Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia e Gestão do Conhecimento, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337378.pdf: 4389643 bytes, checksum: 1701260659b2ae4b7afa3bf45370be3c (MD5) Previous issue date: 2015 / O uso de informações externas às organizações, presentes nas redes sociais, pode auxiliar no processo de compra de um produto por parte de um cliente a partir da leitura de revisões ou de blogs especializados. A classificação de texto, mais precisamente, a análise de sentimento, auxilia na definição da imagem de um produto ou na identificação do sentimento de uma sentença como positiva ou negativa. Neste trabalho propõe-se um modelo que combina ontologia de domínio com técnicas de processamento de linguagem natural para a identificação do sentimento agregado a uma determinada sentença, buscando apresentar uma explicação para tal polarização. Utiliza-se ainda o raciocínio baseado em casos para que seja possível aprender com os raciocínios (polarizações) passados, visando reutilizá-los em novas classificações. Também foram elaboradas etapas para o tratamento de negação, para a adequação do léxico de sentimento para um domínio e para a adaptação da classificação de termos ambíguos baseados em classificações passadas. Foram desenvolvidos testes em dois domínios distintos, câmeras digitais e filmes, para justificar a evolução do modelo até se chegar à proposta final. Pôde-se observar que a acurácia obtida pelo modelo é superior à obtida por abordagens estatísticas tradicionais. Esses resultados demonstram que o modelo da tese contribui para a área de análise de sentimento, tanto no nível da acurácia quanto pela possibilidade de apresentar o caminho percorrido para chegar a determinada classificação.<br> / Abstract : The use of information outside organizations available in social networks such as reviews or specialized blogs can assist customers in their decisions. The text classification, more precisely sentiment analysis, assists in defining the image of a product or identifying the sense of a sentence as positive or negative. This work intends to combine domain ontology with natural language processing techniques to identify the sentiment behind judgments aiming to provide an explanation for such polarization. Also, it intends to use the Case-Based Reasoning strategy in order to learn from past reasonings (polarizations) so they can be used in new polarizations. Some steps have been developed for treatment of negation, adequacy of sentiment lexicon for a domain and adaptation of ambiguous terms classification based on past ratings. Tests were developed in two distinct areas, digital cameras and movies, to justify the model evolution until its final proposal. It was observed that the accuracy obtained by the proposed model overcomes standard statisticals approaches. These results demonstrate that the thesis model contributes to the sentiment analysis area, both as a solution that provides high levels of accuracy, as well as the possibility to present the track to achieve a particular classification.

[pt] Este trabalho propõe uma metodologia para a otimização de forma de estruturas geometricamente não-lineares. O objetivo desta metodologia é evitar os problemas de instabilidade apresentados por estruturas otimizadas de acordo com a formulação clássica. Ela foi implementada para problemas bidimensionais e os resultados obtidos na otimização de diferentes estruturas demonstraram o seu sucesso. Utilizando-se conceitos de modelagem geométrica, a forma da estrutura é defini-da através das curvas de seu contorno. Assim, a representação paramétrica de curvas e a definição destas em função de um conjunto de pontos de interpolação (pontos-chave) são discutidas detalhadamente. A ênfase é dada à interpolação através de B-splines,devido a sua grande flexibilidade. O problema de otimização é definido com base no modelo geométrico e as variáveis de projeto são as coordenadas dos pontos-chave. A simetria da estrutura é garantida através da ligação de variáveis. A estrutura é analisada através de elementos isoparametricos planos. Assim, antes de realizar a análise, é necessário discretizar a estrutura em um conjunto de elementos finitos. Para realizar esta tarefa foram implementados diferentes algoritmos de geração de malhas, tanto estruturadas quanto não-estruturadas. O método de Newton-Raphson é utilizado pa- ra determinar a configuração de equilíbrio e diferentes métodos podem ser aplicados para determinar os pontos críticos. Devido aos problemas de convergência apresentados pelos métodos diretos para a determinação dos pontos crticos, um método semi-direto foi desenvolvido neste trabalho. Os resultados obtidos na análise de diferentes exemplos mostraram a adequação dos elementos finitos e dos métodos numéricos implementados. Os algoritmos de programação matemática utilizados neste trabalho precisam dos gradientes da função objetivo e das restrições, que são calculadas com base nos gradientes das respostas da estrutura. Partindo-se de equações gerais válidas para quaisquer elementos,foram desenvolvidas expressões analíticas que permitem o cálculo exato das sensibilidades de elementos finitos isoparamétricos formulados através do procedimento Lagrangiano Total. O desenvolvimento e a implementação de expressões semelhantes para elementos mais complexos é uma tarefa bastante árdua. Por outro lado, o método das diferenças fi- nitas é simples e genérico, mas muito caro computacionalmente. O método semi-analítico mantémm as vantagens da utilização de diferenças finitas e possui um custo computacional baixo, porém pode apresentar sérios problemas de preciso. Devido a estes motivos, foi desenvolvido neste trabalho um procedimento para melhorar a qualidade das sensibilidades