[pt] Modelagem de elementos da natureza é uma área de pesquisa atual e com crescente importância para a Computação Gráfica. O objetivo deste trabalho consiste em apresentar uma ampla pesquisa bibliográfica sobre o assunto, definir conceitos fundamentais e propor soluções e novas técnicas para alguns problemas. Embora a pesquisa enfatize principalmente a modelagem procedimental, também serão apresentados métodos de iluminação e visualização adequados para certos tipos de elementos.

[pt] Este trabalho apresenta um modelo matemático completo e a implementação de um sistema computacional para a simulação do escoamento em um hidrociclone, que leva em conta o núcleo de ar como uma superfície livre, caracterizando esta interface livre formada como do tipo Young-Laplace. Pelas características do escoamento foi considerada a difusão turbulenta, que foi necessário acrescentar para poder ajustar bem o modelo aos dados experimentais. São aproximados os campos de velocidades e pressões, assim como a forma e localização da interface, esta através de um método lagrangeano. Neste método utiliza-se uma malha lagrangeana para caracterizar a interface livre e uma malha euleriana para calcular os campos de velocidades e pressões no escoamento através do método dos volumes finitos. O ajuste da interface é feita através de um processo iterativo. São feitas simulações numéricas e são mostradas comparações das previsões teóricas com dados experimentais que validam o modelo. / [en] The present work is realted to the mathematical modeling and computacional simulation of flow through hydrocyclons. The present model assumes the air core being a free surface of Young-Laplace type. As the characterisctic of the flow suggests, the model considers a turbuleny diffusion, this fact is essential to have a good agreement with experimental data. The velocity and pressure with the shape and localization of the interface are approzximated. For the above approximation a langrangian grid is used to characterize the free interface, and an eulerian grid for calculating the velocity and pressure fields thorough a finite-volume method. The approximation of the interface is achieved using an iterative procedure. An extensive comparison of model predictions against experimental data is presented together with some numerical results.

[pt] A produção de hidrocarbonetos resulta na redução da pressão do reservatório( depletação ). À medida que a pressão do reservatório diminui, as tensôes efetivas aplicadas na matriz rochosa aumentam, provocando reduções na porosidade e na permeabilidade da rocha assim como redução de volume, esta última conhecida como compactação.A compactação do reservatório pode provocar subsidência da superfície com conseqüentes impactos ambientais e problemas em equipamentos localizados no poço, tais como revestimentos, e outros problemas associados, tais como produção de sólidos. No entanto, compactação não é sempre prejudicial porque ajuda a manter a pressão do reservatório e, conseqüentemente, a produtividade. O acoplamento fluxo-deformação é fundamental na análise deste problema. Este trabalho tem com objetivo discutir a teoria e as equações que modelam este processo acoplado, suas limitações e sua capacidade de representar corretamente os fenômenos físicos envolvidos.Além disto, foi desenvolvido um simulador numérico baseado no método dos elementos finitos, para a modelagem transiente de um fluxo monofásico através de um meio poroso, considerando-se o acoplamento fluxo do fluido,deformações e temperatura.O material rochoso é modelado segundo um modelo poroelástico. O simulador foi testado comparando resultados com resultados obtidos através de soluções analíticas.Além disto, uma simulção de fluxo em reservatório foi efetuada para avaliar a capacidade do simulador, tendo-se comparado os resultados com resultados encontrados na literatura. A análise foi feita considerando o overburden e o sideburden.Foi verificada uma ótima concordância entre os resultados.O simulador mostrou-se capaz de representar as variações de pressão não apenas decorrentes da difusão do fluido, mas também aquelas provocadas por variações de tensões totais. Em alguns casos, a variação de tensões totais no topo do reservatório é significativa,demonstrando que simuladores convencionais podem induzir erros significativos em termos de variações das pressões no fluido. / [en] Prodution ofhydrocarbon often to a reduction in reservoir pressure. Depending upon the rock compressibility, this reduction in reservoir pressure causes substancial strains and eventual shear collapse. While reservoir pressure decreases the effective stress increases, induting porosity and permeability reduction changes and an overall volume decrease known as compaction. Compaction of reservoir may eventually be transmitted to the surface and cause vertical movements, known as subsidence. Compaction may have serious consequences upon well casing,and other associated problems, such as solid production. However, compaction is not always detrimental because it helps maitaining reservoir pressure and consequently, reservoir productivity. Hydromechaninical coupling is essential to analyze this problem.The aim of this work is to discuss the theory and develop the equations that governthis coupled process. The limitations and possibilities in representing the associated phenomena are highlighted. A numerical, finite element based, simulator was developed to model the single-phase flow through porous media taking into accout the hydrothermo-mechanical coupling. The rock material is assumed to behave as a poroelastic material.The results obtained by the computer simulator were compared with theorical solutions for the classical problem of uniaxial deformation test and for the stress concentration aroun inclined welbores in porous media. The results showed excellent agreement. A idealized reservoir simulation was carrierd out using the computer model and the results of pore pressure, total stresses and displacement changes were compared with results published in the literature, obtained by similar approaches. The comparisons showed very good agreement. In the simulations the presences of overburden, sideburden and underburden were recognized. The simulator represented well the changes in fluid pressure associated with both the diffusion process and the changes in total stresses. In some cases, the changes in total stresses at the top of the reservoir are significant which demonstrates the partial flaw of the conventional flow simulators that are not able to take this effect into account.

