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AbstractA novel methodology to evaluate railway track support conditions is currently being developed. This methodology is based on modal analysis of the multi-element system composed by the railway infrastructure and an instrumented railway vehicle. It belongs to the group of vibration-based structural damage identification methods and is focused on observing the characteristic frequencies of this multi-element system, which can be related with changes in the physical properties of the railway infrastructure. As opposed to other vehicle-based track monitoring methods, the proposed methodology should enable condition assessment of the railway infrastructure subgrade, an element that is often neglected during railway monitoring operations. Since this methodology is vehicle-based, it can be used to assess the entire extension of a railway infrastructure to gather data regarding the support conditions of the track. It can also assess the evolution of track support conditions over time by comparing different rides over the same railway stretch. An important aspect of this methodology that still lacks validation is the topic of characterizing track support conditions of a railway infrastructure through its natural frequencies. The suitability of the theoretical model behind this methodology is another aspect that needs to be assessed. Numerical simulations tests using the multibody simulation software Simpack® are currently being performed to address both topics. This paper describes some of the simulations performed in this context, including a description of the numerical models used. The obtained results support the selected theoretical model and the overall validity of the proposed methodology.

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This paper presents the design and compares the performance of linear, decoupled and direct power controllers for three-phase matrix converters operating as Unified Power Flow Controllers (lIPFC). A simplified steady-state model of the matrix converter based UPFC (MC-UPFC) fitted with a modified Venturini high frequency PWI\I modulator is first used to design the linear controllers for the transmission line active (P) and reactive (Q) power. ln order to minimize the resulting cross-coupling between P and Q power control, decoupled linear controllers (DLC) are synthesized using inverse dynamics linearization. Direct power controllers (DPC) are then developed using sliding mode control techniques, in order to guarantee both robustness and decoupled control. The designed P and Q power controllers are compared using simulations and experimental results. Linear controllers show acceptable steady-state behavior but still exhibit coupling between P and Q powers in transient operation. DLC are free from cross-coupling but are parameter sensitive. Results obtained by DPC show decoupled power control with zero error tracking and guarantee faster responses with no overshoot and no steady-state error. Ali the designed controllers were implemented using the sarne digital signal processing (DSP) hardware.

O processo de medição de espessuras e de densidades superficiais de sedimentos depositados em modelos físicos tem sido motivo de investigação, conhecendo-se alguns métodos para o efeito, mas todos eles exibindo limitações sérias, em especial quando se pretendem medir depósitos em camada fina, isto é, com poucos milímetros de espessura. O presente estudo refere-se a um método para realizar este tipo de medição, baseado na variação de resistência elétrica entre elétrodos que fiquem cobertos com a camada de sedimentos. Pretende-se aplicar um método de medição que não perturbe o processo de sedimentação, com sensibilidade para medição de camadas finas (até 1cm) de sedimento, que permita a medição ao longo do tempo, robusto aos efeitos eletroquímicos da água e robusto às perturbações do meio (variação de temperatura, salinidade e nível da água). Inicialmente é feito um resumo sucinto do estado de arte dos métodos de medição de sedimentos, com a descrição das vantagens e limitações de cada um e salientando a sua aplicabilidade à medição de sedimentos em camadas finas. Segue-se uma descrição do princípio de medição adoptado, identificam-se diversos fatores de influência que, na abordagem convencional, perturbam ou dificultam a medição pretendida, propondo-se soluções para os compensar ou os retirar da cadeia de transdução. É feita uma descrição do circuito eletrónico desenvolvido que permite implementar o método de medição proposto. Finalmente são apresentados os resultados de um estudo experimental feito em protótipo que mostram a viabilidade do método com as inovações introduzidas para superar as limitações do princípio de medição.

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This paper presents a variable speed autonomous squirrel cage generator excited by a current-controlled voltage source inverter to be used in stand-alone micro-hydro power plants. The paper proposes a system control strategy aiming to properly excite the machine as well as to achieve the load voltage control. A feed-forward control sets the appropriate generator flux by taking into account the actual speed and the desired load voltage. A load voltage control loop is used to adjust the generated active power in order to sustain the load voltage at a reference value. The control system is based on a rotor flux oriented vector control technique which takes into account the machine saturation effect. The proposed control strategy and the adopted system models were validated both by numerical simulation and by experimental results obtained from a laboratory prototype. Results covering the prototype start-up, as well as its steady-state and dynamical behavior are presented.

