Orientador: Fátima Pereira de Souza / Banca: Alexandre Suman de Araujo / Banca: Luiz Paulo Barbour Scott / Resumo: O Vírus Sincicial Respiratório Humano (hRSV) é o maior causador de infecções respiratórias agudas (IRAs) em recém-nascidos e crianças no mundo inteiro. Seu genoma codifica 11 proteínas entre as quais as proteínas de superfície F, G e SH que são responsáveis pela entrada e instalação do vírus na célula do hospedeiro. Entre as proteínas de superfície, pouco se sabe sobre a função da proteína SH. O objetivo do presente estudo foi realizar a modelagem e caracterização da proteína SH e análizar o seu comportamento estrutural em diferentes meios: água e bicamada fosfolipídica. O modelo da proteína SH foi gerado pelo servidor I-Tasser, e suas características funcionais e estruturais analisados pelo PredictProtein e PsiPred. Simulações de Dinâmica Molecular foram realizadas para análise da hidrofobicidade da região central da proteína, do seu comportamento em membrana lipídica e possível formação de oligômeros. Os resultados da predição do modelo da proteína SH resultou em uma estrutura linear com uma alfa-hélice compreendida entre os aminoácido 20-42 e as análises realizadas pelo PsiPred indicaram essa região como sendo uma região transmembrânica. As simulações de Dinâmica Molecular mostraram que, quando em solução, a proteína muda sua conformação linear para globular confirmando a hidrofobicidade do domínio central. A presença da proteína SH sozinha ou das cinco estruturas na bicamada resultou num decréscimo considerável da área por lipídeo, conferindo as cadeias menor mobilidade e um maior alinhamento. As simulações do pentâmero mostraram a passagem de moléculas de água pelo poro em ambiente onde os resíduos de histidinas H22 e H51 apresentaram-se na forma protonada, indicando a dependência desta atividade com o pH do meio. Com base nessas análises foi possível propor uma estrutura terciária e quaternária da proteína SH e, com as análises da formação pentamérica da... / Abstract: The human Respiratory Syncytial Virus (hRSV) is the major cause of lower respiratory tract illnesses in children and elderly people worldwide. Its genome encodes 11 proteins including the surface protein F, G and SH which are responsible for entry and distribution of virus in the host cell. Among the protein surface, little is known about the function of protein SH. Knowing their structure and function is fundamental to a better understanding of its mechanism. The aim of this study was modeling and caracterization of the RSV SH protein and analysis of structural behavior in different environment : water and phopholipid bilayer for understanding and evaluating the formation of its pentameric structure. The SH protein model was generated by I-TASSER server, and its funcional and structural caracterisct was analyzed by PredictProtein and PsiPred. Molecular Dynimics Simulation were performed for analysis of hidrophobicit of protein central region, studies of the protein behavior on the membrane and pentamer formation. The SH protein model prediction resulted in a linear model with a helix-alpha between amino acid 20-42 and the anlysis performed by PsiPred indicated this region as transmembrane region. Molecular Dynamics Simulation showed that, when in solution,the proteína changes its linear conformations for globular conformation confirming the hydrophobicity of the central domain. The presence of the Sh protein itself or of the pentamer in bilayer resulted in a considerable decrease of the area per lipid, giving the chains less mobility and greater alignment. The pentamer simulation showed passage of water molecules through the pore in an environment where histidine residues H22 and H51 are protonated, indicating the dependence of this activity with the pH of the medium. Based on this analysis, it was proposed the structure tertiary and quaternary of the SH protein and, with the analysis of the ... / Mestre

Orientador: Vitor Barbanti Pereira Leite / Banca: Antonio Francisco Pereira de Araujo / Banca: Leandro Cristanti de Oliveira / Resumo: O objetivo deste trabalho foi caracterizar o atrito interno que são evidenciados nos domínios R15, R16 e R17 da chicken brain α-Espectrina. A Espectrina é uma proteína que faz parte do citoesqueleto e foi descoberta primeiramente em eritrócitos, sendo importante para manter a estabilidade, estrutura e forma da membrana celular. Esta proteína é composta de duas subunidades, α e β, sendo que cada um dos domínios presentes nestas subunidades apresentam 106 amino ́acidos. Além disso, estes domínios apresentam alta similaridade estrutural (RMSD < 1 A) e os resultados experimentais indicam que o domínio R15 apresenta um tempo de enovelamento que é três ordens de grandeza menor que seus homólogos (R16 e R17), esta observação foi atribuída aos efeitos do