[pt] Neste trabalho, a propagação de sólitons em fibras óticas é analisada através de simulação numérica da equação não linear de Schrödinger, a qual descreve a propagação de pulsos óticos em fibras monomodo do tipo degrau. Uma vez que soluções analíticas para esta equação só podem ser obtidas em alguns casos específicos, implementaram-se dois métodos numéricos, possibilitando a análise da evolução de diferentes formas de pulsos incidentes ao longo de fibras com propriedades diversas de atenuação, dispersão e não linearidades. O método da propagação de Raios, cujo desempenho mostrou-se superior ao do método da série de Fourier, foi o escolhido para a obtenção dos resultados aqui apresentados. Várias características do sóliton fundamental, dos sólitons de ordens superiores, dos sólitons escuros e do fenômeno da interação entre pulsos adjacentes são apresentadas e discutidas, levando-se em consideração as possíveis implicações no desempenho de sistemas óticos. Contrabalançando os efeitos da dispersão da fibra com os efeitos não lineares da automodulações de fase, o que permite sua propagação sem alteração de forma, os sólitons encontram potencial aplicação na transmissão de altas taxas a longas distâncias. / [en] In this work, soliton propagation in optical fibres is analysed by means of numerical simulation of the nonlinear Schrödinger equation, which governs optical pulse propagation in step-index monomode fibres. Since analytic solutions to this equation are admitted only for some specific cases, two numerical methods have been implemented in order to study the evolution of different kinds of input pulses, under the effects of attenuation, dispersion and nonlinearities. Showing a better performance than the Fourier Series Method in a comparative test, the Beam Propagation Method has been chosen to obtain the results here presented. Many characteristics of the fundamental, higher order and dark solitons, as well as interaction phenomena between adjacent pulses, are investigated, taking into account possible implications on optical systems performance. By properly counteracting the effects of fibre dispersion and nonlinearities, solitons can propagate without changing its shape, finding potential application in high bit-rate long distance optical communication systems.

[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 primeira parte deste trabalho consiste num estudo das desigualdades lineares que aparecem na síntese de funções lógicas por single-threshold. São desenvolvidas condições necessárias e suficientes para existência de solução, e também estabelecidas condições para a redução das desigualdades. Na segunda parte é proposto um método para calcular uma solução ótima para o sistema, sob certas condições de projeto. Finalmentesão apresentados métodos para realiza, com multithreshold devices, funções lógicas não realizáveis por single-threshold devices. / [en] The first part of this thesis is a theoretical study of sets of inequalities that appear in the synthesis of logical sufficient conditions are developd for existence of solution of the inequalities. In the second part, a numerical method for calculating proposed. Following this development, logical functions that cannot be realized by a single-threshold device are studied. Using the conditions developed before for single- threshold, methods are presented for realization of these functions by multithreshold devices.

[pt] Em projetos de barragens de rejeitos de mineração, normalmente existe uma grande preocupação relacionada aos aspectos construtivos e de segurança, em função do processo de lançamento de material sobre depósitos fofos de rejeitos saturados. Os maiores desafios consistem na avaliação da resistência e da deformabilidade do material de fundação, na possibilidade de ocorrência de liquefação, e no desenvolvimento e velocidade de dissipação das poropressões. Neste contexto, a Rio Paracatu Mineração (RPM) construiu um aterro experimental instrumentado em grande escala,com material de empréstimo siltoarenoso sobre o depósito de rejeito na Mina do Ouro. Este aterro experimental foi projetado e construído com 10,0 m de altura, talude frontal de 1,5H:1,0V e um talude suave com uma berma de estabilização de 4,0 m de altura no talude oposto. A fundação do aterro foi instrumentada com piezômetros elétricos de corda vibrante, inclinômetros e placas de recalque. Além da instrumentação de campo, há uma base de dados de ensaios de laboratório realizados nas universidades de Viçosa (UFV), São Carlos (USP/SC) e PUC-Rio. Todos estes dados permitem a caracterização do material do rejeito, além da determinação de parâmetros de resistência, deformabilidade, permeabilidade e adensamento. O objetivo desta Tese é contribuir para uma melhor compreensão do comportamento de barragens de rejeitos de mineração com base nas evidências laboratoriais e na retroanálise do comportamento do aterro experimental de larga escala. Para tanto, foi realizada a simulação numérica do processo construtivo do aterro experimental, buscando-se o modelo constitutivo e os parâmetros mais adequados para a representação do comportamento de solos granulares saturados. As análises numéricas foram executadas com o programa computacional Plaxis V11, de elementos finitos. Uma vez reproduzido o comportamento do aterro experimental, procedeu-se à previsão dos recalques e deslocamentos horizontais da barragem de ouro da Rio Paracatu Mineração. Os