[pt] É analisado o problema de difração de uma onda eletromagnética cilíndrica pela borda de um semi-cilindro parabólico. O problema é formulado em termos das funções de Weber do cilindro parabólico que são soluções da equação de onda em coordenadas cilindro-parabólicas. A solução é obtida com o auxílio da técnica de Wiener-Hopf que fornece, para os campos espalhados, um resultado em termos de uma equação integral. Obtém-se, então, as aproximações assintóticas destes resultados. Estas aproximações fornecem para regiões afastadas da fronteira de sombra uma solução em termos de ponto de sela isolado, e nas regiões próximas desta fronteira, uma solução em termos de ponto de sela próximo a um pólo. / [en] The work consider the analysis of the diffraction of a eletromagnetic cylindrical wave by the edge of a parabolic semi-cylinder. Weber functions are used to formulate the problem. The solution of this formulation is then obtained by the use of the Wiener-Hopf téchnique leading to an integral equation which is solved by assymptotic approximations.

[pt] Esta dissertação tem por objetivo desenvolver, a partir do estudo do problema canônico de espalhamento eletromagnético por um cilindro circular perfeitamente condutor, uma formulação assintótica uniforme para a difração por superfícies condutoras convexas. A solução obtida é então aplicada à análise de desempenho de refletores parabólicos com borda espessa visando fornecer subsídios ao projeto de antenas com nível de lobos secundários controlado. / [en] It is the purpose of this dissertation to develop an uniform asymptotic formulation for the diffraction by convex conducting surfaces, starting from the study of the canonical problem of electromagnetic scattering by perfectly conducting circular cylinders. The solution thus obtained in then applied to the analysis of parabolic reflectors with a curved surface section attached to the outside of the aperture edges, in order to provide with an insight into designing antennas with controlled sidelobe patterns.

[pt] Uma análise de erro das metodologias usuais de cálculo da perda de difração foi feita a partir de dados de 56 enlaces experimentais e um programa em computador onde foram implementados os principais métodos e modelos de obstáculos. As conclusões obtidas permitiram propor uma correção necessária em função da margem de erro desejada. Conclusões sobre o ganho de altura e o comportamento aleatório da perda de difração também foram obtidas neste trabalho. / [en] Na analysis of usual error methodologies for claculating the difraction losses, were made from data obtained from 56 experimental links. This data was analised by a computer program, where different types of methodos and obstacles were simulated. The results of these observation led to the application of the necessary correction in function of the desired margin error. The height gain and the randon behavior of the difraction losses were also obtained in this work.

[pt] Numa ligação em visibilidade, com difração sobre a curvatura da terra, a dificuldade fundamental de uma solução gráfica reside no grande número de variáveis envolvidas, i.e, freqüência, alturas das antenas, raio equivalente da terra, distancia, constantes do solo e polarização da onda transmitida. Para freqüências superiores a 30 MHz, com exceção da polarização vertical sobre a água do mar, o efeito das constantes do solo e da polarização não são de grande influência. Deste modo, este trabalho pesquisa a aplicação de dois parâmetros, funções da demais variáveis, na obtenção dessa solução. O trabalho apresenta também um conjunto de curvas abrangendo a maioria dos casos práticos, construídas a partir de uma solução numérica, e cujo erro, tomando por base a solução rigorosa dada pela série dos resíduos, não ultrapassa 1dB, valor perfeitamente aceitável em cálculos de engenharia. / [en] In a line-of-sight link with diffraction over the spherical earth, the main problem of a graphical solution is the great number of envolved variables, i.e., frequency, distance, effective earth radius, soil constants and polarization of the transmitted wave. For frequencies above 30MHz, excluding the vertical polarization over sea water, the effect of soil constants and of polarization are not important. So, this work studies the application of two parameters as functions of the other variables in getting that solution. This work also presents a set of curves covering most pratical case, made from a numerical solution, and whose error, based on the rigorous solution given by the residue series, does not exceed 1dB, a value quite acceptable in engineering calculations.

