Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Resumo: No presente trabalho é apresentado um método de solução para problemas nos quais ocorre a formação de contato, com base no uso do elemento de acoplamento. O objetivo central é desenvolver e validar um algoritmo para a solução de problemas bidimensionais sem atrito (“frictionless”), envolvendo pequenas deformações, empregando malhas não conformes (“non-matching meshes”). O método proposto emprega elementos finitos especiais de acoplamento, originalmente proposto para acoplar malhas não conformes, por BITENCOURT et al. (2015). Os novos desenvolvimentos para aplicação em problemas de formação de contato se baseiam no fato de que esse tipo de elemento apresenta nós pertencentes aos dois domínios que podem entrar em contato, sendo capaz de introduzir forças de interação contrárias à interpenetração, mediante um método de penalização. Para validar este método, são simulados computacionalmente alguns problemas clássicos de contato Hertziano, no qual pode-se comparar resultados obtidos numericamente com resultados analíticos. Foi possível alcançar o objetivo com um esquema simples e estável, capaz de produzir resultados com boa precisão. Dentre os parâmetros avaliados, o ponto de maior relevância foi a verificação da necessidade de um número de passos de carga mínimo para se obter a completa formação do domínio do contato, dependendo do modelo a ser analisado. Os resultados obtidos, de uma forma geral, apresentam boa concordância em relação aos resultados analíticos, sendo que as méd... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents a solution method for problems in which contact formation occurs, based on the coupling finite elements. The main objective is to develop and validate an algorithm for solving two-dimensional frictionless problems, involving small deformation, using non-matching meshes. The proposed method employs special coupling finite elements, originally proposed to couple non-matching meshes by BITENCOURT et al. (2015). New developments for application in contact formation problems are based on the fact that this type of element presents nodes belonging to the two domains that can come into contact, being able to introduce interaction forces contrary to interpenetration, through a penalty method. To validate this method, solutions are presented for some classic Hertzian contact problems, in which it is possible to compare results obtained numerically with analytical results It was possible to achieve the objective with a simple and stable scheme, capable of producing results with good precision. Among the parameters evaluated, the most relevant point was the verification of the need for a minimum number of load steps to obtain the complete contact domain formation, depending on the model to be analyzed. The results obtained, in general, show good agreement in relation to the analytical results, with the means of deviations from these numerical results being between 5,5% and 3,0%, in relation to analytics results. / Mestre

Neste trabalho apresentamos a determinação autoconsistente da constante de interação spin-órbita em heteroestruturas com duas sub-bandas. Como recentemente proposto, ao obter o hamiltoneano de um sistema com duas sub-bandas na aproximação de massa efetiva, constata-se a presença de um acoplamento inter-subbanda que não se anula mesmo em heteroestruturas simétricas. Apresentamos aqui as deduções teóricas que levaram à proposição desse novo acoplamento e mostramos o cálculo autoconsistente da intensidade do acoplamento e a comparamos com a intensidade do acoplamento Rashba, já amplamente estudado. Discutimos o método k.p e a Aproximação da Função Envelope e mostramos a obtenção do modelo de Kane 8x8 para semicondutores com estrutura zincblende. Aplicamos o método do \"folding down\'\' ao hamiltoneano de Kane isolando o setor correspondente à banda de condução. Escrevemos dessa forma um hamiltoneano efetivo para a banda de condução no contexto de um poço quântico com uma barreira. Através da projeção desse hamiltoneano nos dois primeiros estados da parte orbital verifica-se o surgimento de um acoplamento inter-subbanda. Finalmente escrevemos o hamiltoneano efetivo 4x4 que descreve as duas primeiras subbandas de um poço quântico e obtivemos seus autoestados e autoenergias. Finalmente fizemos o cálculo autoconsistente das funções de onda e energias de um gás de elétrons em poços quânticos simples e duplos através da aproximação de Hartree e a partir desses resultados determinamos o valor da constante de acoplamento Rashba e da nova constante inter-subbanda. Entre os resultados obtidos destacam-se o controle elétrico da constante de acoplamento inter-subbanda através de um eletrodo externo e um efeito de renormalização da massa efetiva que pode chegar até 5% em algumas estruturas. / In this work we present the self-consistent determination of the spin-orbit coupling constant in heterostructure with two subbands.As recently proposed, the effective hamiltonian for the conduction band in the effective mass approximation contains an inter-subband spin-orbit coupling which is non-zero even for symmetric heterostructures. We present the theoretical derivation which leads to this proposal and show a selfconsistent determination of the coupling constant. We also compare the magnitude of the new coupling constant with the usual Rashba coupling. Starting with a discussion of the k.p method and the Envelope Function Approximation (EFA) we show the derivation of the 8x8 Kane model for semiconductors with zincblende structure. We then apply the \"folding down\'\' method, isolating the conduction band sector of the EFA hamiltonian. By projecting this hamiltonian in the first two states of the orbital part, we find an effective 4x4 hamiltonian that contains an inter-subband spin orbit coupling. The eingenvalues and eigenvectors of this hamiltonian are shown and, specializing the model for single and double quantum wells, we self-consistently determine the inter-subband and Rashba coupling constants in the Hartree approximation. The results indicate the possibility of electrical control of the coupling constant and show an effective mass renormalization effect that can be up to 5% in some cases.

