Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Produção / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:31:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho será apresentada uma importante classe dos problemas de otimização restrita, conhecida como problema de Programação Matemática com Restrições de Equilíbrio (MPEC), os quais são extensões de problemas de otimização de dois níveis (bilevel). Muitos problemas nas áreas de engenharia e economia são modelados como problemas de MPEC, como por exemplo, o problema de localização de facilidades com equilíbrio de mercado. Para resolução do problema de MPEC, gerou-se uma seqüência de problemas E-parametrizados com as restrições de equilíbrio suavizadas, no quais diferem do problema original apenas numa vizinhança E > 0 da origem. O objetivo deste trabalho é aplicar técnicas recentes de programação não linear, como o método de filtros, para resolver estas seqüências de problemas E-parametrizados. Para a resolução dos problemas de MPEC por meio da suavização, foi demonstrado um teorema de convergência global e testes comparativos com algoritmos consagrados indicam que o método é promissor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnonológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T10:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245169.pdf: 1087368 bytes, checksum: 39784cb70e0765756ba1f5db47c65b50 (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise dos procedimentos definidos por normas técnicas para o ensaio de transformadores de potência. O modelo convencional do transformador e seu desempenho são obtidos a partir destes ensaios. É proposto um procedimento para obtenção de um modelo com parâmetros variantes no tempo que leve em consideração os efeitos da perda e saturação magnética do material. Os resultados são obtidos a partir de ensaios realizados em uma bancada com instrumentos adequados para a medida das grandezas elétricas envolvidas. O procedimento emprega uma técnica de otimização chamada Algoritmo Genético. Os resultados experimentais adquiridos com a bancada são comparados aos simulados para validação do modelo. É feita uma investigação do procedimento proposto pela norma para a medida das perdas magnéticas. Os resultados obtidos nos ensaios conforme as normas técnicas são comparados aos adquiridos com a bancada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T12:54:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 251604.pdf: 2339538 bytes, checksum: 31b40d8ddda8f1b25ab9554b52a3f48a (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:44:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250235.pdf: 3343008 bytes, checksum: b42b2c27dd30ca8522ca83ec02276a0e (MD5) / O planejamento de trajetórias de soldagem para manipuladores redundantes operando em ambientes confinados requer métodos precisos para obtenção de informações de suas variáveis de operação. Este trabalho desenvolve duas metodologias a serem aplicadas neste tipo de manipulador: primeiro, apresenta o desenvolvimento de uma sistemática para planejamento de tarefas fora de linha (off-line) e segundo, o estudo da solução da cinemática inversa de posição para mecanismos de cadeia fechada, usando o modelo de cinemática diferencial. As trajetórias desenvolvidas são utilizadas na tarefa de recobrimento de regiões pelo processo de soldagem, para tanto, é desenvolvida uma adaptação da metodologia baseada em algoritmos de rugosidade superficial (Scallop-height) para o cálculo de caminhos da ferramenta, de tal forma que estes sejam equidistantes ou paralelos entre si no espaço de trabalho. A metodologia de cálculo dos caminhos paralelos explora as propriedades das superfícies de trabalho usando os recursos matemáticos de modelagem de curvas e superfícies paramétricas. A solução analítica da cinemática inversa para manipuladores redundantes é geralmente de difícil obtenção, e uma solução é usar a