[pt] Este trabalho apresenta uma nova técnica para aproximação de uma superfície refletora definida numericamente, i.e., por pontos fornecidos pelo processo de síntese da antena. As limitações inerentes às técnicas usuais são aqui eliminadas pela utilização de Pseudo-Splines Quínticas que interpolam uma distribuição arbitrária de pontos por uma superfície suave, com derivadas primeiras e segundas contínuas, assegurando uma representação única para o domínio de interesse. O procedimento é, então, aplicado ao subrefletor modelado de uma antena Cassegrain, com subseqüente cálculo do campo eletromagnético espalhado, permitindo uma análise detalhada de sua aplicabilidade. Uma teoria assintótica uniforme de difração é, também, aqui desenvolvida de modo a acomodar o espalhamento de feixes Gaussianos, descritivos, em freqüências altas, do diagrama de irradiação de alimentadores comumente empregados em sistemas refletores, por superfícies condutoras, através do rastreamento do campo eletromagnético ao longo de raios no espaço complexo. A análise do problema canônico (difração por semi-plano) estabelece as particularidades do método e a comparação com a solução rigorosa existente comprova sua acurácia, permitindo a extensão a problemas tridimensionais vetorais. A teoria Complexa da Difração, assim formulada, é, então aplicada ao cálculo do campo espalhado por diferentes geometrias de antenas refletoras, ilustrando a versatilidade do método bem como suas limitações. / [en] In order to evaluate the electromagnetic field scattered by shaped reflector antennas, one has to fit a surface to a set of points furnished by a synthesis technique. A new method, capable of interpolating arbitrarily located data points by a smooth surface is here presented. The interpolating function, called Quintic Pseudo-Spline, has continuous first and seconde order derivatives and yields a unique representation for the entire domain. The method is tested on the shaped subreflector of a Cassegrain antenna providing a thorough investigation of its applicability. Also, an uniform asymptotic theory of diffraction is derived in order to analyse the scattering of Gaussin beams, descriptive of the high-frequency radiation pattern of feed horns commonly employed in reflector systems, by conducting surfaces with edges. The constraints inherent to usual methods of analysis are hereby avoided by tracking these beam-type fields along straight rays in a complex coordinate space. Investigation of the canonical problem of scattering of a Gaussian beam by a conducting half-plane establishes the characteristics of the complex ray diffraction process. Comparison of the results thus obtained with the rigorous solution reveals the accuracy of the proposed theory and permits its extension to the three-dimensional vector problem. The resulting Complex Theory of Diffraction is then applied to the evaluation of the scattered field for several reflector antenna geometries, illustrating the versatility of the method as well as its limitation.

