris L.) cultivar Vermelho. Em laboratório, foram determinados o torque e a rotação no eixo cardan de acionamento da máquina, na árvore de acionamento do sistema de elevação de grãos e na árvore de acionamento da plataforma de recolhimento. Em condições de campo, além das determinações realizadas em laboratório, determinou-se a velocidade de deslocamento da máquina, a quantidade de produto colhido e o tempo necessário para colhê-lo, a capacidade de colheita e o consumo específico de energia. As potências exigidas em vazio no eixo de entrada da máquina, na plataforma de recolhimento e no sistema de elevação de grãos foram 12,50, 1,22 e 0,17 kW, respectivamente. Em condições de operação, os valores máximos de potência exigida no eixo de entrada da máquina, na plataforma de recolhimento e no sistema de elevação de grãos foram 26,94, 2,50 e 0,32 kW, respectivamente. A máxima capacidade de colheita foi 5,46 t h -1 . O consumo específico médio de energia foi 6,20 kWh t -1 . Comparando-se os valores simulados com os experimentais, para a máquina operando em vazio, o modelo apresentou erros médios de 19,91, 1,55 e 3,21% para a potência requerida no eixo cardan de acionamento da máquina, na plataforma de recolhimento e no sistema de elevação de grãos, respectivamente. Comparando-se os valores simulados com os experimentais, para a máquina colhendo feijão em uma área com produtividade de 1545 kg ha -1 , o modelo apresentou erros médios de 18,18, 11,26 e 17,04% para a potência requerida no eixo cardan de acionamento da máquina, na plataforma de recolhimento e no sistema de elevação de grãos, respectivamente. Comparando-se os valores simulados com os experimentais, para a máquina colhendo feijão em uma área com produtividade média de 1500 kg ha -1 e variação de ±300 kg ha -1 , o modelo apresentou erros médios de 20,39, 16,76 e 13,16% para os valores máximos de potência requerida no eixo cardan de acionamento da máquina, na plataforma de recolhimento e no sistema de elevação de grãos, respectivamente. Comparando-se os valores do erro médio encontrado para a potência simulada com os valores obtidos por outros modelos para cálculo de demanda de potência, o modelo desenvolvido apresentou menores valores de erro médio, sendo, então, considerado satisfatório para simular a potência demandada pela máquina. / The harvesting is one of the most important operation of the bean production due to its cost and to the effect on the product quality. The harvesting cost is associated to the power that is necessary to operate the machines used in the process. The objective of this work was to model the power requirement of the bean harvester internal mechanisms. The model was developed using the Mechanical Systems Simulation technique. To develop the model it was used the visualNastran 4D 2001 R2, 6.4 version. The simulated machine was a pull type bean harvester made by MIAC, model Double Master, that works with an axial threshing system. The machine was divided in 147 rigid bodies. The feeding rate was calculated based on the average yield, on the distance between the crop rows, on the number of bean plant rows that were put together forming a row of product to be windrowed, on the machine speed, and on the grain to material-other-than-grain ratio. The simulated mass in the harvester tank was obtained by integrating the rate of harvested product. Field tests were done for model validation. The tests were performed with the machine working with and without load. Torque and speed sensors were installed to measure the power requirement of the machine input power shaft, in the pickup unit shaft and in the bucket elevator. The tests performed with load were done using a red type bean. In the field test it was also measured the speed of the machine using a radar sensor. In each test the mass of the harvested product was measured. The machine input power shaft, the pickup unit and the bucket elevator power with the machine working with no load were 12.50, 1.22 and 0.17 kW, respectively. When harvesting a field with a yield of 1545 kg ha -1 , the machine input power shaft, the pickup unit and the bucket elevator maximum power were 26.94, 2.50 and 0.32 kW, respectively. The maximum harvesting capacity of the machine was 5.46 t h -1 . The average specific energy consumption during the tests was 4.96 kWh t -1 . Comparing the simulated to the experimental results for the machine working with no load, it was found that the errors of the model were 19.91%, 1.55% and 3.21% for the power in the machine input power shaft, the pickup unit and the bucket elevator, respectively. Comparing the simulated results to the experimental ones for the machine harvesting a field with an yield of 1545 kg ha -1 , the errors were 18.18%, 11.16% and 17.04% for the power in the machine input power shaft, the pickup unit and the bucket elevator, respectively. Another set of simulations were performed considering a random variation of the yield of 1500±300 kg ha -1 . Comparing the maximum simulated power using this random input to the experimental maximum power the errors were 20.39%, 16.76% and 13.16% for the power in the machine input power shaft, the pickup unit and the bucket elevator, respectively. Comparing the medium error values found to power requirement with the obtained values in others models to calculation of power requirement, the developed model showed smaller values of medium error, so considered satisfactory to simulate the power requirement by machine. / Dissertação importada do Alexandria

Este trabalho apresenta o Animbs (Animation for MBS), um sistema capaz de visualizar dados gerados por um sistema de simulação de engenharia (SD/FAST) na forma de animações por computador. SD/FAST é um sistema utilizado para o modelamento e a simulação de sistemas mecânicos multicorpos (MBS). O sistema Animbs permite a associação de uma geometria ao MBS sendo simulado e utiliza os dados produzidos pela simulação do SD/FAST para criar uma animação do comportamento do sistema mecânico e, dessa forma, melhorar a análise de dados feita pelos usuários do SD/FAST. / This work presents Animbs (Animation for MBS), a software that enables the visualization of data generated by an engineering simulation system (SD/FAST) in the form of computer animation. SD/FAST is a system for modeling and simulation of multibody systems (MBS). The Animbs system allows the association of a geometry to the MBS being simulated, and uses the data produced by the SD/FAST simulation to create an animated view of the MBS behavior, thus providing support for enhanced data analysis by users of SD/FAST.

Estágio realizado na TNL e orientado pelo Eng.º Nuno Silva / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-31T17:00:27Z No. of bitstreams: 1 149070.pdf: 3222717 bytes, checksum: 95edd262aac10c73a86b93cd715b31a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-31T17:00:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149070.pdf: 3222717 bytes, checksum: 95edd262aac10c73a86b93cd715b31a0 (MD5) Previous issue date: 1978-08 / Estudo básico analítico-experimental para um projeto de um mecanismo articulado para manipulação remota. Foi analisado um mecanismo articulado por juntas esféricas e paralelamente foi desenvolvido um protótipo. É apresentada a solução do problema de estabilidade da junta esférica e é proposto um modelo matemático para descrever o atrito nas juntas. É também apresentado um modelo matemático para o braço atuando como uma viga engastada horizontalmente em uma extremidade e livre na outra. Foram medidas as deflexões estáticas do protótipo atuando como uma viga engastada. A comparação dos resultados prova a consistência do modelo matemático. / The main concern of this work is to develop a basic experimental-analytic study which aims to design an articulated arm to be used in a remote handling device. An articulated spherical joint system has been idealized and a prototype of this system, developed. A solution to the joint stability problem is proposed as well as the joint friction has its behavior modeled throughout a matematical formulation. The calculational framework considers the overall system as an arm working as an horizontal cantilever beam having one of its ends free. Measurements on the prototype static deflections were performed to prove the consistence of the matematical model proposed.

Este trabalho apresenta o Animbs (Animation for MBS), um sistema capaz de visualizar dados gerados por um sistema de simulação de engenharia (SD/FAST) na forma de animações por computador. SD/FAST é um sistema utilizado para o modelamento e a simulação de sistemas mecânicos multicorpos (MBS). O sistema Animbs permite a associação de uma geometria ao MBS sendo simulado e utiliza os dados produzidos pela simulação do SD/FAST para criar uma animação do comportamento do sistema mecânico e, dessa forma, melhorar a análise de dados feita pelos usuários do SD/FAST. / This work presents Animbs (Animation for MBS), a software that enables the visualization of data generated by an engineering simulation system (SD/FAST) in the form of computer animation. SD/FAST is a system for modeling and simulation of multibody systems (MBS). The Animbs system allows the association of a geometry to the MBS being simulated, and uses the data produced by the SD/FAST simulation to create an animated view of the MBS behavior, thus providing support for enhanced data analysis by users of SD/FAST.

