Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-05-03Bitstream added on 2014-06-13T18:47:26Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_ma_dr_ilha.pdf: 1890302 bytes, checksum: bef84d438d9bf156cb579169a5364cf3 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho propõe duas novas metodologias para identificação de danos estruturais aplicados aos sistemas de monitoramento de integridade estrutural. Essas metodologias utilizam somente os sinais de respostas dos transdutores piezelétricos colados na estrutura a ser monitorada. A primeira utiliza o princípio da impedância eletromecânica, sem necessidade de cálculo da resposta em frequência, nem da EMI, pois a análise é realizada a partir dos sinais de resposta dos PZT diretamente no domínio do tempo. Nessa metodologia, transdutores do tipo PZT são colados à estrutura a ser monitorada enquanto um sinal de excitação em uma faixa de frequência apropriada excita o conjunto PZT/estrutura. Um mesmo PZT é usado tanto para excitar a estrutura (atuador) quanto para receber os sinais de resposta da estrutura (sensor). A identificação de possíveis danos estruturais é realizada através de técnicas de processamento de sinais tais como: scores, pesos e pesos rotacionados calculados a partir da PCA. São utilizados ainda os coeficientes do modelo AR. A segunda metodologia é baseada no princípio da função de coerência, na qual um único PZT é usado para excitar a estrutura (atuador) e outros três transdutores PZT são utilizados para receber os sinais de resposta da estrutura (sensores). Nesta metodologia, diferentes técnicas de processamento de sinais no domínio do tempo foram aplicadas diretamente nos sinais de resposta dos PZT. Para isso, os scores e os pesos foram calculados a partir das componentes principais. Outras técnicas, tais como SSA e filtros de Savitzky-Golay, também foram empregadas. Nas duas metodologias, a análise de detecção de falha é baseada em duas métricas estatísticas consagradas na área de SHM: RMSD e CCDM. A fim de testar as metodologias propostas, testes práticos... / This work presents two novel methodologies for damage detection applied to Structural Health Monitoring systems. The proposed methodologies use only response signals of piezoelectric transducers bonded to the host structure. In the first methodology, the analysis is based on EMI (Electromechanical Impedance), however it isn´t necessary to calculate the Frequency Response Function or EMI itself due analysis is carried out directly in time-domain. For this, the PZT are excited by a signal with a wide frequency range and acts as an actuator and also as sensors to receive the signals. The coefficients for AR models and the scores, loadings and rotated loadings (Principal Components) are calculated directly from the time signals. The second methodology is based on Coherence Function. For this, the single PZT is used as an actuator to excite the structure and other three PZT’s are used as sensors to receive the response signals. The scores and loadings (Principal Components) are calculated directly from the time signals. Some techniques of digital signal processing such as Singular Spectral Analysis e Savitzky-Golay filter have also been used. For both methodologies, the damage detection procedures were conducted using statistics metrics useful: RMSD and CCDM. Practical tests were carried out on different aluminum plates and the results... (Complete abstract click electronic access below)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T15:24:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 272819.pdf: 14074476 bytes, checksum: 3b1aa3e8c8b5c4b8621e4b1f54a97d5e (MD5) / Diversos ensaios são realizados nas etapas de pesquisa e desenvolvimento e nas rotinas de controle de qualidade de compressores de refrigeração. Uma grandeza de extrema importância nesse contexto é a pressão em câmaras de compressão. Acompanhando uma tendência generalizada de miniaturização de produtos, também se tem buscado a miniaturização de compressores e, conseqüentemente, das câmaras de compressão. Isso torna a retroação causada pela instrumentação usualmente empregada na medição em questão incompatível com a elevada confiabilidade metrológica requerida. Realizou-se, no presente trabalho, um estudo aprofundado de princípios de medição de pressão potencialmente aplicáveis a pequenas câmaras de compressão. Tendo esse estudo como base, atacou-se o problema em duas frentes: a análise de disponibilidade de mercado de um transdutor de pressão adequado à aplicação e a análise teórico-experimental da viabilidade de desenvolvimento de um transdutor. Resultou da primeira a seleção de dois transdutores para os quais foi realizada uma análise experimental que identificou limitações dos mesmos. Na segunda frente, aprofundou-se a análise nas tecnologias piezoelétrica e extensométrica. Resultou um protótipo com funcionalidades e comportamento metrológicos promissores, mostrando a viabilidade de desenvolvimento de uma