integração da cinemática inversa diferencial, para isso é necessário o modelo de sua cinemática diferencial. O modelo da cinemática diferencial é obtido utilizando-se uma proposta de modelagem de mecanismos de cadeia fechada baseada no método de Davies e cadeias virtuais de Assur. Os modelos de cinemática diferencial são geralmente complexos, assim para obtenção da cinemática de posição é utilizada uma metodologia numérica para integração da cinemática diferencial. As aproximações características dos métodos numéricos resultam em posições de juntas que geram erros de fechamento da cadeia cinemática. Nesta linha, esta tese apresenta uma nova metodologia de modelamento da cinemática diferencial a qual possibilita o controle do erro de fechamento da cadeia, proveniente da aplicação dos métodos numéricos de integração. Neste sentido, são discutidos os métodos clássicos de solução da redundância de manipuladores, baseados na pseudoinversa do Jacobiano, e propostas mais atuais baseadas em cadeias virtuais. São estudadas as propriedades e é comprovada a estabilidade do método proposto. Ao final são realizados experimentos de laboratório os quais servem para validação do método proposto. Nestas experimentações é desenvolvida uma aplicação com o manipulador redundante Roboturb, o qual realiza uma tarefa similar à deposição de material pelo processo de soldagem, para recobrimento de uma superfície, desviando de um obstáculo posicionado dentro do seu volume de trabalho.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-24T02:20:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260271.pdf: 1089761 bytes, checksum: 7b900fe530a98ce922341498c837a26a (MD5) / Algoritmos de intelig#encia de enxame (swarm intelligence) s#ao algoritmos biologicamente inspirados no funcionamento social de grandes col#onias de insetos ou outros animais e que caracterizam-se por possuir um elevado n´umero de agentes com baixa complexidade e controle descentralizado. Estes agentes, atrav´es da interac¸ #ao com o ambiente e com outros agentes procuram prover boas soluc¸ #oes para problemas complexos de otimizac¸ #ao em tempos aceit´aveis. O desempenho de um algoritmo de intelig#encia de enxame est´a intimamente relacionado `a escolha adequada dos par#ametros que governam o funcionamento do algoritmo, em especial, a quantidade de agentes e a taxa de evaporac¸ #ao do ferom#onio. Este trabalho procura analisar e modelar um algoritmo de intelig#encia de enxame, o algoritmo de sistema de formigas (ant system), baseado na teoria da percolac¸ #ao, teoria que estuda o comportamento de fen#omenos cr´ýticos e de transic¸ #ao de fases, propondo uma metodologia que permita a garantia de converg#encia para a soluc¸ #ao e a obtenc¸ #ao de valores pr´oximos ao ´otimo para os par#ametros do algoritmo, melhorando deste modo o desempenho das aplicac¸ #oes que fac¸am uso desta tecnologia. Swarm intelligence algorithms are biological inspired in the social behavior of great insects or other animals colonies. They are characterized by a large number of agents with low level of complexity and decentralized control. These agents, try to provide good solutions for complex otimization problems in reasonable times through interaction with the environment and other agents. The swarm intelligence algorithm performance is closely related to the right choice of the parameters . These parameters are responsible for the algorithm behavior, in special, the amount of agents and the pheromone evaporation rate. This work shows a modeling and analisys of a swarm inteligence based algorithm, the Ant System, based in the percolation theory. This theory studies the behavior of critical and phase transistions phenomena, proposing a methodology that allows the guarantee of solution convergence and the determination of closer optimal values for the algorithm parameters, improving the performance of the applications that use this technology.