O objetivo desse trabalho foi desenvolver um equipamento destinado a proporcionar a realização de exercícios terapêuticos, baseado numa abordagem sistemática de desenvolvimento de projeto orientado pelo usuário e obter um protótipo funcional. Por meio das técnicas de metodologia de projeto e dos fundamentos gerais de elementos de máquinas desenvolveram-se a fase do projeto conceitual, com interface ao projeto informacional de Souza (2016), e do projeto preliminar direcionado ao desenvolvimento de um protótipo funcional destinado à sustentação e movimentação dos membros superiores de indivíduos com disfunções motoras nos nestes membros. Devido a um conjunto de fatores provenientes dos mais diversos segmentos da sociedade, há uma demanda crescente com relação à atuação das diversas áreas da engenharia, que possam fornecer soluções tecnicamente viáveis e ainda, com um grau de personalização em massa destinadas às aplicações na área da saúde. A área de conhecimento denominada \"Tecnologia Assistiva\" (TA) inserida na área da saúde, atua principalmente no desenvolvimento de órteses, próteses e auxílio à mobilidade, desenhando fronteiras com questões de acessibilidade, com uso e adequação de produtos, bem como na atuação de áreas de habilitação e reabilitação promovendo qualidade de vida e inclusão social de indivíduos com algum tipo de deficiência ou mobilidade reduzida. Nesse trabalho, o uso de ferramentas de metodologia de projeto durante as discussões sobre o projeto informacional e a implementação do projeto conceitual, ambos de caráter interdisciplinar, permitiu estabelecer a interface entre decisões técnicas de engenharia e os requisitos do usuário. O usuário intermediário, responsável pela prescrição e avaliação do protótipo foi representado por uma amostra de terapeutas ocupacionais, que acompanharam o processo de desenvolvimento do projeto até a validação do protótipo funcional. Os resultados obtidos nesse trabalho foram: obtenção de uma lista de requisitos do usuário, que convertida em um conjunto de características técnicas permitiu o desenvolvimento do projeto orientado pelo usuário (Terapeutas Ocupacionais) e construção de um protótipo funcional. O equipamento de apoio aos exercícios terapêuticos proposto apresenta graus de inovação, quando comparado à equipamentos comerciais e patentes, principalmente: adequação à diferentes mobiliários em ambiente hospitalar e doméstico (camas, cadeiras, mesas); melhor processo de compactação do equipamento para armazenagem e transporte, feito por uma única pessoa; exercícios com os membros superiores: uni e bilateral e abertura completa dos membros superior no plano coronal por meio de guias lineares. / This work presented the development of an apparatus whose objective is allow the therapeutic exercises, based on a systematic approach user-oriented design development, and fabricate a functional prototype. Based on design methodology and machine elements theory it was developed the conceptual and the preliminary design phase, based on the informational design phase of Souza (2016), to develop a functional prototype aimed to provide support and movement of the upper limbs of people with motor dysfunction in these members. Due to a range of factors from the various segments of society, there is increasing demand related to the performance of various areas of engineering, that can provide technically feasible solutions and with a degree of mass customization intended for applications in the health area. The knowledge area of \"Assistive Technology\" (AT) is inserted in the health area and acts mainly in the development of prostheses, orthoses and aid mobility, by drawing borders with accessibility issues, using and adjusting products, in addition to acting in habilitation and rehabilitation areas, which promote quality of life and social inclusion of individuals with a disability or reduced mobility. In this work, the use of design methodology tools during the discussion on the informational design and implementation of conceptual design, both interdisciplinary, revealed the interface between technical engineering decisions and user requirements. The intermediate user, responsible for evaluating the prototype was represented by sample occupational therapists, which prescribes and follows up the use of the mechanisms and/or equipment to end users. The main result of this work was a better definition of the user requirements that allowed obtaining design parameters focusing on occupational therapists as well as the development of a functional prototype. The main technical characteristics obtained through of the interactive and iterative processes along the informational, conceptual and preliminary design phases both prototype validation were: compaction of the device (related to storage and use for one or both arms of the user). Besides, the equipment allows possibility of adaptation to different furniture and environments: hospital, clinics, small treatment rooms, domestic bed, and chairs and use; rehabilitation exercises with positions of the upper limbs: uni- and bilateral and total movement of the upper limbs on coronal plane based on linear guides.

