Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-06-13Bitstream added on 2014-06-13T18:21:29Z : No. of bitstreams: 1 noguti_fc_me_rcla.pdf: 1117583 bytes, checksum: c517deba4f545cfa3d9037ce0a8de060 (MD5) / O objetivo deste trabalho é apresentar uma análise do livro escrito pelo Prof. Agliberto Xavier, intitulado Théorie des Approximations Numériques et du Calcul Abrégé, publicado na França em 1909. Considerando que são poucos os documentos que versam a respeito do desenvolvimento do Cálculo Numérico no Brasil, decidimos por analisar um período na História do Ensino de Cálculo Numérico, mediante o livro de Agliberto Xavier. O referido livro é fonte primária e, portanto, essencial para o desenvolvimento deste trabalho. A proposta foi desenvolvida por meio de uma pesquisa histórico-documental, realizada na Biblioteca da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP), na Biblioteca do Instituto de Ciências Matemáticas e da Computação (ICMC/USP); na Biblioteca do Instituto de Matemática e Estatística (IME/USP), no Museu Casa Benjamin Constant, e no NUDOM - Núcleo de Documentação do Colégio Pedro II, no Rio de Janeiro. Este trabalho inclui uma análise do livro feita através de uma descrição do conteúdo exposto pelo autor, e comentários ao final de cada capítulo, de forma a compreender os passos utilizados pelo mesmo. / The aim of this work is to present an analysis of the book written by Prof. Agliberto Xavier, entitled Théorie des Approximations Numériques et du Calcul Abrégé, published in France in 1909. Considering that there are few documents regarding the development of the Numerical Methods in Brazil, we have decided to analyze a period in the History of Numerical Methods Teaching, using the book of Agliberto Xavier. The related book is primary source, therefore, essential for the development of this work. The proposal was developed by a historical analyses of documents found in the library of the Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP), in the library of the Instituto de Ciências Matemáticas e da Computação (ICMC/USP); in the library of the Instituto de Matemática e Estatística (IME/USP), in the Museum Casa Benjamin Constant, and in the NUDOM - Nucleus of Documentation of the Colégio Pedro II, in Rio de Janeiro. This work includes an analysis of the book made through a description of the content displayed by the author, and commentaries at the end of each chapter. With these commentaries we believe that the reading will be easier.

O objetivo deste trabalho é a obtenção de uma técnica para a modelagem otimizada de corpos submetidos a fluxos de alta velocidade, como aerofólios em escoamentos transônicos e outras geometrias aerodinâmicas. A técnica é desenvolvida através de expansões em séries de Fourier para um conjunto de equações diferenciais com interrelação com as condições de contorno, sendo uma equação para a parte superior e outra para a parte inferior do aerofólio. O método de integração temporal empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 5 estágios para as equações da quantidade de movimento e na relação de estado para a pressão. Para a aproximação espacial adota-se um esquema em volumes finitos no arranjo co-localizado em diferenças centrais. Utiliza-se dissipação artificial para amortecer as frequências de alta ordem do erro na solução das equações linearizadas. A obra apresenta a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos compressíveis transônicos em torno de perfis aerodinâmicos. Os testes num´ericos são realizados para as geometrias do NACA 0012 e 0009 e asas tridimensionais usando as equações de Euler, para número de Mach igual a 0.8 e ® = 0o. Os resultados encontrados comparam favoravelmente com os dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura.

O objetivo deste trabalho é a obtenção de uma técnica para a modelagem otimizada de corpos submetidos a fluxos de alta velocidade, como aerofólios em escoamentos transônicos e outras geometrias aerodinâmicas. A técnica é desenvolvida através de expansões em séries de Fourier para um conjunto de equações diferenciais com interrelação com as condições de contorno, sendo uma equação para a parte superior e outra para a parte inferior do aerofólio. O método de integração temporal empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 5 estágios para as equações da quantidade de movimento e na relação de estado para a pressão. Para a aproximação espacial adota-se um esquema em volumes finitos no arranjo co-localizado em diferenças centrais. Utiliza-se dissipação artificial para amortecer as frequências de alta ordem do erro na solução das equações linearizadas. A obra apresenta a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos compressíveis transônicos em torno de perfis aerodinâmicos. Os testes num´ericos são realizados para as geometrias do NACA 0012 e 0009 e asas tridimensionais usando as equações de Euler, para número de Mach igual a 0.8 e ® = 0o. Os resultados encontrados comparam favoravelmente com os dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura.

