Les Systèmes Mobiles de Cartographie basés LIDAR permettent d’obtenir des cartes 3D de l’environnement, qui sont géo-référencées grâce à d’autres capteurs embarqués sur le véhicule : GPS, centrale inertielle, ou encore odomètre sont de tels capteurs qui permettent de localiser le véhicule mobile pendant la campagne d’acquisition. Toutefois, ces cartes manquent de précisions et un affinage des cartes est essentiel dans de nombreux cas d’applications où une précision fine est requise sur les cartes 3D, comme pour des applications de classifications par exemple.Lors de la création de cartes 3D géoréférencées,les données sont tout d’abord acquises par le capteur LIDAR et référencées dans le repère cartésien du laser à l’aide d’un calibrage intrinsèque du capteur d’acquisition. Ensuite, un calibrage extrinsèque du capteur permet de caractériser la transformation entre le capteur et le véhicule, et permet de référencer les données dans le repère « body», lié au véhicule d’acquisition. Enfin, avec la trajectoire du véhicule obtenue en fusionnant les données issues des GPS, centrale inertielle et odomètre, il est possible de géoréférencer les données lasers.Nous proposons dans cette thèse d’affiner les relevés laser issus d’acquisitions effectuées à l’aide d’un véhicule mobile de cartographie, en optimisant plusieurs paramètres différents qui entrent en compte dans le géoréférencement des données. Nous nous sommes intéressés à l’affinement des nuages de points par optimisation des paramètres decalibrage extrinsèque dans un premier temps, puis par optimisation des paramètres de calibrage intrinsèque, et enfin par optimisation des paramètres de translations liés à la trajectoire du véhicule mobile. / LIDAR based Mobile Mapping Systems allowto get 3D maps of the environment, which are globally referenced with the help of others sensors embedded on the vehicle: GPS,Inertial Measurement Unit, or odometer are such sensors which allow localizing the vehicle during the acquisition process. However, these maps lack of precision, and are finement of the maps is necessary for manywork where a good precision is needed on the 3D maps, like classification applications for example.When creating the globally referenced 3D maps, the data are firstly acquired by the LIDAR sensor and referenced in the Cartesian reference frame of the sensor withan intrinsic calibration of the sensor. Then, anextrinsic calibration gives the transformation between the sensor and the vehicle, and gives data referenced in the « body »reference frame, linked to the vehicle. Finally, with the fusion of the data coming from the GPS, the Inertial Measurement Unit and theodometer, the laser data can be globally referenced.In this thesis, we propose to refine the point clouds coming from acquisitions done with a mobile mapping system, by optimizing some parameters which are used in the georeferencing process of the data. Firstly, we were interested in the refinement of point clouds by optimizing the extrinsic calibration parameters, and then we were interested in the refinement of point clouds by optimizing the intrinsic calibration parameters; finally by optimizing the translation parameters of the mobile vehicle trajectory.

Malgré l'efficacité informatique et la faible dissipation numérique de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) classique reposant sur un algorithme de propagation-collision, cette méthode est limitée aux maillages cartésiens uniformes. L'adaptation de l'étape de discrétisation à différentes échelles de la mécanique des fluides est généralement réalisée par des schémas LBM à échelles multiples, dans lesquels le domaine de calcul est décomposé en plusieurs sous-domaines uniformes avec différentes résolutions spatiales et temporelles. Pour des raisons de connectivité, le facteur de résolution des sous-domaines adjacents doit être un multiple de deux, introduisant un changement abrupt des échelles spatio-temporelles aux interfaces. Cette spécificité peut déclencher des instabilités numériques et produire des sources de bruit parasite rendant l'exploitation de simulations à finalités aéroacoustiques impossible. Dans la présente thèse, nous avons d'abord élucidé le sujet du raffinement de maillage dans la LBM classique en soulignant les défis et les sources potentielles d'erreur. Par la suite, une méthode de Boltzmann sur réseau hybride (HLBM) est proposée, combinant l'algorithme de propagation-collision avec un algorithme de flux au sens eulérien obtenu à partir d'une discrétisation en volumes finis des équations de Boltzmann à vitesse discrète. La HLBM combine à la fois les avantages de la LBM classique et une flexibilité géométrique accrue. La HLBM permet d'utiliser des maillages cartésiens non-uniformes. La validation de la méthode hybride sur des cas tests 2D à finalité aéroacoustique montre qu'une telle approche constitue une alternative viable aux schémas Boltzmann sur réseau à échelles multiples, permettant de réaliser des raffinements locaux en H. Enfin, un couplage original, basé sur l'algorithme de propagation-collision et une formulation isotherme des équations de Navier-Stokes en volumes finis, est proposé. Une telle tentative présente l'avantage de réduire le nombre d'équations du solveur volumes finis tout en augmentant la stabilité numérique de celui-ci, en raison d'une condition CFL plus favorable. Les deux