Tese de mestrado. Engenharia Mecânica (perfil de Construções Mecânicas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-05-30Bitstream added on 2014-06-13T18:07:06Z : No. of bitstreams: 1 reis_vgn_me_sjrp.pdf: 1674980 bytes, checksum: f5115469b913f96355173e8e7a9aff79 (MD5) / O objetivo deste trabalho é apresentar a prova do Teorema de Existência e Unicidade de Solução, no contexto de soluções Viscosas, de um novo Modelo de Difusão Anisotrópica proposto recentemente para eliminação de Ruídos e Segmentação de Imagens Digitalizadas. / The objective of this work is to present the proof of the Theorem of Existence and Uniqueness of Solution in the context of Viscosity Solutions, of a new model of anisotropic diffusion recently proposed to noise elimination and segmentation of digitalized images.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-09-06Bitstream added on 2014-06-13T18:55:35Z : No. of bitstreams: 1 othechar_pfs_me_prud.pdf: 662877 bytes, checksum: 8f3953cd38a014baaeb066abad521aa2 (MD5) / Neste trabalho, analisamos métodos de diferenças finitas para solução numérica da equação de Poisson em domínios irregulares com condições do tipo Dirichlet, fazendo um estudo detalhado de cada um desses métodos numéricos. Em particular, analisamos o Método das Interfaces Imersas (MII), Métodos Clássicos usando interpolações linear (MCL) e quadrática (MCQ) e um Método do tipo Fronteiras Imersas modificado (MFIM). Inicialmente, comparamos os resultados obtidos por esses métodos na solução numérica de uma equação elíptica unidimensional, envolvendo uma interface localizada em um ponto que não coincide com a malha. No caso unidimensional provamos que o MCL e o MFIM são equivalentes. Posteriormente, analisamos os resultados obtidos por esses métodos na solução numérica de problemas elípticos bidimensionais, com condições de contorno definida sobre geometrias irregulares. Em geral, os métodos foram consistentes com a solução exata. No caso unidimensional o MII e o MCQ apresentaram resultados semelhantes, com ordem de precisão quadrática, enquanto que o MCL e o MFIM são menos precisos para esses testes. Após isso, realizamos testes preliminares envolvendo geometrias bidimensionais irregulares. Os resultados apontam que o MFIM e o MII são mais acurados e possuem ordem de convergência quadrática / In this work, we study finite difference methods for the numerical solution of PoissonŠs equation on irregular domains with Dirichlet-type boundary conditions, performing a detailed study of these schemes. In particular, we analyze the Immersed Interfaces method (IIM), the classical method with linear (CML) and quadratic (CMQ) interpolation and the modified immersed boundary method (MIBM). Firstly, we compare the results obtained from these methods for solving a one-dimensional elliptic equation. In this equation, an interface is located at an irregular grid point. In general, all methods have been found consistent to the exact solution. In the one-dimensional case, IIM and CMQ have showed similar results, with second-order accuracy while MBIM and CML have presented less accurate results. Finally, we conduct preliminary results for two-dimensional irregular geometries. The results show that IIM and MIBM are more accurate than the classical method with linear interpolation

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Valdemir Garcia Ferreira / Banca: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Carlos José Leopoldo Constantino / Banca: Carlos Antonio Ruggiero / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Neste trabalho foi realizada a simulação numérica da fase líquida no processo de deposição de filmes finos pela técnica de molhamento (dip-coating), via sol-gel, utilizando como aplicação soluções precursoras de dióxido de estanho (Sn'IND. 2'). Dióxido de estanho é um semicondutor transparente de gap largo, amplamente utilizado em muitos tipos de dispositivos. Além da técnica convencional, o trabalho analisa uma nova proposta da técnica de deposição dip-coating onde a solução se encontra em uma temperatura diferente da ambiente. Para ambas as técnicas foram realizadas a modelagem matemática dos problemas e desenvolveu-se um método numérico apropriado baseado no método MAC (Marker and Cell). O problema foi resolvido em coordenadas cartesianas bidimensionais e as equações foram discretizadas pela técnica de diferenças finitas. Os resultados numéricos são visualizados por meio da distribuição de temperatura e vetores velocidade da solução precursora, que fornecem subsídios para investigação da influência dos vetores velocidade na obtenção de filmes com boas propriedades, em relação à uniformidade e homogeneidade. Verifica-se que estas características refletem diretamente na qualidade óptica dos filmes investigados, tornando-se parâmetros importantes para aplicações em dispositivos opto-eletrônicos. Através dos resultados numéricos verificou-se que nas regiões do fluido próximas ao substrato, os módulos dos vetores velocidade são maiores, há uma maior quantidade de material sendo depositado. Notou-se também, através da distribuição de velocidades em direção ao substrato que o filme tem uma melhor uniformidade na sua espessura quando os vetores velocidade possuem os valores de seus módulos mais próximos uns dos outros. Portanto, mudando os parâmetros iniciais de viscosidade, densidade, velocidade de imersão/emersão do substrato ou temperatura no fluido pode-se estudar o comportamento. / Abstract: In this work, the numerical simulation of liquid phase in the thin film deposition, by the sol-gel-dip-coating technique, was