semi-analíticas de estruturas geometricamente não-lineares. O procedimento é baseado na diferenciação exata dos movimentos de corpo rígido do elemento utilizado. Os resultados numéricos obtidos demonstraram a sua eficácia. / [en] This work presents a methodology for shape optimization of geometrically nonlinear structures. The main purpose is to avoid the stability problems generated by optimization based on linear behavior. The methodology was implemented for two-dimensional problems, and several structures were successfully optimized. Using geometrical modeling concepts, the shape of the structure is defined by its boundary curves. Therefore, parametric representation and curve definition by a set of key points are discussed in detail. Due to its flexibility in shape definition, particular attention is given to interpolation using B- splines. The optimization problem is defined based on the geometrical model and the design variables are the positions of key points. Design variable linking can be applied to enforce symmetry.The structure it is analyzed using plane isoparametric elements. Thus, is necessary to perform the discretization of the structure in a set of finite elements. Different algorithms were implemented to generate structured or unstructured finite element meshes. The standard Newton-Raphson method is applied to find the equilibrium configuration, and different methods can be used to evaluate critical points. Due to the convergence problems presented by direct methods, a new semi-direct method was developed. The numerical results show the suitability of the finite elements and numerical methods implemented in the present work.The mathematical programming algorithms used in this work require the evaluation of design sensitivities in order to compute the search direction of the optimization process.Using basic sensitivity equations, which are independent from the particular element, analytical expressions were developed for the sensitivity computation of isoparametric elements formulated according to the Total Lagrangian approach. Applying the analytical method for more complex elements is very cumbersome and error prone. On the other hand, the finite difference method is simple and generic, but its computational cost is prohibitive. The semi-analytical method preserves the advantages of the use of finite differences and has a low computational cost, but presents severe accuracy problems. Hence, a method based on the exact differentiation of the rigid body motions was developed in this work to improve the accuracy of the semi- analytical sensitivities of geometrically nonlinear structures. The numerical examples show that this method eliminates the abnormal errors presented by the semi- analytical sensitivities. / [es] Este trabajo propone una metodología para la optimización de forma de extructuras geométricamente no lineares. EL objetivo de esta metodología es evitar los problemas de inestabilidad que presentan las extructuras optimizadas de acuerdo con la formulación clásica. Ella fue implementada para problemas bidimensionales y los resultados obtenidos en la optimización de diferentes extructuras demuestran su éxito. Utilizando conceptos de modelaje geométrica, la forma de la extructura se define a través de las curvas de contorno. Así, la representación paramétrica de curvas y su definición en función de un conjunto de puntos de interpolación (puntos clave) son discutidas detalladamente. Se le da especial a la interpolación a través de B splines,debido a su gran flexibilidad. El problema de optimización se define con base en el modelo geométrico y las variables de proyecto son las coordenadas de los puntos clave. La simetría de la extructura se garante a través de la llamada de variables. La extructura se analiza a través de elementos isoparamétricos planos. Antes de realizar el análisis, es necesario discretizar la extructura en un conjunto de elementos finitos. Para realizar esta tarea fueron implementados diferentes algoritmos de generación de mallas, tanto extructuradas como no extructuradas. EL método de Newton Raphson es utilizado para determinar la configuración de equilibrio y pueden ser aplicados diferentes métodos para determinar los puntos críticos. Debido a los problemas de convergencia presentados por los métodos directos para la determinación de los puntos crticos, se desarrolló un método semidirecto. Los resultados obtenidos en el análisis de diferentes ejemplos muestran la adque los elementos finitos los métodos numéricos implementados son adequados Los algoritmos de programación matemática utilizados en este trabajo necesitan los gradientes de la función objetivo y de las restricciones, que son calculadas con base en los gradientes de las respuestas de la extructura. Partiendo de las ecuaciones generales válidas para cualesquiera elementos, fueron desarrolladas expresiones analíticas que permiten el cálculo exacto de las sensibilidades de elementos finitos isoparamétricos formulados a través del procedimiento Lagrangiano Total. EL desarrollo y la implementación de expresiones semejantes para elementos más complexos es una tarea bastante árdua. Por otro lado, el método de las diferencias finitas es simple y genérico, pero muy caro computacionalmente. EL método semianalítico mantiene las ventajas de la utilización de diferencias finitas y posee un costo computacional bajo, pero puede presentar serios problemas de precisión. Es por ello que se desarrolló en este trabajo un procedimiento para mejorar la calidad de las sensibilidades semianalíticas de extructuras geométricamente no lineares. EL procedimiento tiene como base la diferenciación exacta de los movimentos de cuerpo rígido del elemento utilizado. Los resultados numéricos obtenidos demuestran su eficacia.