SUMMARY Structural health monitoring is an emergent powerful diagnostic tool that can be used to identify and to prevent possible failures of the various components that comprise an infrastructure. In a suspension bridge, the measurement of the vertical and transversal displacements plays an important role for its safety evaluation. Considering the restrictions usually found on these structures, an enhanced solution comprises a non-contact vision-based measurement system with dynamic response, accuracy and amplitude range well suited to the physical phenomenon to measure. A methodology to perform the vision system calibration is described, which can be carried out in situ, while the deck is moving, requiring little effort and a minimum set of information. The key idea is to use the factorization method to get an initial estimation of the object shape and camera’s parameters, and to incorporate the knowledge about the distances between the calibration targets in a non-linear optimization process to achieve a metric shape reconstruction and optimize the camera’s parameters estimation. Results obtained by numerical simulation experiments are reported, showing the negligible influence of noisy calibration data in the calibration performance and also the robustness of the calibration process on the camera’s parameters estimation. Tests carried out to assess the calibration and tracking of the bridge deck motion showed that, even in an environmental severely affected by noise, it is possible to measure the vertical and transversal displacements of the bridge deck with excellent levels of accuracy.

ABSTRACT: Structural Health Monitoring is an emergent powerful diagnostic tool that can be used to identify and to prevent possible failures of the various components that comprise an infrastructure. In the particular case of a suspension bridge, the measurement of the vertical and transversal displacements plays an important role for its safety evaluation. Taking into account the restrictions usually found on these structures, an enhanced solution comprises a non-contact vision-based measurement system with dynamic response, accuracy and amplitude range well suited to the physical phenomenon to measure. The paper describes a methodology to perform the vision system calibration that can be carried out in-situ, while the deck is moving, requiring little effort and a minimum set of information. Specifically, only a set of active targets fixed on the deck and the knowledge about the distances between them is required. Results related to the performance evaluation, obtained by numerical simulation and by real experiments with a reduced structure model, are presented and they show that, even in an environment severely affected by disturbance noise, it is possible to measure the vertical and transversal displacements with a standard accuracy better than 10 mm.

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Base isolation systems have been proposed for reducing the transmission of seismic forces and energy to buildings when subjected to earthquake loads. Passive devices are ofien prescribed to reduce displacements at the isolation levei but in certain circumstances structural interstorey drifis and absolute accelerations can increase. This work explores the use of semi-active devices whose input is obtained from an output nonlinear control law resulting from the transformation of the nonlinear system into a linear one which is then controlled bya proportional controller. Within this nonlinear feedback control strategy the whole system formulation is considered for deriving the control law. A two degree of freedom experimental model representative of a typical base isolated building, currently under development at LNEC, is used as an example to evaluate the ( performance of the proposed strategy when subjected to accelerograms for the Portuguese territory. The results of the experimental characterization of the model components and for a magneto-rheological damper are presented. Numerical simulation results show that the proposed strategy to command the damper in real time can reduce the base relative displacement with better performance at the superstructure leveI (interstorey and accelerations) than the damper working in the passive mode. Although a small incre ase in the base acceleration for one type of seismic action is observed when compared to the original structure, it is always lower than the one resulting with the passive case.

ln this paper a predictive control strategy in conjunction with sem i-active control algorithms are proposed for damping control of base isolation systems employing semi-active fluid dampers when subjected to earthquakes. Twenty artificial accelerograms for the Portuguese territory were considered in the numerical simulations of the base isolation system representative model. The results of a parametric study give some hints for controller design in this type of problems. It will be shown that a well tuned controller could outperform the original structure and the structural system with a passive device (optimized) in terms of performance: relative displacement and absolute acceleration reductions.

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Este estudo teve como objetivo analisar as condições de ventilação da instalação do compressor de ar da Atlas Copco Airlet LE11, responsável pelo fornecimento de ar comprimido aos laboratórios localizados no Pavilhão de Macau no LNEC. A análise baseou-se no levantamento de dados e informação disponíveis bem como nas visitas efetuadas ao local onde o compressor está instalado. A partir dos dados e informações obtidos foram feitos cálculos de verificação das áreas das grelhas existentes e elaborada uma proposta de melhoria da ventilação da sala do compressor, que passa por um aumento das áreas das grelhas de admissão e de exaustão, tendo em consideração as áreas mínimas recomendadas pelos fabricantes deste tipo de compressores de ar. A ação combinada do efeito de chaminé com o efeito do vento mais favorável permitiu obter o valor do caudal total de ventilação muito próximo do caudal de ventilação recomendado pelo fabricante.

