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.

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.

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 2016-12-23T14:34:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Reis.pdf: 450574 bytes, checksum: e0b780cd355e7a6c2c2223fb6ef6139b (MD5) Previous issue date: 2011-06-30 / In this work we study the existence of multiple positive solutions for a system of elliptic equations involving critical Sobolev exponent in a bounded domain in RN. These results were demonstrated by Pigong Han. The sub-supersolution method allows to obtain a minimal solution when a parameter " > 0 is small enough. In the critical case, by using the variational method, we may prove the existence of a second positive solution. In the supercritical case, by using the Pohozaev identity, we obtain that the existence of solutions is related to the existence of nonnegative solutions for two linear elliptic problems / Neste trabalho estudamos a existência de múltiplas soluções positivas de um sistema de equações elípticas semilineares envolvendo o expoente crítico de Sobolev em um domínio limitado do RN. Tais resultados foram demonstrados por Pigong Han. O método de sub-supersolução permite obter uma solução minimal quando um parâmetro " > 0 e suficientemente pequeno. No caso crítico, utilizando o método variacional, é possível garantir a existência de uma segunda solução positiva. No caso supercrítico, utilizando a identidade de Pohozaev, obtém-se que a existência de soluções esta condicionada a existência de soluções não negativas de dois problemas elípticos lineares

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SantosMSc2012.pdf: 586000 bytes, checksum: 66672450ad446038f75498b0d43aaab5 (MD5) Previous issue date: 2012-11-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / The topological derivative measures the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal singular domain perturbation, such as the insertion of holes, inclusions or source-terms. The topological derivative has been successfully applied in obtaining the optimal topology for a large class of physics and engineering problems. In this work a methodology for the topology optimization of structures under plane strain assumption is presented. The idea is to minimize the structural compliance under volume constraint. Since we are dealing with multiple load-cases, a multi-objective optimization problem is proposed, where the topological sensitivity is obtained as a sum of the topological derivatives associated with each load-case. The volume constraint is imposed through the Augmented Lagrangian Method. The obtained result is used to devise a topology optimization algorithm based on the topological derivative together with a level-set domain representation method. Finally, the proposed methodology is illustrated in a set of finite element-based numerical examples of structural optimization. / A derivada topológica mede a sensibilidade de um dado funcional com respeito a uma perturbação singular infinitesimal no domínio, como a inserção de furos, inclusões ou até mesmo termos fonte. A derivada topológica vem sendo utilizada com sucesso na obtenção da topologia ótima para uma grande classe de problemas da física e da engenharia. Neste trabalho é apresentada uma metodologia de otimização topológica para o problema de elasticidade linear em estado plano de deformação, minimizando a flexibilidade da estrutura submetida a múltiplos casos de carregamentos e atendendo a uma restrição de volume. Para tratamento dos múltiplos casos de carregamento é proposto um problema de otimização multiobjetivo em que a sensibilidade é obtida como a soma das derivadas topológicas para cada caso de carregamento. O método do Lagrangeano Aumentado é utilizado no controle de volume. O resultado obtido é então empregado na construção de um algoritmo de otimização topológica baseado na derivada topológica conjuntamente com uma representação do domínio por função level-set. Finalmente, a metodologia proposta é validada através de diversos experimentos numéricos.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CinthiaMsc2012.pdf: 994277 bytes, checksum: 013909f014a68637b4dd646de35291cc (MD5) Previous issue date: 2012-11-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / The topological derivative measures the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal singular domain perturbation, such as the insertion of holes, inclusions or source-terms. The topological derivative has been successfully applied in the treatment of a wide range of problems such as topology optimization, inverse analysis and image processing. In this work the topological derivative is applied in the context of topology optimization of structures under plane stress assumptions and subject to multiple load cases. In particular, the structural compliance is minimized under volume constraint imposed through the Augmented Lagrangian Method. Since we are dealing with multiple load cases, a multi-objective optimization problem is proposed and the