[pt] Este trabalho apresenta a modelagem e a implementação de um framework para suporte a objetos visuais interativos. Sua arquitetura define um protocolo extensível para a confecção de novos objetos e a definição de novas operações aplicáveis sobre eles.Para a construção deste framework, alguns requisitos são estabelecidos: extensibilidade, reuso, portabilidade e simplicidade conceitual. Tais requisitos foram cumpridos.Além disso, o framework possui ampla aplicabilidade para a construção de diversos tipos de ferramentas gráfico-interativas. Para validar a exibilidade do framework, foram construídos um sistema modular de manipulação direta de objetos, um compositor de objetos hierárquico, um editor gráfico e um toolkit de interfaces. Os resultados obtidos no desenvolvimento desses sistemas indicam que o framework atendeu os requisitos propostos. / [en] This work presents the modeling and the implementation of a framework which supports visual interactive objects. Its architecture de

[pt] Nesta dissertação, propomos um método não supervisionado para modelar o pavimento da calçada da praia de Copacabana, e pavimentos de pedras portuguesas em geral. Dada uma imagem de referência em preto e branco, a saída do algoritmo proposto são as geometrias individuais de todas as pedras que compõem o pavimento. Diferentemente das técnicas anteriores para criação de mosaicos, focamos em capturar as particularidades desses pavimentos: as pedras (ladrilhos) devem seguir completamente as arestas da imagem, sendo em sua maioria representadas por quadriláteros irregulares sem orientação específica. Um conjunto de experimentos demonstra a eficácia e estabilidade da nossa proposta. / [en] In this dissertation, we propose an unsupervised method to model the Copacabana beach sidewalk pavement, and Portuguese pavements in general. Given a black and white source image, the proposed method outputs the geometry of all individual stones that compose the pavement. Different from previous mosaic techniques, we focus on capturing the particularities of such pavements: stones (tiles) follow the edges, being mostly represented by irregular quadrilaterals with no particular orientation. A set of experiments demonstrates the effectiveness and stability of our proposal.