Materiais enrijecidos são encontrados cotidianamente na engenharia, como na construção de aeronaves, veículos, navios e manufaturas diversas. Na Engenharia Civil, são exemplos de materiais enrijecidos o concreto armado e o solo reforçado. A solução aproximada para esse tipo de problema pode ser encontrada pelo uso de métodos numéricos como o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método dos Elementos de Contorno (MEC). Particularmente, o MEC é muito vantajoso em casos onde se tem elevados gradientes de tensão, como em problemas da mecânica da fratura, além de modelar de forma natural meios infinitos, sendo muito utilizado na análise de interação solo-estrutura ou de túneis. No entanto, como no MEC somente o contorno é discretizado, torna-se necessária a utilização de um acoplamento numérico para que o efeito mecânico dos enrijecedores seja considerado. Para esse acoplamento, podem ser utilizados diversos métodos numéricos, sendo neste trabalho realizado com o MEF e o MEC em sua forma unidimensional (MEC 1D). Dentro desse contexto, o acoplamento com o MEC 1D destaca-se por vantagens, como a compatibilidade dos métodos e a redução de aproximações. Com isso, este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento e comparação de soluções numéricas para o problema de domínios enrijecidos, no âmbito do MEC aplicado a problemas bidimensionais. Os enrijecedores foram considerados como elementos de treliça, sendo realizado inicialmente na sua forma mais usual, modelando-os por meio do MEF. A seguir foi implementada nova formulação para o acoplamento, na qual os enrijecedores são modelados por meio do MEC 1D. A implementação do MEC 1D foi validada pela comparação de resultados com soluções analítica e do programa computacional FTOOL. No caso do acoplamento, os resultados de ambas formulações foram comparados com resposta do programa computacional ANSYS. Foram avaliados quatro exemplos, sendo dois isotrópicos e dois anisotrópicos. Foram aplicadas diferentes condições de carregamentos, apoios e materiais, sendo utilizadas diversas discretizações e graus de aproximação nos enrijecedores. Verificou-se os efeitos da mudança do grau de aproximação, mantendo-se constante o número de graus de liberdade. Os resultados obtidos foram similares às respostas do ANSYS, foram mecanicamente equivalentes, não havendo diferença relevante em custo computacional. O acoplamento com o MEC 1D levou a resultados estáveis e, em geral, melhores do que com o MEF. No caso de aproximação quadrática, o acoplamento com o MEF frequentemente levou a resultados instáveis. Com o aumento do grau de aproximação, os resultados de ambos métodos se aproximam, se tornando muito próximos com aproximação do quarto grau. Verificou-se que próximo às pontas dos enrijecedores ocorrem concentrações de tensão, havendo maior influência da discretização e grau de aproximação adotado nestas áreas. / The reinforced materials are commonly encountered in engineering applications, as in the construction of airplanes, vehicles, ships and general manufactures. In Civil Engineering, the reinforced concrete and the reinforced soil are examples of reinforced materials. The solution of this kind of problem can be found by the use of numerical methods as the Finite Element Method (FEM) and the Boundary Element Method (BEM). Particularly, the BEM use in cases with high stress gradients, such as in fracture mechanics problems, is very advantageous. The BEM models infinite domains in a natural way, being largely used in analysis as soil-structure interaction and tunnel modelling. However, as in the BEM only the boundary is discretized, became necessary the use of a numerical coupling to consider the mechanical effect of the stiffeners. For the coupling many numerical methods can be used, in this study it was realized with the FEM and with the BEM in its unidimensional way (BEM 1D). In this context, the coupling BEM/BEM 1D stands out for its advantages, like the compatibility between the methods and the reduction of approximations. Therefore, the main objective of this study is the development and the comparison of numerical solutions for reinforced media problems, considering the framework of the bidimensional BEM problems. The coupling was implemented considering the stiffeners as truss elements, initially it was implemented in the most usual way, by modelling the stiffeners through the FEM. In the following, a new coupling formulation was proposed, in which the stiffeners are modelled through the BEM 1D method. The BEM 1D implementation was validated by comparing the results with analytical and numerical solutions, the last one obtained with the software FTOOL. Both coupling strategies were compared with the solution obtained by the software ANSYS. Four examples were evaluated, with two isotropic and two anisotropic domains. Different boundary conditions, supports and materials were applied, as many discretization and the approximation degree of the stiffeners were tested. The effects of changing the approximation degree in both coupling strategies keeping the degrees of freedom constant were analysed. The results obtained with the implemented algorithms were mechanically coherent, and they were similar to ANSYS results. For all examples, there is no significant computational costs differences between the two coupling strategies. However, the coupling with the BEM 1D leaded to more stable results and better approximations. It was observed that the MEF results were instable for many results, mainly in the quadratic approximations. When the approximation degree rises, the methods tend to converge to equivalent results, becoming very close in fourth degree approximation. Lastly, it was observed stress concentration in the stiffeners ends. In these regions, the discretization and the approximation degree have large influence to the numerical response.