atrito interno na taxa de enovelamento. Portanto, neste trabalho foi estudado o enovelamento do R15, R16 e R17 utilizando o modelo baseado em estrutura Cα . Em nossas simulações, além das interações homogêneas para os contatos nativos (conhecido como modelo vanilla), foi adicionado um potencial atrativo para as interações não nativas hidrofóbicas (conhecido como modelo flavored ) utilizando a tabela do potencial de interação Miyazawa-Jernigan, bem como simulações com carga fixa e a pH constante, onde foram analisadas as interações eletrostáticas no processo de enovelamento. Por fim, realizaram-se simulações com o acoplamento para melhor descrever o sistema estudado / Abstract: The main aim of this work is characterized the internal friction evident in the three chicken brain α - spectrin domains, known as R15, R16, and R17. Spectrin is a cytoskeletal protein that was first discovered in erythrocytes and it is important for maintaining the stability, structure, and shape of the cell membrane. The protein is composed of a modular structure of α and β subunits, which typically contain 106 residues amino acid sequence motifs called "spectrin repeats". They are very similar in terms of structure and stability (RMSD < 1 ˚A). However, experimental results indicate that R15 folds and unfolds 3 orders of magnitude faster than its homologs. Such baf- fling observation is usually attributed to the influence of "internal friction"on protein folding kinetics. However, this effect cannot be satisfactorily corroborated by computer simulation. In the present work, the folding of these three domains is addressed using Cα structure-based models. We carried out simulations using homogeneous interactions on native contacts (known as a vanilla model) and has been added an attractive potential in the non-native hydrophobic interactions with Miyazawa-Jernigan potential (known as flavored model), as well as simulations with fixed charge and at constant pH, where the electrostatic interactions were analyzed in the folding. Finally, simulations were performed with the coupling of the potential (flavored and fixed load) to better describe the system / Mestre

[pt] O custo computacional requerido nas simulações de problemas em dinâmica estrutural em geral é muito alto. Em determinadas situações é necessária a obtenção de respostas imediatas a fim de que sejam tomadas decisões importantes com base nessas respostas. Em outras situações existe a necessidade de se fazer várias simulações de um mesmo problema variando alguns poucos parâmetros entre elas. Estas situações são muito comuns em problemas envolvendo a análise dinâmica de linhas de ancoragem que é objeto de estudo deste trabalho. Este trabalho apresenta um sistema para análise dinâmica de linhas de ancoragem que utiliza recursos de adaptação no tempo e de subciclagem com o objetivo de melhorar a precisão e a eficiência das simulações. Este sistema consiste de um ambiente gráfico através do qual são disponibilizados recursos de pré- processamento, análise e pós-processamento. Durante o processo de análise numérica estão disponíveis para o usuário as facilidades de pré- e pós-processamento caracterizando o paradigma de análise interativa-adaptativa. São apresentados neste trabalho a metodologia utilizada no desenvolvimento deste sistema e os resultados obtidos com a utilização do mesmo, mostrando que com a utilização de recursos como a subciclagem e adaptação no tempo é possível a obtenção de respostas precisas num tempo muito menor do que o tempo que seria requerido numa análise convencional. / [en] In general, the computational cost required for dynamic simulations of structural problems is very high. In certain situations, the system must provide immediate answers so that important decisions can be made based on them. In other cases, several simulations of the same problem, varying only a few parameters, must be performed. Such contexts are very common in problems involving the dynamic analysis of mooring lines.This work presents a computational system for the dynamic analysis of mooring lines using a time-step adaptivity scheme and a subcycling technique with the objective of improving the precision and efficiency of the simulations. The system is an integrated graphical environment and consists of three modules: preprocessor, analysis, and postprocessor. It also allows interactive-adaptive analysis, in which the user can interrupt the analysis at any time, change parameters and restart the simulation.The methodology used in the development of this system is discussed in detail. The results obtained using the time-step adaptivity and subcycling techniques demonstrate that the computational cost can be substantially reduced by using the proposed methodology when compared to conventional formulations presented in the technical literature.