Este estudo teve como objetivo analisar as condições de funcionamento da torre de arrefecimento instalada na cobertura do Departamento de Estruturas do LNEC e propor medidas de melhoria de eficiência e de racionalização do consumo de água. A monitorização da torre de arrefecimento é essencial para avaliar o seu estado de conservação, o seu desempenho e o potencial de redução de custos de funcionamento que este tipo de instalações acarreta. A análise baseou-se no levantamento de dados e informação disponíveis bem como nas visitas efetuadas às instalações. O referido estudo incidiu sobre a avaliação da possibilidade de aumentar a eficiência da torre de arrefecimento, através da integração de outro equipamento ao circuito de arrefecimento existente. Com esta integração, espera-se atingir uma poupança significativa no consumo de água no laboratório. A partir das relações encontradas foi elaborada uma proposta de melhoria, que passa por operar a torre de arrefecimento com um valor de caudal de água superior, aproveitando ao máximo as capacidades de arrefecimento da instalação. A implementação desta medida poderá ter um custo de 1097,78

É apresentada uma proposta de substituição do permutador de calor de uma unidade energética óleo-hidráulica, que abastece duas prensas hidráulicas de ensaio de materiais do Núcleo de Comportamento de Estruturas do Departamento de Estruturas. A implementação desta medida poderá reduzir o consumo de água no laboratório em cerca de 1,5 m3/h a 4 m3/h, dependendo das condições de funcionamento. O custo de aquisição do permutador de calor proposto será de cerca de 1416

O presente relatório apresenta o Parecer sobre a Segurança do Túnel do Marão, com a respetiva fundamentação, no âmbito do Decreto-Lei n.º 75/2006, de 27 de março [2], com a redação que lhe foi conferida pelo Decreto-Lei n.º 75/2014, de 13 de maio [3], que estabelece os requisitos mínimos de segurança para os túneis da rede rodoviária transeuropeia e da rede rodoviária nacional. Este parecer resultou das atividades desenvolvidas pela equipa do LNEC que acompanhou a colocação em funcionamento dos equipamentos de segurança e a realização dos ensaios finais. Resulta da concretização de um conjunto de condições e recomendações que a equipa do LNEC, através de documentos e verbalmente, foi transmitindo à IP nesse período que precedeu a entrada em funcionamento do túnel.

O presente relatório sintetiza a atividade da assessoria prestada pela equipa do LNEC à IP durante a fase de instalação dos equipamentos e sistemas de segurança ativa do túnel rodoviário do Marão. Este trabalho insere-se no âmbito da assessoria do LNEC à IP - INFRAESTRUTURAS DE PORTUGAL, S.A. para a conclusão deste empreendimento. Nele se incluem em anexo os pareceres e outros documentos que foram elaborados pela equipa do LNEC no decurso desta fase.

Sensor Networks are widespread across a large spectrum of applications. Some are even deployed in critical infrastructures, as the case of Structure Health Monitoring networks. However the sensors, due to its nature and to the harsh environmental conditions that they withstand, are subject to faults that may compromise the information quality that is indispensable for an effective safety control. In this report we present an Innovations Approach to Fault Detection in Sensor Networks case study. We study the possible application of the model based innovations approach to fault detection in sensor networks in a SHM context. This report gives a brief introduction to the model-based Fault Detection and Isolation (FDI) and a concise review of its state of the art. Next we introduce a data based FDI approach in the context of sensor validation. Given the necessary background we describe the method for sensor fault detection used in the case study. We then present the obtained results and final considerations.

As redes de sensores têm um largo espectro de aplicações, algumas das quais dizem respeito a estruturas críticas, como é o caso das redes de monitorização estrutural em engenharia civil. Contudo, os sensores, devido à sua natureza e às condições ambientais em que operam, estão sujeitos a falhas que, em ultima instância, podem comprometer a qualidade da informação indispensável para um controlo de segurança efetivo. Neste relatório é apresentada uma perspetiva sobre o desenvolvimento de estratégias de detecção automática de falhas e é feita uma descrição do estado da arte na aplicação de técnicas de aprendizagem estatística ao problema da validação de sensores.

É apresentado um sistema de interface e de aquisição de dados para uma prensa de compressão e flexão do Núcleo de Betões, Pedra e Cerâmicos (NBPC) do Departamento de Materiais (DM). O sistema desenvolvido teve como objetivo suprimir algum equipamento afeto aos transdutores de deslocamento dos provetes (defórmetros), que entretanto ficou obsoleto, e centralizar num único computador a aquisição de dados e a interface com todos os transdutores afetos aos ensaios experimentais para determinação de cargas de rotura e de módulos de elasticidade em provetes de betão e argamassa. Como resultado final, o novo sistema de interface e aquisição instalado permitiu melhorar e agilizar os ensaios realizados com a prensa de compressão e flexão.