topological sensitivity is obtained as a sum of the topological derivatives associated with each load case. The obtained result is used to devise a topology optimization algorithm based on the topological derivative together with a level-set domain representation method. Finally, several finite element-based examples of structural optimization are presented. / A derivada topológica é um campo escalar que mede a sensibilidade de um dado funcional de forma quando o domínio de definição do problema sofre uma perturbação singular infinitesimal, como a inserção de furos, inclusões ou termos fontes. Este conceito tem sido reconhecido como uma poderosa ferramenta na obtenção da topologia ótima em diversos problemas da física e da engenharia; e vem sendo objeto de estudo em áreas de pesquisa como otimização topológica, processamento de imagens e problemas inversos. No presente trabalho, a derivada topológica é aplicada no contexto de otimização topológica de estruturas em estado plano de tensões, sujeitas a múltiplos casos de carregamento. Em particular,a complacência da estrutura é minimizada com restrição de volume imposta através do método do lagrangeano aumentado. Desde que lida-se com múltiplos casos de carregamento, é proposto um problema de otimização multiobjetivo e a sensibilidade é dada pela soma das derivadas topológicas para cada caso de carregamento. O resultado obtido é então utilizado como direção de descida da função custo em um algoritmo de otimização estrutural baseado na derivada topológica e na representação do domínio por função level-set. Finalmente, são apresentados alguns exemplos numéricos que permitem validar a metodologia proposta.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MScCampeao.pdf: 730731 bytes, checksum: 93bde1355e901654a01dbd2a0138fe35 (MD5) Previous issue date: 2012-01-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / In this work a methodology for the compliance topology design of Kirchhoff plates with volume constraint using topological derivative is presented. The topological derivative measures the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal singular domain perturbation, such as the insertion of holes, inclusions, source-terms or even cracks. Firstly, the hypothesis associated to the Kirchhoff elastic plates bending model are presented as well as the functional that represents the total potential energy of the plate. Then, the mathematical development to obtain the topological derivative considering as singular perturbation the introduction of a small circular inclusion is presented. The total potential energy is considered as shape functional together with a volume constraint. The use of two methods for volume control is discussed. The first one is done by means of linear penalization and does not provide direct control over the required volume fraction. In this case, the penalty parameter is the coefficient of a linear term used to control the amount of material to be removed. The second approach is based on the Augmented Langrangian method which has both, linear and quadratic terms. The coefficient of the quadratic part controls the Lagrange multiplier update of the linear part. Through this last method it is possible to specify the final amount of material in the optimized structure. Next, a topology design algorithm of Kirchhoff plates is presented, which uses the information provided by the topological derivative together with a level-set domain representation method. Finally, some numerical examples are presented in the context of compliance topology optimization with volume constraint. / Neste trabalho é apresentada uma metodologia para otimização topológica de placas de Kirchhoff minimizando a flexibilidade com restrição em volume utilizando derivada topológica. A derivada topológica mede a sensibilidade de um dado funcional de forma em relação a uma perturbação singular infinitesimal no domínio, tal como a inserção de furos, inclusões, termos fonte ou trincas. Primeiramente, são apresentadas as hipóteses associadas ao modelo de flexão elástica de placas de Kirchhoff bem como o funcional que representa a energia potencial total da placa e, em seguida, o desenvolvimento matemático para a obtenção da derivada topológica considerando como perturbação singular a introdução de uma pequena inclusão circular. A energia potencial total é considerada como funcional de forma juntamente com uma restrição de volume. Discute-se ainda a utilização de dois métodos para realizar o controle da restrição de volume. O primeiro é feito por meio de penalização linear e não fornece controle direto sobre a fração de volume requerida. Nesse caso, o parâmetro de penalidade é o coeficiente de um termo linear que é usado para controlar a quantidade de material a ser removido. A segunda abordagem é baseada no método do Lagrangeano Aumentado que possui um termo linear e um quadrático. O coeficiente da parte quadrática controla a atualização do multiplicador de Lagrange da parte linear. Através desse último método é possível especificar a quantidade final de material na estrutura otimizada. Dessa forma, é apresentado um algoritmo que utiliza a informação fornecida pela derivada topológica conjuntamente com um método de representação de domínio por função level-set na otimização topológica de placas de Kirchhoff. Por fim, alguns exemplos numéricos são apresentados no contexto de otimização topológica com restrição em volume.