Os vírus, possuem uma rápida taxa evolutiva, acumulando variação genética em um intervalo de tempo acessível aos estudos epidemiológicos. Entre os vírus de RNA, o vírus da dengue Flavivirus é o agente da mais ampla doença viral transmitida por um inseto vetor do gênero Aedes que afeta países das regiões tropicais e subtropicais. Através de técnicas de inferência bayesianas por cadeia de Markov Monte Carlo, este estudo avaliou padrões de distribuição viral e evolução molecular dos quatro sorotipos de vírus da Dengue (DENV-I, II, III e IV) em 603 amostras da região do envelope distribuídas em 71 países e isolados por um período de 64 anos (1944 a 2008). Os resultados mostraram semelhanças nas taxas médias de evolução dos sorotipos (em torno de 7.5 x 10^-4 substituições/por sítio/por ano) com uma considerável sobreposição de 95% de probabilidade posterior. A coalescência das amostras conjuntas sugere que a primeira divergência entre os sorotipos aconteceu por volta de 330 d.C com processos de extinção, aparecimento e expansão de novas linhagens responsáveis pela diversidade intrasorotípica atualmente observada. As análises populacionais revelaram altas taxas de crescimento epidêmico relacionadas com introduções de sorotipos ocorridos principalmente nas Américas Central e do Sul. Padrões de distribuição geográfica mostraram forte estrutura espaço-temporal, principalmente no sudeste asiático e nas Américas. / Viruses evolve at a fast rate, allowing them to accumulate genetic variation in a range of time accessible to epidemyological studies. Among RNA viruses, the dengue virus Flavivirus is the agent of the most widespread viral disease transmited by a insect borne vector of the Aedes genus and affects tropical and subtropical zones. The MCMC Bayesian inference was used in this study assessed the patterns of the viral distribution and molecular evolution of four serotypes of dengue virus (DENV-I, II, III and IV). In total, 603 samples of the envelope from 71 countries that have been isolated for 64 years (1944-2008) were evaluated. Our results show similarities for the average rate of evolution of each serotype (about 7.5 x 10^-4 subst/site/year), with a considerable 95% superposition of HPD. When samples are taken together, the analysis coalescence suggests that the first divergence among serotypes happened at about 330 AD. Extinctions, expansions and the emergence of new lineages are responsible by the intra-serotypical diversity currently observed. Analysis of population show high rate of epidemic increase related to the introduction of new serotypes in Central and South America. Geographic distribution pattern show strong spatial and temporal subdivision, mainly in America and South Asia.

Orientador : Prof. Dr. Roberto Dalledone Machado / Co-orientador : Prof. Dr. Marcos Arndt / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 17/02/2016 / Inclui referências : f.134-141 / Área de concentração: Mecânica Computacional / Resumo: No contexto da analise dinâmica de estruturas, uma das limitações do Método dos Elementos Finitos (MEF) e a dificuldade de aproximar as altas frequências. Essa falta de precisão se torna mais significativa à medida que os carregamentos excitem os modos com frequências mais altas. Visando abordar esse tipo de problema é possível utilizar o Método dos Elementos Finitos Generalizados/ Estendido (MEFG/MEFE) para enriquecer o espaço de aproximação e representar melhor esses modos de alta frequência. Apesar das excelentes propriedades do MEFG/MEFE como alta acurasse versatilidade de aplicação e excelentes taxas de convergência, há aspectos que ainda limitam sua aplicabilidade como a instabilidade numérica associada ao processo de enriquecimento presente mesmo em problemas de valor de contorno bem postos. As matrizes do MEFG/MEFE podem ser consideravelmente mal-condicionadas, podendo resultar em uma perda de acurácia da aproximação, e até mesmo resultando em matrizes numericamente singulares. Assim, neste trabalho apresentam-se duas propostas para contornar o problema de sensibilidade do MEFG: uma adaptação do Método dos Elementos Finito Generalizado Estabilizado voltado a Análise Dinâmica e uma estratégia de pré-condicionamento das funções de enriquecimento. Diversos exemplos unidimensionais de análise modal e transiente são apresentados e seus resultados são discutidos, mostrando que as implementações propostas possibilitam captar melhor frequências mais elevadas, melhorando a representatividade do espectro. Observando o ganho de estabilidade numérica proporcionado pela adoção da estratégia de pré - condicionamento das funções de enriquecimento, estendeu-se sua proposta a análise modal bidimensional, onde a instabilidade numérica do refino p pode ser então contornada, implicando em consequente ganho de acurasse no espectro de frequência. / Abstract: In the context of dynamic analysis of structures, one of the limitations of the Finite Element Method (FEM) is the difficulty of approaching the high frequencies. This lack of precision becomes more significant as the loading excite modes with higher frequencies. Aiming at address this problem one may use the Finite Element Method Generalized / Extended (GFEM / XFEM) to enrich the approximation space and better represent these high frequency modes. Despite the excellent properties of GFEM / XFEM as high accuracy, application versatility and excellent convergence rates, there are aspects that still limit its applicability as the numerical instability associated with this enrichment process even in well-placed boundary value problems. GFEM/XFEM matrices may be ill-conditioned, which may result in a accuracy loss, and even resulting in numerically singular matrices. In this work two proposals are presented to circumvent the GFEM sensitivity problem: an adaptation of the Stabilized Generalized Finite Element Method applied to Dynamic Analysis and a pre-conditioning of enrichment functions. Several examples of one-dimensional modal and transient analysis are presented and results are discussed, showing that the proposed implementations allow to better capture higher frequencies, improving representation of the spectrum. Considering the numerical stability provided by the adoption of preconditioning of enrichment functions strategy, its proposal was extended to the two-dimensional modal analysis enabling to