resultados mostraram que o modelo Hardening Soil permitiu a reprodução do comportamento do aterro experimental durante as etapas construtivas. A boa seleção de parâmetros, com base em um extenso programa experimental, permitiu a previsão do comportamento da barragem principal. / [en] In projects of mining tailings dams, there is usually a big concern and constructive aspects related to security, according to the release process of material on saturated tailings deposits cute. The biggest challenges consist in evaluating the strength and deformability of the foundation material, the possibility of liquefaction and speed the development and dissipation of poropressures. In this context, the Rio Paracatu Mineração (RPM) built an instrumented experimental landfill on a large scale, with sandy silty material loan on the deposit of waste in the Gold Mine. This experimental landfill was designed and constructed with 10.0 m height, front slope of 1.5 H: 1.0 V and a gentle slope with a stabilizing berm of 4.0 m high on the slope opposite. The foundation of the embankment was instrumented with vibrating string electric piezometers, inclinometers and settlement plates. Besides the instrumentation field, there is a database of laboratory tests conducted at the Universities of Viçosa (UFV), San Carlos (USP / SC) and PUC-Rio. All these data allow the characterization of tailings material, besides the determination of parameters of resistance, deformability, permeability and density. The goal of this dissertation is to contribute to a better understanding of the behavior of mining tailings dams based on laboratory evidence and backcalculation behavior of large-scale experimental landfill. Therefore, we performed a numerical simulation of the construction process of the experimental landfill, seeking the constitutive model and parameters best suited to represent the behavior of granular soils saturated. The numerical analyzes were performed with the computer program Plaxis V11, finite elements. Once reproduced the experimental behavior of the landfill, proceeded to the prediction of settlements and horizontal displacements of the dam the Rio Paracatu gold mining. The results showed that the model Hardening Soil allowed playback behavior of the experimental landfill during the construction stages. A good selection of parameters based on an extensive experimental program allowed the prediction of the behavior of the main dam.

[pt] Um método para a simulação dinâmica bi-dimensional de bóias cilíndricas de superfície, sujeitas à ação de ondas e ancorada ao fundo marinho através de uma linha flexível é apresentado neste trabalho. O modelo de elementos finitos adotado por Lustosa (2002) é empregado na descrição do movimento do cabo de ancoragem, onde elementos de vigas de Euler-Bernoulli de dois nós são empregados, com a cinemática do movimento descrita através de grandezas referidas ao sistema local co-rotacionado. No modelo numérico, são consideradas as não-linearidades geométricas resultantes dos grandes deslocamentos da linha e que causam o acoplamento das rigidezes axial e flexional. Na caracterização do movimento da linha consideram-se os seguintes efeitos: peso próprio, empuxo, carregamento hidrodinâmico da correnteza marinha, deslocamentos impostos pela unidade flutuante, forças de inércia e, se presente, a ação de flutuadores. Os deslocamentos do cabo são obtidos da solução do sistema algébrico de equações não-lineares, resultante da integração temporal de Newmark das equações diferenciais temporais do movimento, cuja convergência é garantida através do método iterativo de Newton-Raphson. Para a bóia, considerada para efeito de análise como indeformável, três graus-de-liberdade são considerados: dois de deslocamentos lineares e um de deslocamento angular. As ondas de superfície, monocromáticas e bi-dimensionais, são representadas no modelo através da teoria linear de Airy associada à modificação empírica de Wheeler (Wheeler, 1969). Forças resultantes da ação das ondas sobre a bóia de superfície são obtidas através da integração numérica da equação proposta por Chitrapu et al. (1998) que compõe-se de um termo viscoso - resultante da parcela de arrasto da equação de Morison - e de um termo não-viscoso - considerado como resultante da soma da força de Froude-Krylov (Chakrabarti, 1987) à parcela de inércia da equação de Morison -. A integração numérica desta equação sobre a superfície “molhada” instantânea do cilindro é realizada, a cada incremento de tempo da análise, empregando-se o método da quadratura adaptativa de Simpson. Finalmente, na integração temporal das equações de movimento da bóia de superfície utiliza-se o método de Runge-Kutta de quinta ordem, com o controle adaptável do passo temporal. O procedimento descrito foi implementado em um programa de computador e os resultados obtidos de algumas análises numéricas comparados com os fornecidos por outras simulações independentes, de forma a verificar a adequabilidade da formulação proposta no estudo da dinâmica de bóias flutuantes. / [en] In this work a method for two-dimensional dynamic analysis of a cylindrical buoy under surfaced waves and moored to the seafloor by a flexible riser is presented. The finite element model used to describe the dynamics of the maritime line was developed by Lustosa (2002). This is a two node beam element based on the Euler-Bernoulli theory, with the element kinematics referred to