Para qualquer sistema observado, físico ou qualquer outro, geralmente se deseja fazer predições para sua evolução futura. Algumas vezes, muito pouco é conhecido sobre o sistema. Se uma série temporal é a única fonte de informação no sistema, predições de valores futuros da série requer uma modelagem da lei da dinâmica do sistema, talvez não linear. Um interesse em particular são as capacidades de previsão do modelo global para análises de séries temporais. Isso pode ser um procedimento muito complexo e computacionalmente muito alto. Nesta dissertação, nos concetraremos em um determinado caso: Em algumas situações, a única informação que se tem sobre o sistema é uma série sequencial de dados (ou série temporal). Supondo que, por detrás de tais dados, exista uma dinâmica de baixa dimensionalidade, existem técnicas para a reconstrução desta dinâmica.O que se busca é desenvolver novas técnicas para poder melhorar o poder de previsão das técnicas já existentes, através da programação computacional em Maple e C/C++.

Orientadores: Jose Manoel Balthazar, Helder Anibal Hermini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T09:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bolla_MairaRosine_M.pdf: 1168474 bytes, checksum: 0fac8753156d18f561b1aeef6a8a6210 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho consiste de duas partes, na primeira faremos o estudo da dinâmica de uma espaçonave de dupla rotação axial, modelada por um sistema mecânico simples, constituído de um rotor desbalanceado atachado num suporte elástico e governado por uma fonte de energia não-ideal. Na segunda parte formularemos todas as equações diferenciais não-lineares que governam os movimentos não-lineares de uma viga com movimentos de curvatura e arfagem no espaço. A formulação é baseada num princípio variacional que leva em conta todas as não linearidades devido à deformação e efeitos de gradiente de gravidade. As não-linearidades devidas às deformações aparecem devido aos efeitos geométricos, que consiste dos termos não-lineares de curvatura e inércia. Equações expandidas que governam os movimentos perturbados não-lineares ao redor de um equilíbrio são também desenvolvidas para o caso em que a viga está em órbita circular. Tais equações são adaptadas para uma análise de perturbação do movimento, e não-linearidades até ordem cúbica são representadas por um parâmetro. Também é analisado o acoplamento não-linear da resposta de arfagem-curvatura de uma viga livre-livre em uma órbita circular, quando a viga está sujeita a uma excitação externa periódica. As não-linearidades presentes nas equações diferenciais do movimento são devidas às deformações da viga (isto é, não-lineridades de curvatura e de inércia) e também devido ao momento de gradiente de gravidade. Métodos de perturbações são usados para analisar o movimento. Vários movimentos de ressonância exibidos pelo sistema são analisados em detalhe, nomeados, ressonâncias harmônicas quando a freqüência de excitação externa, O, está próxima da freqüência natural de flexão ou do movimento de arfagem, e a ressonância super-harmônica quando O está próxima da metade da freqüência natural do movimento de arfagem. As últimas duas ressonâncias estão associadas com excitações de baixa freqüência / Abstract: This work concerns of two parts, in the first we will make the study of the dynamics of dual-spin-spacecraft modeled by a simple mechanical system consisting of an unbalanced rotor attached to an elastic support and driven by non-ideal source. In the second part we will formulate the complete nonlinear differential equations governing the nonlinear motions of a beam able to undergo bending and pitching in space. The formulation is based on a variational principle and accounts for all the nonlinearities due to deformation and gravity gradient effects. The nonlinearities due to deformation arise due to geometric effects, which consist of nonlinear curvature and nonlinear inertia terms. Expanded equations governing the nonlinear perturbed motions about an equilibrium are also developed for the case when the beam is in circular orbit. Such equations are suited for a perturbation analysis of the motion, and nonlinearities up to cubic order in a bookkeeping parameter are retained in them. The coupled nonlinear pitch-bending response of a free-free beam in a circular orbit, when the beam is subjected to a periodic external excitation, is analysed too. The nonlinearities present in the differential equations of motion are due