Orientador : Franklin Galvão / Coorientadores : Prof. Dr. Román Carlos Rios e Júlio Arce / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais. Defesa: Curitiba, 08/04/2016 / Inclui referências ao final de cada capítulo fls. 19-20;52-57;90-96;116-117 / Área de concentração / Resumo: O trabalho foi desenvolvido na Região Metropolitana de Curitiba, em uma Floresta Ombrófila Mista Aluvial sujeita a pulsos de inundações periódicos pelo rio Barigüi, tributário do rio Iguaçu, em solos hidromórfico, onde desde a década de 60, existem registros referentes a impactos por alteração de curso e poluição. Em 2000, ocorreu o vazamento de óleo do oleoduto OSPAR da Refinaria Presidente Getúlio Vargas - REPAR e, para a contenção, diques de alvenaria foram construídos, alterando a drenagem natural, prolongando a saturação hídrica do solo. Constituído por três capítulos, teve como objetivo elucidar a dinâmica da vegetação arbórea do dossel e da regeneração, durante quatorze anos, após o impacto. No primeiro capítulo realizou-se o estudo da dinâmica da vegetação arbórea do estrato superior, analisando-se os parâmetros fitossociológicos do período que ocorreu o acidente até 2014. Os resultados indicam que se trata de uma floresta monodominante, com baixa diversidade, onde ocorreu alternância de importância, porém, os parâmetros não foram significativos entre as diferentes alturas do lençol freático. O segundo capítulo diz respeito a dinâmica da regeneração arbórea, realizado durante o intervalo de tempo de dois anos. Não se detectou alterações significativas na composição e na estrutura, mas, quando comparado a um estudo feito em 2002 na mesma área, observou-se alternância de densidade entre espécies e, redução deste parâmetro para Allophylus edulis, que obteve os maiores valores, beneficiando a diversidade. A mortalidade foi superior ao recrutamento, variando entre as espécies, mas não houve relação com a altura do lençol freático. A mortalidade relativa por ano e por Classe de Altura foram constantes e proporcional por grupos ecológicos. O último capítulo considerou a dinâmica da vegetação arbórea do estrato superior através da Matriz de Transição e Razão de Movimentação que foram calculadas para a comunidade, para as espécies Gymnanthes klotzschiana e Allophylus edulis e para os grupos ecológicos relacionados à luminosidade e à saturação hídrica. A maioria dos indivíduos e a maior mortalidade ocorrem nas menores classes de diâmetro, independentemente da espécie. A transição para classes superiores irá depender das características fisiológicas (diâmetro máximo), da longevidade, luminosidade e da restrição hídrica. / Abstract: The presente study was conducted in the Curitiba Metropolitan Region, in Alluvial Mixed Ombrophyllous Forest in areas subject to periodic flooding pulse, in hidromorphic soil, where the oil spilled from Petróleo Brasileiro S.A. (PETROBRAS) in the year 2000 and dikes were built like attempt to remove the oil chanded the natural drainage and it prolonged of water soil saturation. Permanet plots were alocated and phytossociologics parameters were estimated, since the period when the acidente was happended (14 years). It contains tree chapters. The first chapter concerns the tree upper stratatum and the results indicated that was a monodominant forest with low divert with changes in importance of some species, however the parameters have not significant relation with the water table. The second chapter was associated with tree regeneration stratum dinamic study. In two years, it was not detect significative changes in the composition and estructure of the regeneration stratum however considering the other work were realised in the same area in 2002, it was observed the density alternance between species and the mainly specie was losing the representation and it probably benefited the diversity.The mortality was higher than the recruitment, however there were many difefferences between the species, but this parameter was not significative with water table variation The anual relative value by mortality was a constant in height classes and it was distributed proportionally in ecological groups. The end chapter were about the tree upper stratum dinamic study employing transition matrix and movement ratio were calculated for community, Gymnanthes klotzschiana, Allophylus edulis and ecological groups. The results demonstrated the most part of the individuous constitute the lower diameters classes, regardless of the species. The transition to higher classes will be depended on the physiological characteristics of the species, longevity and water table level. The longevity was relataded to conduct of the specie and ecological grouped considering the water restriction and the requirement brightness. The high number of individuals and increased mortality occur in smaller diameter classes, regardless of species.Most individuals and increased mortality occur in smaller diameter classes, regardless of species. The transition will be depend on the physiological characteristics, longevity, brightness and water restriction.

