Neste trabalho estudamos a Existência e a Unicidade de Solução não nula do problema de Dirichlet onde ΩCRN e um domínio aberto limitado, com fronteira suave. Mostramos que se f(x; t)/ t e decrescente em t e satisfaz algumas condições de regularidade, então a solução do problema e única. / In this work we study the existence and uniqueness of nontrivial solution of the Dirichlet problem. Where ΩCRN is a bounded domain with smooth boundary. We show that if f(x; t)/t is decreasing and satisfies some regularity conditions, then the solution of the problem is unique.

The topological derivative provides the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal non-smooth domain pertubation (insertion of hole or inclusion, for instance). Classically, this derivative comes from the second term of the topological asymptotic expansion, dealing only with inifinitesimal pertubations. However, for pratical applications, we need to insert pertubations of finite sizes.Therefore, we consider other terms in the expansion, leading to the concept of higher-order topological derivatives. In a particular, we observe that the topological-shape sensitivity method can be naturally extended to calculate these new terms, resulting in a systematic methodology to obtain higher-order topological derivatives. In order to present these ideas, initially we apply this technique in some problems with exact solution, where the topological asymptotic expansion is obtained until third order. Later, we calculate first as well as second order topological derivative for the total potential energy associated to the Laplace equation in two-dimensional domain pertubed with the insertion of a hole, considering homogeneous Neumann or Dirichlet boundary conditions, or an inclusion with thermal conductivity coefficient value different from the bulk material. With these results, we present some numerical experiments showing the influence of the second order topological derivative in the topological asymptotic expansion, which has two main features:it allows us to deal with pertubations of finite sizes and provides a better descent direction in optimization and reconstruction algorithms. / A derivada topológica fornece a sensibilidade de uma dada função custo quando uma pertubação não suave e infinitesimal (furo ou inclusão, por exemplo) é introduzida. Classicamente, esta derivada vem do segundo termo da expansão assintótica topológica considerando-se apenas pertubações infinitesimais. No entanto, em aplicações práticas, é necessário considerar pertubação de tamanho finito. Motivado por este fato, o presente trabalho tem como objetivo fundamental introduzir o conceito de derivadas topológicas de ordem superiores, o que permite considerar mais termos na expansão assintótica topológica. Em particular, observa-se que o topological-shape sensitivity method pode ser naturalmente estendido para o cálculo destes novos termos, resultando em uma metodologia sistemática de análise de sensibilidade topológica de ordem superior. Para se apresentar essas idéias, inicialmente essa técnica é verificada através de alguns problemas que admitem solução exata, onde se calcula explicitamente a expansão assintótica topológica até terceira ordem. Posteriormente, considera-se a equação de Laplace bidimensional, cujo domínio é topologicamente pertubado pela introdução de um furo com condição de contorno de Neumann ou de Dirichlet homogêneas, ou ainda de uma inclusão com propriedade física distinta do meio. Nesse caso, são calculadas explicitamente as derivadas topológicas de primeira e segunda ordens. Com os resultados obtidos em todos os casos, estuda-se a influência dos termos de ordem superiores na expansão assintótica topológica, através de experimentos numéricos. Em particular, observa-se que esses novos termos, além de permitir considerar pertubações de tamanho finito, desempenham ainda um importante papel tanto como fator de correção da expansão assintótica topológica, quanto como direção de descida em processos de otimização. Finalmente, cabe mencionar que a metodologia desenvolvida neste trabalho apresenta um grande potencial para aplicação na otimização e em algoritimos de reconstrução.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 1082629 bytes, checksum: 412c07ac9e7f11bfac2f0083cee07377 (MD5) Previous issue date: 2010-10-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / Neste trabalho estuda-se o problema de contato num sistema termoelástico unidimensional, como objeto de estudo é usado uma barra metálica que está no interior de uma viga. Primeiro, modela-se o sistema fisicamente e depois demonstra-se que o sistema possui solução através do método penalizado. Depois é feita a discretização numérica para fazer as simulações gráficas com os dados de quatro materiais pesquisados. Os resultados obtidos nos testes dos diferentes materiais foram satisfatórios já que foi mostrado que o comportamento de um sistema acoplado é válido para materiais com coeficiente diferentes e depende da relação entre a energia e diferença de temperatura.