[pt] Este trabalho possibilita o desenvolvimento de um protótipo para uma bancada de rotação em escada reduzida pela modelagem, simulação e variação dos parâmetros usando o método analítico e o método dos elementos finitos. A estrutura da bancada é composta por duas seções, cada uma delas com três discos (rotores), unidas por um acoplamento. A bancada está ancorada numa base (estrutura), e foi montada sobre uma mesa isolada. As seções são acionadas por um motor elétrico (CA)monitorado por um inversor de frequência. A avaliação da sensibilidade dos parâmetros do sistema tais como características de eixo, dos rotores (massas e inércias) e mancais, forneceram um melhor entendimento do comportamento dinâmico. Os parâmetros do sistema foram escolhidos de tal forma a poder medir o desbalanceamento, empenamento do eixo, anisotropia dos mancais. Com este protótipo de bancada, será possível estudar as influências do acoplamento e desalinhamento nos mancais em sua operação, procurando-se obter dados experimentais que permitam conhecer o desenvolvimento dinâmico deste tipo de máquinas rotativas (sistemas multirotor-mancais). / [en] This work reports the modeling, simulation of the dynamics and assemblage of a reduced scale prototype of a Multi-span Rotor. Modeling and simulation were performed using both analytical and finite element approaches. The Multi-span Rotor is a two stage rotor, each stage with three disks (rotors). The two stages are joined by a coupler. An electric motor (CA), wich is controlled by frequency inversor supplies the power to the system. Results from simulation oriented the prototype design, guiding the choices of parameters that control the system response. These parameters were chosen in order to measure umbalancing, shaft bow, and anisotropy of bearing. This prototype allows the experimental study of the influences on the system response of couplings and bearing misalignment in operation, and may be helpful fordwards a better understanting of the dynamic behavior of this type of rotative machines (multirotorbearing system).

[pt] As proteínas e outros peptídeos são cadeias de aminoácidos que desempenham funções biológicas específicas dentro de um organismo. A funcionalidade dessas estruturas depende da sua organização tridimensional, portanto é importante determinar quais são os fatores que controlam o bom enovelamento. Se a sequência é conhecida em principio poder-se-ia predizer sua estrutura 3D mediante uma dinâmica molecular de todos os átomos da sequência e das moléculas de água circundantes, mas é claro que esse tipo de simulação é inviável com os recursos computacionais atuais. Alternativamente, consideramos modelos simplificados que levem em conta somente as características principais de cada monômero e das partículas do meio. Efetuamos simulações de dinâmica molecular, considerando interações do tipo Lennard Jones entre monômeros (distinguindo entre monômeros polares e hidrofóbicos) e adicionalmente incorporando uma força estocástica (Langevin) para complementar a influência do meio aquoso. Consideramos diversas sequências lineares, simétricas e de comprimento fixo, evoluindo no espaço bi ou tridimensional. Como resultado destas simulações, podemos descrever a evolução temporal no espaço de conformações mediante variáveis efetivas ou coordenadas de reação, tais como o raio de giro, a distância entre as extremidades ou o número de contatos entre monômeros não ligados. Da análise das séries temporais dessas variáveis efetivas, extraímos os coeficientes que permitem construir seja a equação diferencial estocástica do movimento das variáveis efetivas ou a equação de Fokker-Planck associada. Estas equações para um número reduzido de graus de liberdade permitem, em princípio, obter informações sobre mudanças conformacionais, difíceis de acessar na descrição completa no espaço de fases original, de alta dimensionalidade. Discutimos as vantagens e limitações desta abordagem. / [en] Proteins and other peptides are aminoacid chains that perform specific biological functions within an organism. The functionality of these structures depends on their three-dimensional organization, so it is important to determine what are the factors that control the proper folding. If the sequence is known, in principle it would be possible to predict its 3D structure by means of molecular dynamics of all atoms of the sequence and the surrounding water molecules, but it is clear that this type of simulation is not feasible with the current computational resources. Alternatively, we consider simplified models that take into account only the main characteristics of each monomer and the particles of the medium. We have performed molecular dynamics simulations, considering the LennardJones-like interactions between monomers (distinguishing between polar and hydrophobic monomers) and additionally incorporating a stochastic (Langevin) force to complement the influence of the aqueous medium. We considered several linear sequences, symmetric, with fixed-length, evolving in the tri or bi-dimensional space. As a result of these simulations, we can describe the temporal evolution in the space of conformations through effective variables or reaction coordinates, such as gyration radius, distance between ends or number of contacts between unbound monomers. From the analysis of the time series of the effective variables, we extract the coefficients that allow to build the stochastic differential equation of motion of the effective variables or its associated Fokker-Planck equation. These equations for a limited number of degrees of freedom provide, in principle, information on conformational changes, which are difficult to access in the description of the original, high dimensional, phase. We discuss the advantages and limitations of this approach.

