[pt] Um problema de programação ou escalonamento de produção tem como finalidade determinar uma seqüência factível de processamento de um conjunto de operações e de um conjunto de recursos ao longo de um intervalo de tempo, visando otimizar uma ou mais medidas de desempenho, geralmente associadas ao fator tempo ou ao balanceamento de uso dos recursos. Nesse problema, podem existir ainda restrições de precedência entre as operações e de disponibilidade de recursos por operação. Tais operações formam parte das tarefas ou pedidos de clientes por bens ou serviços. Problemas de escalonamento podem ser difíceis, particularmente, porque o tempo é um limitante para se buscar a melhor seqüência entre as seqüências factíveis possíveis. Porém, encontrar boas soluções para problemas complexos de otimização em um intervalo de tempo aceitável é crucial em sistemas produtivos competitivos, onde os problemas de escalonamento são comumente encontrados. A dissertação tem como foco o desenvolvimento de um novo método computacional para resolver problemas de escalonamento nos ambientes de operações: flow shop, flexible job shop, integrated resource selection and operation sequences e advanced planning and scheduling. Inspirado no método de Newton para problemas de otimização contínua multiobjetivo de Fliege et al. (2008), o método proposto é adaptado a cada ambiente de operação. Exemplos e experimentos numéricos com o método proposto são apresentados para cada ambiente de operações, assim como são realizadas comparações com algoritmos existentes. / [en] The production scheduling problem aims to determine a feasible sequence operation processes and resources over a period of time to optimize one or more measures of performance, usually associated with the time factor or balancing the use of resources. In this problem, precedence constraints between operations and availability of resources per operation may exist. Such operations are part of the tasks or customer orders for products or services. Scheduling problems can be difficult, particularly because time is a limiting factor to get the best sequence among possible feasible sequences. However, finding good solutions for complex optimization problems in an acceptable amount time is crucial in competitive production systems, where the scheduling problems are usually found. The dissertation is focused on the development of a new computational method for solving scheduling problems in the operations environments: flow shop, flexible job shop, integrated resource selection and operation sequences and advanced planning and scheduling. Inspired by Newton s method for continuous multiobjective optimization problems of Fliege et al. (2008), the proposed method is adapted to each operating environment. Examples and numerical experiments with the proposed method are presented for each operating environment, showing some comparisons with existing algorithms, as well.

[pt] Neste trabalho desenvolveu-se um algoritmo que fornece soluções próximas da solução ótima para o problema de Apropriação Quadrática segundo a formulação particular de Koopmans e Beckmann (15). Em apêndice consta a listagem do programa desenvolvido em FORTRAN IV para a execução do algoritmo. A apresentação do problema encontra-se no capítulo 1 como algumas formulações e aplicações possíveis. Estuda-se também neste capítulo, as relações do problema de Apropriação Quadrática com o problema do Caixeiro Viajante visando facilitar a compreensão do capítulo seguinte. No capítulo 2 procura-se traçar o panorama das tentativas feitas para solucioná-lo e descreve-se sucintamente alguns dos métodos citados. O Algoritmo desenvolvido foi baseado em idéias apresentadas por Hall (11). No capítulo 3 procura-se resumi-las e no capítulo 4 descreve-se o algoritmo propriamente dito destacando-se alguns dos aspectos computacionais. Finalmente no capítulo 5 apresenta-se uma comparação entre os resultados obtidos pelo algoritmo proposto e os resultados obtidos por outros algoritmos para a resolução do mesmo problema. / [en] This work developes na algorithm that furnishes solutions that are almost optimal for the Quadratic Assignment problem as formulated by Koopmans and Beckmann. The presentation of the problem is in Chapter 1 as are some of the possible formulations and applications. This Chapter also studies the relationships between the following problems: Quadratic Assignment, Linear Assignment and Traveling Salesman problem. Chapter 2 presents a general view of the approaches used for it’s solution. The algorithm is based on the ideas presented by Hall. Chapter 3 is a summary of the Hall’s method. Chapter 4 is a detailed description of the algorithm and some of it’s computational aspects. Finally in chapter 5 comparisons are made between the results using the proposed algorithm and the results obtained using other algorithms.