[pt] O presente trabalho propõe uma formulação para o projeto ótimo de pilares de edifícios altos de concreto armado. São variáveis de projeto as dimensões da seção transversal e a armadura longitudinal dos pilares e a resistência característica do concreto. A fim de reduzir o tamanho desta classe de problema, a estratégia de solução em multinível é aplicada. O problema é então subdividido em um problema global de otimização conectado a uma série de subproblemas individuais de otimização. No problema global são determinadas as dimensões da seção transversal de todos os pilares e a resistência característica do concreto, enquanto que nos subproblemas individuais são determinadas apenas as armaduras longitudinais dos pilares. As variáveis dos subsistemas são freqüentemente chamadas de variáveis locais, enquanto que as variáveis do sistema global, responsáveis pela interação entre os grupos de variáveis, são denominadas variáveis globais ou de acoplamento. A função objetivo do problema de otimização é o custo total das colunas do edifício. Os edifícios são modelados como pórticos espaciais e a não-linearidade geométrica é considerado na análise estrutural. A hipótese de diafragma rígido é adotada para o comportamento das lajes e a rigidez à torção é desprezada em todas as barras do pórtico. Cargas permanentes, acidentais e devidas ao vento são aplicadas ao modelo. Restrições relativas aos estados limite último e de utilização, bem como restrições relativas aos limites máximos e mínimos atribuídos a cada variável, são impostas ao problema de otimização. Adicionalmente, impõem-se restrição sobre o parâmetro de instabilidade, caso este parâmetro seja empregado na determinação dos esforços globais de 2a ordem. Os estados limite são definidos de acordo com o código brasileiro para projeto de estruturas de concreto NBR-6118 (2003). O problema de otimização proposto é resolvido empregando-se técnicas de programação matemática. / [en] This work proposes a formulation for the optimum design of columns of reinforced concrete tall buildings. The design variables are the dimensions of the cross-sections and the amount of longitudinal reinforcement in the columns and the concrete characteristic resistance. Aiming at reducing the size of this class of problem, the multilevel optimization technique is applied so that the problem is subdivided into a global problem connected with a series of dependent subproblems. In this kind of problem, the design variables are subdivided into two groups, namely, the group of the so called global variables, represented here by the cross-section dimensions of the columns and by the concrete characteristic resistance, and the group of local variables, represented here by the areas of the longitudinal steel reinforcement in the cross-sections of the columns. Consequently, a global optimization problem is defined for the global variables, at the global level, and local independent optimization sub- problems are defined for the local design variables, at the local levels, following each iteration at the global level. The objective function of the optimization problem is the total cost of the columns of the building. The buildings are modeled as three dimensional frames and geometric nonlinear behavior is considered in the structural analysis. The assumption of rigid diaphragm is adopted for the structural behavior of the slabs and the torsional stiffness of elements is neglected. Dead, live and wind loads are applied to the model. Constraints related to ultimate and serviceability limit states, as well as lateral constraints, are imposed to the design variables. The limit states are defined according to the Brazilian Code for reinforced concrete structures NBR-6118 (2003). The solution of the optimization problem is obtained using Mathematical Programming techniques.