[pt] Este trabalho analisa a influência dos mancais hidrodinâmicos no comportamento rotodinâmico das turbomáquinas, no que diz respeito na resposta ao desbalanceamento, modos de vibrar e, principalmente, a instabilidade, que tende a manifestar-se em rotações elevadas ou baixas cargas. As propriedades de rigidez e amortecimento do mancal são determinadas a partir da solução analítica da Equação de Reynolds, usando a aproximação do mancal curto. Um procedimento é apresentado para modelagem dinâmica do sistema rotor-mancal. O modelo de elementos finitos inclui a influência da ação giroscópica. A análise rotodinâmica completa de um rotor concebido e projetado para apresentar o fenômeno da instabilidade é feita com auxílio do programa ROMAC da Universiry of Virginia. O programa calcula as propriedades do mancal a partir da solução numérica completa da Equação de Reynolds e o cálculo das velocidades críticas, dos modos e da análise de estabilidade é feito pelo Método dos Elementos Finitos. Finalmente, documenta-se o projeto do protótipo, o estudo realizado e os ensaios desenvolvidos. A partir das medições realizadas, valida-se a solução numérica. / [en] This work analyses the effect of fluid-film bearings on the dynam- ics of turbomachinery with respect to unbalance response, vibration mode shapes and, specially, instability that tends to occur, mainly, at high speeds or light loads. The bearing stffiness and damping bearing properties are calculated using the analytical solution of the Reynolds Equation, based in a short bearing approach. Following, a procedure is presented for the dynamic modelling of rotor-bearing systems based in the Finite Element Method, including the gyroscopic effect. The complete rotordynamic analysis of a rotor designed to undergo instability problem is performed by software ROMAC from University of Virginia. The software predicts the bearing properties by complete numerical solution of Reynolds Equation and critical speeds, mode shapes and stability analysis is performed using the Finite Element Method.Finally, it is presented the design of the rotor kit , accomplished studies and performed tests. The numerical solution is validated by measurements that were made.

[pt] Este trabalho tem como objetivo apresentar um ambiente computacional integrado para a simulação e visualização tridimensional da dinâmica de veículos, o SVDV. O ambiente está dividido em três módulos: interface gráfica, simulação e visualização gráfica. O módulo de interface, desenvolvido em Visual Basic, gerencia os bancos de dados e serve como ligação entre os módulos de simulação e visualização gráfica. O módulo de simulação permite a inclusão de diferentes modelos de dinâmica de veículos, estando disponíveis atualmente modelos em Matlab/Simulink, Visual C++ e MS Excel. O módulo de visualização gráfica faz uso da poderosa linguagem de programação Maxscript, que emprega scripts do 3D Studio Max (3DS Max). Com esta linguagem é possível incluir inúmeros efeitos de iluminação, texturização e modelagem, disponíveis no 3DS Max, garantindo um elevado grau de realismo na visualização da simulação. / [en] This work presents na integrated computational system for the simulation and visualization of vehicular dynamics, SVDV. The system is divided in three modules: graphics interface, simulation and graphics visualization. The interface module, developed in Visual Basic, manages the databases and behaves as a link between the simulation and visualization modules. The simulation module allows the inclusion of different vehicular dynamics models. At the present stage there are models developed in Matlab/Simulink, Visual C++ and MS Excel. The graphics visualization module makes use of the powerful Maxscript programming language, a script language from 3D Studio Max (3DS Max). Hence, it is possible to incorporate a variety of illumination and texture effects and also modeling techniques from 3DS Max, thus guaranteeing a realistic visualization.

