[pt] Sendo a propagação das ondas radioelétricas sensivelmente influenciada pelo comportamento do índice de refração do ar atmosférico, o conhecimento deste fenômeno é necessário ao se fazer a implantação de sistemas de telecomunicações. Este trabalho estuda o índice de refração a partir de dados diários de temperatura, pressão e umidade relativa entre solo e 5800m de altitude, obtidos por rádio – sondagem em 8 cidades do Brasil. Através de médias mensais destes dados, obteve-se a variação da refratividade do ar atmosférico com a altura. O gradiente foi calculado a partir dos dados diários e obteve-se as distribuições de probabilidade do raio equivalente da Terra e do gradiente da refratividade no solo, do gradiente da refratividade e, ainda, da distribuição da probabilidade do gradiente entre as estações de cada região climática. Finalmente, foi analisada a correlação entre a variação anual da refratividade no solo e seu gradiente. / [en] The radiowaves propagation is critically affected by the behavior of the refractive index of air and for reason to install telecommunication systems the knowledge of this phenomenon is necessary. This work is the study of the refractive index from daily data of temperature, pressure and relative humidity from the surface until 5800m. Of altitude which were obtained by radionsonde in 8 cities of Brazil. After having taken the average of these data every month the refractivity of air variation with altitude was obtained. The gradient was caculated from the daily data and the probability distributions of effective earth radius and refractivity gradient throughout the year were taken. Then, a comparison of the annual behavior of refractivity near the ground , refractivity gradient and the gradient probability distribution was made among stations of each climatic regions. Finally, a correlations between the annual variation of surface refractivity and its gradient was analysed.

[pt] Muitos problemas provenientes do mundo real podem ser modelados por sistemas de equações diferenciais parciais (EDP´s). No entanto, as equações resultantes da discretização produzem matrizes grandes e freqüentementes mal condicionadas. Este trabaho implementa o método de elementos finitos mistos para resolver numericamente um sistema de EDP´s oriundo de um modelo de escoamento de fluidos em meios porosos e melhora sua performance usando precondicionadores e processamento paralelo. / [en] Many problems arising from real world can be represented by systems of partial diferential equations (PDE´s). However, the resulting discrete equations produce large and frequently bad conditioned matrices. This work implements the mixed finite element method to numerically solve a system of PDE´s coming from a multiphase flow in porous media model and improve its performance by preconditioners and parallel processing.

[pt] Desenvolve-se uma técnica para a extração de auto-pares relacionados com a solução de problemas de Elementos Finitos. O algoritmo consiste no uso dos métodos da Iteração Inversa e Gradiente Conjugado para a obtenção do vetor solução associado ao menor auto-valor. As soluções do auto-sistema são calculadas sequencialmente pela modificação da matriz dos coeficientes das equações de equilíbrio do problema através do uso de uma técnica de Deflação. O uso extensivo desta técnica introduz auto-valores múltiplos na matriz dos coeficientes, tornando necessário proceder-se a uma combinação dos dois métodos. É efetuado também um estudo para encontrar vetores iniciais apropriados a serem utilizados pelos métodos. O algoritmo foi implementado e alguns resultados de resolução de exemplos são apresentados, para ilustrar o seu desempenho. / [en] A vector iterative technique is developed for the extraction of eigenpairs related to the solution of finite element problems. The algorithm consists of using inverse iteration and conjugate gradient methods so as to obtain the solution vector associated to the smallest eigenvalue. Eigensolutions are sequentially calculated by replacing the coefficient matrix in the problem equilibrium equation using a deflation technique. The extensive usage of this technique, introduces multiple eigenvalue in the coefficient matrix, requiring a procedure to combine both methods. Also, a study is performed to find the appropriate starting vector to be used with methods. The algorithm has been implemented and the results of some example solutions are given that yield insight into its predictive capabilities.