solveurs sont couplés dans l'espace des moments, où la solution macroscopique du solveur Navier-Stokes est injectée dans l'algorithme de propagation-collision à l'aide de la collision des moments centrés. La faisabilité d'un tel couplage est démontrée sur des cas tests 2D, et les résultas obtenus sont comparés avec la HLBM. / Despite the inherent efficiency and low dissipative behaviour of the standard lattice Boltzmann method (LBM) relying on a two step stream and collide algorithm, a major drawback of this approach is the restriction to uniform Cartesian grids. The adaptation of the discretization step to varying fluid dynamic scales is usually achieved by multi-scale lattice Boltzmann schemes, in which the computational domain is decomposed into multiple uniform subdomains with different spatial resolutions. For the sake of connectivity, the resolution factor of adjacent subdomains has to be a multiple of two, introducing an abrupt change of the space-time discretization step at the interface that is prone to trigger instabilites and generate spurious noise sources that contaminate the expected physical pressure signal. In the present PhD thesis, we first elucidate the subject of mesh refinement in the standard lattice Boltzmann method and point out challenges and potential sources of error. Subsequently, we propose a novel hybrid lattice Boltzmann method (HLBM) that combines the stream and collide algorithm with an Eulerian flux-balance algorithm that is obtained from a finite-volume discretization of the discrete velocity Boltzmann equations. The interest of a hybrid lattice Boltzmann method is the pairing of efficiency and low numerical dissipation with an increase in geometrical flexibility. The HLBM allows for non-uniform grids. In the scope of 2D periodic test cases, it is shown that such an approach constitutes a valuable alternative to multi-scale lattice Boltzmann schemes by allowing local mesh refinement of type H. The HLBM properly resolves aerodynamics and aeroacoustics in the interface regions. A further part of the presented work examines the coupling of the stream and collide algorithm with a finite-volume formulation of the isothermal Navier-Stokes equations. Such an attempt bears the advantages that the number of equations of the finite-volume solver is reduced. In addition, the stability is increased due to a more favorable CFL condition. A major difference to the pairing of two kinetic schemes is the coupling in moment space. Here, a novel technique is presented to inject the macroscopic solution of the Navier-Stokes solver into the stream and collide algorithm using a central moment collision. First results on 2D tests cases show that such an algorithm is stable and feasible. Numerical results are compared with those of the previous HLBM.

A simulação computacional de escoamentos incompressíveis multifásicos tem avançado continuamente e é uma área extremamente importante em Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC) por suas várias aplicações na indústria, em medicina e em biologia, apenas para citar alguns exemplos. Apresentamos modelos matemáticos e métodos numéricos tendo em vista simulações computacionais de fluidos bifásicos newtonianos e viscoelásticos (não newtonianos), em seus regimes transiente e estacionário de escoamento. Os ingredientes principais requeridos são o Modelo de Um Fluido e o Método da Fronteira Imersa em malhas adaptativas, usados em conjunto com os métodos da Projeção de Chorin-Temam e de Uzawa. Tais metodologias são obtidas a partir de equações a derivadas parciais simples as quais, naturalmente, são resolvidas em malhas adaptativas empregando métodos multinível-multigrid. Em certas ocasiões, entretanto, para escoamentos modelados pelas equações de Navier-Stokes (e.g. em problemas onde temos altos saltos de massa específica), tem-se problemas de convergência no escopo destes métodos. Além disso, no caso de escoamentos estacionários, resolver as equações de Stokes em sua forma discreta por tais métodos não é uma tarefa fácil. Verificamos que zeros na diagonal do sistema linear resultante impedem que métodos de relaxação usuais sejam empregados. As dificuldades mencionadas acima motivaram-nos a pesquisar por, a propor e a desenvolver alternativas à metodologia multinível-multigrid. No presente trabalho, propomos métodos para obter explicitamente as matrizes que representam os sistemas lineares oriundos da discretização daquelas equações a derivadas parciais simples que são a base dos métodos de Projeção e de Uzawa. Ter em mãos estas representações matriciais é vantajoso pois com elas podemos caracterizar tais sistemas lineares em termos das propriedades de seus raios espectrais, suas definições e simetria. Muito pouco (ou nada) se sabe efetivamente sobre estes sistemas lineares associados a discretizações em malhas compostas bloco-estruturadas. É importante salientarmos que, além disso, ganhamos acesso ao uso de bibliotecas numéricas externas, como o PETSc, com seus pré-condicionadores e métodos numéricos, seriais e paralelos, para resolver sistemas lineares. Infraestrutura para nossos desenvolvimentos foi propiciada pelo código denominado ``AMR2D\'\', um código doméstico para problemas em DFC que vem sendo cuidado ao longo dos anos pelos grupos de pesquisa em DFC do IME-USP e da FEMEC-UFU. Estendemos este código, adicionando módulos para