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo comparativo de métodos numéricos para solução das equações da elasticidade em problemas de otimização topológica. Um sistema computacional é desenvolvido em MATLAB para solução de problemas de otimização topológica usando malhas poligonais não estruturadas em domínios bidimensionais arbitrários. Dois métodos numéricos são implementados e comparados com o método dos elementos finitos (FEM) em relação à precisão e à eficiência computacional: o recém proposto Método dos Elementos Virtuais (VEM) e o Método dos Elementos Finitos Suavizados (SFEM). A principal característica que distingue estes métodos do FEM é que as funções de base canônicas não são obtidas de forma explícita. A utilização de projetores locais apropriados permite a extração do componente linear das deformações dos elementos e, por conseguinte, o cálculo da matriz de rigidez se reduz a avaliações de quantidades puramente geométricas. Exemplos numéricos representativos, usando malhas convexas e não convexas, para minimização da flexibilidade são apresentados para ilustrar as potencialidades dos métodos estudados. / [en] This work presents a comparative study of numerical methods for solving the elasticity equations in topology optimization problems. A computational framework is developed in MATLAB for solving topology optimization problems using unstructured polygonal meshes in arbitrary two-dimensional domains. Two numerical methods are implemented and compared with the finite element method (FEM) with respect to accuracy and computational efficiency: the recentlyproposed Virtual Element Method (VEM) and the Smoothed Finite Element Method (SFEM). The key characteristic that distinguish these methods from the FEM is that the canonical basis functions are not computed explicitly. The use of appropriate local projection maps allows the extraction of the linear component of the element deformations and, therefore, the computation of the stiffness matrix is reduced to the evaluation of purely geometric quantities. Representative numerical examples, using convex and non-convex meshes, for compliance minimization are presented to illustrate the capabilities of the methods studied.

[pt] Na presente tese pretendemos defender que o método psicanalítico é legítimo enquanto capaz de produzir conhecimento científico. Partimos da identificação do argumento segundo o qual o diálogo com a Neurociência poderia imprimir um caráter científico às proposições psicanalíticas, confirmando (ou não) suas hipóteses. Não é difícil perceber a hierarquização dos modelos epistemológicos em operação neste argumento. Um autor representativo do argumento descrito é o neurocientista Eric Kandel. Ele acredita que, embora a Psicanálise ainda represente a visão de mente mais coerente e cientificamente satisfatória dentre as que existem, ela entrou no século XXI em declínio por não ter desenvolvido métodos objetivos para testar suas ideias — o que só pode acontecer a partir de sua aproximação teórica, mas, sobretudo metodológica, com a Biologia em geral e com a Neurociência Cognitiva em particular. A fim de nos posicionarmos contrariamente a este argumento, discutiremos, portanto, a especificidade do método psicanalítico, cunhando a seguinte expressão para designá-lo de método baseado na investigação clínico-conceitual como a empiria da psicanálise. Consideramos que as pesquisas clínica conceitual e empírica se complementam, se sobrepõem e até certo ponto, se indiferenciam, na produção do edifício teórico denominado Psicanálise. / [en] We intend to defend on this thesis that the psychoanalytic method is legitimate as able to produce scientific knowledge. We depart from the point of view that the dialogue with Neuroscience could give a scientific character to the psychoanalytic propositions confirming (or not) its hypothesis. It is not difficult to notice the hierarchy of the epistemological model on that argument. A representative of the above argument is the neuroscientist Eric Kandel. He believes that although psychoanalysis still represents the most coherent and satisfactory vision of the mind it has declined in the XXI century because it was unable to develop objective methods to test its ideas – something that can only happen with a theoretical and especially methodological proximity with biology in general and Cognitive Neuroscience in particular. To support our position against this argument we will discuss the specificity of the psychoanalytic method, coining the following expression method based in the clinic conceptual investigation as the empiricism of psychoanalysis. We consider that the clinic conceptual and empiric researches superpose, and to a certain point they are undifferentiated to produce the theoretical building named Psychoanalysis.