a co-rotacional coordinate system attached to the element. The model considers the representation of geometric non-linearities due to the line motion large displacements resulting in axial-bending couplings in the element total stiffness representation. The element displacements in the line are due to the following external loadings: self weight, buoyancy force, hydrodynamic forces due to maritime currents, surface buoy imposed displacements, the forces of inertia, and, if present, the action of floaters. The buoy two displacements and one rotation degrees-of-freedom are measured at its center of gravity and are obtained from the solution of the non-linear algebraic system resulting from the Newmark temporal integration of the differential equations of motion, which solution convergence is granted by a Newton- Rapshon iterative method. The linear wave theory - Airy Theory -, associated to the Wheeler empirical modification, is used in this work to represent the monochromatic bi-dimensional surface waves. To obtain the wave forces acting on the surface buoy while in motion, the numerical integration of the equation presented by Chitrapu et al. (1998) is employed. This is the result of a two part equation: the first is evaluated as the Morison viscous drag force and, in a second part, is the sum of the - Froude-Krylov - and the Morison inertia forces. The numerical integration of the resulting equation is evaluated over the instantaneous wet surface of the buoy, in each time-step, using the adaptive recursive Simpson´s method. Finally the temporal integration of the buoy equations of motion are evaluated using a fifth-order Runge-Kutta method, with an adaptive control of the temporal time step. This procedure has been implemented in a computer program and the results obtained from some numerical analysis are compared to the ones obtained from independent simulations, so as to verify the ability of this proposed method to describe the dynamic of floating buoys.

[pt] A geologia sedimentar trata do estudo dos processos físicos, químicos e biológicos atuantes na superfície da Terra não só no presente como também ao longo de toda a sua evolução. Em função disso, ela pode ser aplicada em diversos campos, como, por exemplo, no estudo da formação de combustíveis fósseis. Um dos focos principais da geologia sedimentar reside em determinar os parâmetros e processos pelos quais as bacias sedimentares são preenchidas. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um simulador numérico de sedimentação tridimensional, chamado de STENO, com ênfase nos processos deposicionais em ambientes de plataforma, talude e bacia. O algoritmo do simulador é baseado nos conceitos quantitativos formulados pela Estratigrafia de Seqüências, como mecanismos de controle primário da arquitetura dos estratos sedimentares, e em uma análise numérica para simulação do fluxo bidimensional de um fluido incompressível, em regime permanente, não viscoso, em função da batimetria da região a ser modelada através de um grid regular definido pelo usuário. O campo de velocidades, calculado a partir das velocidades de aporte de sedimentos e das velocidades de corrente, é utilizado para determinar a direção de escoamento dos sedimentos (linhas de correntes). A abordagem dada pelo algoritmo do STENO é inovadora em termos dos algoritmos existentes, pois considera que os sedimentos são transportados hidrodinamicamente, isto é, na direção x e y eles são transportados seguindo as linhas de corrente e na direção z a movimentação/deposição dos sedimentos é controlada pelo ângulo de estabilidade de cada fração litológica (areia, silte ou argila) e pelo volume do espaço disponível para acomodação em cada uma das colunas formadas a partir das células do modelo discretizado. / [en] Sedimentary Geology deals with the study of the physical, chemical and biological processes operating in the surface of the Earth, not only in the present days, but also along all History. Therefore, it can be applied in miscellaneous fields, as, for example, in the study of fossils fuels formation. One of the main focus of sedimentary geology inhabits in determining the parameters and processes for which the sedimentary basins are filled. In this work the development of a numerical simulator of sedimentation 3D, called STENO is presented, with emphasises the depositary processes in platform, slope, and basin environments. The algorithm of the simulator is based on the formulated quantitative concepts for Sequence Stratigraphy, as mechanisms of primary control of the architecture of sedimentary stratus, and in a numerical analysis for simulation of the 2D steady-state flow of a incompressible fluid, not viscous, in function of the bathymetry of the region represented by one regular grid defined by the user. The velocity field calculated from boundary conditions (sediment aport velocity and for field stream velocity) it is used to determine the direction of draining of the sediments (streamlines). The algorithm of STENO is innovative because it considers that the sediments are carried hydrodynamicsly, that is, in direction x and y they are carried following streamlines and in direction z. The movement/deposition of sediments is controlled by an angle of stability of each lithology fraction (sand, silte or clay) and by the volume of the available space for accommodation in each one of the columns formed in the cells of the discretized model.