transdutor de características adequadas para a aplicação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:00:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246121.pdf: 23698496 bytes, checksum: ddab55463918d4ace5aa55dcbfdf8979 (MD5) / A determinação do carregamento atuante em um componente estrutural é a maior dificuldade em grande número de problemas industriais e acadêmicos. Em muitos casos, nas mais diversas áreas da engenharia, é comum a adoção de valores estimados de carga, para efeito de projeto e análise. A complexidade aumenta quando o carregamento atuante é multiaxial, ou seja, possui componentes de força e momento em diferentes direções. Este trabalho apresenta os aspectos teóricos e aplicados para o desenvolvimento de transdutores de carregamento, para avaliação das três componentes de força (Fx, Fy e Fz) e das três componentes de momento (Mx, My e Mz). Propõe-se como objetivo projetar, construir e calibrar um transdutor de geometria simples, utilizando materiais e componentes de baixo custo e com boa disponibilidade no mercado. Modelos em elementos finitos foram utilizados para a análise de seis propostas de geometria, em um processo seqüencial de evolução, até a definição e detalhamento da solução final de projeto. Uma bancada foi projetada e utilizada para a calibração de dois transdutores protótipos. Após a calibração, estes foram utilizados em um estudo de caso, na avaliação de um sistema mecânico em condições típicas de operação, para a determinação do carregamento atuante. Neste estudo o histórico de carregamento medido em diferentes pontos do componente, foi utilizado como condição de contorno na modelagem em elementos finitos proposta da estrutura. As regiões identificadas como críticas, foram posteriormente instrumentadas com técnicas de extensometria, para determinação dos níveis de solicitação atuantes. Os valores obtidos nestes ensaios foram então comparados aos resultados obtidos numericamente, para avaliação da qualidade da análise, em cada situação de funcionamento do sistema. Os resultados e conclusões obtidos nas simulações apresentam o potencial de refinamento da análise de tensões em um componente, se comparado à qualidade de resultados obtidos quando o carregamento é apenas estimado. De forma geral, a determinação do carregamento multiaxial atuante permite elevar a complexidade e performance da análise.

Este trabalho aborda o projeto otimizado de transdutores eletro-mecânicos baseados no fenô- meno da piezeletricidade e submetidos a não-linearidade geométrica. Para este m, é proposta uma formulação de equilíbrio para descrever o movimento nito de um corpo piezelétrico e a sua discretização por meio do método dos Elementos Finitos. Problemas de equilíbrio com pontos limites podem ser corretamente simulados com a abordagem de solução proposta, pois questões como a imposição de comprimento de arco em problemas acoplados são discutidas. Diferentes métodos de controle de arco são discutidos e é proposta a consideração do método dos Deslocamentos Generalizados como um tipo de controle de comprimento de arco da família das restrições ortogonais. A formulação de otimização proposta consiste na maximização de componentes do vetor de estado de alguns pontos da estrutura (portas de saída) com restrição de volume e valores de algumas posições do vetor de estado. A análise de sensibilidade proposta, baseada na abordagem adjunta, é su cientemente geral para permitir o projeto de atuadores e sensores e permite a aplicação de condições de contorno essenciais não-homogêneas, como é o caso da diferença de potencial. O método das Assíntotas Móveis Generalizadas (GMMA) é utilizado conjuntamente com a tradicional Programação Linear Sequencial (SLP) para a solução do problema de otimização e suas implementações são discutidas em detalhes. Resultados mostrando a in uência da não-linearidade geométrica e/ou rigidez externa nãolinear no projeto de transdutores piezelétricos são apresentados e discutidos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-16T03:06:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337637.pdf: 10109606 bytes, checksum: 04dbc8753d0d81e519243e7211efb8a4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Os aparelhos auditivos atuais possuem transdutores miniaturizados trazendo grandes desafios para se atingir configurações desejáveis de desempenho, eficiência e custo. Neste sentido, a análise numérica torna-se uma importante ferramenta de projeto para estes transdutores, pois possibilita a avaliação de diferentes configurações de sistemas com menor tempo e custo em comparação com a análise experimental. Além disso, a utilização de modelos numéricos possibilita também a aplicação de algoritmos de otimização de forma a orientar o processo de busca de uma configuração que atenda aos requisitos de projeto. No entanto, neste caso, o modelo numérico do transdutor piezoelétrico é um modelo multi-físico, sendo representados os fenômenos físicos de piezoeletricidade, elasticidade