[pt] A parte mais difícil de modelar os problemas de tomada de decisão do mundo real, é a incerteza associada a realização de eventos futuros. A programação estocástica se encarrega desse assunto; o objetivo é achar soluções que sejam factíveis para todas as possíveis realizações dos dados, otimizando o valor esperado de algumas funções das variáveis de decisão e de incerteza. A abordagem mais estudada está baseada em simulação de Monte Carlo e o método SAA (Sample Average Appmwimation) o qual é uma formulação do problema verdadeiro para cada realização da data incerta, que pertence a um conjunto finito de cenários uniformemente distribuídos. É possível provar que o valor ótimo e a solução ótima do problema SAA converge a seus homólogos do problema verdadeiro quando o número de cenários é suficientemente grande.Embora essa abordagem seja útil ali existem fatores limitantes sobre o custo computacional para obter soluções mais precisas aumentando o número de cenários; no entanto o fato mais importante é que o problema SAA é função de cada amostra gerada e por essa razão é aleatório, o qual significa que a sua solução também é incerta, e para medir essa incerteza e necessário considerar o número de replicações do problema SAA afim de estimar a dispersão da solução, aumentando assim o custo computacional. O propósito deste trabalho é apresentar uma abordagem alternativa baseada em um método de partição que permite obter cotas para estimar deterministicamente a solução do problema original, com aplicação da desigualdade de Jensen e de técnicas de otimização robusta. No final se analisa a convergência dos algoritmos de solução propostos. / [en] The hardest part of modelling decision-making problems in the real world, is the uncertainty associated to realizations of futures events. The stochastic programming is responsible about this subject; the target is finding solutions that are feasible for all possible realizations of the unknown data, optimizing the expected value of some functions of decision variables and random variables. The approach most studied is based on Monte Carlo simulation and the Sample Average Approximation (SAA) method which is a kind of discretization of expected value, considering a finite set of realizations or scenarios uniformly distributed. It is possible to prove that the optimal value and the optimal solution of the SAA problem converge to their counterparts of the true problem when the number of scenarios is sufficiently big. Although that approach is useful, there exist limiting factors about the computational cost to increase the scenarios number to obtain a better solution; but the most important fact is that SAA problem is function of each sample generated, and for that reason is random, which means that the solution is also uncertain, and to measure its uncertainty it is necessary consider the replications of SAA problem to estimate the dispersion of the estimated solution, increasing even more the computational cost. The purpose of this work is presenting an alternative approach based on robust optimization techniques and applications of Jensen s inequality, to obtain bounds for the optimal solution, partitioning the support of distribution (without scenarios creation) of unknown data, and taking advantage of the convexity. At the end of this work the convergence of the bounding problem and the proposed solution algorithms are analyzed.

[pt] Nos projetos de engenharia de poço, o conhecimento das pressões é fundamental para o planejamento do poço e otimização do processo construtivo. Em geral, as estimativas de pressão de poros são feitas baseadas em análises unidimensionais de poços de correlação e dependem da experiência do analista responsável. Tais estimativas não contemplam todos os dados de uma região e muitas vezes dados não são bem aproveitados. Neste trabalho, é apresentada uma metodologia para estimativa de pressão de poros tridimensional, onde as propriedades dos poços da mesma região foram extrapoladas para toda área através da ferramenta geoestatística. A partir desta extrapolação, foi possível obter-se perfis sintéticos em qualquer locação dentro da região delimitada com maior confiabilidade, enriquecer a compreensão global da região modelada e finalmente construir um cubo tridimensional de pressão de poros utilizando os modelos de Eaton e Bowers, baseando-se no critério que a região apresenta a mesma tendência de compactação. / [en] The knowledge of pore pressures of rocks is critical to several aspects of petroleum the well design and planning. Usually, in the petroleum industry, estimations are based on 1D analyses of the analogues wells and depend on the professional experience. Moreover, estimations do not consider the whole base data of the field. In this dissertation, is presented a methodology for 3D pore pressure estimation, where well data is calculated for the whole area applying a geostatistical tool to build the 3D properties model. From that, it was possible to make more credible synthetics well logs at any location, enrich the whole area comprehension, and also, to build the pore pressure cube based on Eaton and Bowers pore pressure estimations models.