[pt] Calcular o valor do fluxo máximo entre um nó origem e um nó destino em uma rede é um problema clássico no contexto de Fluxos em Redes. Sua extensão, chamada de problema do fluxo máximo multiterminal, consiste em achar os valores dos fluxos máximos entre todos os pares de nós de uma rede não direcionada. Estes problemas possuem diversas aplicações, especialmente nos campos de transporte, logística, telecomunicações e energia. Neste trabalho, apreciamos a recente teoria da análise de sensibilidade, em que se estuda a influência da variação de capacidade de arestas nos fluxos máximos multiterminais, e estendemos a computação dinâmica dos fluxos multiterminais para o caso de mais de uma aresta com capacidade variável. Através dessa teoria, relacionamos também nós de corte e fluxos multiterminais, o que permitiu desenvolver um método competitivo para solucionar o problema do fluxo máximo multiterminal, quando a rede possui nós de corte. Os resultados dos experimentos computacionais conduzidos com o método proposto são apresentados e comparados com os de um algoritmo clássico, fazendo uso de instâncias geradas e outras conhecidas da literatura. Por último, aplicamos a teoria apresentada em um problema de identificação de complexos de proteínas em redes de interação proteína-proteína. Através da generalização de um algoritmo e de um resultado teórico sobre exclusão de cortes mínimos, foi possível reduzir o número de cálculos de fluxo máximo necessários para identificar tais complexos. / [en] Computing the maximum flow value between a source and a terminal nodes in a given network is a classic problem in the context of network flows. Its extension, namely the multi-terminal maximum flow problem, consists of finding the maximum flow values between the all pairs of nodes in a given undirected network. These problems have several applications, especially in the fields of transports, logistics, telecommunications and energy. In this work, we study the recent theory of sensitivity analysis, which examines the influence of edges capacity variation on the multi-terminals maximum flows, and we extend the dynamic computation of multi-terminals flows to the case of more than one edge with variable capacity. Based on this theory, we also relate cut nodes and multiterminals flows, allowing us to develop a competitive method to solve the multiterminal maximum flow problem, when the network has cut nodes. The results of the computational experiments conducted with the proposed method are presented and compared with the results of a classical algorithm, using generated and wellknown instances of the literature. Finally, we apply the presented theory on a problem of identifying protein complexes in protein-protein interaction networks. Through the generalization of an algorithm and a theoretical result about exclusion of minimum cuts, it was possible to reduce the number of maximum flow computations necessary to identify such complexes.

[pt] A constante procura por desenvolvimento sustentável tem originado a criação de novas técnicas de avaliação dos custos ambientais nos sistemas de produção. Atualmente a produção de óleos lubrificantes está sendo ambientalmente avaliada devido aos grandes impactos ambientais gerados pela produção, utilização e disposição final dos óleos de base mineral. Como alternativa para os óleos de bases minerais vem-se estudando a substituição por óleos oriundos de bases animais e vegetais, os quais apresentam melhores características ambientais. Este trabalho teve por objetivo realizar uma análise de ciclo de vida simplificada (berço-porta) das fases de produção de 1 kg de óleo de base mineral e 1 kg de óleo de base de óleo de jatropha com a utilização de uma análise de sensibilidade. A comparação para a obtenção dos dados foi realizada nos mesmos cenários de produção tanto para os óleos lubrificantes de base de jatropha quanto para os óleos lubrificantes de base mineral. Os resultados nestes cenários indicaram que na produção do óleo de jatropha, o potencial de aquecimento global foi 1,01 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral; o potencial de eutrofização de água foi 2,06E-04 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral; o potencial de toxicidade humana foi 0,08 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral e o potencial de depleção de água foi 1,33E-01 kg maior do que o cenário base da produção do óleo mineral. No cenário base da produção do óleo mineral, o potencial de depleção de combustíveis fósseis foi 0,70 kg maior do que o cenário base da produção do óleo de jatropha. Entretanto, no contexto desta modelagem deve-se ainda levar em consideração outros parâmetros, como os relacionados às limitações geográficas, pois algumas discrepâncias nas análises do ciclo de vida dos óleos podem ocorrer. / [en] The continuously effort to reach the sustainable development has led to the creation of new techniques for assess environmental costs of the production systems. Nowadays the production of mineral oil base lubricants is assessed due to the large environmental impacts generated in their production, use and final disposal. As alternatives to the substitution of mineral oil base lubricants, vegetable oil base lubricants have been studied and used because their environmental characteristics. Hence, this study focused on execute a simplified LCA (cradle-to-gate analysis) for the production phase of 1 kg of mineral base oil and 1 kg of jatropha base oil trough a sensitivity analysis. The comparison for both oil bases was performed under the same production scenarios. Results shown that the jatropha base oil production scenario presented 1,01 kg more than the base mineral oil production scenario; the fresh water eutrophication potential had 2,06E-04 kg more than the base mineral oil scenario; the human toxicity potential presented 0,08 kg more than the base mineral oil scenario; the water depletion potential showed 1,33E-01 kg more than the base mineral oil scenario. On the mineral base oil production scenario, the fossil depletion potential shown 0,70 kg more than the base jatropha oil production scenario. However, it had to still take in consideration parameters such as geographic limitations, due to some discrepancies in the life cycle assessment of oils can occur.