[pt] O prolongamento da convivência familiar é uma construção da modernidade e configura um momento potencialmente rico de trocas mútuas e relações próximas da simetria, no domínio familiar. O objetivo desta tese é investigar a relação entre pais e filhos adultos coabitantes, na esfera doméstica familiar. Para tal empreendimento, elaboramos uma rede teórica interdisciplinar, que integrou conhecimentos provenientes do campo das terapias familiares, da sociologia, da antropologia e da psicanálise de Donald Winnicott. Construímos esse objeto de estudo, a partir do interesse em analisar os ajustes cotidianos realizados na dimensão relacional entre pais e filhos, ressaltando a dinâmica interativa vivida nesse espaço, que visa garantir o equilíbrio da convivência. Pesquisamos esse universo através de um estudo de campo, realizando entrevistas semiestruturadas com sete mães, um pai, quatro filhos e quatro filhas. Das análises dos discursos desses sujeitos, quatro temas emergiram: os ajustes cotidianos na convivência, o jogo interativo, duas lógicas em ação e o sentido de ser família. Constatamos que nessa dinâmica interativa, vivida na vida cotidiana da família, um jogo relacional é estabelecido. Através de pequenas negociações no dia a dia, esses pais e filhos instituem os limites entre os espaços pessoais e os coletivos na relação e, ao mesmo tempo, mostram-se capazes de alternar suas posições nesse domínio, de forma a acomodar os interesses do momento. Nessa medida, estabelecem um contexto propício para um interjogo, um ir e vir nas dimensões relacionais, que transforma o espaço familiar em um espaço que faz sentido e gera reconstruções de significados. / [fr] Le prolongement de la convivivialité familiale est une construction contemporaine et il répresente un moment potentiellement riche d échanges mutuels et des relations proches de la symétrie dans le domaine familial. L objectif de cette thèse est l analyse de la relation entre parents et ses enfants adultes en situation de cohabitation dans le monde doméstique familial. Dans ce but, nous avons élaboré un réseau théorique interdisciplinaire, qui a intégré les connaissances issues du champ des thérapies familiales, de la sociologie, de l antropologie et aussi de la psychanalyse de Donald Winnicott. Nous avons construit cet objet d étude à partir de notre intérêt sur les ajustements quotidiens entre les parents et ses enfants, en soulignant la dynamique interrelationnelle vécue dans cet espace qui essaie d assurer l équilibre convivial. Nous avons recherché cet univers à partir d un étude du terrain. D ailleurs, nous avons réalisé des entrétiens semi-structurés auprès de 7 mères, 1 père, 4 fils e 4 filles. À partir de l analyse des discours, quatre thèmes ont été dévoilé : les ajustements quotidiens au domaine convivial, le jeu intératif, deux logiques en action et le sens d être famille. Nous avons rémarqué que cette dynamique interactive, vécue dans la vie quotidienne familialle se montre comme un jeu relationnel. Ces parents et enfants construisent les limites entre les espaces personnels et les colectifs dans la relation et, au même temp, ils se montrent capables d alterner leurs positions, de façon à sauvegarder les intérêts du moment. Ainsi, ils établissent un context propice à l apparition d un interjeu, un aller et venir dans les dimensions relationelles, transformant l espace familial dans un espace de sens qui engendre des réconstructions des signifiants.