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T19:16:15Z No. of bitstreams: 2 GARDÊNIA MARINHO CORDEIRO - TESE PPGEQ 2016..pdf: 4354292 bytes, checksum: 1f9e0bf89dc6a2e1c64d5fa7f2e58a85 (MD5) ANEXO_TESE.pdf: 3069265 bytes, checksum: da63715d85442ba1e5c536dc5ebe121f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T19:16:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 GARDÊNIA MARINHO CORDEIRO - TESE PPGEQ 2016..pdf: 4354292 bytes, checksum: 1f9e0bf89dc6a2e1c64d5fa7f2e58a85 (MD5) ANEXO_TESE.pdf: 3069265 bytes, checksum: da63715d85442ba1e5c536dc5ebe121f (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Capes / A intensificação de processos através de colunas de parede dividida (DWC) e acoplamento térmico de duas colunas (TCS) são apontadas na literatura consultada como uma das alternativas mais promissoras para redução do consumo energético do processo de destilação. Especificamente ao processo de destilação extrativa, o uso destas configurações ainda é questionável e não consensual quanto ao seu potencial de redução de custos totais. Neste trabalho, a fim de avaliar rigorosamente a viabilidade de configurações TCS, três abordagens de redução de energia (otimização, integração térmica e acoplamento térmico) são analisadas e concatenadas de modo a reduzir o custo anual total (TAC) e consumo específico de energia (SEC). O uso de um procedimento de otimização baseado no teor de solvente, com garantia de solução ótima global foi eficiente na redução desses custos, uma vez que apresentou menores resultados (de SEC e TAC) em comparação com todos os fluxogramas da literatura analisados. A inclusão de uma integração térmica para pré-aquecer a alimentação do azeótropo com a corrente de reciclo mostrou-se competitiva com o uso do acoplamento térmico. Para estender a avaliação em configurações DWC, considerando a equivalência em termos de estágio de equilíbrio com TCS, é proposto uma estratégia sistemática para obtenção de uma configuração DWC otimizada, em termos operacionais e de design. Um comparativo rigoroso entre DWC e CS (também otimizada) foi realizado e demonstrou a influência do número de estágios das colunas no desempenho dessas configurações. Em relação aos custos energéticos, todas as DWC’s mostraram-se favoráveis, entretanto, o percentual de redução de carga térmica depende de qual CS tomou-se como referencial. Os melhores resultados de TAC foram obtidos para colunas com o número de estágios bem distintos em cada lado da parede, entretanto, essas colunas não superaram os sistemas convencionais otimizados. Economicamente, a decisão sobre o tipo de configuração mais viável para uma aplicação industrial pode ser tomada como base nas estratégias apresentadas, observando o trade-off entre a capacidade de redução energética das DWC’s e os custos do processo das configurações otimizadas. / The process intensification through dividing wall column (DWC) and thermal coupling of two columns (TCS) are noted in the literature consulted as one of the most promising alternatives to reduce energy consumption of the distillation process. Specifically by extractive distillation process, the use of these settings is still questionable and nonconsensual as to its potential to reduce total costs. In this work, in order to assess accurately the feasibility of TCS, three approaches of energy reduction (optimization, thermal and thermal coupling integration) are analysed and concatenated in order to reduce the total annual cost (TAC) and specific energy consumption (SEC). The use of an optimization procedure based on the solvent content, with guaranteed global optimal solution was effective in reducing these costs, since presented smaller results (SEC and TAC) compared to all studies of the literature examined. The inclusion of a thermal integration to preheat the azeotrope with the recycle proved to be competitive with the use of thermal coupling. To extend the assessment in DWC, considering the equivalence in terms of stage of equilibrium with TCS, proposed a systematic strategy for obtaining a DWC configuration optimized in terms of design and operational. A strict comparison between DWC and CS (optimized too) was performed and showed the influence of the number of stages of the columns in the performance of these configurations. In relation to energy costs, all the DWC's were favorable, however, the percentage of reduction of thermal load depends on which CS took as a reference. The best TAC’s results were obtained for columns with distinctive number of stages on each side of the wall, however, these columns do not have overcome the conventional systems optimized. Economically, the decision about the type of configuration more viable for an industrial application can be taken as the basis of the presented strategies, noting the trade-off between the ability of energy reduction of DWC's and the costs of the process of the optimized configurations.