Ingeniero Civil Químico / El hierro es un nutriente esencial para el ser humano, en donde su exceso o deficiencia puede provocar graves enfermedades como la anemia o hemocromatosis. Es por esto que es de suma importancia la regulación en su absorción, y si bien se han realizado numerosas investigaciones sobre el tema, no se sabe lo suficiente para describir totalmente el proceso, por lo que es de suma importancia seguir investigando para tener más información de este y así ayudar a prevenir o tratar enfermedades. El objetivo de este trabajo es la modelación matemática de la absorción de hierro en células Caco-2 utilizando algoritmos de programación genética y algoritmos similares. Esto se basa en estudios preliminares experimentales y de modelación (utilizando algoritmos de programación genética) para la absorción de hierro, lo cual permite tener los datos experimentales iniciales para utilizarlos en nuevos modelos. Se expone un modelo empírico para modelar el proceso anterior en base a algoritmos de programación genética, y también 2 algoritmos de optimización para sistemas no lineales como son: Artificial Bee Colony Programming (ABCP) y Dynamic Ant Programming (DAP) los cuales se basan en técnicas de regresión simbólica para para desarrollar nuevos modelos empíricos y poder generar funciones a partir de datos experimentales. Los algoritmos se debieron implementar completamente en un comienzo para luego utilizarlos en el problema de absorción de hierro, los cuales por sus características mostraron diferentes modelos para el mismo problema, pero en ambos casos, las curvas mostraron un comportamiento creciente sin oscilaciones ni cambios de pendiente. Lo anterior sirvió para comparar sus desempeños entregando como resultado que el algoritmo que mejor se adapta al sistema es ABCP con un 𝑅�����2=0.86 y el que posee menor tiempo de ejecución es DAP con 1 hora. Los algoritmos son capaces de representar los datos experimentales, los que sirven como una buena aproximación a la fenomenología. Aun así, no son capaces de captar todos los fenómenos del sistema, debido a que son modelos empíricos y no se les entrega información previa. Dado lo anterior, la metodología y los algoritmos utilizados pueden ser aplicados a otros problemas de investigación con el respaldo de que en este estudio entregaron buenos resultados. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto FONDECYT Regular 1130317

Tesis para optar al grado de Magíster en Finanzas / No disponible a texto completo / En el campo de las finanzas se han desarrollado un sinfín de teorías que intentan explicar o predecir el precio que tomaran las acciones en el futuro.

Tese(doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Matemática, 2008. / Submitted by Ruthléa Nascimento (ruthlea@bce.unb.br) on 2008-10-30T16:12:50Z No. of bitstreams: 1 2008_AndreLuizGaldino.pdf: 873327 bytes, checksum: ea02527f0563d16fc5b1df77c3f6f722 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2009-02-26T15:02:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_AndreLuizGaldino.pdf: 873327 bytes, checksum: ea02527f0563d16fc5b1df77c3f6f722 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-02-26T15:02:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_AndreLuizGaldino.pdf: 873327 bytes, checksum: ea02527f0563d16fc5b1df77c3f6f722 (MD5) / Teorias para Sistemas Abstratos de Redução (ARS) e Sistemas de Reescrita de Termos (TRS) no assistente de provas PVS (Prototype Verification System) chamadas ars e trs, respectivamente, foram desenvolvidas. A teoria ars, construída com base na teoria para relações binárias do PVS, contém especificações de noções tais como redução, confluência, formas normais, e conceitos não básicos como por exemplo noeterianidade. Por outro lado, a teoria trs, construída com base na teoria ars e a teoria para seqüências finitas encontrada na biblioteca do PVS, contém uma formalização para lidar com a estrutura dos termos, assim como, formalizações de noções não triviais de TRS. As teorias ars e trs foram desenvolvidas com o objetivo de agregar os conceitos e as definições necessários para lidar com a Teoria de Reescrita, em geral. Em outras palavras, ars e trs contém elementos que formam uma base sólida para formalizar propriedades da Teoria de Reescrita em PVS. Para certificar-se de que o objetivo foi alcançado vários resultados bem conhecidos e não triviais foram formalizados; dentre estes, destacam-se a correção do princípio de indução Noeteriana, o Lema de Newman, os Lemas de Comutação e o Teorema dos Pares Críticos de Knuth-Bendix. Além de constituir uma base para formalização de propriedades da Teoria de Reescrita, em geral, a formalização apresentada se destaca por: 1. utilizar uma linguagem de orderm superior, a qual permite expressar naturalmente propriedades de ordem superior; 2. por seu alto grau de abstração, que permite expressar propriedades numa forma quasi-geométrica, como desejável em Teoria de Reescrita; e, 3. pelo alto grau de controle, permitido pelo PVS, no desenvolvimento das provas. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Theories for Abstract Reduction Systems (ARS) and Term Rewriting Systems (TRS) in the proof assistant PVS (Prototype Verification System) called ars and trs, respectively, we developed. The ars theory built on the PVS library for binary relations, contains specifications of notions such as reduction, confluence, normal forms, and non basic concepts such as Noetherianity. On the other hand, the trs theory built on the ars theory and the PVS library for finite sequences, contains a formalization to deal with the structure of terms as well as formalizations of non-trivial notions of TRS. Theories ars and trs were developed with the main goal of providing the necessary concepts and definitions to deal with the Theory of Rewriting in general. In other words, ars and trs contain elements that conform a solid basis to formalize properties of the Theory of Rewriting in PVS. To make sure that the goal was achieved well-known and non-trivial results were formalised; among these, the correctness of the principle of noetherian induction, the Newman’s Lemma, the Commutation Lemma and the Knuth-Bendix Critical Pair Theorem. Apart from being a basis for formalization of properties of the Theory of Rewriting, in general, the formalization presented is highlighted by: 1. the use a higherorder language, which allows for the specification of high-order properties naturally, 2. for their high-level of abstraction, which allows for the specification properties in an almost geometric style, as desirable in Rewriting Theory, and 3. the high degree of control allowed by PVS in the development of proofs.