to deformations of the beam (i. e. curvature and inertia nonlinearities) and to the gravity-gradient moments. Perturbation methods are used to analyse the motion. Several resonant motions exhibited by the system are analysed in detail, namely, harmonic resonances when the frequency of the external excitations, O, is either near the natural frequency of the flexural or of the pitch motion, and a superharmonic resonance when O is near one half of the natural frequency for the pitch motion. The latter two resonances are associated with very low excitation frequencies / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Jose Manoel Balthazar, João Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T10:03:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cassiano_Jeferson_D.pdf: 8294948 bytes, checksum: b7318ea3e310db82a9fd5af926a9cb2a (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a determinação analítica da ocorrência de um tipo de caos (irregularidade) determinístico denominado Caos Homoclínico em algumas aplicações da Ciência da Engenharia como, por exemplo, a Robótica e a Teoria de Controle (Controle de Bifurcações e Caótico). Para isto, faz-se uso da chamada Teoria de Poincaré - Mel¿nikov que fornece uma forma analítica para a determinação do tipo de comportamento do sistema (regular ou irregular) / Abstract: This work make the analytical determination of the occurrence of a type of deterministic chaos (irregularity) called Homoclinic Chaos in some applications of the Science of Engineering and mechanics as, for example, the Robotics and the Theory of Control (Chaotic Control of Bifurcations so on). For that purpose, the Theory of Poincaré - Mel¿nikov is used that supplies an analytical form for the determination of the type of the system behavior of the system (regular or irregular) / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: José Raimundo de Oliveira, Ignacio Bravo Muñoz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T12:37:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fazanaro_FilipeIeda_D.pdf: 53323687 bytes, checksum: 76694b226ed99a337ecee1769ed9c4e0 (MD5) Previous issue date: 2012 / Résumén: Esta tesis tiene como objetivo la caracterización de sistemas dinámicos no lineales y abruptos. Se propone una nueva metodología para la estimación del espectro de Lyapunov capaz de superar las dificultades relacionadas en los sistemas basados en funciones lineales por partes sobre la aplicación de los métodos clásicos de cálculo (cuando se utiliza linealización local o análisis de series de las series temporales experimentales). Este enfoque, denominado como Dinámica de los Clones, realiza la estimación del espectro de Lyapunov y también mejora el estudio de las características topológicas relacionadas con los procesos de mezcla que dan lugar al comportamiento caótico. Este estudio se lleva a cabo utilizando las Estructuras Coherentes de Lagrange que pueden obtenerse a través de la construcción de un campo de Exponentes de Lyapunov de Tiempo Finito donde se puede identificar a las crestas (o las separatrices) que dan la posibilidad de identificar las distintas regiones de convergencia y divergencia del espacio de estados. Debido al hecho que esta tesis se desarrolla fundamentalmente bajo un ordenador, los aspectos prácticos involucrados en los experimentos numéricos necesarios, emplean algunos conceptos y herramientas de computación en paralelo. Esto último permitió la optimización de los algoritmos implementados. Por lo tanto, los experimentos se realizaron para verificar la eficacia del enfoque de las Dinámicas Clonadas para la caracterización del circuito de Chua, y también para obtener las Estructuras Coherentes de Lagrange que tienen relación con los modelos dinámicos capaces de generar atractores caóticos multiscroll / Resumo: Essa tese objetiva caracterizar sistemas dinâmicos não lineares não suaves. Para tal, é proposta uma nova abordagem de estimação do espectro de Lyapunov capaz de contornar as dificuldades intrínsecas aos sistemas estruturados por funções lineares por partes quando da aplicação de metodologias clássicas (baseadas em linearizações locais ou em análises de séries temporais). Essa abordagem possibilita a estimação do espectro de Lyapunov e, além disso, auxilia no estudo das características topológicas relacionadas aos processos de mistura que dão origem ao comportamento caótico. Essa linha de estudo é realizada através das Estruturas Lagrangianas Coerentes, as quais são obtidas pela