A ventilação mecânica pulmonar é a substituição da respiração espontânea de um paciente quando este não realiza ou realiza parcialmente esta tarefa. Esta ventilação é de extrema importância para o tratamento de pacientes em estado crítico em unidades de terapia intensiva e para a manutenção da oxigenação sanguínea durante cirurgias. A ventilação mecânica pulmonar consiste em empurrar os gases para dentro do pulmão de forma controlada, mantendo uma pressão inspiratória ou um volume inspiratório determinado. Além disso, controla o nível de pressão durante a expiração do paciente para manter os alvéolos abertos e dificultar lesões internas. Este trabalho se propõe a caracterizar uma especificação de engenharia para os sistemas de controle de ventilação, se baseando em características fisiológicas do sistema respiratório do paciente saudável e também com patologias conhecidas. São apresentados modelos matemáticos para os sistemas mecânicos responsáveis pela atuação na inspiração e na expiração do paciente, bem como um modelo matemático para o sistema respiratório. Foram desenvolvidos sistemas de controle, baseados no controlador PID, para os principais tipos de modalidades ventilatórias. Os sistemas controlados foram simulados e os resultados são apresentados neste trabalho. Os controles propostos foram implementados em equipamentos de anestesia e UTI projetados na K. Takaoka Ind. Com. Prod. Hosp. LTDA. entre 2008 e 2010 no Brasil, e estão sendo usados hoje nas salas de cirurgia e centros de terapia intensiva pelo Brasil e em alguns países da América do Sul e do Oriente médio. / The mechanical ventilation is the replacement of spontaneous breathing of a patient when it does not perform or partially perform this task. This ventilation is extremely important for the treatment of critically ill patients in intensive care units and for the maintenance of blood oxygenation during surgery. The mechanical ventilation consists in pushing the gas into the lungs in a controlled manner, maintaining a determined inspiratory pressure or inspiratory volume. In addition, it has to control the pressure level during the patients exhalation to keep the alveoli opened and prevent internal injuries. This work aims to characterize an engineering specification for the control systems of ventilation, relying on physiological characteristics of the patient\'s respiratory system on healthy subjects and also subjects with known diseases. Here are presented mathematical models for the mechanical systems responsible for acting on the inspiration and expiration of the patient, as well as a mathematical model for the respiratory system. There were developed control systems, based on the PID controller for the main types of ventilation modes. Controlled systems were simulated and the results are presented in this dissertation. The proposed controls were implemented in anesthesia and intensive care equipments designed in K. Takaoka Ind. Com Prod. Hosp. LTD. between 2008 and 2010 in Brazil, and are being used today in the operating rooms and intensive care centers in Brazil and some countries in South America and the Middle East.