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-12T17:33:48Z No. of bitstreams: 1 PAULO VICTOR DA SILVA OLINDA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 4406932 bytes, checksum: 3015875e87b33898358c6dc22f3c9e3a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-12T17:33:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PAULO VICTOR DA SILVA OLINDA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 4406932 bytes, checksum: 3015875e87b33898358c6dc22f3c9e3a (MD5) Previous issue date: 2018-02-21 / Capes / O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo termográfico visando constatar falha de montagem por desalinhamento em acoplamento flexível do tipo garra, modelo GR 50. A metodologia da pesquisa pode ser caracterizada como do tipo aplicada, quantitativa, explicativa, bibliográfica e experimental. Para tanto, montou-se uma bancada experimental contendo um motor trifásico, eixos, rolamentos e o acoplamento flexível, sem a presença de cargas, destinado a solidarizar dois eixos contendo desalinhamentos entre eles de 0,5; 0,74 e 1,18 mm. Como resultado dos testes efetuados, foi possível perceber que a temperatura do acoplamento aumenta à mesma proporção dos desalinhamentos inseridos, ou seja, quanto maior o desalinhamento, maior a temperatura registrada. Este fato é melhor observado nos primeiros 20 minutos dos testes. Diante destes resultados é possível afirmar que a Termografia pode ser utilizada como técnica de detecção de falhas de montagem por desalinhamento nos primeiros minutos de funcionamento do sistema. / The aim of this work is to perform a thermographic study aiming to verify assembly failure by mounting in flexible claw type coupling, model GR 50. A research methodology can be characterized as applied, quantitative, explanatory, bibliographic and experimental type. For this, an experimental bench was built, containing a three-phase motor, shafts, bearings and the flexible coupling, without a load presence, to join two shafts with misalignments between them; 0.5, 0.74 and 1.18 mm. As a result of the tests performed, it was possible to notice that the temperature of the coupling increases the same proportion of the misalignments inserted, that is, the greater the misalignment, the higher the temperature recorded. This fact is best observed in the first 20 minutes of the tests. In view of these results, it is possible to affirm that the thermography can be used as a technique for detecting mounting faults by misalignment in the first minutes of the system operation.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdimilsonFS_DISSERT.pdf: 2546760 bytes, checksum: 08525df56e96d75f8d221757342883b4 (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work, we investigated the magnetic properties of a monocrystalline Fe thin film and of Fe(80 ?)/Cr(t)/Fe(80 ?) tri-layers, with the nonmagnetic metallic Cr spacer layer thickness varying between 9 ? < t < 40 ?. The samples were deposited by the DC Sputtering on Magnesium Oxide (MgO) substrates, with (100) crystal orientation. For this investigation, experimental magneto-optical Kerr effect (MOKE) magnetometry and ferromagnetic resonance (FMR) techniques were employeed. In this case, these techniques allowed us to study the static and dynamical magnetization properties of our tri-layers. The experimental results were interpreted based on the phenomenological model that takes into account the relevant energy terms to the magnetic free energy to describe the system behavior. In the case of the monocrystalline Fe film, we performed an analytical discussion on the magnetization curves and developed a numerical simulation based on the Stoner-Wohlfarth model, that enables the numerical adjustment of the experimental magnetization curves and obtainment of the anisotropy field values. On the other hand, for the tri-layers, we analyzed the existence of bilinear and biquadratic couplings between the magnetizations of adjacent ferromagnetic layers from measurements of magnetization curves. With the FMR fields and line width angular dependencies, information on the anisotropy in three layers was obtained and the effects of different magnetic relaxation mechanisms were evidenced. It was also possible to observe the dependence of the epitaxy of the multilayers with growth and sputtering parameters. Additionally it was developed the technique of AC magnetic susceptibility in order to obtain further information during the investigation of magnetic thin films / Nesta disserta??o investigamos as propriedades magn?ticas de um filme monocristalino de ferro e tricamadas com a composi??o Fe(80?)