Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The assessment of pedal forces is one of the more sophisticated methods applied on the sports sciences to accomplish cycling performance tests. With information of pedal forces the pedaling technique is evaluated based on the ability of the cyclists to produce and apply forces on the pedals. Several variables concerning the performance can be monitored with the application of instrumented pedals, but there is a lack of studies that consider the differences between the lower limbs on the force generation, what can occur due instrumentation limitation on the laboratories because the instrumented pedal are not commercial available and it is manufactured by research laboratories. The purpose of this study was to develop an instrumented pedals system that permit the evaluation of the pedal forces for each lower limb, with characteristics that no modify the normal pattern of pedaling and able to be used on different bicycle geometries and cycle ergometers. For the instrumentation, spindles of two (right and left) Shimano SPD pedals were modified to mounting 8 strain-gage sensors on each spindle, disposed on two rows and connected on two Wheatstone complete-bridges to measure strain in response to horizontal (Fx, tangential bridge) and vertical loads (Fz, normal bridge). With the spindles mounted on the pedal body, a piece for connection with the crank was manufactured. These pieces (right and left) are the house for ball bearings that permit the movement of the pedal relative to crank and not commit the strain-gages wires. These pieces permit the application of the pedal on different bicycles and cycle ergometers. The system was calibrated and presents a linear relationship between the load applied and the signal output from the full-bridges that monitor the horizontal and vertical efforts on the spindles. A calibration matrix was developed to transform the output signal to force magnitudes, and also an interference matrix was mounted to correct the mechanical interference between the horizontal and vertical measures. For the two pedals, the hysteresis was lower than 0,60%. For the right pedal, the sensitivity of the normal bridge was 2.5 mV/N, the tangential bridge present sensitivity of 2.6 mV/N. The left pedal presents a sensitivity of 2.4 mV/N and 2.7 mV/N for normal and tangential bridges, respectively. The resolution of the system was, for both pedals, lower than 0.5 N, while the error calculated from the calibrated data was 1% for the right normal bridge and 2% for the right tangential bridge and left normal and tangential bridges. It can be concluded that the system present characteristics that permits the application on the athlete s evaluations due the low error, satisfactory resolution and good linearity observed between the applied loads and the signal output on the normal and tangential full-bridges. / A medida das forças envolvidas na pedalada é uma das mais sofisticadas metodologias aplicadas nas ciências do esporte para avaliação da técnica de pedalada. A técnica de pedalada é avaliada com base na habilidade dos ciclistas em produzir e aplicar força aos pedais. Diversas variáveis de controle de desempenho podem ser monitoradas com a aplicação de pedais instrumentados. No entanto, observa-se que um pequeno número de estudos considera as diferenças entre os membros na capacidade de gerar força, o que possivelmente ocorre devido a limitações de instrumentação, pois pedais instrumentados são normalmente unilaterais e construídos por laboratórios de pesquisa, não sendo disponíveis comercialmente. O objetivo deste estudo foi desenvolver um sistema de pedais instrumentados que possibilitem o monitoramento das forças aplicadas nos pedais direito e esquerdo, com características que não modifiquem o padrão normal de movimento e que possam ser utilizados em diferentes bicicletas e ciclo ergômetros. Para a instrumentação, os eixos dos pedais (direito e esquerdo) modelo Shimano SPD para ciclismo mountain-bike foram modificados a fim de que fossem montados 8 extensömetros em cada eixo e dispostos em duas colunas e conectados em duas pontes de Wheatstone completas, sendo uma para o monitoramento da deformação do eixo decorrente da força aplicada no sentido horizontal e outra para medir a deformação decorrente das forças aplicadas no sentido vertical ao plano do pedal. Com o eixo fixo ao corpo do pedal, uma peça foi especialmente desenvolvida para abrigar rolamentos que permitem a conexão e o movimento relativo do pedal com o pé-de-vela, a fim de permitir a montagem dos fios dos extensômetros. Esta peça permite o uso do sistema de diferentes bicicletas e ciclo ergômetros. O sistema foi calibrado e apresentou relação linear entre as cargas aplicadas e as tensões de saída nas pontes de Wheatstone que monitoram esforços horizontais e verticais em ambos os pedais. Uma matriz de calibração