Orientador: Caio Gorla Nogueira / Resumo: Este trabalho apresenta um conjunto de técnicas estatísticas básicas aplicadas à modelagem de problemas de fluxo em meios porosos fraturados e de estabilidade de taludes, com o objetivo de identificar as variáveis explicativas mais influentes sobre a variabilidade das variáveis resposta. Diferentes planejamentos de experimentos foram utilizados para possibilitar a construção de metamodelos polinomiais representativos dos fenômenos estudados. Uma modificação do planejamento do tipo Box-Behnken é apresentada e foi proposta pelo autor para analisar problemas que envolvem elevado número de variáveis explicativas (e.g. 30). Os metamodelos, obtidos via método dos mínimos quadrados, são também chamados de superfícies de resposta ou modelos de regressão e são indispensáveis à verificação da sensibilidade das variáveis explicativas. O conjunto de técnicas mostrou- se muito eficaz na identificação das variáveis explicativas que provocaram efeitos mais significativos sobre a variável resposta. Evidenciou-se também, por meio dos exemplos de estabilidade de taludes tratados, a possibilidade de se quantificar incertezas com o uso de metamodelos suficientemente adequados, uma opção que pode ser bastante útil no processo de quantificação de incertezas de problemas que não possuem soluções analíticas simples. / Abstract: This paper presents a set of basic statistical techniques applied to the modeling of flow problems in fractured porous and slope stability media, aiming to identify the most influential explanatory variables on the response variables variability. Different designs of experiments were used to enable the construction of polynomial metamodels representative of the studied phenomena. A Box-Behnken type design modification is presented and was proposed by the author to analyze problems involving high number of explanatory variables (e.g. 30). The metamodels, obtained by the least squares method, are also called response surfaces or regression models and are indispensable for verifying the sensitivity of the explanatory variables. The set of techniques was very effective in identifying the explanatory variables that had the most significant effects on the response variable. It was also evidenced, through the examples of stability of treated slopes, the possibility of quantifying uncertainties using sufficiently adequate metamodels, an option that can be very useful in the process of quantifying uncertainty of problems that do not have simple analytical solutions. / Mestre

[pt] Este trabalho faz uma análise da variação dos parâmetros que têm importância na propagação de fraturas hidráulicas e da influência desses parâmetros na conten-ção do fraturamento. Os experimentos numéricos foram feitos em um modelo 2D utilizando um simulador de elementos finitos com acoplamento sequencial hidro-dinâmico, tendo como premissa o comportamento dos processos envolvidos em es-tado estacionário. Inicialmente foram feitos testes de validação das soluções numé-ricas empregadas neste trabalho a partir de casos cujas soluções são bem conheci-das. Então, efeitos de variações de poropressão, de estado de tensões, propriedades das rochas, intervalos de início da fratura hidráulica, efeitos térmicos e o dano à permeabilidade da formação permoporosa foram utilizados para avaliar a contenção da fratura hidráulica. Primeiramente os efeitos foram avaliados separadamente e, em seguida, foram combinados aos pares, por meio de sorteio, e então avaliados. Os estudos levaram à conclusão de que o fator de maior influência para o início da propagação da fratura hidráulica na rocha capeadora (primeiros metros) é o valor da tensão mínima de confinamento do reservatório e a continuidade da propagação vertical na rocha selante é dominada pelo contraste de tensões entre rochas reserva-tório e capeadora. Entretanto, os demais parâmetros exercem influência na conten-ção do fraturamento hidráulico e devem ser levados em consideração neste tipo de estudo, principalmente os que servirão de insumo para a tomada de decisões. / [en] This master thesis analyzes the parameter s variation on the hydraulic frac-ture s propagation importance and the influence of these parameters on fracture containment. The numerical experiments were performed in a 2D model using a finite element simulator with sequential hydrodynamic coupling, having the sta-tionary behavior of the processes involved as premise. Validation tests were ini-tially performed for the numerical solutions used in this thesis from cases which solutions are well known. Then, effects of pore pressure variations, stress state, rock properties, hydraulic fracture opening intervals, thermal effects, and damage to the permoporous formation were used to evaluate the hydraulic fracture containment. At first, the effects were evaluated separately, then sorted for pair combinations, so they could be analyzed. These analyzes led to the conclusion that the most influen-tial factor for the hydraulic fracture initial propagation in the cap rock (first meters) is the reservoir’s minimum confinement stress value, and the vertical propagation continuity in the sealing rock is dominated by the stress contrast between reservoir and cap rocks. However, other parameters influence the hydraulic fracturing con-tainment and should be considered for this type of study, especially those that will serve as input for decision-making.