[pt] O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma formulação e um programa para o projeto ótimo de estruturas de placas e cascas submetidas a carregamento dinâmico, no regime linear-elástico. Com este objetivo, utiliza-se o programa de Otimização Estrutural de Formas SHELLD que possui os módulos referentes à geração de malha, à análise estrutural, à análise de sensibilidade e ao algoritmo de otimização. A geração da malha da superfície da casca é feita através do mapeamento de uma malha 2D,gerada no plano paramétrico, para uma malha em 3D, usando as equações de Coons. Desta maneira, a geometria da casca de forma livre é representada usando superfícies de Coons as quais são formadas por duas séries de splines cúbicas que interceptam os pontos-chave que se encontram na superfície média. Uma vez discretizada a superfície da casca em elementos finitos,começa a etapa de análise dinâmica através do Método de Integração Direta de Newmark. O programa SHELLD utiliza o elemento finito de nove nós de Huang-Hinton, que pertence à família de elementos degenerados de cascas. O processo de otimização estrutural requer o uso seqüencial da análise estrutural e da análise de sensibilidade combinado com o algoritmo de otimização. Na análise de sensibilidade, através do Método Semi-analítico, calculam- se os gradientes da função-objetivo e das restrições em relação às variáveis de projeto para determinar a direção de busca do algoritmo de otimização. As variáveis do problema são as coordenadas e/ou as espessuras dos pontos-chave. Isto implica uma diminuição das variáveis de projeto e um maior controle na obtenção da forma da casca. No projeto de otimização de cascas podem ser consideradas diferentes funções-objetivo. Em alguns casos, busca-se manter tão baixo quanto possível o peso das mesmas e, portanto, o seu custo, impondo restrições que podem estar relacionadas com valores limites de deslocamentos, acelerações, freqüências ou tensões. Em outros casos, procura-se minimizar o deslocamento ou aceleração em um ponto da casca ou o seu deslocamento global tendo como restrição o seu volume permanecer constante. Nos problemas em vibração livre, deseja-se maximizar a freqüência correspondente ao modo de vibração que se quer enrijecer mantendo o volume constante. Em casos especiais de cascas que tem problemas de autovalores múltiplos,incorporam-se restrições nas freqüências para que não ocorram -clusters-. Para resolver o problema de otimização não-linear com restrições, escolhe-se o método de Programação Quadrática Seqüencial. O algoritmo de otimização é usado como -caixa preta-,extraído da biblioteca NAG do FORTRAN, pois é dada maior ênfase à formulação do problema de otimização que ao algoritmo de otimização utilizado como ferramenta de programação matemática. / [en] The main goal of this work is to present a methodology and a computer code which allow the designer, by means of optimization techniques, to obtain efficient shapes of plate and shell structures under linear-elastic behavior and dynamic loads. With this objective, it is used the optimization program SHELLD that includes the geometric modeling, the mesh generation, the structural analysis by the FEM, the sensitivity analysis and the structural optimization algorithm. In this thesis, the geometry of the free-form shell is represented by Coon surfaces, which are formed by two series of cubic splines intercepting the key points, which lay on the midsurface.Once the shell surface is discretized in finite elements, the structural analysis starts. The structural response analysis is performed by means of the Newmark direct integration method. The finite element used is the 9 nodes Huang-Hinton element, which belongs to the family of elements degenerated from 3D elements.The aim of the sensitivity analysis is to determine gradients of the objective functions and constraints of the design optimization problem with respect to the design variables. The method used in this work for performing the sensitivity analysis is based on the total differentiation of the discrete dynamic equilibrium equations and derivatives of stiffness, mass and damping matrices are performed by means of the finite difference method. This methodology is known in the literature as the Semi-analytical Method for sensitivity analysis. The sizing and shape variables are the thickness and