foi desenvolvida para a conversão das tensões em magnitudes de força, assim como uma matriz de interferência foi montada para corrigir o acoplamento entre as medidas verticais e horizontais devido ao desalinhamento entre os sensores. Para ambos os pedais a histerese foi menor que 0,6%. Para o pedal direito, a sensibilidade na ponte normal foi de 2,5 mV/N e na ponte tangencial foi de 2,6 mV/N. Para o pedal esquerdo a sensibilidade foi de 2,4 mV/N e 2,7 mV/N para a ponte normal e tangencial respectivamente. A resolução do sistema, para ambos os pedais, foi sempre menor que 0,5 N, enquanto que o erro estimado a partir da matriz de calibração foi de 1% para a ponte normal direita e 2% para a ponte tangencial direita, e pontes normal e tangencial esquerdas. Conclui-se que o sistema apresentou características estáticas que permitem sua aplicação prática na avaliação de atletas devido ao baixo erro, satisfatória resolução e linearidade observada entre as cargas aplicadas e as tensões de saída nas pontes tangenciais e normais.

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This work uses different size of strain gages (Gage Grid Length: 10mm, 1mm, 0.2mm) to measure the stress distributions of metal (Al 6061-T6) and composite (laminates of [0/+45/90/-45]2S and [0/90]4S layers ) with a central circular hole and a crack. Both the SCF (Stress Concentration Factor) and SIF (Stress Intensity Factor) are found to consider the stress scatteredness of experimental data in contrast to micro- mechanics. To understand the strain gage size effect is our main purpose in measuring both types of materials. The size effect of strain gage we find appears obviously in the measuring position with stress changing significantly. We find that the size of strain gage is bigger; the error of stress is higher. Analyzing the stress scattering around a central circular hole, we obtain the experimental result that the stress will first reduce drastically from central circular hole edge and then keep uniform. In analysis of the stress scattering around the crack tip, we observe that first stress rises quickly from the specimen¡¦s free edge to the top of crack tip with a maximum value, and the stress keeps a nominal value in the specimen central part. Comparing the empirical result of SCF and SIF, we find that the data of 0.2mm of strain gage close to the theoretical solution, while those of 1mm and 10mm strain gages appear inexact in measuring and calculating SCF and SIF.

Orientador: José Ricardo de Arruda Miranda / Resumo: Atividades motoras gástricas e intestinais representam um complexo grupo de funções essenciais à vida, sendo o estudo de suas características objeto de grande interesse da comunidade científica. Estudos sobre essas atividades foram intensificados em decorrência da elevada prevalência de indivíduos com sintomas atribuíveis às anormalidades dessas funções. Além disso, uma vez que os mecanismos das disfunções motoras do trato gástrico e intestinal ainda não se acham plenamente esclarecidos, faz-se necessária a busca de novas abordagens. Várias metodologias têm sido empregadas na avaliação dos parâmetros contráteis da motilidade gástrica e intestinal – uso de strain gage, métodos barométricos, elétricos e cintilográficos. A biosusceptometria de corrente alternada é um método alternativo eficaz e que apresenta grandes vantagens em relação aos demais e nesse trabalho foi comparada a técnicas consideradas padrão na avaliação da oscilação tônica do estômago e dos diferentes trechos do intestino delgado. Os resultados apresentaram valores fortemente correlacionados e concordantes entre si, permitindo quantificar a atividade tônica e o espectro de frequências predominantes nos diferentes segmentos do intestino delgado. Este trabalho aplicou uma metodologia eficiente na avaliação da oscilação tônica do estômago e do espectro de frequências predominantes no duodeno, jejuno e íleo. / Doutor

The masters thesis is focused on design of the device for measurement of the aerodynamic forces and moments acting on radiators mounted in the wind tunnel test section. The thesis also includes the analysis of the aerodynamic drag which is produced by radiators and the LabView application software development.