/Cr(t)/Fe(80?), variando as espessuras da camada met?lica n?o magn?tica separadora (Cr) entre 9? < t < 40?. As amostras foram depositadas pela t?cnica Sputtring DC sobre substrato de ?xido de Magn?sio (MgO) com orienta??o cristalina (100). Para esta investiga??o foram utilizadas as t?cnicas experimentais de magnetometria por efeito Kerr Magneto-?ptico (MOKE) e Resson?ncia Ferromagn?tica (FMR). Estas t?cnicas permitiram o estudo das propriedades est?ticas e din?micas da magnetiza??o das multicamadas. Os resultados experimentais foram interpretados com base no modelo fenomenol?gico que leva em considera??o os termos mais relevantes da energia livre magn?tica para descrever o comportamento do sistema. Para o filme monocristalino de ferro, realizamos uma discuss?o anal?tica das informa??es das curvas de magnetiza??o e desenvolvemos uma simula??o num?rica baseada no modelo de Stoner-Wohlfarth, possibilitando o ajuste num?rico das curvas de magnetiza??o experimentais e a obten??o do valor de campo de anisotropia. Para as tricamadas, analisamos a presen?a dos acoplamentos bilinear e biquadr?tico entre as magnetiza??es das camadas ferromagn?ticas adjacentes a partir das medidas das curvas de magnetiza??o. Com as depend?ncias angulares do campo de FMR e da largura de linha obtivemos informa??es sobre as anisotropias presentes nas tricamadas e evidenciamos os efeitos de diversos mecanismos de relaxa??o magn?tica. Tamb?m foi poss?vel observar a depend?ncia da epitaxia das multicamadas com os par?metros de crescimento do Sputtering. Adicionalmente foi desenvolvida, durante o per?odo do mestrado, a t?cnica de susceptibilidade magn?tica AC com o objetivo de obter resultados inovadores na investiga??o de filmes finos magn?ticos

Materiais enrijecidos são encontrados cotidianamente na engenharia, como na construção de aeronaves, veículos, navios e manufaturas diversas. Na Engenharia Civil, são exemplos de materiais enrijecidos o concreto armado e o solo reforçado. A solução aproximada para esse tipo de problema pode ser encontrada pelo uso de métodos numéricos como o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método dos Elementos de Contorno (MEC). Particularmente, o MEC é muito vantajoso em casos onde se tem elevados gradientes de tensão, como em problemas da mecânica da fratura, além de modelar de forma natural meios infinitos, sendo muito utilizado na análise de interação solo-estrutura ou de túneis. No entanto, como no MEC somente o contorno é discretizado, torna-se necessária a utilização de um acoplamento numérico para que o efeito mecânico dos enrijecedores seja considerado. Para esse acoplamento, podem ser utilizados diversos métodos numéricos, sendo neste trabalho realizado com o MEF e o MEC em sua forma unidimensional (MEC 1D). Dentro desse contexto, o acoplamento com o MEC 1D destaca-se por vantagens, como a compatibilidade dos métodos e a redução de aproximações. Com isso, este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento e comparação de soluções numéricas para o problema de domínios enrijecidos, no âmbito do MEC aplicado a problemas bidimensionais. Os enrijecedores foram considerados como elementos de treliça, sendo realizado inicialmente na sua forma mais usual, modelando-os por meio do MEF. A seguir foi implementada nova formulação para o acoplamento, na qual os enrijecedores são modelados por meio do MEC 1D. A implementação do MEC 1D foi validada pela comparação de resultados com soluções analítica e do programa computacional FTOOL. No caso do acoplamento, os resultados de ambas formulações foram comparados com resposta do programa computacional ANSYS. Foram avaliados quatro exemplos, sendo dois isotrópicos e dois anisotrópicos. Foram aplicadas diferentes condições de carregamentos, apoios e materiais, sendo utilizadas diversas discretizações e graus de aproximação nos enrijecedores. Verificou-se os efeitos da mudança do grau de aproximação, mantendo-se constante o número de graus de liberdade. Os resultados obtidos foram similares às respostas do ANSYS, foram mecanicamente equivalentes, não havendo diferença relevante em custo computacional. O acoplamento com o MEC 1D levou a resultados estáveis e, em geral, melhores do que com o MEF. No caso de aproximação quadrática, o acoplamento com o MEF frequentemente levou a resultados instáveis. Com o aumento do grau de aproximação, os resultados de ambos métodos se aproximam, se tornando muito próximos com aproximação do quarto grau. Verificou-se que próximo às pontas dos enrijecedores ocorrem concentrações de tensão, havendo maior influência da discretização e grau de aproximação adotado nestas áreas. / The reinforced materials are commonly encountered in engineering applications, as in the construction of airplanes, vehicles, ships and general manufactures. In Civil Engineering, the reinforced concrete and the reinforced soil are examples of reinforced materials. The solution of this kind of problem can be found by the use of numerical methods as the Finite Element Method (FEM) and the Boundary Element Method (BEM). Particularly, the BEM use in cases with high stress gradients, such