[pt] O estudo de estabilidade do poço visa minimizar eventos indesejáveis, decorrente de um peso de fluido inadequado. No desenvolvimento do projeto de estabilidade mecânica do poço são definidos limites de pressões, onde o valor de pressão máxima aceitável é fornecido pelo gradiente de fratura. Diversos modelos são propostos na literatura a fim de estimar o valor do gradiente de fratura e a base para todos eles consiste numa precisa determinação do modelo geomecânico. Para esse trabalho foi realizado uma pesquisa bibliográfica dos principais modelos propostos para a determinação do gradiente de fratura, comparando resultados obtidos pela simulação de cada modelo com valores reais de pressão de quebra obtidos in-situ. Identificou-se a influência da escolha desse modelo no resultado da Janela Operacional, as principais práticas disponíveis para se determinar o modelo geomecânico e a sua importância no resultado final do valor de gradiente de fratura. Para a análise comparativa os modelos propostos foram divididos em dois grupos definidos como Tensão Mínima e Tensão tangencial. A solução poroelástica apresentada por Detournay e Cheng (1988) foi a que mais se aproximou dos valores reais de pressão de quebra obtidos insitu. Um maior conhecimento a respeito do modelo adotado para o gradiente de fratura é fundamental no processo de otimização de um projeto de estabilidade de poço de petróleo, podendo transformar projetos inviáveis operacionalmente em viáveis. / [en] The study of wellbore stability aims to minimize undesirable events, due to a inappropriate weight of fluid The wellbore stability analysis defines limits pressures, where the maximum value pressure acceptable is provided by fracture gradient. Several models have been proposed in the literature to estimate the value of the fracture gradient and the basis for all they are the good determination of the geomechanical model. In this work a research in the literature was performed for the determination of different fracture gradient models, comparing results obtained by the simulation of each model with real values of fracture pressure, obtained in-situ. It was noticed the impact in the result of the Operational Window due to the assumptions from the different fracture gradients models. It was also evaluated the main practices available to determine the geomechanical model and its importance in the final result for the value of the fracture gradient. For comparative analysis, the proposed models were divided into two groups defined as Minimum Stress and Hoop Stress. The solution presented by Detournay and Cheng (1988),was the closest to the real values for fracture gradient obtained in-situ. Increased knowledge about the model adopted for the fracture gradient is fundamental in the process of optimizing the Operational Window.

[pt] Este trabalho quantifica o erro que se comete durante o processamento sísmico quando uma abordagem isotrópica é utilizada na análise de velocidade e correção de sobretempo normal (NMO) em dados anisotrópicos. Esta quantificação é realizada através da repetição do experimento de análise de velocidade em dados sísmicos sintéticos construídos a partir de um modelo geológico simples (porém realista) representando uma seqüência sedimentar típica de águas profundas com camadas horizontais onde uma delas é anisotrópica (VTI). A variação da anisotropia é conhecida e a diferença entre as velocidades NMO encontradas para cada modelo é quantificada. O resultado também é quantificado através da diferença na profundidade de uma camada resultante da conversão tempo- profundidade a partir da velocidade obtida no procedimento e mostra que, dependendo da anisotropia, o erro na velocidade (e/ou profundidade) por não se considerar anisotropia pode chegar a 10-15 porcento para valores de anisotropia que são encontrados habitualmente na natureza. A análise desta quantificação também mostra que o parâmetro de anisotropia delta é muito mais influente sobre o erro da velocidade que o parâmetro e e que a espessura da camada utilizada no experimento. Para complementar o trabalho, é verificada a melhor abordagem anisotrópica de correção de sobretempo normal para dados reais a partir de equações existentes na literatura, tanto para a correção de NMO quanto para a estimativa de parâmetros de anisotropia. A utilização de equações que incluem anisotropia permitem uma melhor correção do sobretempo normal e uma boa estimativa dos parâmetros de anisotropia épsilon e delta. Os parâmetros estimados foram utilizados em um algoritmo de migração para meio anisotrópico pré-empilhamento em profundidade e foi verificado que quando existe uma boa estimativa de delta, a profundidade migrada do refletor sofre uma distorção, desprezível em comparação à sua posição original. Em conjunto com este estudo, também é proposta uma técnica alternativa para análise de velocidade utilizando uma função de discriminantes lineares chamada gradiente descendente. Esta metodologia permite adaptar várias equações de NMO e obter todos os parâmetros da equação de uma única vez (t0 ,VNMO e eta), diferentemente