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Tensões residuais são uma das principais causas de falhas em componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação. O objetivo do trabalho foi medir as tensões residuais presentes em um tubo quadrado soldado por resistência elétrica de alta frequência e caracterizar microestruturalmente o seu material. Para a caracterização, foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa. Para a medição das tensões residuais, foi utilizado o método do furo cego, baseado na norma ASTM E837-08, onde rosetas (strain-gages) são coladas à peça para medir as deformações geradas devido à usinagem de um pequeno furo no local de medição. As deformações foram associadas às tensões residuais através de equações baseadas na Lei de Hooke. A caracterização revelou uma microestrutura composta basicamente de ferrita e perlita, típica de aços com baixo teor de carbono, corroborando com a especificação fornecida pelo fabricante. As tensões residuais encontradas foram trativas e mostraram-se elevadas, com alguns valores acima do limite de escoamento do material. / Residual stresses are one of the main failure causes in mechanical components submitted to manufacture process. The aim of this work was to measure the residual stresses present in a seame welded tube welded using a high frequency electrical resistance and to microstruturally characterize its material. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and quantitative chemical analysis techniques were used for the characterization. The hole-drilling method was applied obeying the ASTM E837-08 norm to measure the residual stresses, where strain-gages are glued to the sample to measure the deformations caused due to the machining of a small hole in the measurement point. The deformations were linked to the residual stresses using the Hookes Law equations. The characterization basically showed a composite microstructure of ferrite and perlite, tipical in lowcarbon steels, as the specification supplied by the manufacturer. The residual stresses found were tensile and high, with some values above the material yield strength.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Tensões residuais são uma das principais causas de falhas em componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação. O objetivo do trabalho foi medir as tensões residuais presentes em um tubo quadrado soldado por resistência elétrica de alta frequência e caracterizar microestruturalmente o seu material. Para a caracterização, foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa. Para a medição das tensões residuais, foi utilizado o método do furo cego, baseado na norma ASTM E837-08, onde rosetas (strain-gages) são coladas à peça para medir as deformações geradas devido à usinagem de um pequeno furo no local de medição. As deformações foram associadas às tensões residuais através de equações baseadas na Lei de Hooke. A caracterização revelou uma microestrutura composta basicamente de ferrita e perlita, típica de aços com baixo teor de carbono, corroborando com a especificação fornecida pelo fabricante. As tensões residuais encontradas foram trativas e mostraram-se elevadas, com alguns valores acima do limite de escoamento do material. / Residual stresses are one of the main failure causes in mechanical components submitted to manufacture process. The aim of this work was to measure the residual stresses present in a seame welded tube welded using a high frequency electrical resistance and to microstruturally characterize its material. Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and quantitative chemical analysis techniques were used for the characterization. The hole-drilling method was applied obeying the ASTM E837-08 norm to measure the residual stresses, where strain-gages are glued to the sample to measure the deformations caused due to the machining of a small hole in the measurement point. The deformations were linked to the residual stresses using the Hookes Law equations. The characterization basically showed a composite microstructure of ferrite and perlite, tipical in lowcarbon steels, as the specification supplied by the manufacturer. The residual stresses found were tensile and high, with some values above the material yield strength.

The objectives of this research are to measure residual stress in both unblasted and sandblasted mild steel specimens by using three different techniques: X-ray diffraction (XRD), strain-gage hole drilling (SGHD), and electronic speckle pattern interferometry (ESPI) hole drilling, and to validate the new ESPI hole drilling method by comparing its measurement results to those produced by the SGHD method. Both the XRD and SGHD methods were selected because they are accurate and well-verified approaches for residual stress measurements. The ESPI hole drilling technique is a new technology developed based on the SGHD technique, without the use of strain gage. This technique is incorporated into a new product referred to as the PRISM system, manufactured by Hytec, Incorporated, in Los Alamos, New Mexico. Each method samples a different volume of material at different depths into the surface. XRD method is especially different compared to the other two methods, since XRD only measures stresses at a depth very close to the surface (virtually zero depth). For this reason, no direct comparisons can be made between XRD and SGHD, as well as between XRD and ESPI hole drilling. Therefore, direct comparisons can only be made between SGHD and ESPI hole drilling methods.