[pt] Os custos de uma campanha exploratória, incluindo a perfuração de poços de petróleo estão cada vez mais elevados. As vibrações nas colunas de perfuração estão presentes a todo momento nas operações de perfuração, o que podem ocasionar a quebra destas colunas e do BHA (Bottom Hole Assembly), danos em brocas e demais equipamentos. Além do custo do possível dano e/ou perda destes equipamentos, existem os custos da sonda parada e a despesas operacionais das companhias contratadas, o chamado custo de Stand by, e o mais indesejável, a perda do poço. Fenômenos como Bit Bounce, Stick-Slip e Forward/Backward Whril, que advém das vibrações axiais, torcionais e laterais respectivamente, são motivos de vários estudos. Esta dissertação pretende fazer a validação do modelo matemático de dinâmica torcional utilizado na dissertação de mestrado de CAYRES (2013) para gerar mapas de estabilidade para vibrações torcionais. Nesta dissertação parâmetros reais de uma coluna de perfuração foram inseridos no modelo com objetivo de obter mapas de estabilidade de vibrações torcionais para a perfuração de um poço na Bacia de Solimões. Tais mapas de estabilidade foram gerados a partir deste modelo matemático, que na tese de CAYRES (2013), é baseado em procedimento experimental, com um atrito não linear induzindo o fenômeno stick-slip que está associado às vibrações torcionais. Este fenômeno tem relação entre torque e velocidade angular na broca provocando vibrações indesejáveis na coluna de perfuração. A geração destes mapas permitiu que a análise de sensibilidade e a averiguação da ocorrência ou não de vibrações torcionais fossem feitas, bem como a inserção de valores de WOB (peso sobre a broca) e RPM (velocidade de rotação) de um caso real de perfuração de um poço na Bacia do Solimões. Nesta análise de sensibilidade foram considerados, além dos aspectos acima citados, o tipo de broca e formação geológica, permitindo assim a validação do modelo de CAYRES (2013) e contribuindo para a otimização dos processos operacionais da perfuração de poços de petróleo. / [en] The costs of an exploration campaign, including the drilling of oil wells are increasingly high. The vibrations in the drill strings are present at all times in drilling operations that can cause damage of these drill pipe and BHA (Bottom Hole Assembly), as drill bits and other equipment. Besides the cost of a possible damage or loss of such equipment, there are the costs when the rig is not operating and the expenses of all companies involved in the operations, called the cost of stand by, and the worst case scenario of the undesirable loss of the well. The Phenomena like Bit Bounce, Stick-Slip and Forward/Backward Whril, that arises from axial, torsional and lateral vibrations respectively are the motivation of several studies. This dissertation aims to show the validation of the mathematical modeling of the torsional dynamics used in CAYRES (2013) that generate stability maps for torsional vibrations. In this dissertation real parameters from a drill string were inserted in this mathematical modeling, aiming to obtain stability maps for torsional vibrations during a drilling operation of a well in Solimões Basin. Such stability maps were generated from a dynamic model that in CAYRES (2013) thesis is based on an experimental procedure with a nonlinear friction inducing stick-slip phenomenon associated to torsional vibrations. This phenomenon is related to torque and angular velocity on the bit generating undesirable vibrations. Build stability maps and checking when torsional vibrations happen, and then comparing with a real case of WOB (weight on bit) and RPM (rotary speed) in Solimões Basin. In this sensitivity analysis were considered, besides the aspects mentioned above, the kind of bit and geological formation in order to contribute to the optimization of the oil well drilling operational process.