Este trabalho demonstra a utilização da Otimização Paramétrica através da técnica de Algoritmos Genéticos. O método proposto é testado no modelo de uma estrutura utilizada para o carregamento de granéis sólidos em porões de navios graneleiros. A otimização tem dois objetivos principais: a redução de massa total e a redução das máximas tensões absolutas atuantes no modelo, utilizando restrições de flambagem e de deslocamento. A otimização paramétrica modifica as propriedades da seção transversal de cada elemento que compõe o modelo, baseada em uma lista discreta de perfis disponíveis definida pelo usuário. A otimização inicia com um modelo solucionado através do Método dos Elementos Finitos (MEF), utilizando a formulação de elementos de viga. As variáveis de saída do modelo numérico, entre elas as tensões máximas devido à tração, compressão, flexão e torção são calculadas, bem como os deslocamentos e fatores de flambagem da estrutura. Os dados de saída selecionados para representar este modelo inicial são direcionados para o algoritmo genético. As melhores opções da população inicial são combinadas para criar uma nova geração, utilizando o Algoritmo Genético NSGA-II (Nondominated Sorting Genetic Algorithms). Todo o processo é repetido até que o algoritmo atinja o número máximo de geração proposto pelo usuário. Uma vez que os dois objetivos da otimização são contraditórios (minimização de massa e tensão), uma fronteira de Pareto, também conhecida como curva de eficiência, é encontrada com os resultados obtidos, permitindo que o usuário possa escolher nesta fronteira a opção que mais lhe convêm. Ao final do trabalho, os resultados mostram que a otimização estrutural foi bem sucedida e a comparação com o modelo original ilustra as modificações propostas pelo algoritmo de otimização. / The proposed work is a Parametric Optimization study carried out by means of a Genetic Algorithm and applied to a structural problem. The method is tested over a common type of structure used in equipments that load bulk materials into the ship’s hold. The optimization process has two main objectives: reduce the whole structural mass and reduce the model maximum absolute stresses, using buckling and displacement constrains. The parametric optimization changes the cross section properties of each structural element in the frame model, based on a discrete list of available profiles defined by the user. The optimization starts with an initial configuration, which are solved by Finite Element Method (FEM) using beam elements. Output variables, including the maximum stresses due to traction, compression, bending and torsion are computed, as well as structure displacements and buckling factors. The outputs of this first population are sent back to the Genetic Algorithm. The best results are combined to create a new generation, using the NSGA II (Nondominated Sorting Genetic Algorithms). The entire process repeats until the algorithm achieved the maximum number of generations proposed by the user. Since the two optimization objectives (mass and stress reduction) are contradictory, a described Pareto frontier or a called trade-off curve is found with the results, allowing the user to choose where to place the design over this frontier. At the end of the work, results shows that an optimized structure has been achieved and a comparison to the original design illustrate the modifications proposed by the optimization algorithm.

