Neste trabalho se buscou criar uma base tecnológica para síntese digital e visualização virtual de microestruturas de materiais policristalinos monofásicos, visando disponibilizar software e metodologias de baixo custo aos pesquisadores da área ou de áreas correlatas. Para isso foram levantados e testados métodos, sistemas, bibliotecas e algoritmos computacionais pertinentes ao problema em questão. A técnica de síntese escolhida adotou uma simulação física de empacotamento de partículas seguida por tesselação espacial baseada no diagrama Voronoi. Para testar a abordagem uma amostra de um material real foi reconstituída digitalmente. O modelo reproduziu com grande precisão a distribuição de tamanhos de grão, o número de faces por grão e o número de vizinhos imediatos da referência. Na frente de visualização virtual buscou-se definir um modelo capaz de lidar com grandes quantidades de dados e baseado em princípios cognitivos sólidos, que permitisse maior extração de conhecimento de modelos microestruturais. A técnica de visualização em múltiplas escalas foi considerada a mais apropriada aos modelos cujos objetos e detalhes abrangem diversas escalas espaciais, permitindo ao computador lidar com vastas quantidades de dados ao alternar entre qualidade e quantidade no processo de geração de imagens. Técnicas de visualização tradicionais também foram testadas e a técnica de corte se mostrou fundamental, principalmente para a exploração direta do interior do modelo, mas também para a extração de dados voltados a análise microestrutural estereológica. / The main goal of this work is to create a technological foundation for digital synthesis and virtual visualization of single-phase polycrystalline materials microstrutures, aiming to offer low cost software and methodologies to materials science researchers and alike. Several methods, applications, libraries and algorithms were tested and the most appropriate were selected for further exploration. The chosen microstructural synthesis technique uses newtonian particle packing simulation, followed by a Voronoi-based tesselation. This simple approach were put to test using a real material sample. The sample were digitally built and meaningfull parameters like grain size distribution, edges per face and mean number of neighbours were replicated with acceptable precision. Regarding visualization, the most relevant issue was the specification of a computationally scalable method based on proven cognitive principles, capable to deal with a huge amount of information and to support efficient knowledge extraction from microstructural models. The multiscale approach has proved to be the most suited for models that spans several scales in space, allowing computers to store and display large quantities of data and to manage the tradeoff between quality and quantity in the rendering process. Traditional visualization techniques were tested as well and section visualization has proved to be paramount for internal model visualization, as it is for stereological microstructural analysis.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-03T11:08:28Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 769318 bytes, checksum: 7af8b476ae5335844ce3f0c1ba96762d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-03T11:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 769318 bytes, checksum: 7af8b476ae5335844ce3f0c1ba96762d (MD5) Previous issue date: 2005-03-04 / Este trabalho teve por objetivo caracterizar a morfometria de areias reconstituídas (fração areia sem a presença de agentes cimentantes) e esferas de vidro, pela utilização dos índices morfométricos arredondamento, alongamento, diâmetro de Feret e compacidade, e analisar a sua correlação com a porosidade total, resistência à penetração e curvas de retenção pelo ajuste de curvas de regressão. Outro propósito desse estudo foi avaliar a elevação da densidade em sistemas binários e ternários de esferas de vidro e sistemas binários de areias reconstituídas sujeitos à ação vibratória controlada, em função da porcentagem das classes envolvidas e das relações entre os seus diâmetros médios. Para isso, foram coletadas 14 amostras de solo/sedimento em diferentes localidades dos estados de Minas Gerais e Espírito Santo e adquiridas esferas de vidro para simulação de empacotamentos binários e ternários. As amostras de solo/sedimento foram submetidas a pré-tratamentos para obtenção da fração areia limpa e posterior peneiramento para separação em 21 classes entre os