as in fracture mechanics problems, is very advantageous. The BEM models infinite domains in a natural way, being largely used in analysis as soil-structure interaction and tunnel modelling. However, as in the BEM only the boundary is discretized, became necessary the use of a numerical coupling to consider the mechanical effect of the stiffeners. For the coupling many numerical methods can be used, in this study it was realized with the FEM and with the BEM in its unidimensional way (BEM 1D). In this context, the coupling BEM/BEM 1D stands out for its advantages, like the compatibility between the methods and the reduction of approximations. Therefore, the main objective of this study is the development and the comparison of numerical solutions for reinforced media problems, considering the framework of the bidimensional BEM problems. The coupling was implemented considering the stiffeners as truss elements, initially it was implemented in the most usual way, by modelling the stiffeners through the FEM. In the following, a new coupling formulation was proposed, in which the stiffeners are modelled through the BEM 1D method. The BEM 1D implementation was validated by comparing the results with analytical and numerical solutions, the last one obtained with the software FTOOL. Both coupling strategies were compared with the solution obtained by the software ANSYS. Four examples were evaluated, with two isotropic and two anisotropic domains. Different boundary conditions, supports and materials were applied, as many discretization and the approximation degree of the stiffeners were tested. The effects of changing the approximation degree in both coupling strategies keeping the degrees of freedom constant were analysed. The results obtained with the implemented algorithms were mechanically coherent, and they were similar to ANSYS results. For all examples, there is no significant computational costs differences between the two coupling strategies. However, the coupling with the BEM 1D leaded to more stable results and better approximations. It was observed that the MEF results were instable for many results, mainly in the quadratic approximations. When the approximation degree rises, the methods tend to converge to equivalent results, becoming very close in fourth degree approximation. Lastly, it was observed stress concentration in the stiffeners ends. In these regions, the discretization and the approximation degree have large influence to the numerical response.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2017-12-21T11:52:32Z No. of bitstreams: 1 luisguilherrmedasilvacosta.pdf: 2910682 bytes, checksum: da61cee3e668dc7356aa3ab54ff0c28c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-12-22T11:58:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 luisguilherrmedasilvacosta.pdf: 2910682 bytes, checksum: da61cee3e668dc7356aa3ab54ff0c28c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-22T11:58:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 luisguilherrmedasilvacosta.pdf: 2910682 bytes, checksum: da61cee3e668dc7356aa3ab54ff0c28c (MD5) Previous issue date: 2017 / Esta tese de doutorado apresenta, inicialmente, uma revisão sobre acopladores para power line communication (PLC), utilizados para acoplar o sinal dos transceptores PLC à rede de energia elétrica. As questões predominantes para o projeto de acopladores e, consequentemente, os diferentes tipos de acopladores são discutidos. Uma classificação dos acopladores PLC baseada nos tipos de acoplamentos (capacitivo, indutivo, resistivo e por antenas), níveis de tensão, largura de banda de frequência, modos de propagação e números de conexões com a rede de energia elétrica é apresentada. Em seguida, o projeto de circuitos PLC de acoplamento capacitivo não adaptativos, single input single output (SISO) de baixa tensão para aplicações banda larga e banda estreita são discutidos. O acoplador PLC banda estreita é projetado para a banda de frequência de 9 kHz-500 kHz, enquanto os acopladores banda larga são projetados para a banda de frequência de 1.7-50 MHz, 1.7-100 MHz e 1.7-500 MHz. Além disso, discute-se as especificações e o projeto dos protótipos desses circuitos de acoplamento PLC medindo seus parâmetros de espalhamento. A seguir, é discutida a medida da impedância de acesso da rede de energia elétrica de baixa tensão na banda de frequência 2- 500 MHz, visando apresentar prévio conhecimento da impedância de acesso da rede de energia elétrica no Brasil com base em uma campanha de medição realizada em várias instalações em três cidades brasileiras diferentes. Além disso, é proposto um procedimento para obter um modelo estatístico da impedância de acesso na referida faixa de frequência. Com base em uma série de medidas de impedâncias de acesso da rede de energia elétrica e critérios para a escolha de modelos estatísticos, esta tese sugere duas distribuições para modelar as componentes resistência e reatância da impedância de acesso da rede de energia elétrica. Uma vez que, os parâmetros de tais modelos mudam com a frequência e que a impedância de acesso é um processo aleatório no domínio