[pt] O presente trabalho divide-se em dois estudos: uma análise global de sistemas de cogeração e uma modelagem de um ciclo de refrigeração por absorção. O primeiro estudo apresenta as equações dos balanços energéticos de um sistema de cogeração operando com dois motores térmicos distintos (turbina a gás e motor de combustão interna, ambos utilizando diesel como combustível). Para a produção de frio emprega-se um chiller de absorção, acionado a partir de calor de rejeito dos motores, e outro de compressão de vapor auxiliar. As equações de balanço de energia e de exergia, aplicadas a cada componente, formam um sistema não linear de equações que, resolvido, fornece o desempenho do sistema para diferentes condições de operação. O segundo estudo é parte de um projeto mais abrangente, destinado a desenvolver a tecnologia de um sistema de refrigeração por absorção. É apresentado o modelo matemático que caracteriza uma instalação de pequeno porte operando com uma mistura água-amônia. Foram aplicadas as equações de conservação de massa e energia para cada componente do ciclo, determinadas as propriedades termodinâmicas em cada ponto do ciclo e aplicadas hipóteses simplificadoras de modo a descrever matematicamente os processos físicos envolvidos. O modelo resultante foi aplicado a um sistema existente. A comparação entre os resultados previstos pelo modelo e os obtidos experimentalmente foi satisfatória. Uma vez implementados os modelos de ambos os estudos, realizaram-se simulações para casos particulares de operação, possibilitando a verificação da influência das principais variáveis sobre o desempenho dos sistemas analisados. Na solução dos modelos matemáticos foi utilizado o software EES. / [en] The present work embodies two studies: a global analysis of cogeneration systems and an absorption refrigeration cycle model. The first study presents the main equations for energy and exergy balances of a cogeneration system operating with two distinct prime movers (a gas turbine and an internal combustion engine, both powered by diesel oil). For cooling production, an absorption chiller, driven by the prime movers` waste heat, and an auxiliary vapor compression chiller are employed. The energy and exergy balance equations were applied to each component of the system, composing a non-linear system of algebraic equations whose solution provides the performance of the system under different operating conditions. The second study is part of a broader project aiming at the development of an absorption refrigeration system. A mathematical model is presented, describing a small-size absorption refrigeration installation employing a water-ammonia mixture as working fluid. Mass and energy conservation equations were applied to each component of the cycle. Thermodynamic properties of the working fluids were calculated at each point of the cycle. Also, simplifying assumptions were applied. The resulting model was applied to simulate the behavior of an existing system. Comparison of predicted results with experimental data was satisfactory. A parametric analysis was also carried out with the simulation model. The models of both studies were implemented in ESSA software. Simulations were carried out so as to analyze the systems under particular operational conditions and to assess the influence of the main variables on system performance.

[pt] O presente trabalho trata de modelagem e simulação numérica de carregamentos cíclicos em estruturas elasto-plásticas. Uma decomposição aditiva do problema contínuo é usada para o desenvolvimento de técnicas por elemento finitos para a aproximação da solução com boas propriedades de estabilidade e que: -consideram a matriz de rigidez constante (exatamente igual á obtida num problema elástico equivalente). Esta matriz de rigidez é montada e triangularizada uma única vez ao longo do processo de solução. -integram as leis de evolução elemento por elemento. A eficiência e utilidade das técnicas numéricas propostas é verificada analisando-se o comportamento cíclico de vasos de pressão e treliças de alumínio AU4G e aço inoxidável 316L. / [en] This work is concerned with the modeling and numerical simulation of cyclic loadings in elastro-plastic structures. Na aditive decomposition of the continuum problem is used to develop stable and robust finite element techniques of solution: -that consider a Constant stiffness matrix (exatly the same obtained in na equivalent elastic problem). This matrix is assembled and composed only once along the process of solution. -in which the integration of the evolution Law is performed element-by-element. The effectiveness and usefullness of the proposed numerical technique is verified by analysing the cyclic behaviour of AU4G aluminium alloy and 316 L stainless steel pressure vessels and trusses.