Orientador : Prof. Dr. Roberto Dalledone Machado / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencias Exatas e Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 13/07/2012 / Inclui referências / Área de concentração: Mecânica computacional / Resumo / Resumo: A análise dinâmica de estruturas tem como objetivo avaliar a resposta estrutural quando variações temporais que causem efeitos inerciais não possam ser desconsideradas. O Método dos Elementos Finitos (MEF) é atualmente utilizado em larga escala para a análise dinâmica de estruturas, devido à sua robustez e flexibilidade. Além disso, a análise dinâmica de estruturas está intimamente relacionada com a equação da onda, o que aumenta o interesse na formulação de métodos eficientes para a análise dinâmica. O MEF convencional utiliza funções polinomiais para construir soluções aproximadas para um dado problema. Porém, sabe-se que as soluções de problemas relacionados a fenômenos oscilatórios frequentemente envolvem termos trigonométricos. Neste contexto, termos trigonométricos podem ser incorporados às aproximações do MEF através da utilização do Método dos Elementos Finitos Generalizado (MEFG). O MEFG é uma extensão do MEF convencional que permite a inclusão de funções não polinomiais à aproximação. Estas funções são capazes de representar algum comportamento conhecido do fenômeno sendo estudado. Neste trabalho são apresentadas formulações do MEFG para os problemas de: barras sujeitas a deslocamentos axiais, vigas sujeitas a deslocamentos transversais, equação da onda bidimensional e estado plano de tensões. São realizadas análises para a resposta no tempo e análises modais. Os resultados são comparados com aqueles obtidos com o Método dos Elementos Finitos Hierárquico (MEFH) polinomial, uma abordagem que permite a formulação de elementos de alta ordem. Os exemplos estudados indicam um grande potencial do MEFG para a análise dinâmica de problemas que envolvam a participação dos modos de vibração com frequências elevadas. / Abstract: The purpose of structural dynamic analysis is to evaluate the response of a structure when inertial effects caused by time variations are relevant. The Finite Element Method (FEM) is widely used for structural dynamic analysis, mainly because of its robustness and flexibility. Besides, structural dynamics is intimately related to the wave equation, thus increasing the interest in formulating efficient methods for the dynamic analysis of structures. The standard FEM uses polynomials to build approximate solutions for a given problem. However, the solution of problems involving oscillatory phenomena often contains trigonometric functions. In this context, trigonometric functions can be included in the approximations built by the FEM by using the Generalized Finite Element Method (GFEM). The GFEM is an extension of the standard FEM that allows non polynomial functions to be included in the analysis. These functions are able to represent some behavior of the phenomenon being studied. This work presents a GFEM approach for problems involving: bars subject to axial displacements, beams subject to transversal displacements, the two dimensional wave equation and the case of plane stress. Time response and modal analysis are performed. The results are compared to the ones obtained using the Hierarchical Finite Element Method (HFEM), an approach that allows the use of high order polynomial approximations. The examples studied indicate a strong potential of the GFEM for the analysis of problems involving the participation of the vibration modes associated to high vibration frequencies.