diâmetros de 2,000 e 0,053 mm. Foram avaliadas a densidade aparente, densidade de partículas, porosidade total, resistência à penetração e curvas de retenção de água das amostras de areias reconstituídas, e a análise morfométrica das esferas de vidro e das amostras de areias reconstituídas com base nos índices arredondamento, alongamento, diâmetro de Feret e compacidade. Para a aquisição das imagens foram utilizados scanner para as frações maiores que 0,250 mm e câmara digital acoplada a microscópio com objetiva 4x para as frações menores que 0,250 mm. Foram obtidas cerca de 2.000 imagens e analisadas 145.000 partículas, aproximadamente. Utilizou- se o programa Adobe® Photoshop® CS para o processamento das imagens e os programas QUANTIPORO e Microsoft® Office Excel 2003 para a geração dos índices morfométricos. A porosidade total foi explicada pelos índices arredondamento, diâmetro de Feret e compacidade. Contudo, o R2 manteve-se baixo, refletindo a variabilidade morfométrica existente, devido à dureza e ausência de clivagem do quartzo. A resistência à penetração e a microporosidade apresentaram ajuste de regressão com o diâmetro de Feret, não sendo explicados pelos demais índices. Os modelos matemáticos propostos para o ajuste das curvas de retenção apresentaram-se satisfatórios para as amostras analisadas. A elevação da densidade em sistemas binários e ternários apresentou alta dependência da relação entre os diâmetros médios das classes envolvidas e da proporção de material "fino" existente. / The aim of the present paper was to characterize the morphometry of restored sand (sand fraction free from the presence of cementing agents) and glass spheres through the application of morphometric indexes of roundness, elongation, Feret's diameter and compactness, as well as to analyze their correlation with total porosity, resistance to penetration and retention curves by the adjustment of regression curves. Besides, this study also had the objective to evaluate the increase in density in binary and ternary systems of glass spheres and binary systems of restored sand submitted to the vibratory controlled action due to the percentage of the involved classes and the relation among their average diameters. In order to do so, 14 samples of soil/sediment were collected in different areas of the states of Minas Gerais and Espírito Santo, and glass spheres were acquired for the simulation of binary and ternary packing. The samples of soil/sediment were submitted to pre-treatments for the obtainment of the clean sand fraction and posterior screening for the division into 21 classes among the diameters of 2,000 and 0,053 mm. The elements to be evaluated in the process were apparent density, density of particles, total porosity, resistance to penetration and water retention curves of the samples of restored sand as well as the morphometric analysis of the glass spheres and ixof the restored sand based on the indexes of roundness, elongation, Feret's diameter and compactness. A scanner was used for the acquisition of images for fractions larger than 0,250 mm and a digital camera connected to a microscope with objective 4x was used for fractions smaller than 0,250 mm. Around 2,000 images were obtained, and approximately 145,000 particles were analyzed. The Adobe® Photoshop® CS program was used for the image processing and the programs QUANTIPORO and Microsoft® Office Excel 2003 were employed for the creation of the morphometric indexes. The total porosity was explained through the indexes of roundness, Feret's diameter and compactness. However, R2 was kept low reflecting an existing morphometric variability due to the hardness and lack of cleavage presented by quartz. In spite of presenting regression adjustment through Feret's diameter, both resistance to penetration and microporosity could not be explained through the other indexes. The mathematical models proposed to the adjustment of the retention curves proved to be satisfactory for the analyzed samples. The increase in density in binary and ternary systems presented to be highly dependent on the relation between the average diameters of the involved classes and the proportion of the "fine" existing material.