[pt] O micro-satélite Franco-Brasileiro é um satélite científico, projetado em conjunto pelo Brasil e França. O satélite será lançado pelo foguete ARIANE 5. Em função do lançador, a estrutura do satélite deve satisfazer certas restrições como: a massa total de 100 kg, sendo a massa estrutural máxima de 10,50 kg, e primeira frequência lateral maior que 50 Hz. O projeto inicial do satélite obteve massa estrutural igual a 9,89 kg e frequência lateral igual a 18,57 Hz. O valor da frequência está muito longe da mínima exigida, e para aumentá-la sem ultrapassar a massa permitida usou-se a otimização estrutural e análise de sensibilidade. Após a otimização o modelo atingiu a frequência de 23,89 Hz e a massa passou de 9,89 para 10,50 kg. A análise de sensibilidade mostrou que o painel inferior do satélite era o mais sensível em relação a frequência. Foi proposto um novo projeto reforçado com o acréscimo de enrijecedores sob o painel inferior. Foram analisadas cinco alternativas de projeto com diferentes arranjos dos enrijecedores. Destas cinco alternativas, optou-se por trabalhar com os projetos das alternativas 2 e 3 que apresentaram os melhores resultados. Um projeto apresentou frequência de 30,88 Hz e o outro frequência de 32,32 Hz. Os dois projetos ultrapassaram a massa máxima , 10,70 kg e 11,24 kg, respectivamente. A otimização realizada aumentou a frequência e reduziu a massa ao mesmo tempo. A maior frequência obtida foi a do terceiro projeto que passou de 32,32 para 33,16 Hz. O critério de projeto que exige que a primeira frequência lateral seja maior que 50 Hz terá que ser resvisto, pois é muito difícil de ser alcançado para um limite de massa estrutural de 10,50 kg com certas restrições geométricas que também têm que ser levadas em conta. Esta mudança de critério deverá ser negociada com os projetistas do foguete ARIANE 5. / [en] The French-Brazilian Micro-Satellite is a scientific satellite designed by France and Brazil. The satellite will be launched by the rocket ARIANE 5. The layout of the satellite was conceived to satisfy certain structural constraints such as: structural mass below 10.50 kg and first lateral frequency greater than 50 Hz. The initial design of the satellite has structural mass of 9.89 kg and first lateral frequency of 18.57 Hz. This frequency is far away from the minimum required. Therefore, changes had to be made in order to increase the first lateral frequency without violating the constraint of a maximum structural mass of 10.50 kg. The sensitivity analysis showed that the frequency was much more sensit ive to changes on the lower panel of the satellite. It was proposed a change with the purpose of stiffening the lower panel. Five reinforced design projects were analyzed. Two design projects were chosen which presented the best results. One project has a first lateral frequency of 30.88 Hz and the other one a frequency of 32.32 Hz. The two projects violated the structural mass constraint, with 10.70 kg and 11.24 kg, respectively. The optimization increased the frequency and reduced the structural mass at the same time. The largest frequency obtained was the one of the third project whose frequency was 33.16 Hz. The requirement related to the minimum frequency will have to be modified because it is very difficult to be satisfied by a structure with 10.50 kg of mass. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero. 1268 El micro-satélite Franco-Brasileiro es un satélite científico, proyectado en conjunto por Brasil y Francia. El satélite será lanzado por el foguete ARIANE 5. En función del lanzador, la extructura del satélite debe satisfacer ciertas restricciones como: masa total de 100 kg, considerando la masa extructural máxima de 10,50 kg, y primera frecuencia lateral mayor que 50 Hz. El proyecto inicial del satélite consiguió masa extructural igual a 9,89 kg y frecuencia lateral igual a 18,57 Hz. El valor de la frecuencia está muy lejos de la mínima exigida, y para aumentarla sin ultrapasar la masa permitida se utilizó optimización extructural y análisis de sensibilidad. Después de la optimización, el modelo alcanzó frecuencia de 23,89 Hz y la masa pasó de 9,89 para 10,50 kg. El análisis de sensibilidad mostró que el panel inferior del satélite era el más sensible en relación a la frequencia. Fue propuesto un nuevo proyecto reforzado con la adición de enrijecedores bajo el panel inferior. Fueron analizadas cinco alternativas de proyecto con diferentes arreglos en los enrijecedores. De estas cinco alternativas, se optó por trabajar con los proyectos de las alternativas 2 y 3 que presentaron los mejores resultados. Uno de los proyectos presentó frecuencia de 30,88 Hz y el otro, frecuencia de 32,32 Hz. Ambos ultrapasaron la masa máxima, 10,70 kg y 11,24 kg, respectivamente. Al optimizar, se produjo un aumento de la frecuencia al mismo tiempo que se redujo la masa. La mayor frecuencia que se obtuvo fue la del tercer proyecto que pasó de 32,32 para 33,16 Hz. El criterio de proyecto que exige que la primera frecuencia lateral sea mayor que 50 Hz tendrá que ser resvisado, pues resultó muy difícil de alcanzar para un límite de masa extructural de 10,50 kg con ciertas r