estrutural e propagação acústica. Consequentemente, a modelagem destes transdutores pode ter um alto custo computacional para aplicar técnicas de otimização. Este custo pode ser ainda maior devido a esta análise necessitar da aplicação de modelos acústicos viscotérmicos. Estes modelos são importantes para a análise acústica de pequenas cavidades, mas o custo computacional desses modelos é alto quando a geometria e as condições de contorno são complexas. O principal objetivo deste trabalho é construir modelos numéricos multi-físicos de transdutores piezoelétricos para aparelhos auditivos, a fim de que sejam aplicadas técnicas de otimização. Para atingir este objetivo foram, primeiramente, apresentados, construídos e validados modelos numéricos multi-físicos de transdutores piezoelétricos. Em seguida, foram realizados estudos para redução do custo computacional do modelo multi-físico para a sua aplicação em otimizações paramétricas. Finalmente, com os modelos validados e reduzidos, foram aplicados os métodos de otimização por algoritmos genéticos e Nelder-Mead em otimizações paramétricas simples e otimizações com geometrias mais complexas. Para redução do custo computacional foram aplicados e analisados: modelos acústicos viscotérmicos simplificados; a concentração e interpolação de parâmetros viscotérmicos do modelo; e uma proposta de solução semi-analítica para obter os parâmetros viscotérmicos em geometrias arbitrárias com auxílio de uma equação eikonal modificada.<br> / Abstract : Today s hearing aids have miniaturized transducers, what brings great challenges to achieve desirable configurations of performance, efficiency and cost. In this sense, the numerical analysis becomes an important design tool for these transducers, since it allows the evaluation of different system configurations with less time and cost compared to the experimental analysis. Furthermore, the numerical models also enables the application of optimization algorithms to guide the process of finding a configuration that meets the design requirements. However, in this case, the numerical model of the piezoelectric transducer is a multiphysical model which represents the physical phenomena of piezoelectricity, structural elasticity and acoustic propagation. Consequently, the modeling of these transducers can have a high computational cost to apply optimization techniques. This cost may be even higher because of the requirement for viscothermal acoustic models. These models are important in the acoustic analysis of small cavities, but the computational cost of these models is very high when geometry and boundary conditions are complex. In this work, we aim to build multi-physical numerical models of piezoelectric transducers for hearing aids, so that optimization techniques can be applied. To achieve this goal numerical multi-physical models of piezoelectric transducers were first presented, constructed and validated. Then, studies were conducted to reduce the computational cost of the multi-physical model allowing its application in parametric optimizations. Finally, with the validated and reduced models, the genetic algorithms and Nelder-Mead optimization methods were applied to simple parametric optimizations and optimizations with more complex geometries. To reduce the computational cost were applied and analyzed: simplified viscothermal acoustic models; lumping and interpolation of viscothermal model parameters; and the semi-analytical solution of viscothermal parameters in arbitrary geometries with the aid of a modified eikonal equation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:32:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319131.pdf: 3687123 bytes, checksum: 90178cae5ec7204e458fa3a82a2f6b4a (MD5) Previous issue date: 2013 / Doenças degenerativas da coluna são problemas clínicos frequentemente associados a alterações morfológicas ou disfunções mecânicas da coluna. Várias medições in vitro e in vivo da cinemática da coluna vertebral humana têm sido realizadas na tentativa de quantificar o movimento vertebral de modo que as alterações morfológicas que produzem ou acompanham as desordens na coluna possam ser compreendidas. Mediante a aplicação de carregamentos fisiológicos simulados, estes ensaios biomecânicos in vitro buscam medir o comportamento da coluna na situação normal ou fisiológica, na situação patológica e na situação tratada com implantes ou próteses, para planejar a abordagem cirúrgica mais apropriada e/ou auxiliar no projeto de novos implantes. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um transdutor que possibilite mensurar, em ensaios biomecânicos in vitro, os movimentos relativos entre segmentos adjacentes da coluna vertebral humana. Para essa aplicação, foi desenvolvido um transdutor e um dispositivo mecânico de calibração de movimentos em cada um dos seis graus de liberdade: três translações e três rotações nos eixos ortogonais. O transdutor de deslocamentos desenvolvido é baseado em strain-gages e possui seis clip-gages distribuídos em sua estrutura. O dispositivo de calibração desenvolvido permite aplicar, sobre o transdutor, separadamente, cada um dos seis graus de liberdade que descrevem o movimento de um corpo rígido no espaço. A medição de deslocamento em cada um dos seis clip-gages é obtida através da leitura de sinais elétricos de cada elemento sensor, os quais são diretamente relacionados com o deslocamento, tendo como base a calibração prévia. Foi realizado em CAD um ensaio de simulação dos movimentos realizados pelo transdutor para obter parâmetros de comparação entre o resultado obtido pela calibração e o comportamento real. <br> / Abstract : Degenerative spinal diseases are clinical problems often associated with morphological or mechanical disorders of the spine. Several in vitro and in vivo measurements of the kinematics of the human spine have been performed in an attempt to quantify the vertebral motion so that the morphological changes that produce or accompanying disorders column can be understood. By applying simulated physiologic loads, these in vitro biomechanical tests aim to measure the behavior of the spine in physiological or pathological condition, in condition treated with implants or prostheses, to plan the most appropriate surgical approach and/or assist in project of new implants. In this context, the goal of this work is the development of a transducer which makes possible to measure relative motion between two spinal segments in in vitro biomechanical tests. For this application, was developed a transducer and a mechanical device for the calibration of the motions in each one of six degrees of freedom: three translations and three rotations on orthogonal axes. The developed displacement transducer was based on strain-gages and has six clip-gages distributed throughout its structure. The calibration device allows to apply over the transducer separately each one of the six degrees of freedom of a rigid body in three-dimensional space. The displacement in each of the six clip-gages is obtained by reading of electrical signals from each sensing element. The calibration guarantees the direct correspondence between an electrical signal and a displacement, based on the previous calibration. CAD simulations of transducer movements were performed to collect parameters in order to compare the calibration and the real behavior.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-02Bitstream added on 2014-06-13T19:44:41Z : No. of bitstreams: 1 teodoro_ecm_dr_guara.pdf: 1230333 bytes, checksum: 8cbe62890a6531d8268e78270ab4cb42 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Atualmento, o andar humano é o padrão de locomoção mais investigado. Uma marcha normal depende de um funcionamento adequado do sistema locomotor, em todos os seus níveis. Mediante a presença de uma marcha anormal, muitas vezes torna-se necessária a utilização de dispositivos auxiliadores, sendo a bengala o mais utilizado. Dentre as suas várias utilidades, encontra-se uma possível redução das pressões plantares em regiões específicas dps pés, durante a caminhada. Devido a escassez de estudos que envolvem a correlação entre as pressões plantares e as forças aplicadas na bengala durante a caminhada, o objetivo do presente estudo foi construir um protótipo capaz de mensurar as pressões plantares durante a marcha de sujeitos, com e sem a utilização de uma bengala em três alturas diferentes, ou seja, na altura preconizada, cinco centímetros acima desta e cinco centímetros abaixo. Trata-se de um estudo transversal analítico que foi constituído por 15 sujeitos hígidos. sendo 13(86,7%) do gênero... / Currently, the human walking is the most investigated pattern of locomotion. A normal gait depends on a proper functioning of the locomotor system at all levels. By the presence of an abnormal gait, often becomes necessary the use of assistive devices, being the cane the most utilized. Among its many uses, it is found a possible reduction of plantar pressures in specific regions of the foot during walking. Due to the lack of studies involving the correlation between plantar pressures and forces appplied to the cane during the walk, the aim of this study was to build a prototype able to measure plantar pressures during the gait of individuals, with and without the use of a cane at three different heights, at the recommended height, five centimeter above it and five centimeters below. It is a cross-sectional analysis consisted of 15 healthy individuals, being 13 (86,7%) females and 2 (13.3%) males. At first, they walked two times in a corridor of about five meter long, using a sensorized sandal in each foot ... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-11Bitstream added on 2014-12-02T11:20:53Z : No. of bitstreams: 1 000800354.pdf: 2158636 bytes, checksum: 30cb8216f1fbaa6275408b282df9f779 (MD5) / Neste trabalho, apresenta-se uma ferramenta para descrição automática de TEDS (Transducer Electronic Data Sheet), facilitando a configuração de transdutores em uma rede de sensores inteligentes de acordo com o padrão IEEE 1451. As TEDS são tabelas virtuais definidas no padrão IEEE 1451, que contém a descrição dos transdutores. No desenvolvimento desta ferramenta, denominada de TEDS-EASY, utilizou-se a linguagem de programação web JSP (Java Server Pages) e sistema de banco de dados PostGreeSQL. Utilizou-se também a UML (Unified Modeling Language) para realizar a modelagem do projeto. Foram realizados testes com o sistema TEDS-EASY, a fim de validar as TEDS geradas por meio de descrições manuais e descrições encontradas na literatura, comparando com a descrição obtida ao utilizar a ferramenta de descrição de TEDS apresentada neste trabalho / This work presents a tool for automatic description of TEDS (Transducer Electronic Data Sheet), facilitating the configuration of transducers on a network of smart sensors according to the IEEE 1451 standard.'s TEDS are virtual tables defined in the IEEE 1451 standard containing the description of the transducers. In developing this tool called TEDS-EASY used the language of web programming JSP (Java Server Pages) and database system PostgreSQL database. We also used the UML (Unified Modeling Language) to perform the modeling project. Tests with TEDS-EASY system were performed in order to validate the TEDS generated through manual descriptions and descriptions found in the literature, comparing with the description obtained when using the tool for describing TEDS show in this project

Este trabalho aborda o projeto otimizado de transdutores eletro-mecânicos baseados no fenô- meno da piezeletricidade e submetidos a não-linearidade geométrica. Para este m, é proposta uma formulação de equilíbrio para descrever o movimento nito de um corpo piezelétrico e a sua discretização por meio do método dos Elementos Finitos. Problemas de equilíbrio com pontos limites podem ser corretamente simulados com a abordagem de solução proposta, pois questões como a imposição de comprimento de arco em problemas acoplados são discutidas. Diferentes métodos de controle de arco são discutidos e é proposta a consideração do método dos Deslocamentos Generalizados como um tipo de controle de comprimento de arco da família das restrições ortogonais. A formulação de otimização proposta consiste na maximização de componentes do vetor de estado de alguns pontos da estrutura (portas de saída) com restrição de volume e valores de algumas posições do vetor de estado. A análise de sensibilidade proposta, baseada na abordagem adjunta, é su cientemente geral para permitir o projeto de atuadores e sensores e permite a aplicação de condições de contorno essenciais não-homogêneas, como é o caso da diferença de potencial. O método das Assíntotas Móveis Generalizadas (GMMA) é utilizado conjuntamente com a tradicional Programação Linear Sequencial (SLP) para a solução do problema de otimização e suas implementações são discutidas em detalhes. Resultados mostrando a in uência da não-linearidade geométrica e/ou rigidez externa nãolinear no projeto de transdutores piezelétricos são apresentados e discutidos.

Orientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Co-orientador: Tércio Alberto dos Santos Filho / Banca: Erica Regina Marani Daruichi Machado / Banca: Dalton Matsuo Tavares / Resumo: Neste trabalho, apresenta-se uma ferramenta para descrição automática de TEDS (Transducer Electronic Data Sheet), facilitando a configuração de transdutores em uma rede de sensores inteligentes de acordo com o padrão IEEE 1451. As TEDS são tabelas virtuais definidas no padrão IEEE 1451, que contém a descrição dos transdutores. No desenvolvimento desta ferramenta, denominada de TEDS-EASY, utilizou-se a linguagem de programação web JSP (Java Server Pages) e sistema de banco de dados PostGreeSQL. Utilizou-se também a UML (Unified Modeling Language) para realizar a modelagem do projeto. Foram realizados testes com o sistema TEDS-EASY, a fim de validar as TEDS geradas por meio de descrições manuais e descrições encontradas na literatura, comparando com a descrição obtida ao utilizar a ferramenta de descrição de TEDS apresentada neste trabalho / Abstract: This work presents a tool for automatic description of TEDS (Transducer Electronic Data Sheet), facilitating the configuration of transducers on a network of smart sensors according to the IEEE 1451 standard.'s TEDS are virtual tables defined in the IEEE 1451 standard containing the description of the transducers. In developing this tool called TEDS-EASY used the language of web programming JSP (Java Server Pages) and database system PostgreSQL database. We also used the UML (Unified Modeling Language) to perform the modeling project. Tests with TEDS-EASY system were performed in order to validate the TEDS generated through manual descriptions and descriptions found in the literature, comparing with the description obtained when using the tool for describing TEDS show in this project / Mestre