Orientador: Prof. Dr. Felix Sharipov / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 17/07/2015 / Inclui referências : f. 128-147 / Resumo: Um esquema para implementar um potencial arbitrário na Simulação Direta de Monte Carlo é proposto. Para ilustrar esse esquema, dois problemas testes foram resolvidos usando o potencial de Lennard-Jones. Os potencias AI também foram implementados na Simulação Direta de Monte Carlo (DSMC). Tal implementação permite modelar os fenômenos de transporte em gases rarefeitos sem nenhum parâmetro de ajuste de colisões intermoleculares que normalmente são extraídos de dados experimentais. Aplicando o método proposto em Phys. Fluids 24 011703 (2012), o uso de potenciais ab initio em DSMC requer o mesmo esforço computacional de potenciais amplamente utilizados como o de esferas rígidas, esferas rígidas variáveis, esferas moles variáveis etc. Ao mesmo tempo, os potenciais ab initio permitem obter resultados mais confiáveis do que qualquer outro método. Como exemplo, dois dos coeficientes de transporte para a mistura binária de He-Ar, isto é, viscosidade e condutividade térmica, também foram calculados para diversas valores da fração molar. Já que o esforço computacional do novo esquema é comparável com o modelo de esferas rígidas, este esquema pode substituir completamente os modelos amplamente utilizados tais como esferas rígidas variáveis e esferas moles variáveis. A seguir, o escoamento plano de Couette para a mistura gasosa de He- Ar é calculado pelo método DSMC baseado no potencial ab initio, ao longo de toda a gama de rarefação de gás para diversos valores da fração molar e para dois valores da velocidade da parede. O menor valor de velocidade é correspondente ao limite quando as condições não lineares são desprezíveis, enquanto o valor maior descreve um escoamento não linear. O tensor de cisalhamento, gradiente de velocidade, e perfis de temperatura e fração molar são apresentados. Os resultados reportados podem ser utilizados como dados de referência para testar as equações cinéticas modelo de misturas gasosas. Para estudar a influência do potencial intermolecular, são realizadas simulações para o modelo molecular de esfera rígida. Um desvio relativo dos resultados com base nesse modelo daqueles baseados em potencial ab initio é observado. Salienta-se que a diferença entre os tensores de cisalhamento dos dois potenciais para a solução linearizada é dentro de 1%, enquanto que atinge 6% para os casos não- lineares. A seguir, o problema do fluxo de calor para uma mistura gasosa binária confinada entre duas placas paralelas com diferentes temperaturas é estudado em função do método DSMC com uma aplicação do potencial ab initio. Os cálculos são feitos para uma ampla gama de rarefação gás, para vários valores da fração molar e para dois valores da diferença de temperatura. O menor valor de diferença de temperatura corresponde ao limite quando os termos não lineares são desprezíveis, enquanto o valor maior descreve uma transferência de calor não-linear. O fluxo de calor, temperatura, e as distribuições de frações molares são apresentados. Para estudar a influência do potencial intermolecular, foram realizadas simulações para o modelo molecular de esfera rígida. Um desvio relativo dos resultados com base nesse modelo daquelas baseadas no potencial ab initio é observado. A diferença entre o fluxo de calor dos dois potenciais é de cerca de 8% e 5% para as pequenas e grandes diferenças de temperatura, respectivamente. A distribuição de temperatura entre as placas é fracamente afetada pelo potencial molecular, enquanto que a variação da composição química é a quantidade mais sensível para o problema considerado. Os resultados reportados podem ser utilizados como dados de referência para testar equações cinéticas modelo de misturas gasosas. Por último, um fluxo de gás rarefeito através de um orifício é calculado para três gases nobres, hélio, argônio e criptônio, aplicando DSMC baseada no potencial ab initio. Os cálculos são realizados ao longo de todo o intervalo da rarefação do gás e para vários valores da razão de pressão com o erro numérico inferior a 0,5%. Uma análise comparativa mostra que a diferença relativa da taxa de fluxo com base no potencial ab initio do que a obtida para o modelo molecular de esferas rígidas depende de muitos fatores, isto é, espécies de gás, a razão de pressão, rarefação do gás e a temperatura do gás. Entre os gases considerados aqui, a diferença para o hélio é menor e não excede 0,7%. O desvio para o criptônio é maior e chega a 1,4%. O desvio relativo da taxa de fluxo devido à variação de temperatura está dentro de 0,9%. Uma comparação dos campos