escoamentos viscoelásticos e para escoamentos estacionários modelados pelas equações de Stokes. Além disso, melhoramos de maneira notável as rotinas de cálculo de valores fantasmas. Tais melhorias permitiram a implementação do Método dos Gradientes Bi-Conjugados, baseada em visitas retalho-a-retalho e varreduras da estrutura hierárquica nível-a-nível, essencial à implementação do Método de Uzawa. / Numerical simulation of incompressible multiphase flows has continuously of advanced and is an extremely important area in Computational Fluid Dynamics (CFD) because its several applications in industry, in medicine, and in biology, just to mention a few of them. We present mathematical models and numerical methods having in sight the computational simulation of two-phase Newtonian and viscoelastic fluids (non-Newtonian fluids), in the transient and stationary flow regimes. The main ingredients required are the One-fluid Model and the Immersed Boundary Method on dynamic, adaptive meshes, in concert with Chorin-Temam Projection and the Uzawa methods. These methodologies are built from simple linear partial differential equations which, most naturally, are solved on adaptive grids employing mutilevel-multigrid methods. On certain occasions, however, for transient flows modeled by the Navier-Stokes equations (e.g. in problems where we have high density jumps), one has convergence problems within the scope of these methods. Also, in the case of stationary flows, solving the discrete Stokes equations by those methods represents no straight forward task. It turns out that zeros in the diagonal of the resulting linear systems coming from the discrete equations prevent the usual relaxation methods from being used. Those difficulties, mentioned above, motivated us to search for, to propose, and to develop alternatives to the multilevel-multigrid methodology. In the present work, we propose methods to explicitly obtain the matrices that represent the linear systems arising from the discretization of those simple linear partial differential equations which form the basis of the Projection and Uzawa methods. Possessing these matrix representations is on our advantage to perform a characterization of those linear systems in terms of their spectral, definition, and symmetry properties. Very little is known about those for adaptive mesh discretizations. We highlight also that we gain access to the use of external numerical libraries, such as PETSc, with their preconditioners and numerical methods, both in serial and parallel versions, to solve linear systems. Infrastructure for our developments was offered by the code named ``AMR2D\'\' - an in-house CFD code, nurtured through the years by IME-USP and FEMEC-UFU CFD research groups. We were able to extend that code by adding a viscoelastic and a stationary Stokes solver modules, and improving remarkably the patchwise-based algorithm for computing ghost values. Those improvements proved to be essential to allow for the implementation of a patchwise Bi-Conjugate Gradient Method which ``powers\'\' Uzawa Method.

Neste trabalho é apresentado um método de refinamento para especificações de sistemas embarcados, baseado na linguagem de especificação gráfica UML-RT e na linguagem de especificação formal CSP-OZ. A linguagem UML-RT é utilizada para descrever a arquitetura de sistemas de tempo real distribuídos e esses mapeados para uma especificação formal através de CSP-OZ. A linguagem de especificação formal CSP-OZ é a combinação da linguagem orientada a objetos Object-Z e a algebra de processos CSP, que descreve o comportamento de processos concorrentes. O método de refinamento proposto é baseado na integração de dois métodos: o de bi-simulação, para refinar a parte comportamental da especificação descrita por CSP; e o de equivalência de especificações, para refinar as estruturas de dados descritas por Object-Z, permitindo assim que características de orientação a objetos possam ser utilizadas. Com o método proposto é possível refinar especificações e, conseqüentemente, verificá-las com sua implementação. O desenvolvimento desse método é rigoroso, incluindo a definição formal para um metamodelo da UML-RT. Um exemplo detalhado é apresentado no final deste trabalho. / In this work, a method of refinement of embedded systems specifications based on the graphical specification language UML-RT and the formal specification CSP-OZ is introduced. The UML-RT is used to model real time distributed architecture systems and these are mapped onto formal specifications using CSP-OZ. The CSP-OZ formal specification language is a combination of the state-based object oriented language Object-Z and the CSP process algebra that describes behavioral models of concurrent processes. The rationale of the proposed refinement method is twofold, the use of bisimulation to refine the behavioral part and the specification matching algorithm to refine the state-based part, supporting object-oriented characteristics. Using this result, an equivalence between the specification-matching algorithm and simulation rules is showed. Using the proposed method it is possible to refine CSP-OZ specifications and verify them against their implementations. The development of the proposed refinement method is rigorous, including a formal definition for a UML-RT metamodel. A detailed study case is given at the end of this work.