O presente trabalho abordou a simulação numérica de problemas relacionados a um tópico de grande importância na área médica: o comportamento de tecidos ósseos. Foram utilizadas ferramentas computacionais, fundamentos de Mecânica dos Sólidos e teorias baseadas em estudos e experimentos, para simular o comportamento desses tecidos vivos. Aqui se desenvolveu uma metodologia para criar modelos computacionais de ossos fazendo uso de leituras tomográficas, designando as propriedades em função do valor das densidades. A metodologia foi aplicada juntamente com algoritmos genéticos e o método dos elementos finitos para obter a melhor posição de implantes ortodônticos, visando uma homogeneização da tensão no osso na região de colocação do implante. Também foi possível fazer uma comparação entre modelos utilizados na literatura e o desenvolvido aqui. Em particular, foi demonstrado que o uso de materiais isotrópicos homogêneos e materiais com propriedades variáveis de acordo com a densidade levam a resultados diferentes para a otimização da orientação do implante. Foi criado um modelo computacional de remodelamento ósseo com isotropia transversal, com base no modelo de crescimento ósseo isotrópico de Stanford e utilizando as relações constitutivas dos tecidos ósseos. Foi realizada uma comparação entre os modelos isotrópico e isotrópico transversal na simulação do processo de remodelamento ósseo, sendo possível destacar as principais diferenças entre eles. A seguir foi realizada a aplicação do remodelamento ósseo para a otimização de próteses femorais. Foram construídos modelos computacionais integrando o método dos elementos finitos, um modelo matemático do comportamento adaptativo do material ósseo e o método dos algoritmos genéticos, visando a minimização da perda de massa óssea após a inserção de próteses em um osso hospedeiro. Foram realizadas três otimizações para combinações diferentes de parâmetros de projeto de uma prótese femoral. Na primeira, foi realizada a otimização da geometria e do módulo de Young da prótese. Na segunda, foi otimizado apenas o módulo de Young da prótese. Na terceira, foi proposto um modelo de prótese bimaterial, no qual os módulos de Young e a posição da divisão entre os materiais são os parâmetros de projeto escolhidos. A partir dos resultados obtidos, foi possível fazer comentários e sugestões sobre o material utilizado para construção de próteses femorais, bem como sobre a aplicabilidade da metodologia empregada na simulação de problemas de biomecânica. / The present work is addressed to the numerical simulation of problems related to an important topic in the medical area, namely, bone tissues. Computational methods, solid mechanics and theoretical/experimental studies were used to simulate the behavior of live bone tissues. A methodology was developed to create computational models using tomography data, assigning the mechanical properties from the corresponding densities map. The methodology was applied with genetic algorithms and the finite element method to predict the optimal position of orthodontic implants, aiming the homogenization stress in the bone. It was possible to compare some models found in literature and the one developed here. In particular, it was showed that homogeneous isotropic materials and materials with variable density result in different predictions in the optimization of the implant orientation. A computational scheme for bone remodeling was developed using three material behavior laws: transversally isotropic, isotropic Stanford model and classical constitutive relations for bone tissues. A comparison between the isotropic model and the transversally isotropic in the simulation of the bone remodeling was carried out, and the main differences between them were highlighted. Then the proposed bone remodeling scheme was applied to optimize femoral prosthesis. The computational models integrated the finite element method, a mathematical model to describe the behavior of adaptive bone material, and the genetic algorithm. The optimization aimed reduction of bone absorption after the insertion of a prosthesis in a bone host. Three cases of cemented femoral prosthesis were optimized. In the first case, the Young Modulus and geometry of the prosthesis were selected as design variable. In the second case, only the Young Modulus was used as design variable. In the third case, a bi-material prosthesis was proposed was proposed and optimized. Conclusions about the applicability of the proposed formulation for the simulation of biomechanics problems are drawn.