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseVersaoFinal.pdf: 2548796 bytes, checksum: f806e85972c47762b6bc09c0773b3430 (MD5) Previous issue date: 2013-03-21 / The inverse conductivity problem consists in determining the thermal conductivity distribution of a body from boundary measurements. In this work, we want to reconstruct a set of inclusions with a different thermal conductivity from the medium by subjecting the body through a thermal excitations and taking temperature measurements on the boundary. Since the inverse conductivity problem is overdetermined, the idea is to rewrite it in the form of an optimization problem. In particular, we minimize a shape functional based on the Kohn-Vogelius criterion that measures the misfit between two auxiliaries problems. One of them contains information on the boundary measurement while the other one contains information on the boundary excitation. Over the solution to the inverse problem, both solutions to the auxiliaries problems coincide. The Kohn-Vogelius criterion is then minimized by using the so-called topological derivative concept. This derivative measures the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal singular domain perturbation. Next, the inverse problem is redefined in the context of Bayesian inference, that consists in codifying a previously known information from a priori probability distribution to be updated through the Bayes Theorem once a new information is introduced. In order to reduce the computational cost of sample numerical methods commonly used in this type of approach, the topological derivative is used as a probability indicator in the construction of the likelihood function to obtain a probability distribution of the set of inclusions, which leads to a probabilistic reconstruction algorithm based on the Bayesian topological derivative concept introduced in this work for the first time. Finally, some numerical experiments are presented. / O problema inverso da condutividade consiste em determinar a distribuição de condutividade térmica de um corpo a partir de medidas tomadas na fronteira. Neste trabalho, objetiva-se reconstruir um conjunto de inclusões com coeficiente de condutividade térmica distinto do meio, submetendo o corpo a excitações térmicas e medindo a correspondente distribuição de temperatura sobre sua fronteira. Como o problema inverso da condutividade é sobredeterminado, a ideia é reescrevê-lo na forma de um problema de otimização. Em particular, objetiva-se minimizar um funcional de forma baseado no critério de Kohn-Vogelius, que mede a diferença entre as soluções de dois problemas auxiliares. Um deles contém informação sobre a leitura e outro sobre a excitação, ambos definidos na fronteira do corpo. Sobre a solução do problema inverso, ambas as soluções dos problemas auxiliares coincidem. O critério de Kohn-Vogelius é então minimizado utilizando o conceito de derivada topológica, que mede a sensibilidade de um dado funcional quando uma perturbação infinitesimal singular é introduzida em um ponto arbitrário do domínio. Em seguida, o problema inverso é redefinido no contexto de inferência bayesiana, que consiste em codificar informações previamente conhecidas a partir de uma distribuição de probabilidade a priori a ser atualizada através do teorema de Bayes, a cada nova informação introduzida. Com a finalidade de se reduzir o custo computacional de métodos numéricos de amostragem, comumente utilizados neste tipo de abordagem, a derivada topológica será utilizada como um indicador de probabilidade na construção da função de verossimilhança para se obter uma distribuição de probabilidade do conjunto de inclusões, o que conduz a um algoritmo de reconstrução probabilístico baseado no conceito de derivada topológica bayesiana, introduzido pela primeira vez nesse trabalho. Finalmente, são apresentados alguns experimentos numéricos.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Esparta.pdf: 1410380 bytes, checksum: 6f4e3d1a3cbb8918a9f6e8824c0c550a (MD5) Previous issue date: 2013-03-21 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The topological derivative measures the sensitivity of a given shape functional when an infinitesimal singular domain perturbation is introduced in an arbitrary point of the domain of the problem. According to the specialized literature, the topological derivative has been fully developed for a wide range of one single physical phenomenon modeled by partial differential equation. The purpose of the present work is to carry out the topological sensitivity analysis in a semi-coupled model. In particular, is considered the classical mechanical problem of elasticity with initial thermal stress. The linear elasticity problem is modeled by the Navier equation and it's coupled with the steady-state heat conduction problem (modeled by the Laplace equation). The mechanical coupling term comes out from the thermal stress induced by the temperature field. Since this term is non-local, is necessary to introduce a non-standard adjoint state, which allows to obtain a closed form for the topological derivative. Finally, is provided a full mathematical justification for the derived formulas and develop precise estimates for the remainders of the topological asymptotic expansion. / A derivada topológica mede a sensibilidade de um funcional de forma quando uma perturbação singular infinitesimal é introduzida num ponto arbitrário do domínio de definição do problema. Na literatura especializada, a derivada topológica tem sido desenvolvida para uma grande variedade de fenômenos físicos modelados por somente uma equação diferencial parcial. O presente trabalho tem como propósito principal desenvolver a análise de sensibilidade topológica em um modelo semi-acoplado. Considera-se, em particular, o problema mecânico clássico de elasticidade com tensão inicial de origem térmica. O problema elástico, modelado pela equação de Navier, encontra-se acoplado a um problema de condução de calor estacionário (modelado pela equação de Laplace). O termo de acoplamento mecânico vem da tensão térmica induzida pelo campo de temperatura. Como este termo de acoplamento é não local, na análise de sensibilidade é necessário introduzir um estado adjunto não padrão que permite obter uma forma fechada para a derivada topológica. Finalmente, são fornecidas as justificativas matemáticas completas das fórmulas obtidas e estimativas precisas dos termos remanescentes da expansão assintótica topológica.