A simulação computacional de escoamentos incompressíveis multifásicos tem avançado continuamente e é uma área extremamente importante em Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC) por suas várias aplicações na indústria, em medicina e em biologia, apenas para citar alguns exemplos. Apresentamos modelos matemáticos e métodos numéricos tendo em vista simulações computacionais de fluidos bifásicos newtonianos e viscoelásticos (não newtonianos), em seus regimes transiente e estacionário de escoamento. Os ingredientes principais requeridos são o Modelo de Um Fluido e o Método da Fronteira Imersa em malhas adaptativas, usados em conjunto com os métodos da Projeção de Chorin-Temam e de Uzawa. Tais metodologias são obtidas a partir de equações a derivadas parciais simples as quais, naturalmente, são resolvidas em malhas adaptativas empregando métodos multinível-multigrid. Em certas ocasiões, entretanto, para escoamentos modelados pelas equações de Navier-Stokes (e.g. em problemas onde temos altos saltos de massa específica), tem-se problemas de convergência no escopo destes métodos. Além disso, no caso de escoamentos estacionários, resolver as equações de Stokes em sua forma discreta por tais métodos não é uma tarefa fácil. Verificamos que zeros na diagonal do sistema linear resultante impedem que métodos de relaxação usuais sejam empregados. As dificuldades mencionadas acima motivaram-nos a pesquisar por, a propor e a desenvolver alternativas à metodologia multinível-multigrid. No presente trabalho, propomos métodos para obter explicitamente as matrizes que representam os sistemas lineares oriundos da discretização daquelas equações a derivadas parciais simples que são a base dos métodos de Projeção e de Uzawa. Ter em mãos estas representações matriciais é vantajoso pois com elas podemos caracterizar tais sistemas lineares em termos das propriedades de seus raios espectrais, suas definições e simetria. Muito pouco (ou nada) se sabe efetivamente sobre estes sistemas lineares associados a discretizações em malhas compostas bloco-estruturadas. É importante salientarmos que, além disso, ganhamos acesso ao uso de bibliotecas numéricas externas, como o PETSc, com seus pré-condicionadores e métodos numéricos, seriais e paralelos, para resolver sistemas lineares. Infraestrutura para nossos desenvolvimentos foi propiciada pelo código denominado ``AMR2D\'\', um código doméstico para problemas em DFC que vem sendo cuidado ao longo dos anos pelos grupos de pesquisa em DFC do IME-USP e da FEMEC-UFU. Estendemos este código, adicionando módulos para escoamentos viscoelásticos e para escoamentos estacionários modelados pelas equações de Stokes. Além disso, melhoramos de maneira notável as rotinas de cálculo de valores fantasmas. Tais melhorias permitiram a implementação do Método dos Gradientes Bi-Conjugados, baseada em visitas retalho-a-retalho e varreduras da estrutura hierárquica nível-a-nível, essencial à implementação do Método de Uzawa. / Numerical simulation of incompressible multiphase flows has continuously of advanced and is an extremely important area in Computational Fluid Dynamics (CFD) because its several applications in industry, in medicine, and in biology, just to mention a few of them. We present mathematical models and numerical methods having in sight the computational simulation of two-phase Newtonian and viscoelastic fluids (non-Newtonian fluids), in the transient and stationary flow regimes. The main ingredients required are the One-fluid Model and the Immersed Boundary Method on dynamic, adaptive meshes, in concert with Chorin-Temam Projection and the Uzawa methods. These methodologies are built from simple linear partial differential equations which, most naturally, are solved on adaptive grids employing mutilevel-multigrid methods. On certain occasions, however, for transient flows modeled by the Navier-Stokes equations (e.g. in problems where we have high density jumps), one has convergence problems within the scope of these methods. Also, in the case of stationary flows, solving the discrete Stokes equations by those methods represents no straight forward task. It turns out that zeros in the diagonal of the resulting linear systems coming from the discrete equations prevent the usual relaxation methods from being used. Those difficulties, mentioned above, motivated us to search for, to propose, and to develop alternatives to the multilevel-multigrid methodology. In the present work, we propose methods to explicitly obtain the matrices that represent the linear systems arising from the