[pt] A investigação da dinâmica da interação de raios-X de alta energia e moléculas de interesse biológico impõe que a energia dos raios-X seja bem definida, de modo que se possa estabelecer a dependência entre os padrões de ionização e fragmentação molecular com a energia do feixe incidente. Com este objetivo, um sistema versátil foi projetado, construído e caracterizado para ser utilizado como monocromador do feixe de amplo espectro produzido por um tubo de raios-X modelo ISOVOLT 160 M2. O sistema de monocromatização consiste de um par de cristais montados sobre duas mesas transladoras fixadas a um goniômetro de alta precisão, fabricados pela Newport Corporation. Esta configuração permite movimentos de translação independentes para os dois cristais, associados a um movimento de rotação do sistema como um todo com respeito à direção de incidência do feixe de raios-X. Estes movimentos, juntamente com uma escolha conveniente do par de cristais para uma dada faixa de energia - o que depende do material e da orientação dos cristais -, permitirão a cobertura de uma região muito extensa de energias de raios-X, de alguns até cerca de 100 kV. Quando este sistema se encontrar totalmente operacional, será possível realizar uma grande variedade de experiências nos campos da Física de Colisões e das Radiações, tais como, fragmentação molecular induzida por raios- X, fluorescência e difração seletivas em cristais, avaliação em tempo real de danos induzidos por raios-X em tecidos biológicos, testes não destrutivos em materiais, dentre muitas outras aplicações. / [en] The investigation of the dynamics of the interaction of high-energy X-rays and molecules of biological interest requires the energy of the X-rays to be well defined, so that one can establish the dependence of the molecular ionization and fragmentation patterns as functions of the incident beam energy. For this purpose, a versatile system for the monochromatization of the broadband beams produced by an ISOVOLT 160M2 X-ray tube has been designed, constructed and characterized. The monochromator consists of a pair of crystals mounted on two translator tables fixed on a high-precision goniometer, all manufactured by Newport Corp. This configuration allows independent translational motions for the two crystals, associated to a rotational motion of the whole system in respect to the direction of the incident X-ray beam. These motions, together with a convenient choice of the pair of crystals for a given energy range - which depends on the material and orientation of the crystals -, will allow us to cover a wide range of X-rays energies, roughly from few to around 100 keV. However, it has not yet been possible to distinguish energy-defined X-ray peaks with the complete two-crystal system. Some of the possible causes may be related to the large angular dispersion of the incident beam and to the need of more accurate adjustments of the parallelism between both crystals. When this system is fully operational, it will be possible to perform a large variety of experiments in the fields of collision and radiation physics, such as, molecular fragmentation by Xrays, selective fluorescence and diffraction in crystals, real-time evaluation of Xray- induced damage in biological tissues, non-destructive testing of materials, among many other aplications.

[pt] Os laboratórios analíticos de universidades e instituições de pesquisa privadas sem fins lucrativos estão expostos a um ambiente competitivo bem como à descontinuidade e contingenciamento de recursos financeiros oferecidos pelos órgãos de fomento. Objetivando a auto-sustentabilidade operacional, esses laboratórios estão buscando fontes de recursos próprios com a oferta crescente de prestação de serviços especializados a diferentes setores industriais. Contudo, as atividades de prestação de serviço são distintas quando comparadas às atividades de P&D&I, pois as primeiras são caracterizadas pela necessidade imediata ou de curto prazo e as últimas são caracterizadas pelo longo prazo. Neste contexto, torna-se necessário avaliar o trade-off entre ambientes competitivos e cooperativos (serviços e pesquisa) e estabelecer estratégias competitivas sustentáveis, além de práticas e técnicas de gestão que garantam a eficiência operacional sem prejuízo da qualidade e do nível de atendimento do laboratório analisado. O objetivo geral deste trabalho é, portando, analisar o desempenho do LabDRX da PUC-Rio em um cenário auto-sustentável através de um modelo de simulação de eventos discretos. Conclui-se que em tal cenário o desempenho do Laboratório atende a política de atendimento acordada com as categorias de clientes, desde que se faça a implementação conjunta de limitação dos pedidos de urgência na disciplina de fila do sistema e do aumento de capacidade com uma proposta de inovação em processo, o Distance Rietveld. A metodologia apresentada neste trabalho pode ser adaptada para outros laboratórios semelhantes que procurem sustentabilidade operacional através de prestação de serviços tecnológico para indústria. / [en] Private non-profit universities and research institutes have their analytical laboratories exposed to a competitive environment, as well as to discontinuity and limitation of financial resources offered by funding agencies. Aiming to operational self-sustainability, these laboratories are searching complementary resources by increasing the offer of specialized services to different industrial sectors. However, service activities are distinct from R&D&I activities, because the former are characterized by immediate or short-term need and the latter, by long-term need. In this context, it becomes necessary to evaluate the trade-off between competitive and cooperative environments (services and research), and to establish sustainable competitive strategies, as well as management practices and techniques that assure operational efficiency without quality losses or decrease in the service level. The objective of this work is, therefore, to analyze the performance of LabDRX at PUC-Rio in a self-sustainable scenario through discrete-event simulation. It was found that, in the self- sustainable scenario considered, the performance of the Laboratory satisfies the contracting policy agreed with the customer categories, as long as one makes simultaneous implementation of a limited urgent queue discipline and a capacity increase through an innovation proposal: Distance Rietveld. The methodology presented in this work can be adapted for many other similar laboratories searching for operational sustainability by offering technological services to industry.