carried out. The method was applied to tin dioxide (Sn'IND. 2') solutions. Tin dioxide is a transparent semiconductor of wide bandgap, extensively used in many types of devices. Besides the conventional procedure, this work analyses a new proposal for the deposition technique, where the solution is heated above room temperature. In both cases, the mathematical modeling was done and the appropriated numerical method was developed, based on MAC (Marker and Cell) approach. The problem was solved in two-dimensional Cartesian coordinates and the equations were discretized by the finite difference technique. The numerical results are visualized through temperature and vector velocity distributions in the precursos solution, yielding subsides to the investigation of the influence of vectors velocity in the deposition of good property films, concerning uniformity and homogeneity. It was verified that these characteristics point directly toward the optical quality of investigated films, becoming important parameters for application in optoelectronic devices. The numerical results allow verifying that in the fluid regions close to the substrate, where the velocity modulus is highter, there is a larger amount of material being deposited. It was also noticed, through the velocity distribution towards the substrate, that the film has a better thickness uniformity when the vectors velocity have modulus values closer to each other. Therefore, changing initial parameters such as viscosity, density, substrate dipping rate or fluid temperature, it is possible to evaluate the fluid behavior during the thin film deposition. / Doutor

Neste trabalho é realizada a otimização de antena de microfita banda larga de formato E utilizando o método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Um programa desenvolvido em C é usado para analisar e aperfeiçoar a antena em projeto, tamanho, largura de banda e polarização. Inicialmente é feita a introdução sobre o assunto, abordando aspectos de comunicações e de antenas de microfita, além de se fazer revisão bibliográfica e resumir o estado da arte sobre o tema do trabalho. O próximo item, visando a sistematizar o projeto da antena, é a caracterização da antena de formato E, obtida ao variar seus parâmetros e verificar o desempenho por meio da análise do comportamento das freqüências que compõem a largura de banda. O trabalho prossegue com simulações numéricas e medidas da largura de banda, do ganho, dos níveis de polarização e da eficiência da antena. A tese é concluída com observações sobre o analisado e sugestões para prosseguimento e aperfeiçoamento das investigações técnicas realizadas. / The optimization of wideband E-format microstrip antenna employing the Finite Difference Time Domain (FDTD) method is shown in this work. This developed software is used to optimize different design parameters and characteristics of the antenna, such the dimensions, the bandwidth, the input impedance and the polarization. Firstly, an introduction considering the main issues related to wireless communications and antennas is done. Then, a review of the wideband antennas theory and conventional methods to the antenna analysis, with emphasis on the FDTD method, are described. The following topic is a parametric study, where the antenna parameters are being changed and performance variations are considered. Next, simulations using the FDTD method and measurements are compared and the relevant characteristics are optimized, e.g., in terms of dimensions, bandwidth, input impedance, gain, efficiency and polarization. Finally, the main contributions and conclusion of this thesis are described and some suggestions for further works are presented.

Este trabalho apresenta um método numérico para a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos (quase) incompressíveis em torno de geometrias arredondadas. O escoamento bidimensional é analisado em torno da geometria de um cilindro (seção de um cilindro), para as equações de Euler e Navier-Stokes, e em torno da geometria aproximada de um tubarão para as equações de Euler. O escoamento tridimensional é analisado em torno de uma esfera e de um elipsóide. O método de integração empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de três estágios para as equações da quantidade de movimento e no de Relaxações Sucessivas para a pressão. Adota-se o esquema em diferenças finitas visando aproximações de segunda ordem no tempo e no espaço no sistema de coordenadas generalizadas. Testes numéricos são realizados para as diferentes geometrias aplicando as equações de Navier-Stokes e Euler e os resultados obtidos comparam adequadamente com dados analíticos, experimentais e/ou numéricos encontrados na literatura. / This work presents a numerical method for the solution of (almost) incompressible bi and tridimensional fl.ows for round geometries. Bidimensional fl.ows over a circular cylinder, using Euler and Navier-Stokes equations, and also for a shark approximated geometry, using Euler equations, are analyzed. Extension to tridimensional flows around a sphere and an elliptical geometry is realized. The integration method is based on the three-stage Runge-Kutta explicit scheme for momentum equations and successive under relaxation for pressure. Second order finite difference approximations for time as well as space terms in boundary fitted coordinates are employed. Numerical tests are carried out for different geometries for Euler and Navier-Stokes equations and the results showed to compare properly with analytical, numerical or experimental data found in the literature.