discretization of those simple linear partial differential equations which form the basis of the Projection and Uzawa methods. Possessing these matrix representations is on our advantage to perform a characterization of those linear systems in terms of their spectral, definition, and symmetry properties. Very little is known about those for adaptive mesh discretizations. We highlight also that we gain access to the use of external numerical libraries, such as PETSc, with their preconditioners and numerical methods, both in serial and parallel versions, to solve linear systems. Infrastructure for our developments was offered by the code named ``AMR2D\'\' - an in-house CFD code, nurtured through the years by IME-USP and FEMEC-UFU CFD research groups. We were able to extend that code by adding a viscoelastic and a stationary Stokes solver modules, and improving remarkably the patchwise-based algorithm for computing ghost values. Those improvements proved to be essential to allow for the implementation of a patchwise Bi-Conjugate Gradient Method which ``powers\'\' Uzawa Method.

Este é o primeiro trabalho que apresenta simulações tridimensionais completamente adaptativas de um modelo de campo de fase para um fluido incompressível com densidade de massa constante e viscosidade variável, conhecido como Modelo H. Solucionando numericamente as equações desse modelo em malhas refinadas localmente com a técnica AMR, simulamos computacionalmente escoamentos bifásicos tridimensionais. Os modelos de campo de fase oferecem uma aproximação física sistemática para investigar fenômenos que envolvem sistemas multifásicos complexos, tais como fluidos com camadas de mistura, a separação de fases sob forças de cisalhamento e a evolução de micro-estruturas durante processos de solidificação. Como as interfaces são substituídas por delgadas regiões de transição (interfaces difusivas), as simulações de campo de fase requerem muita resolução nessas regiões para capturar corretamente a física do problema em estudo. Porém essa não é uma tarefa fácil de ser executada numericamente. As equações que caracterizam o modelo de campo de fase contêm derivadas de ordem elevada e intrincados termos não lineares, o que exige uma estratégia numérica eficiente capaz de fornecer precisão tanto no tempo quanto no espaço, especialmente em três dimensões. Para obter a resolução exigida no tempo, usamos uma discretização semi-implícita de segunda ordem para solucionar as equações acopladas de Cahn-Hilliard e Navier-Stokes (Modelo H). Para resolver adequadamente as escalas físicas relevantes no espaço, utilizamos malhas refinadas localmente que se adaptam dinamicamente para recobrir as regiões de interesse do escoamento, como por exemplo, as vizinhanças das interfaces do fluido. Demonstramos a eficiência e a robustez de nossa metodologia com simulações que incluem a separação dos componentes de uma mistura bifásica, a deformação de gotas sob cisalhamento e as instabilidades de Kelvin-Helmholtz. / This is the first work that introduces 3D fully adaptive simulations for a phase field model of an incompressible fluid with matched densities and variable viscosity, known as Model H. Solving numerically the equations of this model in meshes locally refined with AMR technique, we simulate computationally tridimensional two-phase flows. Phase field models offer a systematic physical approach to investigate complex multiphase systems phenomena such as fluid mixing layers, phase separation under shear and microstructure evolution during solidification processes. As interfaces are replaced by thin transition regions (diffuse interfaces), phase field simulations need great resolution in these regions to capture correctly the physics of the studied problem. However, this is not an easy task to do numerically. Phase field model equations have high order derivatives and intricate nonlinear terms, which require an efficient numerical strategy that can achieve accuracy both in time and in space, especially in three dimensions. To obtain the required resolution in time, we employ a semi-implicit second order discretization scheme to solve the coupled Cahn-Hilliard/Navier-Stokes equations (Model H). To resolve adequatly the relevant physical scales in space, we use locally refined meshes which adapt dynamically to cover special flow regions, e.g., the vicinity of the fluid interfaces. We demonstrate the efficiency and robustness of our methodology with simulations that include spinodal decomposition, the deformation of drops under shear and Kelvin-Helmholtz instabilities.