[pt] O dimensionamento de estrutura de contenção flexíveis atirantadas geralmente representa um desafio para os engenheiros civis, devido a complexidade do tema e as severas consequências que uma eventual ruptura pode causar. Visando melhorar a compreensão do comportamento dessas estruturas, bem como o seu dimensionamento, o presente trabalho descreve os mecanismos que governam o comportamento dessas contenções, como por exemplo: o arqueamento das tensões; a redistribuição das tensões; concentração de tensões nas ancoragens, etc. Embora estes mecanismos tenha uma forte influência sobre o comportamento de cortinas atirantadas, eles geralmente não são considerados em projetos, já que na prática brasileira, os dimensionamentos dessas contenções são realizados predominante-mente a partir de métodos de cálculo simples, como por exemplo o cálculo por equilíbrio limite, que não leva em conta esses efeitos. Portanto, no presente trabalho são discutidas as limitações dessa abordagem, e em contrapartida são apresentadas, através de um estudo de caso, os benefícios da aplicação do método dos elementos finitos em análises de escavações. / [en] The design of anchored retaining wall usually represents a challenge for civil engineers, due to the complexity of the issue and the severe consequences that a possible rupture can cause. In order to improve understanding of the behavior of these structures, as well as its design, the present work describes the mechanisms that govern the behavior of these structures, for example: the arching of the stress, the redistribution of stress, concentration of stresses in the anchorages, etc. Although these mechanisms have a strong influence on behavior of the anchored retaining wall, they are usually not considered in design, because the Brazilian practice, the projects of these structures are made predominantly from simple calculation methods, for example by calculating the equilibrium limit, that does not account for these effects. Therefore, in the present work the limitations of this approach are discussed, and on the other hand are presented, via a case study, the benefits of the finite element method applied to the excavation analysis.

[pt] Emulsões podem ser usadas como agentes de controle de mobilidade em métodos de recuperação avançada de óleo de forma a conseguir um varrido mais eficiente do reservatório. A aplicação de tal técnica requer um entendimento completo de como as emulsões escoam em um material poroso. O comportamento macroscópico do escoamento deve ser determinado baseado no escoamento na escala de poros, em que as emulsões não podem ser tratadas como líquidos não Newtonianos monofásicos, uma vez que os diâmetros das gotas são da mesma ordem de magnitude das gargantas de poros. Experimentos realizados por Cobos et al.(1) sobre o escoamento de emulsões através de micro-capilares com garganta, que serviu como modelo para a geometria de uma garganta de poro conectando dois poros adjacentes, mostrou o efeito da fase dispersa na queda de pressão para diferentes condições de escoamento e características das emulsõs. De forma a ampliar a faixa de número de capilaridade e tamanhos de gota explorados nos experimentos, determinar o efeito da tensão interfacial, razão de viscosidades, geometria do capilar e determinar características do escoamento com mais de uma gota, é estudado o escoamento de gotas suspensas em uma fase contínua escoando através de um micro-capilar. A evolução da interface das gotas é determinada pelo método de level-set, que é acoplado a solução das equações de Navier Stokes, baseada no método de elementos finitos. Foi investigado o efeito da distância inicial entre duas gotas, assim como o efeito da tensão interfacial na velocidade de cada uma das gotas. Os resultados obtidos fornecem uma descrição mais detalhada do escoamento de emulsões em gargantas de poros. / [en] Emulsions can be used as mobility control agent in enhanced oil recovery methods in order to achieve a more efficient sweep of the reservoir. The application of such technique requires full understanding of how emulsions flow in a porous material. The macroscopic flow behavior can be determined based on the pore scale flow, at which emulsions cannot be treated as a single phase non Newtonian liquid, since the drop diameters are in the same order of magnitude of the pore throats. Experiments by Cobos et al.(1) of flow of emulsions through constricted micro capillaries, wich served as a model to the geometry of a pore throat connecting two adjacent pore bodies, have shown the effect of the dispersed phase on the pressure drop for different flow conditions and emulsions characteristics. In order to widen the range of capillary number and drop size explored in the experiments and to determine the effect of interfacial tension, viscosity ratio, capillary geometry and determine the characteristics of the flow with more the one drop, we study the flow of a drops suspended in a continuous phase flowing through a constricted micro capillary. The evolution of the drop interface is determined by the level set method which is incorporated to a fully coupled implicit Navier Stokes solver based finite element method. We investigate the effect of an initial distance between the two drops, as well as the effects of the interfacial tension on the drops speed. The results provide a more detailed description of the flow of emulsions through pore throats.