O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento e a implementação de algoritmos para a análise de tensões em corpos com geometria axissimétrica e submetidos a carregamentos não axissimétricos, admitindo-se comportamento linear elástico do material e pequenas deformações. Os algoritmos são baseados nos métodos de diferenças finitas e elementos finitos empregando a expansão em série de ”Fourier” na variável independente θ das funções que descrevem os carregamentos e deslocamentos. Também propomos a criação de um sistema computacional com a finalidade de facilitar a implementação de algoritmos relacionados `a análise numérica de tensões, bem como a de outros algoritmos com características de implementação semelhantes. Finalmente, é apresentada uma comparação entre os resultados teóricos e experimentais para um dado problema de análise de tensões com o fim de avaliar a eficácia dos algoritmos propostos. / This work presents the development and implementation of algorithms for numerical analysis of stresses applied to axisymetric bodies submitted to non axysimetric loading assuming linear elastic behaviour and small strain. The algorithms proposed here are based on Finite Difference and Finite Element methods, using Fourier series expansion on the independent variable θ of the functions that describe loading an displacement. It is also proposed the creation of a new computational system which facilitates the development and implementation of algorithms related to numerical analysis of stress as well as other algorithms with similar implementation characteristics. Finally, it is presented a comparison between theoretical and experimental results for an specific problem of stress analysis to evaluate the accuracy of the proposed algorithms.

Neste trabalho faz-se uma análise de fluxos unidimensionais usando as equações de Burgers e de Euler. Para esta última, é obtida a solução exata e uma aproximação desta via método numérico. A obtenção da solução exata é baseada na combinação de ondas simples (uma onda de choque, uma descontinuidade de contato e uma onda de expansão) e na validade das relações de salto para as equações de Euler. Os resultados assim obtidos são utilizados para verificar (certificar) os resultados numéricos. As equações de Euler são integradas no tempo através de um esquema simplificado de Runge-Kutta; considera-se também a adição explícita de termos dissipativos ao esquema de discretização espacial. Sã.o apresentadas comparações entre as soluções exata e numérica, além de comparações da solução numérica para diferentes valores dos coeficientes de dissipação. Analisa-se também as regiões de estabilidade de métodos de Runge-Kutta para uma equação modelo, cujas propriedades são semelhantes às das equações de Burgers e de Euler. Por fim , propõe-se o estudo da convergência de um esquema semelhante ao de Runge-Kutta; faz-se uma estimativa de erro a posteriori em espaços de Banach de dimensão infinita. Além disto, são calculadas algumas estimativas a priori para a equação de Burgers que são usadas, juntamente com idéias da teoria de "shadowing" para estabelecer estimativas relativas à validade de simulações numéricas para a equação de Burgers. Além disto, são mostrados alguns estudos computacionais relevantes sobre a separação espectral, os quais poderiam ser entendidos como uma forma de estimativas a posteriori. / In this work we analyze unidimensional flows using Burgers and Euler equations. We show how to obtain both an exact and an approximate solution to the Euler equations. The exact solution is obtained by simple waves interaction (a shock wave, a contact discontinuity and an expansion fan). It is based on the jump relations for the Euler equations. \Ve use the exact solution thus obtained as a mean of comparison to the approximate (numerical) solution. A simplified Runge-Kutta method is used to integrate the Euler equations in time. Dissipation terms are added to the spatial discretized equations. vVe study the effect of these terms by plotting the exact versus the approximate solution considering different dissipation coefficients. We choose a model equation, which has similar properties to the Burgers and Euler equations, in order to study the stability regions of the Runge-Kutta scheme. Finally, we propose a convergence analysis of a Runge-Kutta-like scheme and make a posteriori error estimates in infinite dimensional Banach spaces. Furthermore, we perform some a priori estimates for the Burgers' equation and use them together with ideas of the Shadowing Theory in order to establish estimates concerning the validity of numerical simulations for Burgers' equation. As well we show a few relevant computer studies on the spectral separation which could be regarded as a form of a posteriori estimates.