Este trabalho consiste no estudo das propriedades mecânicas de tração e impacto do aço Hadfield refinado com Hf em relação ao aço Hadfield sem refino. Foram realizadas simulações no software Thermo-Calc para caracterizar o caminho de solidificação e a evolução microestrutural do aço Hadfield (composição química de 13% de Mn, 1,2% de C e 0,65% de Si). Foram fundidos os corpos de prova de aço Hadfield sem refino e refinado pela adição de Hf, ambos com a composição química de acordo com a norma ASTM A128 - grau B2. Os corpos de prova foram submetidos ao tratamento térmico de solubilização à temperatura de 1120oC por 10 horas. A caracterização macroestrutural mostrou que o aço Hadfield com adição de Hf apresenta tamanho do grão austenítico cinco vezes menor (600 µm) do que o aço Hadfield sem refino (de 3000 µm para 600 µm), sendo que este resultado foi confirmado pela técnica de EBSD (Electron backscatter diffraction). Os resultados do ensaio de tração dos corpos de prova para as duas condições mostraram que as propriedades de limite de escoamento (6%), tenacidade (88%), resistência à tração (37%), e do coeficiente de encruamento (30%) do aço Hadfield refinado aumentaram em relação ao aço Hadfield sem refino. A energia absorvida no impacto aumentou de 156 J/cm2 para 179 J/cm2 com o refino do tamanho de grão austenítico. A lei de Hall-Petch foi utilizada para explicar o efeito do refino de grão no limite de escoamento, mas não pode ser usada para explicar o aumento na resistência a tração, tenacidade, e as mudanças no coeficiente de encruamento. A caracterização microestrutural das amostras rompidas em tração e impacto mostrou que a fração de maclas aumentou em 46% (em tração) e 45% (no impacto) para o aço Hadfield refinado em comparação com o aço Hadfield sem refino. Os resultados da caracterização microestrutural dos corpos de prova rompidos no ensaio de tração e impacto indicam que o mecanismo de deformação plástica por maclação foi mais atuante com o refino do grão austenítico. / The tensile and impact properties of Hf-refined Hadfield steel were compared to the properties of non-refined Hadfield steel. Simulations in Thermo-Calc software were made in order to study the solidification and microstructural evolution of a Hadfield steel (13% Mn, 1.2% C and 0.65% Si). Samples of non-refined and refined Hadfield steel (with addition of 0.1% of H), both with chemical composition as described in ASTM A128- grade B2, were cast and subjected to a solution heat treatment at 1100oC for 10 hours, followed by water quenching. Macrostructural characterization showed that the refined Hadfield steel featured an austenitic grain size equal to 600 ?m, five times smaller than the grain size of the non-refined Hadfield steel (3000 µm). These results were confirmed by EBSD (Electron backscatter diffraction) analysis. The tensile test results showed an increase in the values of the yield stress (6%), the fracture toughness (88%), the tensile strength (37%) and the strain hardening coefficient (30%) with the reduction on the austenitic grain size from 3000 µm to 600 µm. Additionally, the value of the absorbed energy of the impact test was improved from 156 J/cm2 to 179J/cm2 with reduction on the grain size. The Hall-Petch law was used to explain the small increase of 8% in the value of the yield stress with the grain refinement, but this law could not be used to explain the increase in the values of the fracture toughness, the tensile strength and the strain hardening coefficient. The microstructural characterization of the fractured test-pieces after tensile and impact testing showed that the values of the fraction of mechanical twins (definer) in the plastically deformed microstructure near the fracture surfaces of the refined condition increased by 45% when compared to the non-refined condition. These results indicated that the austenitic grain refinement of the Hadfield steel changed the plastic deformation mechanism, favoring the activation of the plastic deformation by twinning mechanism and, therefore, increasing the values of the fracture toughness (~88%), the ultimate tensile strength (~30%), the strain-hardening coefficient (~30%) and the absorbed energy during Charpy-test (~15%).