O objetivo deste trabalho é a obtenção de uma técnica para a modelagem otimizada de corpos submetidos a fluxos de alta velocidade, como aerofólios em escoamentos transônicos e outras geometrias aerodinâmicas. A técnica é desenvolvida através de expansões em séries de Fourier para um conjunto de equações diferenciais com interrelação com as condições de contorno, sendo uma equação para a parte superior e outra para a parte inferior do aerofólio. O método de integração temporal empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 5 estágios para as equações da quantidade de movimento e na relação de estado para a pressão. Para a aproximação espacial adota-se um esquema em volumes finitos no arranjo co-localizado em diferenças centrais. Utiliza-se dissipação artificial para amortecer as frequências de alta ordem do erro na solução das equações linearizadas. A obra apresenta a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos compressíveis transônicos em torno de perfis aerodinâmicos. Os testes num´ericos são realizados para as geometrias do NACA 0012 e 0009 e asas tridimensionais usando as equações de Euler, para número de Mach igual a 0.8 e ® = 0o. Os resultados encontrados comparam favoravelmente com os dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Establece la dinámica del oleaje en la bahía de Miraflores utilizando formulaciones analíticas y empíricas para estudiar la transformación del oleaje desde aguas profundas hasta agua poco profundas. Calcula todos los parámetros que caracteriza a las rompientes tales como: altura de ola y profundidad rompiente, ángulo de incidencia de la ola rompiente con la línea de costa, y tipos de ola rompiente: spilling (derrumbante), plunging (precipitante) y surging (surgente). Determina la variación de la altura de ola después de romper. Se realiza una comparación entre distintos métodos y criterios para determinar estos parámetros. Describe la transformación del oleaje desde aguas profundas hasta zonas poco profundas: calcula el coeficiente de asomeramiento mediante la teoría lineal y cnoidal, calcula el coeficiente de refracción mediante la teoría lineal, calcula el coeficiente de pérdida de energía por fricción de fondo. Estima la tasa de transporte longitudinal de sedimentos. / Tesis

Visualizações imersivas são muito valiosas para melhorar a compreensão de uma variedade de fenômenos físicos, que podem ser eventualmente modelados na forma discreta e simulados por computador. Dentre possíveis aplicações podemos utilizar a visualização imersiva como ferramenta pedagógica para percepção aumentada de tópicos complexos, ou como uma poderosa ferramenta de apoio analítico para ajudar os engenheiros a interpretarem os resultados de projetos. Este projeto de pesquisa aborda o uso da visualização imersiva de campos eletromagnéticos, especificamente os campos gerados por redes sem fio, largamente utilizadas no cotidiano como é o caso das redes IEEE 802.11 (Wi-Fi). Para tanto este trabalho propõe métodos novos para visualizar, em tres dimensões, campos eletromagnéticos variantes no tempo e distribuições de parâmetros interessantes relacionados a redes sem fio. Para atingir este objetivo, uma versão aprimorada do método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) é desenvolvido: o método FDTD de alta ordem e malha grosseira (Coarse Grid Higher Order FDTD, CGHO-FDTD). Portanto, soluções numéricas muito precisas, mais rápidas, e computacionalmente mais eficientes das equações de Maxwell podem ser obtidas. Os cálculos numéricos podem ser ainda mais rápidos pelo uso de computação paralela em um aglomerado de computadores. As características de domínio de tempo facilitam a criação de instantâneos de campos eletromagnéticos que estão se propagando, e desta maneira é possível criar figuras e animações tridimensionais que podem ser usadas para explicar alguns dos seguintes fenômenos físicos comuns em redes sem fio: difração, reflexão, e atenuação. Para que aumente a percepção física ainda mais, visualizações imersivas são feitas em um ambiente de realidade virtual. Por fim, a ferramenta desenvolvida também pode ser usada para criar distribuições muito detalhadas de parâmetros importantes que afetam o desempenho em uma rede sem fio. É mostrado que simulações de um ambiente fechado para prever a distribuição de potência de uma rede sem fio do tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi), estão de acordo com as medidas. / Immersive visualizations are very valuable in order to improve the understanding of a variety of physical phenomena that can be modeled numerically and simulated by computers. Amongst the possible applications, we could utilize immersive visualizations as a pedagogical tool for enhanced perception of complex topics, or as a powerful tool that helps engineers