[pt] O impactador inercial em cascata é um instrumento no qual uma amostra de ar e poluentes (aerossóis) é obrigada a percorrer um trecho contendo obstáculos, chamados placas de impactação. Os obstáculos forçam o jato a mudar de direção, mas como as partículas têm maior inércia do que o fluido, não acompanham as linhas de corrente do escoamento e acabam por depositar-se sobre estes obstáculos. Diferenças na geometria envolvendo diminuição de área de passagem de escoamento e conseqüente aumento de velocidades, fazem com que, a cada estágio, partículas de diâmetros menores sejam coletadas. O desafio é projetar um instrumento que maximize a eficiência de coleta, diminuindo as perdas por deposição indesejável de partículas nas paredes, recirculações e outros efeitos. Nesta Dissertação de Mestrado foi realizado o projeto de um impactador de três estágios coletando, respectivamente, partículas com diâmetro aerodinâmico de 10, 2,5 e 1 (mi)m, operando com vazão de 30 lpm (litros por minuto) e pressão atmosférica. Na análise de desempenho do instrumento, foram realizadas simulações numéricas com o objetivo de analisar características do escoamento e da trajetória de partículas e levantar as curvas de eficiência de coleta. Foram realizados, também, testes experimentais reproduzindo condições de uso com o intuito de levantar as curvas de eficiência reais. Os resultados numéricos e experimentais foram comparados e apresentam-se ao final, conclusões sobre o desempenho do instrumento e recomendações para trabalhos futuros. / [en] Impactors are simple devices in which a sample flows of air and pollutants flow around an obstacle, called impaction plate. Particles with sufficient inertia will slip across the flow streamlines and impact on the obstacle. Particles with less inertia will follow the airflow away from the impaction surface. Inertial cascade impactors have more than one impaction area. Each one has an impaction plate and a nozzle plate. From one stage to the other, the nozzle diameters become smaller and, consequently, the velocities are higher. This allows for the collection of smaller particles. The challenge is to design an instrument with the higher collection efficiency as possible, reducing wall losses, recirculation regions and other effects. In this study a 3-stages inertial cascade impactor was designed and tested. The cut-point aerodynamic diameters for each stage were 10, 2.5 and 1 (mi)m, respectively, when operating with a flow rate of 30 l/min at atmospheric pressure. To evaluate the instrument, some numerical simulations were performed. They provided results for the flow field, particle trajectories and the collection efficiency curves. Experimental tests were also done to allow for the determination of the real efficiency curves. The numerical and experimental data were compared. Finally, the conclusions of the work and recommendations for future studies are presented.

[pt] Simula-se numericamente o fenômeno de estricção em um bloco sob tração. Supõe-se que o material seja hiperelástico, isotrópico e que tenha uma lei de comportamento descrita pelo modelo de Blatz e Ko para espuma de borracha de poliuretano. Discretiza-se o problema de problema de equilíbio utilizando o Método dos Elementos Finitos clássico. A pesquisa das soluções é realizada por meio da implementação de uma Técnica de Continuação de Euler-Newton, que permite abordar situações onde instabilidades mecânicas, tais como a localização de deformações e o amolecimento, estejam presentes. Finalmente, identifica-se as regiões do material onde estas instabilidades ocorrem. / [en] The phenomenon of necking is numerically simulated for a block under traction tensile test. A hyperelastic, isotropic constitutive model, developed by Blatz and Ko for the description of some foamed polyurethane elastomers, is considered. An Euler-Newton Continuation Algorithm is employed in the search for solutions of the equilibrium problem, which is discretized by means of a classical Finite Element Method. This algorithm makes possible tha treatment of situations where mechanical instabilities, such as localization and strain-softening behaviors, are present. Finally, the regions of material, where these instabilities appear, are identified.