da frequência, um modelo simples para gerar amostras em função desse processo aleatório, que leva em consideração as distribuições sugeridas, é detalhado. Por fim, é proposto um circuito de acoplamento adaptativo PLC, capacitivo, SISO de baixa tensão. Estes circuitos de acoplamento adaptativos usam três diferentes filtros analógicos passa-baixa com diferentes impedâncias de entrada. A impedância de entrada de cada filtro analógico é projetado de acordo com os valores obtidos através da campanha de medição, e a impedância de saída é projetada para 50 Ω. A escolha do filtro analógico que proporciona melhor casamento de impedância com a rede de energia elétrica é obtido por um microcontrolador, que através de um conversor analógico digital, monitora a tensão fornecida por um circuito que mede a potência dos sinais injetados nos acopladores PLC pelos transceptores PLC. A monitoração da potência é realizada continuamente pelo conversor analógico digital do microcontrolador que escolhe qual o filtro analógico proporciona o melhor casamento de impedância com a rede de energia elétrica e comuta os filtros analógicos através de uma chave de analógica conectando os transceptores PLC a rede de energia elétrica através dos acopladores PLC. Além disso, as medições dos valores do parâmetro de espalhamento S11 confirmam que a componente resistiva da impedância de acesso da rede de energia elétrica apresentou melhor casamento de impedância entre 50 Ω e 100 Ω. Por fim, os valores medidos do parâmetro de espalhamento S12 mostram que a atenuação cresce com o aumento da frequência devido ao comportamento indutivo da rede de energia elétrica. / This work outlines a comprehensive review of PLC coupling circuits, which are required for narrowband and broadband PLC transceivers. Prevailing issues that protract the design of couplers and consequently subtended the inventions of different types of couplers are clearly described. Also, it provides a useful classification of PLC couplers based on the type of physical couplings, voltage levels, frequency bandwidth, propagation modes and a number of connections. Next, the focus is on the design of non-adaptive capacitive, SISO and low-voltage (LV) PLC coupling circuits for both broadband and narrowband applications. The narrowband cover the frequency band 9 kHz-500 kHz, while broadband frequency bands are 1.7-50MHz, 1.7-100MHz and 1.7- 500 MHz. Moreover, it discusses the specification and design of the prototypes of the PLC coupling circuits measuring their scattering parameters. The access impedance of Brazilian in-home, broadband and low-voltage electric power grid in the frequency band 2-500 MHz is taken into account. Based on the use of a measurement setup a large measurement campaign that was carried out in several facilities in three different Brazilian cities is discussed. Also, a procedure to obtain a statistical model of the access impedance in the aforementioned broadband frequency is outlined. Based on a number of measured access impedances and well-known criteria for choosing statistical models, two distributions to model the resistance and reactance components of the access impedance are suggested. Due to the fact that the parameters of such models change with the frequency and the access impedance is a random process in the frequency domain, a simple and effective model to generate samples function of such random process, which takes into account the suggested distributions, is addressed. Finally, adaptive capacitive, SISO and LV PLC coupling circuits are proposed for broadband power line communication. These adaptive coupling circuits use three different analog low-pass filter for impedance matching. This filter is an array of analog low-pass irregular filters that separate the input and output signal into three analog low-pass filters, each one matching the impedance between the electric power grid and PLC transceiver. The input impedance of each filter has a different impedance value, chosen according to the impedance of the measurement campaign, and the output impedance is fixed in 50 Ω for all analog low-pass filter. The choice of the analog filter that provides better impedance matching to the electrical power grid is obtained by a microcontroller, which through an analog-to-digital converter (ADC), measure the voltage provided by a circuit that measures the power of the signals injected into the PLC coupling circuit by the PLC transceivers. The power is continuously measured by an ADC of the microcontroller which chooses which analog filter provides the best impedance matching with the electric power grid and switches the analog filters through an analog switcher connecting the PLC transceivers to the electric power grid through the PLC coupling circuit. In addition, the measured values of the scattering parameter S11 show that the best impedance matching occurs when the resistive impedance component of the access impedance is between 50 Ω and 100 Ω . For the scattering parameter S12 it has been found that the attenuation increases as the frequency increases because of the inductive behavior of the electric power grid.