the lengths of the radii in the key points respectively, which implies in a decrease of the number of variables in the project. The design of shell structures under dynamic loads is a common problem in engineering practice. In order to obtain an optimal design of these structures one generally tries to keep as low as possible their weight or volume, in one word their cost, while constraining their structural response in terms of displacements, accelerations, frequencies or stress resultants. Alternatively one can minimize the displacement or acceleration at some point of the structure or its global displacement while keeping its volume constant. In the case of free vibration the objective is to maximize the frequency, corresponding to the vibration mode one wants to stiffen, keeping the shell volume constant. In special cases of shells with multiple eigenvalues, try to keep as low as possible their volume considering frequency constrains to avoid clusters.To solve the nonlinear constrained optimization problem at hand the Sequential Quadratic Programming algorithm (SQP) from NAG library of FORTRAN is used. In this thesis, we have placed more emphasis on how to formulate optimization problems appropriately rather than on the theory underlying -mathematical programming- optimization algorithms, i.e. we use the SQP algorithm essentially as -black box-. / [es] EL objetivo principal de este trabajo es desarrollar una formulación y un programa para el proyecto óptimo de extructuras de placas y cascas sometidas a sobrecarga dinámica, en el régimen lineal elástico. Con este objetivo, se utiliza el programa de Optimización Extructural de Formas SHELLD que posee los módulos referentes a la generación de malla, al análisis extructural, al análisis de sensibilidad y al algoritmo de optimización. La generación de la malla de la superficie de la casca se realiza través del mapeamento de una malla 2D, generada en el plano paramétrico, para una malla en 3D, usando las ecuaciones de Coons. De esta manera, la geometría de la casca de forma libre se representa usando superficies de Coons, formadas por dos séries de splines cúbicas que interceptan los puntos claves que se encuentran en la superfície media. Una vez discretizada la superfície de la casca en elementos finitos,comienza la etapa de análisis dinámico a través del Método de Integración Directa de Newmark. EL programa SHELLD utiliza el elemento finito de nueve nodos de Huang Hinton, que pertenece a la familia de elementos degenerados de cascas. EL proceso de optimización extructural requiere el uso secuencial del análisis extructural y del análisis de sensibilidad combinado con el algoritmo de optimización. En el análisis de sensibilidad, a través del Método Semi analítico, se calculan los gradientes de la función objetivo y de las restricciones en relación a las variables de proyecto para determinar la dirección de búsqueda del algoritmo de optimización. Las variables del problema son las coordenadas y/o las espesuras de los puntos clave. Esto implica una diminuición de las variables de proyecto y un mayor control en la obtención de la forma de la casca. En el proyecto de optimización de cascas pueden ser consideradas diferentes funciones objetivo. En alguns casos, se busca mantener el peso de las mismas tan bajo como sea posible y, por tanto, el costo, imponiendo restricciones que pueden estar relacionadas con valores límites de desplazamientos, aceleraciones, frecuencias o tensiones. En otros casos, se busca minimizar el desplazamiento o aceleración en un punto de la casca o su desplazamiento global teniendo como restrición que el volumen permanezca constante. En los problemas en vibración libre, se desea maximizar la frecuencia correspondiente al modo de vibración que se quiere enrijecer manteniendo el volumen constante. En casos especiales de cascas que tiene problemas de múltiples valores propios, se incorporan restricciones en las frecuencias para que no ocurran clusters . Para resolver el problema de optimización no lineal con restricciones, se utiliza el método de Programación cuadrática Secuencial. El algoritmo de optimización es usado como caja negra,extrayendo de la biblioteca NAG del FORTRAN, pues se da mayor énfasis a la formulación del problema de optimización que al algoritmo de optimización utilizado como herramienta de programación matemática.