[pt] Na cidade do Rio de Janeiro, por motivos de caráter econômico e administrativo, o número de pontos de medida de uma rede de monitoramento de qualidade de ar é limitado e, acima de tudo, a disposição espacial deles pode não ter sido estudada cuidadosamente, podendo estar posicionada em um local pouco representativo. Por este motivo, para auxiliar as medidas de concentrações e saber a evolução das mesmas, nesta pesquisa se usou modelos baseados em dinâmica de fluidos computacional. A área do entorno da estação Tijuca foi escolhida como local de estudo e se investigou a dispersão dos poluentes; monóxido de carbono, dióxido de nitrogênio e dióxido de enxofre emitido por fontes veiculares e em condição atmosférica neutra, mais comum nos meses de inverno. Foi utilizado o pacote comercial Fluent versão 17.1 e as equações de transporte RANS foram fechadas com o modelo de turbulência K-epsilon clássico. Entre as tarefas mais importantes pode-se mencionar: sustentar uma camada limite atmosférica desenvolvida ao longo do domínio computacional, desenvolver as configurações apropriadas de condições de contorno, definir as constantes do modelo, a modificação das constantes da lei da parede e efetuar os testes da malha computacional baseada em critérios de convergência para um incremento da densidade da malha. O estudo permitiu analisar a influência da energia cinética turbulenta gerada pela movimentação dos veículos nas ruas sobre o comportamento da pluma, e determinar qual é o número de Schmidt turbulento que melhor se adapta ao modelo. Os resultados obtidos nas simulações foram comparados entre si e também com dados experimentais disponíveis do sensoriamento na estação de monitoramento Tijuca, observando-se boa concordância de dados. / [en] In the city of Rio de Janeiro, for reasons of economic and administrative character, the number of measurement points of an air quality monitoring network is limited and, especially, the spatial arrangement of them may not have been studied carefully, being positioned in an unrepresentative place. Therefore, to support the concentrations measures and know their evolution, in this study was used models based on computational fluid dynamics. The area surrounding the Tijuca station was chosen as the study site and was investigated the dispersion of the pollutants; carbon monoxide, nitrogen dioxide and sulfur dioxide emitted by vehicular sources, in neutral atmospheric condition, more common in the winter months. It was used the commercial package Fluent version 17.1 and the RANS transport equations were closed with the standard K-epsilon turbulence model. Among the most important tasks can be mentioned: support a developed atmospheric boundary layer over the computational domain, develop the appropriate settings of boundary conditions, define the model constants, the modification of the law of the wall constants and perform the tests computational grid based on convergence criteria for an increase in the mesh density. The study allowed us to analyze the influence of the turbulent kinetic energy generated by the movement of vehicles on the streets on the behavior of the plume, and determine which is the turbulent Schmidt number that best fits the model. The results obtained in the simulations were compared each other and with available experimental data sensing in Tijuca monitoring station, observing good agreement data.

[pt] A mistura asfáltica tem sido utilizada como núcleo impermeável em barragens de enrocamento desde 1930. A partir de então, estudos foram desenvolvidos, buscando uma melhoria das principais características da mistura asfáltica, como a granulometria, o teor de ligante asfáltico e o volume de vazios; permitindo obter um material asfáltico de maior densidade e com permeabilidade inferior a 10-9 cm s. As técnicas e procedimentos construtivos destas barragens apresentam vantagens quando comparadas às barragens já conhecidas. Os materiais do núcleo, as transições e o enrocamento podem ser representados por modelos constitutivos adequados e o comportamento de barragens de enrocamento com um núcleo de concreto asfáltico (BENCA) pode ser reproduzido por ferramentas computacionais. O presente trabalho apresenta um estudo sobre barragens do tipo BENCA, fazendo uso do programa computacional PLAXIS, de elementos finitos. O programa foi calibrado e validado a partir de resultados de medições de campo do Reservatório Megget, construído na Escócia (1981). Um estudo sobre a influência da inclinação do núcleo na resistência e deformabilidade de barragens de enrocamento é apresentado e discutido. Finalmente, apresenta-se a previsão numérica do comportamento da Barragem Foz de Chapecó, que é a primeira barragem construída com esta técnica no Brasil (2010). Os resultados mostraram-se coerentes com o comportamento observado em campo, indicando que o programa e os modelos constitutivos adotados permitem a previsão do comportamento de barragens de enrocamento com núcleo em concreto asfáltico. / [en] Asphalt mixture has been used as impermeable core rockfill dams since 1930. Since then, studies have been developed, searching an improvement of the main characteristics of the asphalt mixture, such as grading, bitumen content and volume ratio, allowing to obtain an asphalt material of higher density and less permeability than 10-9 cm s. Techniques and constructive procedures of these dams have advantages when are compared to known dams. The core materials, rockfill and transitions can be represented by appropriate constitutive models and the behavior of rockfill dams with an asphaltic concrete core (BENCA) can be reproduced by computational tools. The present work presents a study about the type dams (BENCA), using the finite elements computer program PLAXIS. The program was calibrated and validated from results of field measurements of Megget Reservoir, built in Scotland (1981). A study on the influence of core inclination in the strength and deformability of rockfill dams is presented and discussed. Finally, it is presented the numerical prediction of the behavior of the Foz de Chapecó dam that is the first dam built with this technique in Brazil (2010). The results were consistent with the behavior observed in field, indicating that the program and the adopted constitutive models allow the prediction of the behavior of rockfill dams with asphalt concrete core.