Neste trabalho é apresentado um método de refinamento para especificações de sistemas embarcados, baseado na linguagem de especificação gráfica UML-RT e na linguagem de especificação formal CSP-OZ. A linguagem UML-RT é utilizada para descrever a arquitetura de sistemas de tempo real distribuídos e esses mapeados para uma especificação formal através de CSP-OZ. A linguagem de especificação formal CSP-OZ é a combinação da linguagem orientada a objetos Object-Z e a algebra de processos CSP, que descreve o comportamento de processos concorrentes. O método de refinamento proposto é baseado na integração de dois métodos: o de bi-simulação, para refinar a parte comportamental da especificação descrita por CSP; e o de equivalência de especificações, para refinar as estruturas de dados descritas por Object-Z, permitindo assim que características de orientação a objetos possam ser utilizadas. Com o método proposto é possível refinar especificações e, conseqüentemente, verificá-las com sua implementação. O desenvolvimento desse método é rigoroso, incluindo a definição formal para um metamodelo da UML-RT. Um exemplo detalhado é apresentado no final deste trabalho. / In this work, a method of refinement of embedded systems specifications based on the graphical specification language UML-RT and the formal specification CSP-OZ is introduced. The UML-RT is used to model real time distributed architecture systems and these are mapped onto formal specifications using CSP-OZ. The CSP-OZ formal specification language is a combination of the state-based object oriented language Object-Z and the CSP process algebra that describes behavioral models of concurrent processes. The rationale of the proposed refinement method is twofold, the use of bisimulation to refine the behavioral part and the specification matching algorithm to refine the state-based part, supporting object-oriented characteristics. Using this result, an equivalence between the specification-matching algorithm and simulation rules is showed. Using the proposed method it is possible to refine CSP-OZ specifications and verify them against their implementations. The development of the proposed refinement method is rigorous, including a formal definition for a UML-RT metamodel. A detailed study case is given at the end of this work.

Le but de cette thèse est de spécifier et prouver des programmes avec pointeurs, tels que des programmes C, en utilisant des techniques de raffinement. L’approche proposée permet de faire un compromis entre les techniques complexes qui existent dans la littérature et ce qui est utilisable dans l’industrie, en conciliant légèreté des annotations et restrictions sur les alias. Nous définissons, dans un premier temps, un langage d’étude, qui s’inspire du langage C, et dans lequel le seul type de données mutable possible est le type des structures, auquel on accède uniquement à travers des pointeurs. Afin de structurer nos programmes, nous munissons notre langage d’une notion de module et des concepts issus de la théorie du raffinement tels que les variables abstraites que nous formalisons par des champs modèle, et les invariants de collage. Ceci nous permet d’écrire des programmes structurés en composants. L’introduction des invariants de données dans notre langage soulève des problématiques liées au partage de pointeurs. En effet, en cas d’alias, on risque de ne plus pouvoir garantir la validité de l’invariant de données d’une structure. Nous interdisons, alors l’aliasing (le partage de référence) dans notre langage. Pour contrôler les accès à la mémoire, nous définissons un système de type, basé sur la notion de régions. Cette contribution s’inspire de la théorie du raffinement et a pour but, de rendre les programmes les plus modulaires possible et leurs preuves les plus automatiques possible. Nous définissons, sur ce langage, un mécanisme de génération d’obligations de preuve en proposant un calcul de plus faible précondition incorporant du raffinement. Nous prouvons ensuite, la correction de ce mécanisme de génération d’obligations de preuve par une méthode originale, fondée sur la notion de sémantique bloquante, qui s’apparente à une preuve de type soundness et qui consiste donc, à prouver la préservation puis le progrès de ce calcul. Nous étendons, dans un deuxième temps, notre langage en levant partiellement la restriction liée au partage de références. Nous permettons, notamment, le partage de références lorsqu’aucun invariant de données n’est associé au type structure référencé. De plus, nous introduisons le type des tableaux, ainsi que les variables globales et l’affectation qui ne font pas partie du langage noyau. Pour chacune des extensions citées ci-dessus, nous étendons la définition et la preuve de correction du calcul de plus faible précondition en conséquence. Nous proposons enfin, une implantation de cette approche sous forme d’un greffon de Frama-C (http://frama-c.com/). Nous expérimentons notre implantation sur des exemples de modules implantant des structures de données complexes, en particulier des défis issus du challenge VACID0 (http://vacid. codeplex.com/), à savoir les tableaux creux (Sparse Array) et les tas binaires. / The purpose of this thesis is to specify and prove programs with pointers, such as C programs, using refinement techniques. The proposed approach allows a compromise between the complexe methods that exist in the literature