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6247.pdf: 402318 bytes, checksum: 7186b8bdc7dec88216a401f179cd64aa (MD5) Previous issue date: 2014-03-21 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we approach the nonrelativistic quantum mechanics from the point of view of mathematical physics; we present estimates of some dynamical quantities that are used to describe the return probability to the initial state. Such estimates are related to Hausdorff and packing dimensions of the relevant spectral measures. After defining such dimensions we discuss some tools to characterize the quantum dynamics of a particle in one dimension. Then we summarize some standard facts from the literature and the quantities we are interested in. Finally, as an application, estimates of some dynamical quantities based on concepts from statistical mechanics are presented. / Na abordagem da mecânica quântica não-relativística e do ponto de vista da física matemática, neste trabalho apresentamos estimativas de quantidades que descrevem o crescimento de magnitudes físicas que caracterizam a evolução temporal de um sistema quântico, tal como o momento associado a probabilidade de retorno. Estas estimativas envolvem as dimensões de Hausdorff e de empacotamento da medida espectral associada ao grupo unitário que descreve a evolução temporal de um sistema. Em primeiro lugar, introduzimos as medidas de Hausdorff e empacotamento de uma medida. A continuacão, definimos as ferramentas que nos permitirão caracterizar matematicamente a dinâmica de uma partícula em uma dimensão. Em seguida apresentamos um resumo que inclui resultados da teoria de operadores auto-adjuntos e grupos unitários de evolução, tais como o teorema espectral e o teorema de Stone, os quais serão relevantes em nosso estudo. Após isso, apresentamos as quantidades que desejamos estimar e suas estimativas. Finalmente, o leitor encontrará uma aplicação destas estimativas, que consiste na estimativa de quantidades definidas a partir de conceitos da mecânica estatística.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4071.pdf: 1584989 bytes, checksum: c5d431c41837e054ef8d40a5d71b1e21 (MD5) Previous issue date: 2011-12-09 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this research, we study lot sizing problems with decisions on product distribution and, also, problems that integrate lot sizing decisions and product packing in the vehicles (bins). In general, these problems involve a trade-off among production costs, holding costs and distribution costs. The lot sizing problems consider limitations in the production capacity and demand delivery deadline. The distribution decisions are related to the product loading into the unit load device (pallets, containers or trucks). The packing problems may involve one, two or three dimensions relevant to the product loading. The problems are modeled by mathematical programming and solved by the branch-and-cut method of an optimization package, and then, the performance and the results obtained are analyzed. Furthermore, heuristic methods are specifically developed in order to provide an approximate solution for these problems. The heuristic methods are built according to the lagrangian relaxation and ant colony optimization. All the methods are tested and evaluated, regarding the solutions found by the optimization package for the proposed models. / Neste trabalho, são estudados problemas de dimensionamento de lotes de produção com decisões de distribuição dos produtos e, também, problemas que integram decisões de dimensionamento de lotes e empacotamento dos produtos em veículos (bins). Em geral, estes problemas envolvem um balanceamento (trade-off) entre os custos de produção, os custos de estocagem e os custos de distribuição. As decisões de dimensionamento de lotes consideram limitações das capacidades de produção e prazos de entrega da demanda. As decisões de distribuição estão relacionadas ao carregamento e transporte dos produtos dentro dos dispositivos de unitização de carga (paletes, contêineres, carrocerias de caminhão, etc.). O carregamento dos produtos pode envolver uma, duas ou três dimensões relevantes para o empacotamento ou arranjo dos produtos dentro dos veículos. Os problemas estudados são modelados via programação matemática e resolvidos pelo método branch-and-cut de um pacote de otimização, e os desempenhos e resultados obtidos são analisados. Além disso, também são desenvolvidos métodos heurísticos específicos para a resolução aproximada de alguns destes problemas. Os métodos heurísticos são construídos tendo como base a relaxação lagrangiana e a otimização baseada em colônias de formigas. Todos os métodos são testados e avaliados, levando em conta as soluções encontradas pelo pacote de otimização com os modelos propostos.