interpret the outcome of simulations. This research project approaches the use of immersive visualizations of electromagnetic fields, especially fields generated by wireless networks widely utilized in the everyday life, as is the case for networks of the type IEEE 802.11 (Wi-Fi). For such a purpose this work proposes new methods to three-dimensionally visualize time-varying electromagnetic fields, and distributions of interesting parameters related to wireless networks. To achieve these objectives, a better version of the finite-difference time-domain (FDTD) method is developed: the Coarse Grid Higher Order FDTD (CGHO-FDTD) method. Thus highly accurate, faster and more computationally efficient numerical solutions of Maxwells equations can be obtained. The numerical calculations are made even faster by the use of parallel computing on a cluster of computers. The characteristics of the time domain facilitate the creation of snapshots of the propagating electromagnetic fields, and in this manner it is possible to create three-dimensional figures and animations that can be used to explain some of the following common physical effects found in wireless networks: diffraction, reflection, and attenuation. To further enhance the perception of the physics, immersive visualizations are carried out in a virtual reality environment. Finally, the developed tool can also be used to create highly detailed distributions of important parameters that affect the performance in wireless networks. It is shown that simulations to predict the power distribution in an indoor wireless network of the type IEEE 802.11 (Wi-Fi), agree very well with measurements.

Visualizações imersivas são muito valiosas para melhorar a compreensão de uma variedade de fenômenos físicos, que podem ser eventualmente modelados na forma discreta e simulados por computador. Dentre possíveis aplicações podemos utilizar a visualização imersiva como ferramenta pedagógica para percepção aumentada de tópicos complexos, ou como uma poderosa ferramenta de apoio analítico para ajudar os engenheiros a interpretarem os resultados de projetos. Este projeto de pesquisa aborda o uso da visualização imersiva de campos eletromagnéticos, especificamente os campos gerados por redes sem fio, largamente utilizadas no cotidiano como é o caso das redes IEEE 802.11 (Wi-Fi). Para tanto este trabalho propõe métodos novos para visualizar, em tres dimensões, campos eletromagnéticos variantes no tempo e distribuições de parâmetros interessantes relacionados a redes sem fio. Para atingir este objetivo, uma versão aprimorada do método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) é desenvolvido: o método FDTD de alta ordem e malha grosseira (Coarse Grid Higher Order FDTD, CGHO-FDTD). Portanto, soluções numéricas muito precisas, mais rápidas, e computacionalmente mais eficientes das equações de Maxwell podem ser obtidas. Os cálculos numéricos podem ser ainda mais rápidos pelo uso de computação paralela em um aglomerado de computadores. As características de domínio de tempo facilitam a criação de instantâneos de campos eletromagnéticos que estão se propagando, e desta maneira é possível criar figuras e animações tridimensionais que podem ser usadas para explicar alguns dos seguintes fenômenos físicos comuns em redes sem fio: difração, reflexão, e atenuação. Para que aumente a percepção física ainda mais, visualizações imersivas são feitas em um ambiente de realidade virtual. Por fim, a ferramenta desenvolvida também pode ser usada para criar distribuições muito detalhadas de parâmetros importantes que afetam o desempenho em uma rede sem fio. É mostrado que simulações de um ambiente fechado para prever a distribuição de potência de uma rede sem fio do tipo IEEE 802.11 (Wi-Fi), estão de acordo com as medidas. / Immersive visualizations are very valuable in order to improve the understanding of a variety of physical phenomena that can be modeled numerically and simulated by computers. Amongst the possible applications, we could utilize immersive visualizations as a pedagogical tool for enhanced perception of complex topics, or as a powerful tool that helps engineers interpret the outcome of simulations. This research project approaches the use of immersive visualizations of electromagnetic fields, especially fields generated by wireless networks widely utilized in the everyday life, as is the case for networks of the type IEEE 802.11 (Wi-Fi). For such a purpose this work proposes new methods to three-dimensionally visualize time-varying electromagnetic fields, and distributions of interesting parameters related to wireless networks. To achieve these objectives, a better version of the finite-difference time-domain (FDTD) method is developed: the Coarse Grid Higher Order FDTD (CGHO-FDTD) method. Thus