mostra que os discos de Mach para o potencial ab initio são mais intensos do que aqueles para o modelo de esferas rígidas. / Abstract: First, a scheme to implement an arbitrary intermolecular potential into the direct simulation Monte Carlo method is proposed. To illustrate the scheme, two benchmark problems are solved employing the Lennard-Jones potential. Then, ab initio potentials are implemented into the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method. Such an implementation allows to model transport phenomena in rarefied gases without any fitting parameter of intermolecular collisions usually extracted from experimental data. Applying the method proposed by the authors in Phys. Fluids 24 011703 (2012), the use of ab initio potentials in the DSMC requires the same computational efforts as the widely used potentials such as hard spheres, variable hard sphere, variable soft spheres etc. At the same time, the ab initio potentials provides more reliable results than any other one. As an example, two of the transport coefficients of a binary mixture He-Ar, viz., viscosity and thermal conductivity, are calculated for several values of the mole fraction. Since the computational effort of the new scheme is comparable with that of the hard sphere model of molecules, this new scheme can completely substitute the widely used models such as variable hard spheres and variable soft spheres. Then, the planar Couette ow for gaseous mixture He-Ar is calculated by the DSMC method based on ab initio potential over the whole range of the gas rarefaction for several values of the mole fraction and for two values of the wall speed. The smaller value of the speed corresponds to the limit when the non-linear terms are negligible, while the larger value describes a nonlinear ow. The shear stress, velocity gradient, temperature and mole fraction profiles are presented. The reported results can be used as benchmark data to test model kinetic equations for gaseous mixtures. To study the inuence of the intermolecular potential, the same simulations are carried out for the hard sphere molecular model. A relative deviation of the results based on this model from those based on the ab initio potential is analyzed. It is pointed out that the difference between the shear stresses of the two potentials for the linearized solution is within 1%, while it reaches 6% for the non-linear cases. Next, the heat ux problem for a binary gaseous mixture confined between two parallel plates with different temperatures is studied on the basis of the DSMC method with an implementation of ab initio potential. The calculations are carried for a wide range of the gas rarefaction, for several values of the mole fraction and for two values of the temperature difference. The smaller value of the difference corresponds to the limit when the nonlinear terms are negligible, while the larger value describes a nonlinear heat transfer. The heat ux, temperature, and mole fraction distributions are presented. To study the inuence of the intermolecular potential, the same simulations were carried out for the hard sphere molecular model. A relative deviation of the results based on this model from those based on the ab initio potential is analyzed. It is pointed out that the difference between the heat ux of the two potentials is about 8% and 5% for the small and large temperature differences, respectively. The temperature distribution between plates is weakly affected by the molecular potential, while the chemical composition variation is the most sensitive quantity for the considered problem. The reported results can be used as benchmark data to test model kinetic equations for gaseous mixtures. Finally, a rarefied gas ow through a thin orifice is calculated for three noble gases, helium, argon and krypton, applying the DSMC method based on the ab initio potential. The calculations are carried out over the whole range of the gas rarefaction and for several values of the pressure ratio with the numerical error less than 0.5%. A comparative analysis shows that the relative difference of the ow rate based on the ab initio potential from that obtained for the hard sphere molecular model depends on many factors, namely, gas species, pressure ratio, gas rarefaction and gas temperature. Among the gases considered here, the difference for helium is the smallest and does not exceed 0.7%. The deviation for krypton is the largest and reaches 1.4%. A relative deviation of the ow rate due to the temperature variation is within 0.9%. A comparison of the flowfield shows that the Mach discs for the ab initio potential are stronger than those for the hard sphere model.