Submitted by Carlos Roberto Lopes Vicente null (crlvicente@hotmail.com) on 2018-03-06T19:32:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Carlos.pdf: 1349576 bytes, checksum: 4bf9e37bb7bc9015d50dd54931d60cdd (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-03-07T18:09:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vicente_crl_me_sjrp.pdf: 1349576 bytes, checksum: 4bf9e37bb7bc9015d50dd54931d60cdd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-07T18:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vicente_crl_me_sjrp.pdf: 1349576 bytes, checksum: 4bf9e37bb7bc9015d50dd54931d60cdd (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Na busca por novos sistemas de comunicações muitos trabalhos têm sido realizados com o objetivo de obter constelações de sinais e códigos geometricamente uniformes no espaço euclidiano. Neste contexto, nossa proposta é identificar uma estrutura algébrica e geométrica para reticulados algébricos provenientes do homomorfismo canônico que possuam densidade centro ótima. Nesse sentido, a presente dissertação tem como foco as extensões galoisianas de grau primo ímpar p e encontrar estruturas de Z-módulos via essas extensões que gerem reticulados algébricos com densidade de centro ótima. / In the search for new communication systems many works have been performed in order to get constellation geometrically uniform signs and codes in Euclidean space. In this context, our proposal is to identify an algebraic and geometric structure for algebraic lattices from the canonical homomorphism possessing great center density. In this sense, this project focuses on the galoisian extensions of p odd prime degree and find Z-module structures via these extensions that create algebraic lattices with great center density. / 2015/20595-4

A presente pesquisa tem como objetivo estudar a integração entre dois temas clássicos da literatura de pesquisa operacional e gestão de operações: problemas de corte e empacotamento; e problemas de programação da produção. Ainda que sejam duas áreas intensamente exploradas e pesquisadas, e, ainda, que seja uma situação facilmente encontrada em sistemas de produção reais, abordagens de ambos problemas de forma coordenada ainda carecem de maiores pesquisas. Neste trabalho é feita uma revisão de ambos temas, com foco em problemas de bin packing e programação em ambiente de máquina única com objetivo de minimizar soma de atrasos e adiantamentos ponderados. Uma formulação matemática linear e inteira mista é proposta para o problema, contemplando as restrições que concernem a cada um e também à sua consideração simultânea. Como se trata de um problema que une dois outros, cada um NP-hard isoladamente, um método heurístico é proposto para obter uma solução interessante em tempos computacionais bastante reduzidos. Foram obtidas propriedades físicas de definição de data ideal de programação de um conjunto de itens atribuídos a um bin. Também é proposto um método para geração de um limitante inferior melhorado em relação a pacotes de otimização de mercado para o problema. Ambos métodos foram testados em uma massa de dados de 1.152 instâncias, geradas para retratar cenários de diferentes datas de entrega, setups, custos de atraso e adiantamento em relação à matéria-prima, tamanho de itens e número de itens na instância. Os resultados mostram-se largamente superiores aos obtidos por um otimizador genérico (CPLEX), embora ainda sejam gaps excessivamente grandes, o que reforça a dificuldade do problema. / The present research aims to explore the integration between two classic themes on operations research and operations management literature: cutting and packing problems; and production scheduling problems. Although they are intensive explored and researched areas and, besides, it\'s an easily found situation on real production systems, coordinated approaches of both themes still need deeper research. On this paper, it was done a review of both themes, focusing on bin packing problems and single-machine environment scheduling problems aiming to minimize total weighed earliness and tardiness. A mixed integer-linear mathematical formulation is proposed to the problem, including constraints referred to each problem and, also, to their simultaneous consideration. Once it\'s a problem that joins the other two, each one NP-hard solely, an heuristic method is proposed to obtain an interesting solution in reasonable computational times. Physical properties were identified, defining the best date to allocate a given lot of items to be processed together. Also, a lower bound generation method is proposed, improving the one generated by optimization softwares. Both methods were tested on a 1.152 instances mass of data, generated to represent well several scenarios of different due dates, setup times, earliness and tardiness costs compared to raw material, size of items and number the items the instance. Results show largely superiority the ones obtained by an optimization pack (CPLEX), although gaps are still excessively large, fact the reinforces problem\'s difficulty.