Propiciado pela construção de uma pista experimental inteiramente instrumentada com medidores de deformação e de temperatura na Cidade Universitária, este trabalho buscou o entendimento de inúmeros fatores intervenientes no desempenho do whitetopping ultradelgado, recente técnica de manutenção de pavimentos asfálticos com a utilização de delgadas placas de concreto, sob tráfego característico urbano, em condições tipicamente tropicais de uso, sobre uma pequena espessura de concreto asfáltico remanescente de fresagem. Com o intuito de nortear o problema em questão, além da revisão bibliográfica, foram realizados levantamentos periódicos das condições estruturais e funcionais deste pavimento; leituras contínuas de temperaturas e deformações obtidas por meio de um sistema automatizado de captação de dados junto aos instrumentos colocados no interior das placas; caracterização dos gradientes térmicos presentes nas placas durante as diferentes estações climáticas do ano. Foram realizadas provas de carga, estáticas e dinâmicas, com intuito de verificar os reais níveis de deformação aos quais as placas estariam sujeitas quando da interação com o tráfego; posteriormente, realizou-se modelagem numérica por meio de um programa de elementos finitos objetivando uma comparação com os dados obtidos nas provas de carga, analisando inclusive o posicionamento da linha neutra neste pavimento composto. Por fim, em uma sucinta abordagem sobre as deflexões antes e depois da execução do whitetopping ultradelgado, observou-se o tipo de comportamento estrutural do pavimento nas condições em que o experimento foi realizado. Ao término da pesquisa, inferiu-se que os gradientes térmicos dependem de vários fatores climáticos que não somente a temperatura ambiente, importando também a irradiação solar, o número de horas de sol, a velocidade de crescimento e decréscimo da temperatura ambiente; os gradientes térmicos encontrados não são importantes para o acréscimo nos níveis de tensões nas placas, não alterando assim a vida à fadiga do whitetopping ultradelgado, considerada a magnitude destes gradientes, as diminutas dimensões das placas e ainda a presença de aderência na interface concreto e concreto asfáltico. Em provas de carga, concluiu-se que os valores de tensões obtidos em campo mantêm grandezas semelhantes com os provenientes de modelos numéricos e ainda observou-se o vasto potencial de utilização das provas dinâmicas. Dado o excelente desempenho observado nas condições do experimento, mesmo com as placas aderidas a uma delgada camada asfáltica, fator que diferentemente do relatado no exterior não comprometeu o desempenho, não foi possível fazer uma avaliação em termos funcionais do desempenho deste tipo de pavimento. Verificou-se a significativa redução nas deflexões após a execução das placas, visualizando inclusive a transferência de cargas entre sucessivas placas, quando mantida a integridade estrutural das demais camadas do pavimento. / In this work, several factors affecting behavior and performance of ultra-thin whitetopping were evaluated taking advantage of a full scale experimental pavement, restored by applying such technique. Temperatures and thermal gradients in concrete thin slabs were evaluated by almost one year, comprising al the seasons. Load tests were carried out to allow strains measurements on concrete as well to define the deflection basins on whitetopped pavements. The experimental research has permitted to verify the dependence of thermal gradients on air temperature and solar radiation among other factors. It was observed that the thermal gradients practically do not affect behavior of the thin slabs. Stresses received from load tests compared to finite element generated stresses shown to maintain a good and closed relation. Due to good performance observed along the experiment it became not possible to establish patterns of functional performance. Expressive decrease of deflection level was observed over concrete overlays allowing to infer some load transfer on joints when the slabs are to be laid over non distressed old asphalt pavements.