and what is used in industry, reconciling lightness annotations and restrictions on the alias. We define, firstly, a language study, based on the C language, in which the only type of mutable data allowed is the type of structures, which can be accessed only through pointers. In order to structure our programs, we bring our language with a module notion and concepts issue from a refinement theory such as abstract variables that we formalize by model fields and gluing invariants. This allows us to write programs structured by components. Introducing invariants in our language raises issues related to aliasing. Indeed, in presence of alias, we might not be able to guarantee the validity of the invariant data structure. We forbid then the aliasing in our language. To control memory access, we define a type system based on the concept of regions. This contribution is based on the theory and refinement. It aims to make programs as modular as possible and proofs as automatic as possible. We define on this language, a mechanism for generation of proof obligations by proposing a weakest precondition calculus incorporating refinement. Next we prove the correction of this proof obligations generation mechnaism by an original method based on the concept of blocking semantic, which is similar to a proof of type soundness, and consists therefore, to proove the preservation and the progress of the defined calculus. Secondly, we extend our language by, partially, lifting the restrictions related to aliasing. We allow, in particular, sharing when no invariant is associated to the referenced data structure. In addition, we introduce the type of arrays, global variables, and assignment that are not part of the core language. For each of the extensions mentioned above, we extend the definition and correctness proof of the weakest precondition calculus accordingly. Finally, we propose an implementation of this approach as a Frama-C plugin(http ://frama-c.com/). We experimente our implantation on examples of modules implementing complex data structures, especially the challenges from the challenge VACID0 (http ://vacid. Codeplex.com /), namely sparse srrays and binary heaps.

A qualidade óssea em grandes animais é avaliada pela densidade mineral óssea (DMO) utilizando a técnica de densitometria óptica em imagens radiográficas; o objetivo desse trabalho foi avaliar e comparar a qualidade óssea baseada na microarquitetura de uma forma inédita. Foram selecionados 20 bovinos, 10 da raça Canchim e 10 da raça Nelore, com controle dos processos biológicos e bioquímicos do nascimento até o abate aos 24 meses de idade, antes de entrarem na fase adulta. O osso metatarsal foi escolhido por suportar maior carga e amostras da diáfise do osso cortical seco foram obtidas. A avaliação da estrutura cristalina de ossos metatarsais secos foi realizada utilizando difração de raios X com a aplicação do método de refinamento de Rietveld, avaliando parâmetros de rede, tamanho de cristalito e microdeformação. A técnica de nanoindentação permitiu avaliar os módulos de elasticidade e valores de nanoindentação. A composição química razão cálcio e fósforo do material, resistência à deformação plástica, valores de microdureza, e imagens de microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica foram realizadas. A comparação entre os resultados das duas raças, Canchim e Nelore, dos valores de parâmetros de rede da estrutura cristalina da hidroxiapatita, tamanho de cristalito, microdeformações, relação cálcio e fósforo, microdurezas Vickers/Knoop, nanodureza Vickers e módulo de elasticidade indicaram que a qualidade óssea das raças Canchim e Nelore é estatisticamente semelhante para 30% dos parâmetros estudados e que para os demais 70% dos parâmetros estudados não há semelhança. / The bone quality in large animals is evaluated by bone mineral density (BMD) using the optical densitometry technique in radiographic images; The objective of this study was to evaluate and compare bone quality based on microarchitecture unpublished. Twenty bovines were selected, 10 from the Canchim breed and 10 from the Nelore breed, with control of the biological and biochemical processes from birth to slaughter at 24 months of age, before entering adulthood. The metatarsal bone was chosen because it supported higher load and samples of the diaphysis of the dry cortical bone were obtained. The evaluation of the crystalline structure of dry metatarsal bones was performed using X - ray diffraction with the application of the Rietveld refinement method, evaluating network parameters, crystallite size and microdeformation. The nanoindentation technique allowed to evaluate the modulus of elasticity and nanoindentation values. The chemical composition calcium and phosphorus ratio of the material, resistance to plastic deformation, values of microhardness, and scanning electron microscopy images and optical microscopy were performed. The comparison between the results of the two races, Canchim and Nelore, of the network parameter values of the hydroxyapatite crystal structure, crystallite size, microdeformations, calcium and phosphorus ratio, Vickers/Knoop microhardness, Vickers nanodness and modulus of elasticity indicated that Quality of the Canchim and Nelore races is statistically similar for 30% of the studied parameters and that for the ofter 70% of the studied parameters there is no similarity.