[pt] Este trabalho apresenta um estudo do cálculo de sensibilidades necessário para a análise de problemas inversos e de otimização, usando o método híbrido dos elementos de contorno. Com esta finalidade, é desenvolvida uma formulação que permite obter as sensibilidades à mudança de forma, por diferenciação implícita das integrais de contorno, de uma estrutura já discretizada. Demonstra-se que as sensibilidades das matrizes obtidas desta formulação apresentam propriedades espectrais definidas, que são derivadas da formulação básica do método híbrido dos elementos de contorno. Todo o desenvolvimento é feito para um problema da elastostática tridimensional, embora sejam apresentadas apenas aplicações de problemas bidimensionais e de potencial, como casos particulares. As singularidades que surgem na integração no cálculo das sensibilidades são facilmente solucionáveis a partir das integrais da formulação básica do método híbrido dos elementos de contorno. As implementações numéricas são feitas utilizando a linguagem de programação Maple V release 3. Para ambos os casos, de potencial e elasticidade bidimensional, são usados elementos lineares para a representação do contorno. São apresentadas comparações entre os resultados analíticos obtidos através desta formulação com os resultados obtidos usando a técnica de diferenças finitas (centradas), com o objetivo de demonstrar a eficiência e precisão da metodologia aqui desenvolvida. / [en] The present work describes a formulation for computing design sensitivities required in inverse problems and shape optimization of solid objects, in the frame of the hybrid boundary element method. The so-called direct differentiation method is applied in order to calculate the gradients, i.e. the implicit diferentiation of the discretized boundary is performed, resulting in a general and efficient analysis technique for shape design sensitivity analysis of all structural quantities. It is demonstrated that the resulting sensitivities matrices present some useful spectral properties, which are related to the matrix spectral properties of the basic hybrid formulation. This formulation is valid for tridimensional solids, although only potential and bidimensional applications are considered as particular cases. The singularities that appear in the resulting boundary integrals are exactly the same which have already been dealt with in the basic formulation. The analytical and numerical procedures were performed by using the mathematical package Maple V release 3. Linear boundary elements were used for both potential and elasticity problems. Numerical results obtained by the present procedure are compared to finite differences results to demonstrate the effectiveness of the present formulation. / [es] Este trabajo presenta un estudio del cálculo de sensibilidades, que tiene gran importancia en el análisis de problemas inversos y de optimización, usando el método híbrido de los elementos de contorno. Con esta finalidad, se desarrolla una formulación que permite obtener las sensibilidades al cambio de forma de una extructura ya discretizada, por diferenciación implícita de las integrales de contorno. Se demuestra que las sensibilidades de las matrices obtenidas por esta formulación presentan propriedades espectrales definidas, que son derivadas de la formulación básica del método híbrido de los elementos de contorno. El desarrollo de la formulación se realiza para un problema de elastostática tridimensional, aunque se presentan apenas las aplicaciones de problemas bidimensionales y de potencial, como casos particulares. Las singularidades que surgen en la integración en el cálculo de las sensibilidades pueden ser fácilmente resueltas a partir de las integrales de la formulación básica del método híbrido de los elementos de contorno. La implementación numérica utiliza el lenguaje de programación Maple V release 3. Para los casos de potencial y elasticidad bidimensional, se utilizan elementos lineales para la representación del contorno. Se comparan los resultados analíticos obtenidos a través de esta formulación con los resultados obtenidos usando la técnica de diferencias finitas (centradas), con el objetivo de demostrar la eficiencia y precisión de la metodología aqui desarrollada.