do método de coerência geralmente utilizado para realizar análise de velocidade e que só permite a obtenção de dois parâmetros ao mesmo tempo (t0 e VNMO), tornando necessária uma segunda análise de velocidade. O método do gradiente descendente proposto neste trabalho foi testado para quatro funções de sobretempo normal com dados sintéticos e um dado real e foi considerado rápido, robusto e eficiente. / [en] This work quantifies the error created during seismic processing when isotropic approach is used to normal moveout correction and velocity analysis and the seismic data is anisotropic. This quantification is made by performing velocity analysis in several synthetic seismograms built from a simple (but realistic) geological model with some horizontal layers, one of them being anisotropic (VTI), representing a common deep water sedimentary sequence. The anisotropy in the model is known and the difference between the NMO velocities found by seismic processing (semblance analysis) is quantified for each model. The result is also shown through the difference in depth obtained from time-depth conversion with NMO velocity. Depending on the anisotropic degree, the velocity (and/or depth) error produced when the anisotropy is not considered can be up to 10-15 percent for anisotropic values commonly found in nature. This quantification analysis also concludes that delta parameter influences more on velocity error than e parameter and layer depth. To complement this work, the best anisotropic approach for normal moveout correction to be used in real data is investigated, by comparing some NMO functions found in technical papers, analyzing the data correction and the parameter estimation. The usage of NMO equation with anisotropic approach in anisotropic seismic data allows a better normal moveout correction and the anisotropic parameters ( épsilon and delta) can be estimated from velocity analysis. The estimated anisotropic parameters were applied in a pre-stack anisotropic depth migration algorithm and it was verified that when delta is well estimated, the migrated position of a seismic reflector is not very distorted from its real position. It is also proposed in this Thesis one alternate technique for velocity analysis using one linear discriminant function called gradient descendent. This methodology allows adopting several normal moveout functions and obtaining all the equation parameters (t0 , VNMO and eta) at once, differently from semblance method used in conventional velocity analysis that only allows obtaining two parameters at the same time (t0 and VNMO ), which requires a second velocity analysis to obtain all equation parameters. The proposed gradient descendent method was tested with four NMO equations and it was shown to be fast, robust and efficient.

[pt] A grande maioria dos componentes estruturais possui entalhes que concentram localmente as tensões em torno de suas pontas. O fator de sensibilidade ao entalhe q, muito usado para quantificar o efeito deles em fadiga, pode ser associado à geração de trincas não propagantes quando SL(R)/Kt < σn < SL(R)/Kf, onde SL(R) é o limite de fadiga do material em uma dada razão R = σmin/σmax; Kt = σmax/σn é o fator de concentração de tensões (SCF, de stress concentration factor) do entalhe; σn é a amplitude de tensão nominal aplicada; σmax é a máxima tensão na ponta do entalhe; e Kf = 1 + q(Kt – 1) é o fator de concentração de tensões à fadiga, que quantifica o efeito dos entalhes na resistência à fadiga do componente entalhado. Partindo desse comportamento, recentemente foi desenvolvido um modelo para calcular q considerando a influência do gradiente de tensões à frente da raiz do entalhe no comportamento à fadiga de trincas mecanicamente curtas, usando apenas técnicas apropriadas de análise de tensões e as resistências à fadiga do material: o limite de fadiga e o limiar de propagação de trincas longas. Este modelo, cujas previsões foram validadas por vários experimentos apropriados, considera assim todas as características da geometria do entalhe e do carregamento em q, sem precisar de nenhum parâmetro ajustável. Nesse trabalho, esse critério é estendido para tratar problemas de Trincamento Assistido por Meios Corrosivos (EAC), considerando apropriadamente parâmetros de análise de tensão. O efeito da corrosão é quantificado pela resistência do material ao trincamento por EAC, SEAC, e pelo limiar de propagação em condições de EAC, KIEAC, ambos medidos no ambiente agressivo em questão. Esse modelo em particular prevê a existência de uma sensibilidade ao entalhe qc em problemas de EAC quando SEAC/Kt < σmax < SEAC/[1 + qc(Kt - 1)], que pode ser mecanicamente quantificada por técnicas análogas àquelas utilizadas com sucesso para quantificar q em fadiga. Para comprovar experimentalmente a validade do modelo nestas condições, foi escolhido o par {Alumínio (Al) 2024 recozido – Gálio (Ga)} na temperatura de 35ºC, devido à rapidez da sua reação de trincamento sob EAC, a qual permite que suas propriedades básicas, SEAC and KIEAC, sejam determinados rapidamente. Usando somente a mecânica