nÃo hà / O objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um sensor capacitivo de umidade e a calibraÃÃo do mesmo utilizando o mÃtodo gravimÃtrico e a cÃlula de carga. Para simular um capacitor com caracterÃsticas prÃximas Ãs dos comercialmente vendidos, isolaram-se as placas com verniz bi-componente, do tipo utilizado para isolamento de motores de carro. A isolaÃÃo alcanÃada, medida pelo multÃmetro, foi da ordem de 106 W. O sensor fez parte de um oscilador RC implementado utilizando-se o circuito integrado (CI) 74LS122 como âmultivibradorâ. A saÃda do circuito RC foi inserida em um divisor de freqÃÃncia. Foi feito uso do contador de pulsos TC4040 e de um similar HEF4040, a fim de verificar as respectivas formas de onda de saÃda. O segundo apresentou uma resposta mais uniforme e a forma de onda quadrada, jà o primeiro apresentou uma forma de onda de saÃda um pouco discrepante, tendendo para uma onda triangular, mas nÃo uniformemente. O circuito foi instalado na placa do sensor com o intuito de minimizar a influÃncia da capacitÃncia inerente aos cabos. O monitoramento dos dados e a calibraÃÃo do sensor foram efetuados durante sessenta e trÃs dias, sendo verificados quatro vezes ao dia e com trÃs leituras. A temperatura foi tambÃm monitorada dessa forma. Para tal, foram empregados dois sistemas. O primeiro foi instalado em um tubo de PVC de 2", contendo solo seco ao ar posteriormente saturado, e monitorou-se a drenagem de Ãgua por meio da pesagem em uma balanÃa de precisÃo. No segundo sistema, foram instalados trÃs sensores em uma caixa contendo solo Ãmido e a calibraÃÃo do sensor foi obtida por intermÃdio da cÃlula de carga. O tempo de resposta foi conseguido usando o sistema de PVC, cuja Ãgua foi drenada; efetuou-se novamente a saturaÃÃo do sistema com Ãgua, e verificou-se com um sistema de aquisiÃÃo de dados a resposta do sensor, que foi da ordem de segundos. Os fatores que influenciaram a resposta do sensor foram avaliados, concluindo-se que a temperatura influencia, porÃm nÃo de maneira tÃo significativa quanto a umidade do solo. Os nÃveis de significÃncia para a umidade foram de atà 0,01 % contrastando com os da temperatura de somente 7 %. VÃlido para todos os sensores, inclusive a cÃlula de carga. O modelo estatÃstico que mais se adequou à resposta dos sensores foi a regressÃo mÃltipla polinomial. / The development of a capacitive sensor based on dielectric characteristics of soil was carried through this work. The sensor was designed as a probe. A fiberglass circuit board was chosen to simulate a parallel plate capacitor. To simulate a capacitor with characteristics similar to the ones commercially sold, within electrical isolation, the plates were isolated by varnish of the type used for isolation of car engines. A value of 106 W of the insulation was measured by a multimeter. The sensor was part of an oscillator RC provided by an integrated circuit to perform the oscillator, the 74LS122 a multivibrating oscillator which gave better responses. The RC circuit output was the input of a frequency divider. The IC TC4040 and HEF4040 both similar counters were used in order to verify the output wave forms. The second one provided a uniform and square waveform, although the first one provided an output waveform tending to triangular. The circuit was printed on the plate of the sensor in order to minimize the influence inherent wire capacitance. The data acquisition, monitoring and the probe calibration had been acquired daily, four times a day and with three readings for sixty three days. The temperature also was monitored this way for both systems. The first one installed in a 2" PVC pipe filled with air dry soil, the water drainage was monitored by weighting. In another system had been installed three sensors in a box full filled by humid soil. The calibration of the sensor was supplied by the strain gage. The time response was obtained using the PVC system, whose water was drained, the soil submitted to saturation again and data were acquired by a microprocessor-based system of data acquisition supplying an output of seconds. The factors that had influenced the sensor output had been evaluated, concluding that the temperature influences however not in so significant way as moistures. The moisture significance levels had been of up to 0,01 % contrasting with the ones of the temperature 7 %. This was valid for all the sensors and also strain gage. The statistical models that more fitted the sensors output were the multiple regression followed by the polynomial regression.