[pt] O crescente avanço da tecnologia de equipamentos rotativos tem exigido dos projetistas de máquinas adapta-los às condições de operação mais rigorosas e, consequentemente, projetos mais sofisticados. O aumento da eficiência é frequentemente realizado por operações de minimização de folga entre os elementos rotativos e estacionários e/ou aumento da velocidade de rotação do rotor. A natureza das funções e o custo elevado dos equipamentos rotativos de alta velocidade exigem precisão e segurança no projeto para evitar riscos de operação. Quando o rotor entra em contato com o estator, este pode exibir um comportamento dinâmico fascinante cujo movimento depende de impacto, atrito, e efeitos giroscópicos. Grande parte das preocupações dos engenheiros com relação a vibrações em máquinas rotativas leves e de alta velocidade deve-se aos seus efeitos destrutivos sobre o sistema do estator. Interação devido ao efeito do rubbing entre o conjunto do rotor e sua respectiva carcaça um dos principais causadores de falhas em máquinas rotativas. As forças e tensões desenvolvidas como resultado de pequenas folgas podem resultar em desgaste, perda de desempenho, redução de estabilidade, ruído, calor e vibrações. Obter maior conhecimento sobre este fenômeno torna-se extremamente importante para melhorar a capacidade de proteger o sistema de possíveis danos. O fator chave para almejar este objetivo é continuamente aumentar a habilidade de prever a resposta dinâmica com precisão para então garantir a estabilidade do sistema do rotor. Neste âmbito, o presente trabalho apresenta um estudo teórico, com simulação numérica e validação experimental como objetivo de melhorar nosso conhecimentos sobre o fenômeno. / [en] Increasing demands for high performance, yet reliable operation of rotating machinery continues to increase and have placed stringent requirements on designers and developers to produce efficient, trouble-free rotating machinery. The performance of high-performance turbomachinery can be enhanced by decreasing clearance between rotating parts and housing and/or by increasing the rotor velocity. When a rotor touches upon a boundary, it can exhibit a quite fascinating dynamical behavior and its motion depends on impact, friction, and gyroscopic effects. A large portion of the engineering concern with vibration in high speed rotating machinery results from its destructive effects on the stator system. Rub interactions between a rotor assembly and its corresponding casing structure has been one of the major causes for machine failure. The forces and tensions developed as a result of such clearances can result in wear, loss of performance, reduction of the stability, noise, heat and vibration. Gaining increased knowledge about rnb-related phenomena is important for improving the ability to protect a machine from damage. A key factor in achieving this objective continues to be the ability to accurately predict the dynamic response and stability of a rotor system. This work presents theoretical study, with numerical simulation and experimental validation to improve our knowledge about this phenomena.

[pt] É um resultado conhecido na literatura que uma cadeia unidimensional de partículas, que interagem harmonicamente com seus primeiros vizinhos, não conduz calor, e forças não lineares são necessárias para reproduzir a lei de Fourier da condução de calor. Quando são introduzidas assimetrias em tal sistema condutor, se obtém um efeito retificador onde a corrente térmica apresenta magnitudes diferentes dependendo de qual lado da cadeia tem maior temperatura, tais dispositivos sendo chamados de diodos térmicos. Neste trabalho estudamos os dois fenômenos, condução de calor e retificação térmica, em uma cadeia unidimensional de partículas, com condições de contorno fixas, acopladas a dois banhos térmicos, um em cada extremidade, modelados como termostatos de Langevin. As partículas interagem com seus primeiros vizinhos harmonicamente e estão sujeitas a um potencial localizado externo não linear, para o qual estudamos dois tipos, os potenciais Frenkel-Kontorova e Ø elevado a 4. Verificamos que a lei de Fourier é observada, para ambos os casos, com o perfil de temperatura e a condutividade térmica dependendo da relação entre as amplitudes harmônica e anarmônica, e a temperatura média do sistema. Em seguida, para criar uma assimetria na cadeia, nós acoplamos dois segmentos de mesmo tamanho. Observamos um efeito retificador onde a direção preferencial difere para cada potencial localizado estudado. A forma como as temperaturas dos banhos térmicos mudam a magnitude da retificação também foi observada. Nós também investigamos o efeito de não linearidades interfaciais, por meio de uma lei de potência que acopla segmentos Ø elevado a 4. Alterando o expoente da lei de potência, nós buscamos as condições sob as quais a retificação ótima é atingida. / [en] It is a known result in the literature that a one-dimensional chain of particles that interact harmonically with its first neighbors does not conduct heat, and nonlinear forces are needed to reproduce Fourier s law of heat conduction. When asymmetries are introduced in such a conducting system, a rectifying effect is obtained where the thermal current shows different magnitudes depending on which side of the chain has higher temperature, such devices being called thermal diodes. In this work we study both phenomena, heat conduction and thermal rectification, in a onedimensional chain of particles, with fixed boundary conditions, coupled to two thermal baths, one at each end, modeled as Langevin thermostats. The particles interact with their first neighbors harmonically and have a nonlinear on-site potential, for which we study two types, Frenkel-Kontorova and Ø 4 potentials. We verify that, for both cases, Fourier s law is observed, where the temperature profile and the thermal conductivity are dependent on the relation between the harmonic and anharmonic amplitudes, and the system s average temperature. Next, to create an asymmetry in the chain, we coupled two different segments of equal lengths. We observed a rectifying effect, where the preferential direction differs for each of the two on-site potentials studied. How the heat-bath temperatures changes the magnitude of rectification was also observed. We also investigated the effect of interfacial nonlinearities through a power-law potential, coupling Ø 4 segments. By changing the power-law exponent, we looked for the conditions under which optimal rectification is achieved.