proposta neste novo modelo e as resistências básicas do material à EAC, 8 corpos de prova entalhados foram projetados para alcançar e suportar a máxima tensão na ponta de seus entalhes duas vezes maiores do que SEAC. O modelo prevê que isso é possível devido à interação do gradiente de tensões à frente da ponta do entalhe com a pequena trinca nele iniciada, que permanece não propagante nessas condições. Como nenhum dos corpos de prova assim projetados falhou nesses testes, pode-se concluir que aqueles ensaios suportam a eficácia do modelo, o qual pode ser bastante útil como ferramenta de dimensionamento mecânico no tratamento do efeito de entalhes em problemas de EAC. / [en] The vast majority of structural components have notches that locally concentrate stresses around their tips. The notch sensitivity factor q, widely used to quantify the effect of such notches on fatigue, can be associated with the generation of non-propagating cracks at the notch tips in fatigue tests when SL(R)/Kt < σn < SL(R)/Kf, where SL(R) is the fatigue limit of the material at a given R = σmin/σmax ratio; Kt = σmax/σn is the stress concentration factor (SCF) of the notch; σn is the amplitude of the nominal stress that loads it; σmax is the maximum stress at the notch tip; and Kf = 1 + q(Kt – 1) is the (effective) fatigue SCF, which quantifies the actual notch effect on the fatigue strength of the notched component. Based on this behavior, a model was recently developed to calculate q considering the influence of the stress gradient ahead of the notch tip on the fatigue behavior of mechanically short cracks, using only proper stress analysis techniques and the basic fatigue properties of the material, its fatigue limit and long crack propagation threshold. This model, whose predictions were validated by various appropriated experiments, considers the entire notch geometry and loading characteristics on q, without the need of any data-fitting parameter. In this study, this criterion is extend to properly treat environmentally assisted cracking (EAC) problems considering stress analysis issues. The corrosion effects are quantified by the material resistance to EAC, SEAC, and by its crack propagation threshold under EAC conditions, KIEAC, both measured in the aggressive environment in question. This model in particular predicts the existence of a notch sensitivity qc in EAC problems as well, when SEAC/Kt < σmax < SEAC/[1 + qc(Kt - 1)], which can be mechanically quantified by techniques analogous to those successfully used to quantify q in fatigue. To experimentally prove the validity of this model under EAC conditions, the pair material/aggressive medium chosen is an annealed 2024 Al alloy and Ga at 35oC, due to its very fast EAC reaction, which allows its basic properties, SEAC and KIEAC, to be quickly determined. Using only the mechanics proposed in this new model and the basic material resistances to EAC, 8 notched test specimens were designed to reach and survive to maxima stresses at the tip of their notches twice as large as SEAC. The model predicts that this is possible due to the interaction of the stress gradient ahead of the notch tip with the small crack initiated there, which is non-propagating under such conditions. Since none of the specimens failed in the designed tests, it can be concluded that they support the effectiveness of the model, which may thus be quite useful as a mechanical tool to treat notch effects in EAC problems.

[pt] Neste trabalho, o fator de gradiente de tensões elastoplástico na frente da raiz de entalhe é utilizado para investigar o efeito real do entalhe na resistência à fadiga, quantificado pelo fator de concentração de tensões à fadiga. Este é geralmente menor que o fator de concentração de tensões do entalhe, o parâmetro linear elástico (Fator de concentração de tensão) , devido à tolerância do material a trincas curtas não propagantes. Considerando que a plasticidade localizada na vizinhança da raiz do entalhe afeta o comportamento de crescimento de trincas curtas dentro da zona plástica induzida pelo entalhe, uma abordagem baseada na Mecânica da Fratura é proposta para abranger os efeitos dos campos de tensões e deformações elastoplásticas no cálculo do (Fator de concentração de tensão de fadiga). Análises bidimensionais por elementos finitos são adotadas para calcular fatores de intensidade de tensão de espécimes planos e entalhados. O modelo de encruamento de Ramberg-Osgood e a regra de Neuber são usados para obter aproximações de fatores de intensidade baseados em deformação. Para validação da metodologia, as previsões numéricas geradas são comparadas com dados experimentais de S-N coletadas da literatura para espécimes com (Fator de concentração de tensão) . Estes possuem furo circular central ou entalhes tipo U ou V, são feitos de diferentes materiais e testados sob cargas axiais com razão igual a -1, 0 ou 0,1. A comparação mostra boa concordância e prova que a solução elastoplástica proporcione maior precisão do que a linear elástica. Os resultados mais discrepantes são obtidos em razões de carga de 0 