In computer simulation the term \"multibody system\" is usually employed to describe a system of interconnected bodies. Several examples of multibody systems can be found in railway engineering. A wheelset interacting with a track through a contact interface is just one example of practical interest. Modelling mechanical systems in a virtual environment contributes to the understanding of subjects such as dynamic behaviour, stability, durability, wear, fatigue, etc. In the context of a rigid-flexible multibody system mathematically described by a weak-form, the purpose of the present work is to evaluate the contributions due to rigid bodies considering their contact interactions. Inertial contributions due to distribution of mass of a rigid body are fully developed, considering a general pole position associated with a single node, representing a rigid body element. Rodrigues rotation parameters are used to describe finite rotations, by an updated Lagrangian description. Then, the so-called master-surface to master-surface contact formulation is adapted to be used in conjunction with the rigid body element and flexible bodies, aiming to consider their interaction in a rigid-flexible multibody environment. New surface parameterizations are proposed to establish contact pairs, permitting pointwise interaction in a frictional scenario. The proposed formulation is used to represent mechanical systems from different contexts, including a numerical example of the wheel-rail contact interface. The obtained results show the robustness and applicability of the methods. / Em simulação computacional o termo \"sistema multicorpos\" é usualmente empregado para descrever um sistema de corpos interconectados. Diversos exemplos de sistemas multicorpos podem ser encontrados no campo da engenharia ferroviária. Um rodeiro interagindo com a via através de uma interface de contato é apenas um dos exemplos de interesse prático. A modelagem de sistemas mecânicos em um ambiente virtual contribui para o entendimento de assuntos como comportamento dinâmico, estabilidade, durabilidade, desgaste, fadiga, etc. No contexto de um sistema multicorpos rígido-flexível descrito matematicamente por uma forma fraca, o propósito do presente trabalho é avaliar as contribuições devido à presença de corpos rígidos considerando interações de contato. Contribuições inerciais devido à distribuição de massa do corpo rígido são desenvolvidas e apresentadas em totalidade, considerando um polo genérico associado a um único nó, representando o corpo rígido. Parâmetros de rotação de Rodrigues são usados para descrever rotações finitas em uma descrição Lagrangiana atualizada. A formulação de contato master-surface to master-surface é adaptada para ser usada em conjunto com o elemento de corpo rígido e corpos flexíveis, estabelecendo a interação entre esses corpos em um ambiente de simulação multicorpos. Novas parametrizações de superfícies de contato são desenvolvidas para estabelecer os pares de contato, assumindo-se interações pontuais, em um cenário de contato com atrito. A formulação proposta é usada para representar sistemas mecânicos em diferentes contextos, incluindo um exemplo numérico do caso de contato roda-trilho. Os resultados obtidos mostram a robustez e a aplicabilidade dos métodos.

Submitted by Erbet Costa (erbetcosta@gmail.com) on 2017-10-31T19:35:36Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Erbet_Almeida_Costa.pdf: 3538679 bytes, checksum: 101fbb1c3db9a787db3ff1b96e9e5078 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-10-31T19:44:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Erbet_Almeida_Costa.pdf: 3538679 bytes, checksum: 101fbb1c3db9a787db3ff1b96e9e5078 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T19:44:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Erbet_Almeida_Costa.pdf: 3538679 bytes, checksum: 101fbb1c3db9a787db3ff1b96e9e5078 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia - Fapesb. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma estratégia de controle preditivo com garantia da estabilidade nominal, aplicável a sistemas com polos estáveis distintos e integradores repetidos. A lei de controle, livre de erro de regime permanente, é obtida dentro de um problema de otimização em uma camada através da utilização de um modelo em espaço de estados de ordem mínima baseado na resposta ao degrau do sistema. A estabilidade do sistema em malha fechada é alcançada adotando o horizonte de predição infinito e uso de um conjunto apropriado de restrições terminais suavizadas. O método proposto é experimentado através da simulação nos sistemas Barra e Bola e Prato e Bola considerando os cenários servomecanismo e de atenuação de distúrbios e, também, desassociação entre a planta e o modelo, incluindo o caso não-linear. Os resultados mostram não apenas a efetividade do controlador proposto no sentido da teoria de estabilidade e convergência, mas também apontam para uma questão fundamental do ponto de vista prática, a saber, a garantia de factibilidade do problema de otimização.