[pt] A soldagem é um processo de união de materiais que possui grande aplicação em diversos setores da indústria, como automotiva, óleo e gás, nuclear, naval, dentre outros. Dentre os fatores responsáveis pelo comprometimento da vida útil pós-soldagem de componentes mecânicos e estruturais se destacam as tensões residuais, cuja análise qualitativa e quantitativa é de extrema importância no projeto, na garantia da qualidade e prevenção de falhas de estruturas soldadas. No presente trabalho aplicou-se uma metodologia composta por análise numérica e experimental, que se complementaram. Chapas do aço AISI 1020 foram soldadas pelo processo Metal Active Gas (MAG), em um único passe. Os experimentos foram conduzidos com duas velocidades, visando avaliar a influência deste parâmetro sobre o nível das tensões residuais geradas. Na sequência, as tensões residuais foram analisadas por difração de raios-X. Simultaneamente, procedeu-se a análise numérica das tensões residuais, com o emprego do código comercial de elementos finitos ANSYS, através de um modelo sólido 3D, em análise não linear termo-elastoplástica, utilizando-se a técnica Birth and Death, ativando e desativando os elementos, à medida que o cordão de solda foi depositado. Parâmetros experimentais da soldagem, geometria das amostras, coeficiente de transmissão de calor, propriedades térmicas e mecânicas do material, que variam com a temperatura, foram utilizados como dados de entrada no modelo numérico. Por fim, realizou-se a comparação entre as tensões residuais determinadas experimentalmente por difração de raios-X e as calculadas numericamente pelo método de elementos finitos, observando-se uma boa concordância entre os resultados obtidos pelas duas metodologias. / [en] Welding is a process of joining materials that have wide application in various industry sectors such as automotive, oil and gas, nuclear, naval, among others. Residual Stresses is often a cause of premature failure of critical components. The qualitative and quantitative analysis of residual stresses is extremely important in the design, on quality assurance and prevention of weldment failures. The objective of this study was developing a methodology that includes numerical and experimental analyses that are complementary. AISI 1020 steel samples were butt welded by GMAW process with weld metal in a single pass. Experiments were conducted at different heat source speeds in order to evaluate the influence of this parameter on the level of residual stresses generated. Subsequently, the samples were subjected to measurement of residual stress by diffraction X-ray method. Simultaneously, a numerical analysis of the residual stresses was performed with a commercial finite element software called ANSYS (17.0), and a 3D solid model for a nonlinear thermo-elastic-plastic analysis using the Birth and Death technique, where the elements are enabled and disabled along weld metal deposition. Experimental welding parameters such as geometry of the samples, heat transfer coefficients, thermal and mechanical properties which vary with temperature were used as input data in the numerical model. Finally, there was a comparison between the residual stresses determined experimentally by diffraction of X-rays and computed data by finite element method. A good agreement was observed between the two methods.