[pt] Prospecção de petróleo usa um equipamento chamado coluna de perfuração para escavar o solo até o nível do reservatório. Este equipamento é uma longa coluna, sob rotação, composto por uma sequência de tubos de perfura ção e equipamentos auxiliares conectados. A dinâmica desta coluna é muito complexa, porque sob condições normais de operação, ela está sujeita à vibrações longitudinais, laterais e torcionais, que apresentam um acoplamento não-linear. Além disso, a estrutura está submetida a efeitos de atrito e choque devido a contatos mecânicos entre os pares broca/rocha e tubos de perfuração/parede do poço. Este trabalho apresenta um modelo mecânico-matemático para analisar uma coluna de perfuração em configuração horizontal. Este modelo usa uma teoria de viga com inércia de rotação, deformação cisalhante e acoplamento não-linear entre os três mecanismos de vibração. As equações do modelo são discretizadas utilizando o método dos elementos finitos. As incertezas dos parâmetros do modelo de interação broca-rocha são levandas em conta através de uma abordagem probabilística paramétrica, e as distribuições de probabilidades dos parâmetros aleatórios são construídas por meio do princípio da entropia máxima. Simulações numéricas são conduzidas de forma a caracterizar o comportamento dinâmico não-linear da estrutura, especialmente, da broca. Fenômenos dinâmicos inerentemente não-lineares, como stick-slip e bit-bounce, são observados nas simulações, bem como choques. Uma análise espectral mostra que, surpreendentemente, os fenômenos de stick-slip e bit-bounce são resultado do mecanismo de vibração lateral, e que os fenômenos de choque decorrem da vibração torcional. Visando aumentar a eficiência do processo de perfuração, um problema de otimização que tem como objetivo maximizar a taxa de penetração da coluna no solo, respeitando os seus limites estruturais, é proposto e resolvido. / [en] Oil prospecting uses an equipment called drillstring to drill the soil until the reservoir level. This equipment is a long column under rotation, composed by a sequence of connected drill-pipes and auxiliary equipment. The dynamics of this column is very complex because, under normal operational conditions, it is subjected to longitudinal, lateral, and torsional vibrations, which presents a nonlinear coupling. Also, this structure is subjected to friction and shocks effects due to the mechanical contacts between the pairs drill-bit/soil and drill-pipes/borehole. This work presents a mechanical-mathematical model to analyze a drillstring in horizontal configuration. This model uses a beam theory which accounts rotatory inertia, shear deformation, and the nonlinear coupling between three mechanisms of vibration. The model equations are discretized using the finite element method. The uncertainties in bit-rock interaction model parameters are taken into account through a parametric probabilistic approach, and the random parameters probability distributions are constructed by means of maximum entropy principle. Numerical simulations are conducted in order to characterize the nonlinear dynamic behavior of the structure, specially, the drill-bit. Dynamical phenomena inherently nonlinear, such as slick-slip and bit-bounce, are observed in the simulations, as well as shocks. A spectral analysis shows, surprisingly, that slick-slip and bit-bounce phenomena result from the lateral vibration mechanism, and that shock phenomena comes from the torsional vibration. Seeking to increase the efficiency of the drilling process, an optimization problem that aims to maximize the rate of penetration of the column into the soil, respecting its structural limits, is proposed and solved. / [fr] La prospection de pétrole utilise un équipement appelé tube de forage pour forer le sol jusqu au niveau du réservoir. Cet équipement est une longue colonne rotative, composée d une série de tiges de forage interconnectées et d équipements auxiliaires. La dynamique de cette colonne est très complexe car dans des conditions opérationnelles normales, elle est soumise à des vibrations longitudinales, latérales et de torsion, qui présentent un couplage non linéaire. En outre, cette structure est soumise à des effets de frottement et à des chocs dûs aux contacts mécaniques