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:58:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 XavierMsc2014.pdf: 634165 bytes, checksum: 805b0a958b910d37233afe3e1eb19713 (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / A derivada topologica mede a sensibilidade de um dado funcional de forma em relacao a uma perturbacao singular infinitesimal no dominio, tal como a insercao de furos, inclusoes, termos fonte ou ate mesmo trincas. Este conceito relativamente novo tem sido utilizado com exito no tratamento de uma ampla gama de problemas. Neste trabalho, a derivada topologica e aplicada no contexto de otimizacao topologica de estruturas submetidas a pressao hidrostatica, levando em conta uma restricao de volume. Em particular, a expansao assintotica topologica da energia potencial total associada ao problema de elasticidade linear em estado plano de tensao ou deformacao, considerando como perturbacao topologica a nucleacao de uma inclusao circular com condicao de transmissao nao homogenea, e rigorosamente desenvolvida, o que representa a principal contribuicao deste trabalho. Fisicamente, tem-se uma pressao hidrostatica atuando sobre a interface da perturbacao topologica. O resultado obtido e entao utilizado para construir um algoritmo de otimizacao topologica baseado na derivada topologica associada, conjuntamente com o metodo de representacao do dominio por funcao level-set. Finalmente, sao apresentados alguns exemplos numericos. vii

Thesis--Lund. / Extra t.p., with thesis note inserted. Imprint on cover: Lund, C.W.K. Gleerup. "A study of problems connected with Riesz' generalization of the Riemann-Liouville integral."--Introd. "References": p. [98].

A matéria não é uniformemente distribuída no Universo, mas é organizada em galáxias, aglomerados de galáxias e mesmo em superaglomerados de galáxias. Conseqüentemente, conforme a Relatividade Geral de Einstein, a curvatura do espaço-tempo não permanece constante indefinidamente, mas flutua. Nós mostramos aqui que, surpreendentemente, estas flutuações podem causar estabilização em trajetórias de fótons mesmo em modelos com curvatura negativa constante e topologia compacta, que se caracterizam por serem extremamente caóticas. Essa estocasticidade tem sido usada para explicar a homogeneidade pré-inflacionária, e o fato de que as flutuações na radiação cósmica de fundo são gaussianas, numa margem de 97%. Mostramos analítica e numericamente que flutuações randômicas na curvatura podem levar à estabilização estocástica de trajetórias de fótons. Também mostramos a analogia desse problema com a dinâmica do pêndulo invertido, e discutimos as conseqüências dessa estabilização para a gaussianidade das flutuações de temperatura da radiação cósmica de fundo. / Matter is not uniformly distributed in Universe but it is organized into galaxies, galaxies dusters and even superdusters of galaxies. Consequent1y, from the General Relativity of Einstein, the spatial curvature of the universe fluctuates. We show here that these fluctuations can cause stabilization of photon trajectories even in models with constant negative spatial curvature and compact topologies, which imply chaotic photonic dynamics. This has been put forward as an explanation of pre-inflationary homogeneity and to the fact that fluctuations in the cosmic microwave background are dose to gaussian. We show here analytically and numerically that random fluctuations in the curvature can lead to stochastic stabilization of photon trajectories. It is also discussed the analogy with the problem of the inverted pendulum dynamics, and the consequences for the gaussianity of temperature fluctuations of the Cosmic Microwave Background.

O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever a teoria e implementação paralela. em PVM, de dois algoritmos iterativos do tipo quasi-Newton - Newton-GNIRES e Broyden- para a solução de equações não lineares F= O, onde a função F: Rn -t Rn é de classe C1 e seu Jacobiano J( x) é esparso. Uma ilustração e comparação destes métodos com suas versões sequenciais é obtida ao aplicá-los a dois probJemas específicos. / The objective of this work is to introduce anel describe the theory anel implementation on PVM, of two quase-Newton iterative algorithms - NewtonGA1RES e Broyden - for the resolution of nonlinear equations F = O, where a function F : Rn --+ Rn is of class C1 and its Jacobian J(x) is sparse. An ilustration and comparison of these methods with their serial versions is obtained as they apply to two especific problems.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:28:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissACP.pdf: 615136 bytes, checksum: 3b5921d437ccbc2c7ef32a52a7b0a094 (MD5) Previous issue date: 2004-03-01 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we proof, by compactness methods, a local and global existence result for p-laplacian diferential inclusions with p > 2. Most of relevant theorems we need are in this text, including Monotone and Multivalued Operators Theory. / Neste trabalho demonstramos, usando métodos de compacidade, um resultado de existência local e global para inclusões diferenciais governadas pelo p-laplaciano, com p > 2. Quase totalidade dos pré-requisitos para a demonstração deste resultado estão incluídos no texto. Entre estes, destacamos a Teoria de Operadores Monótonos e Operadores Multívocos.