[pt] Fibras naturais vêm sendo utilizadas desde a antiguidade, mas, a partir do século XX, foram amplamente substituídas por fibras sintéticas, que apresentam diversas vantagens, tais como grande uniformidade de suas propriedades. Com a preocupação de se ter um desenvolvimento sustentável, voltou-se a substituir os materiais sintéticos por materiais naturais. Algumas das vantagens de utilizar fibras ligno-celulósicas incluem biodegrabilidade, a fixação de carbono, baixo custo e baixa abrasividade. Nos últimos anos, entre diversas aplicações, os setores de construção civil e automobilística estão utilizando fibras naturais como reforço de compósitos termoplásticos, assim como para interiores de cabines de automóveis e caminhões e em capacetes usados em EPI. Este trabalho visa realizar uma caracterização de fibras naturais existentes no mercado brasileiro, a saber: Bastão do Imperador, Costus e Helicônia bihai. O principal uso dessas três espécies se dá como flores ornamentais e como plantas medicinais, mas há um grande potencial no reaproveitamento dos rejeitos dos caules dessas plantas. Para isto foi realizada uma caracterização das fibras, visando medir a verdadeira seção transversal destas utilizando microscopia digital e análise de imagens. Alem disto foi desenvolvida uma metodologia própria para a preparação de amostras de fibras naturais. Foi realizado caracterização por MEV, DRX e TGA. / [en] Natural fibers have been used since ancient times, but since the 20th century they have been largely substituted by synthetic fibers, which offer several advantages such as their homogeneous properties. However, in light of the growing concerns about sustainable development, natural materials have once again started to substitute synthetic ones. A few of the advantages of utilizing lignocellulosic fibers include biodegradability, low cost, and low abrasiveness. In recent years, among many applications, the civil construction and automotive industries are using natural fibers as reinforcement in thermoplastic composites, as well as interior cabins of cars and trucks and helmets used in PPE. Over the past years, areas such as civil construction and the automotive industry have used natural fiber-reinforced thermoplastic composites in car and truck interiors, as well as in helmets used in constructions. This work intends to characterize fibers available in the brazilian market, in particular: Etlingera elatior, Costus, Helicônia bihai. These three species are mainly used as medicinal plants or ornamental flowers, but there is a great potential to reutilize the discarded stems of these plants. Furthermore, these fibers will be characterized using digital microscopy and image analysis, aiming to measure their real transversal section. A method for preparing natural fiber samples will be developed for this purpose. For this was a characterization of the fibers was done in order to measure the true cross section of these using digital microscopy and image analysis. Besides it has been developed a methodology for the preparation of samples of natural fibers. Characterization was performed by SEM, XRD and TGA.

[pt] Durante muito tempo, a simulação computacional de fenômenos acústicos tem sido utilizada principalmente no projeto e estudo da acústica de ambientes. Recentemente, no entanto, podemos ver um maior interesse na utilização dessas simulações como forma de aumentar a sensação de imersão em ambientes virtuais. De forma geral, podemos dizer que um ambiente acústico virtual deve ser capaz de realizar duas tarefas: simular a propagação do som em um ambiente e ser capaz de reproduzi-lo com seu conteúdo espacial, isto é, reproduzi-lo de forma a permitir o reconhecimento da direção de propagação do som. Esta dissertação trata desses dois assuntos. São revistos os algoritmos mais comuns para o cálculo da propagação do som e, brevemente, as formas utilizadas para reproduzir áudio com conteúdo espacial. Também é apresentada a implementação de um ambiente acústico virtual, baseado nos algoritmos de beam tracing, que simula a propagação do som em ambientes bidimensionais. Como grande parte do cálculo de propagação é realizada em uma etapa de pré-processamento, o ambiente acústico virtual implementado trata apenas de fontes fixas no espaço. Os caminhos de propagação calculados são compostos de reflexões especulares e difrações do som. / [en] For a long time, computational simulation of acoustic phenomena has been used mainly in the design and study of the acoustic properties of concert and lecture halls. Recently, however, there is a growing interest in the use of such simulations in virtual environments in order to enhance users` immersion experience. Generally, we can say that a virtual acoustic environment must be able to accomplish two tasks: simulating the propagation of sound in an environment and reproducing audio with spatial content, that is, in a way that it allows the recognition of the direction of sound propagation. These tasks are the topic of the present dissertation. We begin with a revision of the most common algorithms for the simulation of sound propagation and, briefly, of the reproduction of audio with spatial content. We then present the implementation of a virtual acoustic environment, based on beam tracing algorithms, which simulates the propagation of sound waves in two-dimensional environments. As most of the computation is made in a pre-processing stage, the virtual acoustic environment implemented is appropriate only for spatially fixed sound sources. The propagation paths computed are made of specular reflections and of diffractions.