Os laboratórios de ensaios hidráulicos com modelos físicos necessitam de diversos tipos de recursos infraestruturais para assegurar o abastecimento de água aos modelos em ensaio, medindo caudais e níveis, controlando grupos bombagem e ajustando válvulas de regulação. A automação destes recursos pretende melhorar o seu desempenho, possibilitar a utilização simultânea de vários modelos, minimizando interferências, para além de facilitar a gestão da operação por parte dos utilizadores. Para além das funções de automação propriamente ditas, a supervisão em computador proporciona meios avançados de interface humano-máquina, arquivo de dados, diagnóstico de falhas e gestão de alarmes. O maior problema para conseguir realizar a automação e a supervisão de tais sistemas decorre frequentemente da diversidade de equipamentos existentes, de diferentes tecnologias e sem compatibilidade inerente, apresentando muitas dificuldades de integração sistémica. Na aplicação aqui descrita exploraram-se soluções para automatizar o sistema de abastecimento de água aos modelos físicos de hidráulica de estruturas do Núcleo de Recursos Hídricos e Estruturas Hidráulicas do Departamento de Hidráulica e Ambiente. A infra-estrutura de automação e supervisão foi concebida por forma a integrar grupos de bombagem com variadores electrónicos de velocidade, válvulas motorizadas, medidores de nível e de caudal, aglutinando ainda um subsistema de controlo de nível já existente, mas mais restrito, e proporcionando um recurso central de supervisão a partir de um computador.

Com o objetivo modernizar os recursos para realização de atividade experimental em hidráulica de estruturas, foi desenvolvido um programa que permite efetuar a supervisão central e remota do equipamento de bombagem e de caudalimetria necessário à realização de ensaios experimentais na nave do Núcleo de Recursos Hídricos e Estruturas Hidráulicas (NRE) do Departamento de Hidráulica e Ambiente (DHA). O programa elaborado, que se integra num sistema de automação anteriormente desenvolvido para este ambiente laboratorial, disponibiliza uma interface humano-máquina com aquele sistema através de ecrãs sinópticos, gere a comunicação através de diferentes redes de dados, realiza a gestão de alarmes e permite ainda fazer a aquisição automática de dados de algumas grandezas físicas relevantes para os ensaios em modelo físico. O programa centraliza num único local, a Central de Supervisão, o comando e a monitorização de dois sistemas fisicamente distintos: o sistema de bombagem e o sistema de distribuição de água para abastecimento dos modelos físicos em ensaio.

A ciência e a tecnologia estão na base da realização de grandes empreendimentos, mas trazem muitas vezes riscos tecnológicos para os indivíduos ou o ambiente. Por outro lado, é inevitável que se recorra à própria ciência e à tecnologia para antecipar, prevenir e mitigar as consequências do seu impacto na sociedade e no ambiente. O presente programa de investigação é dirigido para o estudo da utilização de sistemas automáticos com vista à redução de risco (segurança funcional), bem como de sistemas de aviso e de planos de mobilização de pessoas e de recursos para a mitigação de riscos em cenários consumados. Os alvos de estudo circunscrevem-se essencialmente a certos empreendimentos de engenharia civil, nomeadamente: edifícios importantes, túneis rodoviários e barragens; mas, nos estudos referentes a sistemas de aviso e planos de emergência, estendem-se ainda a outros contextos e a fenómenos de origem natural. Após a alusão a alguns factos históricos e dados estatísticos sobre acidentes tecnológicos e à evolução das abordagens à segurança, são identificadas as perspetivas de investigação e de aplicação da segurança funcional no contexto do LNEC. Seguidamente são apresentados os fundamentos da segurança funcional, é empreendida uma revisão do estado da arte das suas principais ferramentas de análise e de síntese, nomeadamente, a análise sistémica da fiabilidade, os processos de Markov, a simulação estocástica, o fator humano e a problemática do risco. São propostos três planos de estudos de investigação, a saber: (i) desenvolvimento e avaliação de soluções de segurança funcional para edifícios; (ii) métodos e critérios de segurança funcional para túneis rodoviários; (iii) desenvolvimento de bases para a avaliação da confiabilidade de planos de emergência e de sistemas de aviso de catástrofes. Finalmente apresenta-se um programa de formação pós-graduada onde são propostos planos de teses de doutoramento e de dissertações de mestrado relacionados com os planos de estudo anteriormente apresentados.