entre les paires tête de forage/sol et tube de forage/sol. Ce travail présente un modèle mécaniquemathématique pour analyser un tube de forage en configuration horizontale. Ce modèle utilise la théorie des poutres qui utilise l inertie de rotation, la déformation de cisaillement et le couplage non linéaire entre les trois mécanismes de vibration. Les équations du modèle sont discrétisées par la méthode des éléments finis. Les incertitudes des paramètres du modèle d interaction tête de forage/sol sont prises en compte par l approche probabiliste paramétrique, et les distributions de probabilité des paramètres aléatoires sont construites par le principe du maximum d entropie. Des simulations numériques sont réalisées afin de caractériser le comportement dynamique non lináaire de la structure, et en particulier, de l outil de forage. Des phénom ènes dynamiques non linéaires par nature, comme le slick-slip et le bit- bounce, sont observés dans les simulations, ainsi que les chocs. Une analyse spectrale montre étonnamment que les phénomènes slick-slip et bit-bounce résultent du mécanisme de vibration latérale, et ce phénomène de choc vient de la vibration de torsion. Cherchant à améliorer l efficacité de l opération de forage, un problème d optimisation, qui cherche à maximiser la vitesse de pénétration de la colonne dans le sol, sur ses limites structurelles, est proposé et résolu.

[pt] Neste trabalho inicialmente foram modeladas as estruturas do dendrímero PAMAM G4 em diferentes estados de protonação utilizando-se o programa Hyperchem. A seguir essas estruturas foram inseridas em uma caixa d’água e simuladas por dinâmicamolecular, tendo sido observado um aumento de volume do dendrímero à medida que o grau de protonação foi aumentado, com a formação de uma estrutura mais aberta comparativamente à do dendrímero não protonado. Uma vez conhecidas as topologias do dendrímero PAMAM em diferentes pH, foram incluídas moléculas de rifampicina nas cavidades existentes no interior do dendrímero em pH neutro simulado, através de um algoritmo desenvolvido com a finalidade de otimizar este encapsulamento, o que definiu como número máximo de 20 moléculas de rifampicina complexadas no interior do dendrímero e resultou em uma redução importante no custo computacional. Após estes acoplamentos pelo algoritmo desenvolvido, o complexo foi simulado através de dinâmica molecular tendo sido verificado que se mantinha estável em pH neutro ao longo do tempo.O estudo da possível liberação das moléculas de rifampicina do complexo rifampicina/PAMAM G4 por dinâmica molecular, mostrou que as moléculas de rifampicina são liberadas gradativamente em pH ácido. Os resultados computacionais foram validados por resultados experimentais obtidos em um trabalho desenvolvido em colaboração entre o IQ/UFRJ e o IPEC/FIOCRUZ, cujo objetivo foi caracterizar e determinar a atividade tuberculostática de complexos rifampicina/PAMAM G4. / [en] The structures of PAMAM G4 dendrimer in different protonation states were initially modeled using the program Hyperchem. After this procedure the structures were inserted in a box of water and simulated with molecular dynamics. Was observed an increase in volume of the dendrimer when degree of protonation was increased. Once known the topologies of PAMAM dendrimer at different pH, the rifampin was included in cavities of dendrimer in Neutral and low pH. Using an algorithm designed for the purpose of optimizing this encapsulation, were encountered 20 molecules inside the cavities of dendrimer. This procedure resulted in a low computational cost for molecular dynamics because the molecules were in a optimal position in the structure of dendrimer. After these couplings of the systems these were simulated with molecular dynamics for observation of capacity in transport of dendrimer these molecules in neutral pH and liberation in low pH. The study of the possible release of the complex molecules of rifampicin (rifampicin / PAMAM G4) showed that the molecules are released gradually of the structures at low pH. The computational results were validated by experimental results on the work developed in collaboration between IQ / UFRJ and IPEC / FIOCRUZ, whose objective was to characterize and determine the tuberculostatic activity of complex.