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-10-08T15:17:16Z No. of bitstreams: 1 tesi_Jemy.pdf: 3188495 bytes, checksum: 6f19a9e47b46b25dd3bf6e8713033c41 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2015-10-08T15:17:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tesi_Jemy.pdf: 3188495 bytes, checksum: 6f19a9e47b46b25dd3bf6e8713033c41 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-08T15:17:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tesi_Jemy.pdf: 3188495 bytes, checksum: 6f19a9e47b46b25dd3bf6e8713033c41 (MD5) Previous issue date: 2015-03-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this dissertation is to evaluate the value of certain parameters of a partial differential equation, using a Iterative method of Regularization (Landweber Nonlinear). This problem is motivated by the behavior of ion channels of the cell neural, which is of difficult experimental determination. We use a simplified model, in the case the passive cable equation, which is a linear parabolic differential equation, with terms of diffusion and reaction, not necessarily homogeneous. We consider that the terms of reaction are given by a function that depends on the variable space, and are unknown. To determine this function we use the nonlinear Landweber method, that, in a Hilbert space, search iterative approximations for the unknown function. Each step of this algorithm requires the solution of two parabolic partial differential equations and an integral and use the finite difference method to obtain the approximate solution of the partial differential equations, and the trapezoid method to obtain the solution of the integral, resulting a method computationally intensive. In this dissertation we describe the biological motivation of the problem and the mathematical basis of the algorithm, and teste various computer cases. / O objetivo desta dissertação é obter de forma indireta o valor de certos parâmetros de uma equação diferencial parcial, utilizando um método de Regularização Iterativo (Landweber não Linear). Este problema é motivado pelo comportamento de canais iônicos da célula neuronal, que é de difícil determinação experimental. Utilizamos um modelo simplificado, no caso a equação do cabo passivo, que é uma equação diferencial parabólica linear, com termos de difusão e reação, não necessariamente homogênea. Consideramos que o termo de reação é dado por uma função que depende da variável espacial, e é desconhecido. Para determinar essa função utilizamos o método de Landweber não linear, que, a partir de um ponto inicial qualquer (num espaço de Hilbert), busca de forma iterativa aproximações para a função desconhecida. Cada passo deste algoritmo requer a resolução de duas equações diferenciais parciais parabólicas e uma integral, utilizamos o método de Diferenças Finitas para obter a solução aproximada das equações diferenciais parciais e o método de trapézio para obter a solução da integral, resultando um método computacionalmente bastante intensivo. Nesta dissertação descrevemos a motivação biológica do problema, bem como a base matemática do algoritmo, e testamos vários casos computacionais.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-04-12T18:15:16Z No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 855206 bytes, checksum: d10e31928389222e4952d705ce5da5ac (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-04-12T18:15:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 855206 bytes, checksum: d10e31928389222e4952d705ce5da5ac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T18:15:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thesis.pdf: 855206 bytes, checksum: d10e31928389222e4952d705ce5da5ac (MD5) Previous issue date: 2016-07-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / We studied the uniform stabilization of a class of Timoshenko systems with tip load at the free end of the beam. Our main result is to prove that the semigroup associated to this model is not exponentially stable. Moreover, we prove that the semigroup decays polynomially to zero. When the damping mechanism is e ective only on the boundary of the rotational angle, the solution also decays polynomially with rate depending on the coe cients of the problem. / Estudamos a estabilização uniforme para uma classe de sistemas de Timoshenko com carga pontual na extremidade livre da viga. Nosso principal resultado é provar que o semigrupo associado com este modelo não é exponencialmente estável. Além disso, provamos que o semigrupo decai polinomialmente. Quando a dissipação é eficaz apenas sobre o limite do ângulo de rotação, a solução também decai polinomialmente com taxa de decaimento dependendo dos coeficientes do problema.