construção de um campo de Expoentes de Lyapunov de Tempo Finito, onde é possível identificar cristas (ou separatrizes) que dividem regiões de convergência e de divergência no espaço de estados. Por se tratar de um trabalho basicamente computacional, essa tese contempla os aspectos práticos envolvidos para a realização dos experimentos numéricos através da utilização de alguns conceitos e ferramentas de computação paralela, o que possibilitou a otimização dos algoritmos implementados. Nesse sentido, os experimentos foram realizados de modo a verificar a eficácia da metodologia proposta para a caracterização do circuito de Chua e, ainda, foram obtidas as Estruturas Lagrangianas Coerentes para os modelos dinâmicos capazes de gerar atratores caóticos multiscroll / Abstract: This thesis aims to characterize non-smooth nonlinear dynamical systems. To accomplish this purpose, we propose a new approach for estimating the Lyapunov spectrum which is capable to overcome the intrinsic difficulties of classical methods (based on local linearization or time series analysis) when dealing with systems based on piecewise linear functions. This approach, called Cloned Dynamics, allows the estimation of the Lyapunov spectrum and also improves the study of the topological features related to the mixing processes that give rise to the chaotic behavior. This study is performed using the Lagrangian Coherent Structures which are obtained by the construction of a Finite Time Lyapunov Exponents field where it is possible to identify the ridges (or the separatrices) which divide the convergence and divergence regions of the state space. Due to the fact that this thesis is basically developed under a computer environment, the practical features involved in the numerical experiments employing some parallel computing concepts and tools are discussed, which allowed the optimization of the algorithms implemented. In this sense, experiments were performed to verify the effectiveness of the Cloned Dynamics approach for the characterization of the Chua's circuit, and also to obtain the Lagrangian Coherent Structures related to the dynamical models capable of generating multiscroll chaotic attractors / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta uma metodologia, baseada no método de Galerkin, para quantificar a incerteza no problema de flexão estocástica da viga de Euler-Bernoulli repousando em fundação de Pasternak. A incerteza nos coeficientes de rigidez da viga e da fundação é representada por meio de processos estocásticos parametrizados. A limitação em probabilidade dos parâmetros randômicos e a escolha adequada do espaço de soluções aproximadas, necessárias à posterior demonstração de unicidade e existência do problema, são consideradas por meio de hipóteses teóricas. O espaço de soluções aproximadas de dimensão finita é construído pelo produto tensorial entre espaços (determinístico e randômico), obtendo-se um espaço denso no espaço das soluções teóricas. O esquema de Wiener-Askey dos polinômios do caos generalizados é utilizado na representação do processo estocástico de deslocamento da viga. O método dos elementos finitos estocásticos é apresentado e empregado na solução numérica de exemplos selecionados. Os resultados, em termos de momentos estatísticos, são comparados aos obtidos por meio de simulações de Monte Carlo. / This study presents a methodology, based on the Galerkin method, to quantify the uncertainty in the stochastic bending problem of an Euler-Bernoulli beam resting on a Pasternak foundation. The uncertainty in the stiffness coefficients of the beam and foundation is represented by parametrized stochastic processes. The probability limitation on the random parameters and the choice of an appropriated approximate solution space, necessary for the subsequent demonstration of uniqueness and existence of the problem, are considered by means of theoretical hypothesis. The finite dimensional space of approximate solutions is built by tensor product between spaces (deterministic and randomic), obtaining a dense space in the theoretical solution space. The Wiener-Askey scheme of generalizes chaos polynomials is used to represent the stochastic process of the beam deflection. The stochastic finite element method is presented and employed in the numerical solution of selected examples. The results, in terms of statistical moments, are compared to results obtained through Monte Carlo simulations.

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.