Orientador : Prof. Dr. JinYun Yuan / Co-orientador : Prof. Dr. Yujiang Wu / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Matemática. Defesa: Curitiba, 03/09/2015 / Inclui referências : f. 82-86 / Resumo: Nesta tese consideramos dois tipos de problemas de convecção-difusão, a saber, as equações de Navier-Stokes para meios incompressíveis e dependentes do tempo e as equações de convecção-difusão espaço-fracionária em duas dimensões. Para as equações de Navier-Stokes usamos o método das características para linearizar equações não-lineares e introduzimos uma variável auxiliar para reduzir a equação de ordem alta a um sistema de primeira ordem. Escolhendo-se cuidadosamente os fluxos numéricos e adicionando os termos de penalização propomos um método de Galerkin descontínuo característico local (CLDG) simétrico e estável. Com essa simetria, é fácil provar estabilidade numérica e estimativas de erros. Experimentos numéricos são realizados para verificar os resultados teóricos. Para os problemas de convecção-difusão espaço-fracionária ainda utilizamos o método das características para tratar a derivada no tempo e os termos convectivos conjuntamente. Para o termo fracionário introduzimos algumas variáveis auxiliares para decompor a derivada de Riemann-Liouville na integral de Riemann-Liouville e na derivada de ordem inteira. Em seguida um método de Galerkin descontínuo hibridizado (HDG) 'e proposto. Finalmente usamos os métodos analíticos para realizar a análise de estabilidade e estimativas de convergência do esquema HDG. Pelo nosso conhecimento, este é o primeiro trabalho que combina o método de Galerkin descontínuo característico às equações de Navier-Stokes e às equações convecção-difusão espaço-fracionária em 2D. Estes esquemas também podem ser aplicados e estudados em outros problemas. Os resultados numéricos são consistentes com os resultados teóricos. Palavras-chave: método das características; método de Galerkin descontínuo; equações de Navier-Stokes; equações de convecção-difusão espaço-fracionária. / Abstract: In this thesis, we consider two kinds of convection-diffusion problems, namely the classical time-dependent incompressible Navier-Stokes equations and the space-fractional convection-diffusion equations in two dimensions. For Navier-Stokes equations, we use the method of characteristics to make nonlinear equations linear, and we introduce an auxiliary variable to reduce high-order equation to one order system. Carefully choosing numerical fluxes and adding penalty terms, a stable and symmetric characteristic local discontinuous Galerkin (CLDG) method is proposed. With this symmetry, it is easy to perform numerical stability and error estimates. Numerical experiments are performed to verify theoretical results. For the space-fractional convection-diffusion problems, we still use the method of characteristics to tackle the time derivative and convective terms together. For the fractional term, we introduce some auxiliary variables to split the Riemann-Liouville derivative into Riemann-Liouville integral and integer order derivative. Thus a hybridized discontinuous Galerkin method (HDG) is proposed. Finally we use general analytic methods to perform the stability analysis and convergence estimates of the HDG scheme. As far as we know, this is the first time the discontinuous Galerkin method and the method of characteristics are combined to numerically solve the Navier-Stokes equations and space-fractional convection-diffusion equations in 2D. These schemes can be applied and further studied into other problems as well. The numerical results are consistent with theoretical results. Keywords: method of characteristics; discontinuous Galerkin method; Navier-Stokes equations; space-fractional convection-diffusion equations.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-09-30Bitstream added on 2014-06-13T18:31:09Z : No. of bitstreams: 1 caldiron_l_me_ilha_prot.pdf: 995296 bytes, checksum: dc02ada2316a49ff3c8fd3dca71338ba (MD5) / Neste trabalho são otimizadas rotinas computacionais de um método de estimação de rigidez de mancais de máquinas através de um processo de ajuste de modelo, utilizando a análise de sensibilidade. Este método consiste em utilizar a análise de sensibilidade dos autovalores com relação à variação da rigidez dos mancais de um rotor. A eficácia e a robustez do método são analisadas através de simulações teóricas, bem como através de dados experimentais obtidos de um rotor de rotação variável e rigidezes dos mancais ajustáveis. O modelo matemático de ajuste do sistema é desenvolvido pelo método dos elementos finitos e o método de ajuste converge empregando-se um processo iterativo. Este método de ajuste baseia-se na minimização da diferença entre autovalores experimentais e autovalores obtidos com o modelo matemático de ajuste a partir de valores de rigidez dos mancais previamente adotados. A análise é feita com o rotor em diversas velocidades de rotação para verificar a influência do efeito giroscópio, e em diversas condições de valores da rigidez dos mancais para analisar o método quando aplicado em rotores flexíveis e em rotores rígidos. O desempenho do método é analisado com resultados teóricos e experimentais. / In this work, computational routines of estimation method of stiffness bearing of machine via a model updating process are optimized, using the sensitivity analysis. This method consists of using the eigenvalue sensitivity analysis, relating to the stiffness bearing variation of a rotor. The efficacy and the robustness of the method are analyzed through the theoretical simulations, as well as, based on the experimental data obtained of a test rotor with variable rotating speeds and adjustable bearing stiffness values. The mathematical model system is developed by the finite element method and the method of adjustment should converge employing an iterative process. The method of adjustment is based on the minimization of the difference between experimental eigenvalues and eigenvalues obtained via mathematical model from previously adopted stiffness bearing values. The analysis is made by using the rotor in different rotating speeds in order to check the influence of the gyroscopic effect, and in several conditions of the stiffness bearing values to analyze the method when applied on flexible and rigid rotors. The performance of the method is analyzed through theoretical and experimental results.