[pt] Os estudos entre a interação do fluxo de fluido e a deformação do meio poroso têm sido realizados com o objetivo de explicar alguns fenômenos que ocorrem ao longo da produção/injeção de fluidos, e assim obter uma simulação de reservatórios cada vez mais precisa. A solução ideal para o problema é implementar um esquema, onde as leis que governam o fluxo e analise de tensões sejam obedecidas simultaneamente em cada intervalo de tempo. Este trabalho apresenta os resultados de um código (programado em C positivo positivo) que permite acoplar um simulador de fluxo convencional (ECLIPSE) e um programa que permite analisar tensões e deslocamentos (Abaqus /CAE). O objetivo deste trabalho é validar varias soluções para resolver um problema usando os diferentes tipos de acoplamento, que juntamente com uma filosofia empregada nas principais formulações permite dar respostas similares aquelas do acoplamento total. São apresentadas as formas de acoplamento e a formulação empregada em cada um dos esquemas usados. Os resultados obtidos pelos esquemas são comparados em termos de fluxo e tensões e deslocamentos a partir de modelos tridimensionais. / [en] Studies between the interaction of fluid flow and deformation of porous media have been carried out with the aim of explaining some phenomena that occur along the production/injection of fluids, thereby obtaining a more accurate reservoir simulation. The ideal solution for this problem is to implement a scheme where laws governing the flow and stress analysis are met simultaneously at each time interval. This dissertation presents the results of a computer code (programmed in C positive positive) that allows the coupling of a conventional reservoir simulator (ECLIPSE) and a stress-displacement finite element based program (Abaqus /CAE). This work presents the use of various coupling schemes for the solution of a synthetic case, in particular the use of a methodology that generates results very close to the ones predicted from the use of fully coupled methods. The results obtained by the different coupling schemes are compared in terms of fluid pressure, stress and displacement responses for synthetic three-dimensional models.

[pt] Dado o cenário cada vez mais complexo de extração de energia, o estudo de fenômenos acoplados em meios porosos tem tornado-se essencial na previsão do comportamento de meios geológicos. Diversas formas de acoplamento hidromecânico têm sido apresentadas nas últimas décadas visando, também, diminuir o tempo de execução das simulações numéricas sem impactar na representação do comportamento geomecânico do escoamento no meio poroso. Este trabalho deduz os parâmetros de acoplamento necessários para a troca de informações entre um simulador de fluxo e um geomecânico, considerando os efeitos térmicos, a anisotropia das propriedades elásticas e a compressibilidade dos grãos. Além disso, é proposta uma nova metodologia de acoplamento capaz de alternar dinamicamente entre dois métodos já existentes: o iterativo implícito e o iterativo sequencial. Foi chamada de acoplamento adaptativo e é baseada no comportamento dos parâmetros de acoplamento durante o processo iterativo. Essa metodologia foi verificada variando-se a discretização espacial, as condições de contorno e a relação permeabilidade-porosidade utilizando tanto um fluido monofásico quanto multifásico desprezando-se os efeitos térmicos e a anisotropia das rochas. Avaliou-se também o impacto da consideração das rochas adjacentes ao reservatório, da compressibilidade dos grãos e da utilização dessa metodologia para um caso real: o campo de Pituba. Com resultados próximos ao acoplamento iterativo implícito, o acoplamento adaptativo obteve uma redução média de 35 por cento no tempo de execução com diferenças relativas inferiores a 5 por cento para as variáveis analisadas. Já o acoplamento sequencial, que também foi utilizado em todos os casos apresentados, obteve uma redução de 50 por cento porém com diferenças superiores. / [en] The study of coupled phenomena in porous media has become essentialin predicting the behavior of geological media considering the increasinglycomplex scenario of energy extraction. Several ways of hydromechanical coupling have been presented in recent decades, also aiming to reduce the execution time of numerical simulations without impacting on the representationof geomechanical behavior in the flow in the porous medium. This workdeduces the coupling parameters necessary for the exchange of informationbetween a flow simulator and a geomechanical simulator, considering thethermal effects, anisotropy of elastic properties and compressibility of grains.In addition, a new coupling methodology is proposed and it capable of dynamically switch between two existing methods: iterative and sequential. Itis called adaptive coupling and is based on the behavior of coupling parameters during the iterative process. This methodology was verified by varyingspatial discretization, boundary conditions and permeability-porosity ratiousing both a single-phase and multiphase fluid neglecting thermal effectsand anisotropy of rocks. It was also evaluated the impact of the consideration of the surroundings rocks to the reservoir, grain compressibility andthe use of this methodology for a real case: Pituba field. Adaptive couplingachieved an average reduction of 35 percent in execution time with results close toiterative coupling and relative differences less than 5 percent. On the other hand,the sequential coupling which was also used in all cases presented obtaineda reduction of 50 percent, but with a higher differences.