e 0,1, no entanto, eles podem ser significativamente melhorados quando é considerada a correção de efeitos de tensão média não nula. / [en] Elasto-plastic stress gradient factors ahead of notch tips are used to evaluate actual notch effects in fatigue strength, quantified by fatigue stress concentration factor (Fatigue stress concentration factor). Usually, it is smaller than the linear elastic stress concentration factor of the notch, (Stress concentration factor) , due to material tolerance to non-propagating short cracks. Considering that local plasticity around notch tips plays a significant role in the growth behavior of short cracks within the notch plastic zone, a sound mechanical methodology is proposed to account for the effects of elasto-plastic stress and strain fields in the actual (Fatigue stress concentration factor) value. Two-dimensional finite element analyses are conducted to compute stress intensity factors of smooth and notched specimens. Ramberg-Osgood model and Neuber s rule are used to achieve approximations for strain-based intensity factors. For methodology validation, numerical predictions are compared to experimental stress-life data of center, U, and V-notched plate specimens made of different materials and tested under uniaxial load ratios of −1, 0, and 0.1 collected from the literature. The comparisons show good agreement proving that the elasto-plastic solution provides more accuracy than the linear elastic one. The most discrepant results are obtained at load ratios of 0 and 0.1, and they can be significantly improved if non-zero mean stress effects are considered.

[pt] Este trabalho busca usar o comitê de algoritmos de aprendizado por reforço profundo (deep reinforcement learning) sob uma nova perspectiva. Na literatura, a técnica de comitê é utilizada para melhorar o desempenho, mas, pela primeira vez, esta pesquisa visa utilizar comitê para minimizar a dependência do desempenho de aprendizagem por reforço profundo no ajuste fino de hiperparâmetros, além de tornar o aprendizado mais preciso e robusto. Duas abordagens são pesquisadas; uma considera puramente a agregação de ação, enquanto que a outra também leva em consideração as funções de valor. Na primeira abordagem, é criada uma estrutura de aprendizado online com base no histórico de escolha de ação contínua do comitê com o objetivo de integrar de forma flexível diferentes métodos de ponderação e agregação para as ações dos agentes. Em essência, a estrutura usa o desempenho passado para combinar apenas as ações das melhores políticas. Na segunda abordagem, as políticas são avaliadas usando seu desempenho esperado conforme estimado por suas funções de valor. Especificamente, ponderamos as funções de valor do comitê por sua acurácia esperada, calculada pelo erro da diferença temporal. As funções de valor com menor erro têm maior peso. Para medir a influência do esforço de ajuste do hiperparâmetro, grupos que consistem em uma mistura de diferentes quantidades de algoritmos bem e mal parametrizados foram criados. Para avaliar os métodos, ambientes clássicos como o pêndulo invertido, cart pole e cart pole duplo são usados como benchmarks. Na validação, os ambientes de simulação Half Cheetah v2, um robô bípede, e o Swimmer v2 apresentaram resultados superiores e consistentes demonstrando a capacidade da técnica de comitê em minimizar o esforço necessário para ajustar os hiperparâmetros dos algoritmos. / [en] This work seeks to use ensembles of deep reinforcement learning algorithms from a new perspective. In the literature, the ensemble technique is used to improve performance, but, for the first time, this research aims to use ensembles to minimize the dependence of deep reinforcement learning performance on hyperparameter fine-tuning, in addition to making it more precise and robust. Two approaches are researched; one considers pure action aggregation, while the other also takes the value functions into account. In the first approach, an online learning framework based on the ensemble s continuous action choice history is created, aiming to flexibly integrate different scoring and aggregation methods for the agents actions. In essence, the framework uses past performance to only combine the best policies actions. In the second approach, the policies are evaluated using their expected performance as estimated by their value functions. Specifically, we weigh the ensemble s value functions by their expected accuracy as calculated by the temporal difference error. Value functions with lower error have higher weight. To measure the influence on the hyperparameter tuning effort, groups consisting of a mix of different amounts of well and poorly parameterized algorithms were created. To evaluate the methods, classic environments such as the inverted pendulum, cart pole and double cart pole are used as benchmarks. In validation, the Half Cheetah v2, a biped robot, and Swimmer v2 simulation environments showed superior and consistent results demonstrating the ability of the ensemble technique to minimize the effort needed to tune the the algorithms.