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-04T16:41:22Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-12-09T20:23:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-01-23T17:19:21Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-01-26T11:35:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-26T11:35:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseComputacionalMDF.pdf: 3056157 bytes, checksum: 9ab42896c7f77eab74d0c9eb430f8f96 (MD5) Previous issue date: 2013 / As cascas cilíndricas são elementos estruturais bastante utilizados como tubulações enterradas, estruturas de contenção de túneis e poços, e depósitos de diversos materiais, na forma de silos ou tanques. Nessas aplicações as cascas cilíndricas interagem com o meio elástico, no caso solo ou rocha. Essa interação pode ser considerada de duas forma diferentes: com um problema de contato bilateral (PCB), quando a estrutura e o meio não perdem contato durante o processo de deformação; e como um problema de contato unilateral (PCU), quando a casca não está completamente fixa e pode perder contato com o meio para determinadas condições de carregamento. Portanto, esta tese tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta, ou programa computacional, para o estudo e análise de problemas envolvendo cascas cilíndricas com restrições bilaterais e unilaterais de contato impostas por bases elásticas. Essa ferramenta computacional apresenta como principais características: i. o emprego do Método das Diferenças Finitas (MDF) para aproximar as derivadas das equações diferenciais de equilíbrio do sistema casca-base elástica. Adota-se neste trabalho a Teoria de Casca de Sanders, que pode ser aplicada para cascas ou painéis cilíndricos pouco ou muito abatidos; e as bases elásticas são aproximadas pelos modelos de Winkler e Pasternak; ii. o emprego de metodologias de solução desses PCB e PCU. No caso do PCB, a região de contato Sc entre os corpos (casca-base) é conhecida a priori, e sua solução pode ser obtida de forma direta, se as hipóteses de pequenos deslocamentos e material elástico forem consideradas. No caso do PCU, tem-se como principal desafio a definição da região de contato entre os corpos, Sc, que não é conhecida a priori, e adotam-se aqui duas estratégias de solução desse problema (ES1 e ES2, respectivamente). Na primeira, a interação casca-base é avaliada considerando diretamente as restrições de contato unilateral e resolvendo-se um Problema de Complementaridade Linear (PCL). Na segunda, a região de contato Sc é inicialmente aproximada e na sequência utiliza-se o método de Newton-Raphson para corrigi-la e avaliar a participação da base elástica na obtenção de outras incógnitas do problema. Essa ferramenta computacional foi desenvolvida usando a linguagem de programação Fortran®. Diversos exemplos numéricos são apresentados e analisados com o intuito de averiguar a eficiência das metodologias implementadas para soluções dos problemas de contato. No final da tese, algumas conclusões e observações referentes ao sistema computacional desenvolvido e às metodologias numéricas propostas são estabelecidas. Além de o MDF ter se apresentado como um método de fácil implementação e utilização, as estratégias de solução não linear adotadas se mostraram semelhantes, em termos de resultados obtidos, mas com ligeiro ganho de eficiência computacional por parte da ES1. Por fim, sugestões para novas pesquisas são apresentadas. ____________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Buried pipelines, containment structures for tunnels and shafts, and deposits of various materials in the form of silos or tanks all use structural elements known as cylindrical shells. Cylindrical shells interact in these applications with elastic means, in these cases soil or rock. This interaction can be considered in two ways. First, it can be considered a bilateral contact problem (BCP) where, during the deformation process, structure and base remain in contact; second, it can be considered a unilateral contact problem (UCP) where, under certain loading conditions, the shell is not completely fixed and may lose contact with the medium. The main objective of this thesis then is to develop a computational tool for the study and analysis of problems, imposed by elastic base contact, involving cylindrical shells with bilateral and unilateral restrictions. This numerical tool has as main features: i. the use of the finite difference method (FDM) to approximate the derivatives of the differential equations of equilibrium of the system’s shell-elastic base. This paper adopts Sanders’ theory for shells, which can be applied to cylindrical shells and panels, and approximates the elastic bases using Winkler’s and Pasternak’s models. ii. Employment of methodologies for solving these BCPs and UCPs. In the case of BCP, the region of contact between the bodies Sc (shell-base) is known a priori; its solution can be obtained directly if one considers the assumptions of small displacements and elastic material. In the case of UCP, the main challenge is the definition of the area of contact between the bodies Sc, which is unknown a priori; to solve this problem, the current study adopts two strategies for solving this problem (ES1 and ES2, respectively). First, the interaction shell-base is calculated by considering directly the unilateral contact constraints and solving a linear complementarity problem (LCP). Second, the contact area Sc is initially approximated and corrected, via Newton-Raphson’s method, by evaluating the participation of the elastic foundation in obtaining other unknown variables. This numerical tool was developed using the programming language Fortran ®. To determine the efficiency of these methodologies, the work presents and analyzes several numerical examples. The end of the thesis, offers some conclusions and remarks regarding the computing system developed and the proposed numerical methodologies. Besides the MDF have been presented as a method easy to implement and use, the nonlinear solution strategies adopted were similar in terms of results, though ES1 showed a slight gain in computational efficiency. Finally, suggestions for further research are presented.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Matemática e Computação Científica / Made available in DSpace on 2012-10-21T12:22:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199984.pdf: 874721 bytes, checksum: 9bd70bb1fa2fc1761ee60086321bd859 (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise dos métodos iterativos