highly accurate, faster and more computationally efficient numerical solutions of Maxwells equations can be obtained. The numerical calculations are made even faster by the use of parallel computing on a cluster of computers. The characteristics of the time domain facilitate the creation of snapshots of the propagating electromagnetic fields, and in this manner it is possible to create three-dimensional figures and animations that can be used to explain some of the following common physical effects found in wireless networks: diffraction, reflection, and attenuation. To further enhance the perception of the physics, immersive visualizations are carried out in a virtual reality environment. Finally, the developed tool can also be used to create highly detailed distributions of important parameters that affect the performance in wireless networks. It is shown that simulations to predict the power distribution in an indoor wireless network of the type IEEE 802.11 (Wi-Fi), agree very well with measurements.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Se presenta el cálculo para un sistema de impulsión de agua compuesto por un motor de combustión interna siniestrado y una bomba centrífuga conectados directamente. El sistema servirá para transportar agua en un lugar donde no se cuenta con energía eléctrica. Se han realizado los cálculos hidráulicos para el sistema de bombeo de agua, se ha seleccionado el tipo de bomba necesario para la impulsión y los parámetros principales de ella, como potencia requerida, velocidad de rotación y diámetro de impulsor. También se ha efectuado el cálculo termodinámico del motor de combustión interna que moverá la bomba, verificándose si es capaz de generar la potencia requerida por la bomba, además de determinar el gasto horario de combustible y su costo. / Trabajo de suficiencia profesional

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Neste trabalho é estudada a convergência no método dos elementos finitos (MEF) quando da sua aplicação a dispositivos eletromagnéticos com características não lineares, ou seja, constituídos de materiais ferromagnéticos com curva de magnetização BxH que apresenta o fenômeno da saturação magnética. O método de Newton-Raphson é o método numérico utilizado para a resolução do sistema de equações não linear gerado. São abordadas versões desse método que utilizam fator de relaxação, bem como técnicas para a otimização desse fator, com o intuito de acelerar a sua convergência, mostrando sua efetividade. Aborda-se também a influência da escolha do modelo para a característica B(H) dos materiais ferromagnéticos, tanto em termos de desempenho computacional quanto de precisão. Duas classes de modelos para a curva vxB², bem como para sua derivada dv/dB², são analisados, quais sejam: modelos analíticos e modelos interpoladores. Dentre os modelos analíticos destacam-se os modelos de O\'Connor, Marrocco e de Brauer (exponencial). Os modelos interpoladores utilizados foram de Akima e Spline cúbica. Além do tratamento de materiais com características não lineares, também se realizou um breve estudo da aplicação de materiais do tipo ímã permanente e sua formulação pelo MEF. Outro aspecto avaliado foi a influência de diferentes métodos de resolução do sistema linear de equações algébricas na convergência do método de Newton-Raphson, como o ICCG, BiCGStab, decomposição LU e Wavelet-based Multigrid. Os resultados obtidos mostraram a potencialidade desta última técnica em termos de ganho de desempenho global da solução. / This work presents a study on the convergence of non-linear finite analysis applied to the modeling of electromagnetic devices with plane symmetry. Three aspects have been thoroughly investigated which have influence on the convergence performance, namely: the relaxation factor in the Newton-Raphson algorithm, the model of the magnetization curve and the choice of the linear solver. It is shown that convergence acceleration of the Newton-Raphson algorithm can be achieved with the use of a relaxation factor, along with numerical techniques for optimizing this factor, such as Line Search or the Brent method. Several models for the magnetization curve, both analytical (O\'Connor, Marrocco, Brauer) and interpolation-based (Akima and Cubic Splines), have been analised and comparisons in terms of their computational efficiency, as well as accuracy, are presented in order to give some guidance to the choice of the model. The influence of several linear solvers in the convergence of the Newton-Raphson algorithm has finally been investigated. The following linear solvers have been compared: LU decomposition , ICCG, BiCGStab and Wavelet-based Multigrid. The results show the superiority of the latter to improve the overall computational performance of the solution.