[pt] Esta pesquisa tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia com base no método de elementos finitos para o estudo do problema de contato com atrito que surge na interação solo-duto no comportamento de dutos enterrados. O tratamento das restrições de contato e a incorporação da lei do atrito (tipo Coulomb) é feita através do Método da Penalidade, tomando como referência o trabalho de Laursen e Simo (2002), onde as restrições de contato são impostas de maneira aproximada com o uso de parâmetros de penalidade para as forças normal e tangencial no contato. As relações cinemáticas são descritas em termos de uma função diferenciável da distancia entre os corpos (gap). Para a discretização são empregados elementos hexaedricos de 8 nós com uma formulação híbrida - Enhanced Assumed Strain (EAS) e os efeitos de comportamento não-linear dos materiais envolvidos são considerados na presença de grandes deslocamentos e grandes deformações. A teoria da plasticidade é utilizada para modelar a natureza não-linear das relações constitutivas do duto. Aplicações considerando o problema de contato com atrito que surge na interação solo-duto são apresentadas. / [en] This research aims the development of a methodology based on the finite element method for 3D frictional contact problems such as the frictional contact problem that arises from the soil-pipe interaction of buried pipelines. The treatment of the contact restrictions and the incorporation of the friction law of the Coulomb type are carried out through a penalty method, where the contact restrictions are imposed in an approximated manner using penalty parameters for both normal and tangential forces. The cinematic relations are established in terms of the diferential funtion of the gap between bodies. Hexahedral eight-node elements are employed based on the Enhanced Assumed Strain (EAS) concept and the effects of the non-linear behavior of the materials are considered in presence of large displacements and large deformations. The theory of plasticity is used to model the non-linear nature of the constitutive relations of the pipe. Applications are presented considering the frictional contact problem that arises on the interaction surfaces of a buried structure such as an oil pipeline.

[pt] O escoamento de cápsulas suspensas em uma fase líquida através de canais e capilares micrométricos representa um problema complexo que ocorre em diferentes aplicações, de glóbulos vermelhos em hemodinâmica até escoamento em meios porosos. Em aplicações de meios porosos, a compreensão da dinâmica na microescala é fundamental para avaliar o comportamento macroscópico do escoamento. Canais e capilares com constrição podem ser usados para modelar uma garganta conectando dois poros adjacentes. O escoamento de uma cápsula suspensa através de tais modelos foi analisado para avaliar as características do escoamento considerando os efeitos inerciais (isto é, número de Reynolds finito), incluindo a máxima diferença de pressão necessária para empurrar uma cápsula através da constrição em função do raio da cápsula, a tensão inicial e o material da membrana, geometria do canal e do capilar, assim como as condições de escoamento. De fato, neste estudo, a resposta da pressão é fundamental para avaliar o efeito de bloqueio da cápsula. As fases líquidas internas e externas foram descritas pelas equações de Navier-Stokes, enquanto que a dinâmica da membrana da cápsula foi modelada por uma estrutura flexível 1-D tipo mola. O problema de interação fluido-estrutura foi resolvido usando o método de elementos finitos acoplado ao método de fronteira imersa. Os resultados mostraram a redução da mobilidade da fase contínua devido à presença da cápsula através da constrição. Tais resultados podem ser usados para projetar microcápsulas para bloquear caminhos preferenciais de fluxo da água no processo de deslocamento de óleo em meios porosos. / [en] The flow of capsules suspended in a liquid phase through small channels and capillaries poses a complex problem presented in different applications, from red blood cells on hemodynamics to flow in porous media. In applications of porous media, the understanding of microscale dynamics is fundamental to assess the macroscopic flow behavior. Constricted channels and capillaries can be used to model a pore throat connecting two adjacent pore bodies. The flow of a suspended capsule through such models was analyzed to evaluate the flow characteristics considering inertial effects (i.e. finite Reynolds numbers), including the maximum pressure difference required to push a capsule through the constriction as a function of capsule radius, initial membrane tension, membrane material, channel and capillary geometries, as well as flow conditions. In fact, in this study, the pressure response is fundamental in order to assess the capsule blocking mechanism. Inner and outer liquid phases were described by the Navier-Stokes equations and capsule membrane dynamics was modeled by a 1-D spring-like flexible structure. The fluid-structure interaction problem was solved using the finite element method coupled with the immersed boundary method. Results showed the mobility reduction of the continuous phase due to the presence of a capsule as it flows through the constriction. Such results can be used to design microcapsules to block preferential water flow paths in oil displacement process in porous media.