[pt] A evolução de um corpo pode ser estudada usando-se as equações de conservação de massa, de energia e o Princípio das Potências Virtuais. Para uma modelagem completa é necessário ainda fornecer informações adicionais que caracterizam o comportamento de um dado material, o que é feito através de hipóteses constitutivas. Uma solução dessas equações será mecanicamente admissível se ela não violar a Segunda Lei da Termodinâmica. Este trabalho apresenta um procedimento sistemático de obtenção de equações constitutivas que satisfazem automaticamente uma versão local da Segunda Lei da Termodinâmica. A teoria Desenvolvida estende e generaliza os conceitos da Termodinâmica dos Processos irresistíveis, não supondo a priori o desacoplamento da dissipação térmica e da dissipação intrínseca e permitindo a existência de um potencial de dissipação não convexo e não diferenciável. A partir dessa teoria termodinâmica básica foram desenvolvidos os seguintes tópicos: - Classificação e análise dos comportamento usuais de sólidos em pequenos deformações(elasticidade, viscoelasticidade, elastoplasticidade e elastoviscoplasticidade). - Modelagem, simulação numérica e avaliação experimental do acoplamento entre o envelhecimento e a plasticidade em metais e ligas metálicas (endurecimento por precipitação-mudança de fase). Na final do trabalho apresenta-se uma alternativa de extensão para um contexto de grandes deformações do estudo feito para sólidos, visando a análise de processos de conformação mecânica de metais. / [en] The evolutuion of a body can be studied using the equations of conservation of mass, of energy and the Virtual Power Principle. For a complete modelling it is also necessary to give additional informations that characterize the behaviour of a paticular material. This is done by means of constitutive hypothesis. A solution of these equation Will be mechanically admissible if it does not violate the Second Law of Thermodynamics. This work presents a systematic procedure to obtain constitutive equations that satisfy automatically a local version of the Second Law of Thermodynamics. The Theory developed here generalizes the classical ideas of the Thermodynamic of Irreversible Process: The uncoupling between the thermic and the intrinsic dissipation is not used as a basic assumption and the existence of a non convex and non differentiable potencial of dissipation is admissible. Using this basic thermodynamocal theory, the following topics were developed: - Classification and analysis of the usual behaviour of solids at infinitesimal deformation (elasticity, elastoviscoplasticity). - Modelling, numerical simulation and experimental evaluation of the coupling between aging and plasticity in metals and alloys (hardening due to precipiation process-change of phase). At the end this work, it is also presented na alternative of extension of the study made for solids to a finite deformation context, with the purpose of the simulation of metal forming processess.

[pt] Esta dissertação tem por objetivo estudar um método para aproximação de dados esparços multivariados denominado o método Mínimos Quadrados Móveis por Aproximações Iteradas (Iterated Approximate Moving Least-Square Approximation – IAMLA). Este método é baseado no método de interpolação por funções de base radial (RBF) e no método de aproximação AMLS. Mas diferentemente do método RBF, ele não requer a solução de um sistema de equações lineares. O método IAMLS no limite converge para o interpolante RBF sob certas condições. / [en] The objective of this work is to study an approximation method for multivariate sparse data named Iterated Approximate Moving Least Square Approximation – IAMLS. This method is based on the Radial Basis Functions (RBF) interpolation method and on the AMLS approximation method. Differently from the RBF interpolation method, the IAMLS does not requires to solve a system of linear equations. The IAMLS method converges to the RBF interpolant under some conditions.

[pt] O presente trabalho visa estudar a modelagem de sólidos como formas livres. É apresentada uma proposta de fragmentação da modelagem em dois níveis de abstração (inferior e superior). A modelagem no nível inferior de abstração relaciona-se com uma forma tradicional de modelagem, onde o sólido é gerado a partir da definição de seu contorno (BRep). Gera-se um objeto real composto exclusivamente de faces planares. O nível superior consiste na modelagem de um objeto com seu contorno definido por uma superfície B-Spline periódica fechada (objeto abstrato). O objeto abstrato é definido a partir da associação das informações paramétricas (uv) com o poliedro de controle da superfície B-Spline periódica fechada, o que permite uma otimização na armazenagem de dados de um objeto com alta complexidade de forma. Todo objeto abstrato é associado a um objeto real garantindo a perfeita integração entre os dois níveis de abstração. / [en] The present work intends to study free form solid modeling. It is proposed a new approach which divides the modeling in two abstraction levels (lower and upper). The lower level of abstraction is related to the tradidional modeling, where a solid is generated from its coundary definition (BRep). It is generated a real object composed exclusively of planar faces. The upper level is the modeling of an object with its boundary defined by a closed periodic B-Spline durface (abstract object). The abstract object is defined from the association of the parametric informations (uv) with the control polihedron of the closed periodic B-Spline surface. This association permits a data storage optimization of an object with complex shape. Every abstract object is associated with a real object, which guarantees a perfect integration between the two abstraction levels.