Os problemas de corte e empacotamento são muito comuns nas indústrias e na logística. Dado um conjunto de N itens com diferentes pesos e um conjunto de M contentores com capacidade C, o problema de empacotamento unidimensional consiste em determinar o menor número de contentores a serem utilizados para alocar todos os itens respeitando a restrição de capacidade dos contentores. Nesse estudo pretende-se resolver o problema com instâncias benchmark da literatura, por meio de sessenta heurísticas diferentes, que são comparadas a quatro limitantes inferiores propostos na literatura com o intuito de avaliar a qualidade da solução heurística. Quatro limitantes inferiores e dez heurísticas construtivas diferentes foram programados em C++ num mesmo ambiente computacional, permitindo sua comparação tanto em termos de qualidade das soluções, quanto em termos dos tempos de processamento. Uma heurística simples de troca de itens entre contentores chamada Diferença-de-Quadrados foi proposta para melhorar as soluções iniciais do problema. A metaheurística simulated annealing foi acionada para melhorar a solução inicial quando o limitante inferior não foi atingido. Os parâmetros dos simulated annealing foram determinados com os dados das instâncias de forma diferente da utilizada na literatura. As combinações entre as dez soluções iniciais, a heurística Diferença-de-Quadrados e o simulated annealing geraram um conjunto de sessenta heurísticas diferentes. Os resultados mostraram que o algoritmo proposto é eficiente para resolver o problema com tempos de processamento adequados a tomada de decisão. / Cutting and packing problems are very common in industries and logistics. Given a set of N items with different weights and a set of M bins with full capacity C, the one-dimensional bin packing problem consists of determining the smallest number of bins capable to allocate all items respecting the capacity constraint of the bins. that impose that the sum of the weights of the items allocated to the bin is less than or equal to their capacity. In this study we intend to solve the problem with benchmark instances of the literature, by means of sixty different heuristics, which are compared to four lower bounds proposed in the literature in order to evaluate the quality of the heuristic solution. Four lower bounds and ten different constructive heuristics were programmed in C++ in the same computational environment, allowing their comparison both in terms of the quality of the solutions and in terms of processing times. A simple heuristic of item exchange between bins called Difference-of-Squares was proposed to improve the initial solutions of the problem. The simulated annealing metaheuristic was triggered to improve the initial solution when the lower bounds was not reached. The parameters of the simulated annealing were determined with the data of the instances differently from that used in the literature. The combinations of the ten initial solutions, the Difference-of-Squares heuristic and the simulated annealing generated a set of sixty different heuristics. The results showed that the proposed algorithm is efficient to solve the problem with adequate processing times for decision making.

Este trabalho apresenta o uso de planejamento granulométrico na preparação e caracterização de suspensões concentradas de alumina em meio aquoso, que posteriormente deverão ser utilizadas para a conformação por colagem em fitas - processo de tape casting. A suspensão foi preparada utilizando-se duas ou mais distribuições granulométricas diferentes na sua formulação, a fim de promover a otimização do empacotamento de partículas. As condições para estabilização das suspensões preparadas foram obtidas por meio de estudos de comportamento reológico e através de curvas isotermas de adsorção, por meio de medidas de viscosidade em função da concentração de aditivo dispersante e de medidas de mobilidade eletroforética dinâmica, respectivamente. Os valores mostram a qualidade dos dados obtidos nas simulações quanto aos valores de IPS calculados, em função de uma quantidade de água pré estabelecida de 35% em volume, ficando em média próximo do valor de 0,150µm, para as formulações simuladas. Desta forma foi possível preparar uma suspensão concentrada com empacotamento de partículas otimizado podendo chegar a um valor máximo de 60% em volume de sólidos, com possibilidades de minimizar os possíveis efeitos adversos da retração durante a secagem e queima dos filmes. / This paper presents the use of grain size in the pack planning for preparation and characterization of a concentrated suspension of alumina in aqueous medium, which subsequently will be used for the conformation by tape casting process. The suspension was prepared using two or more different particle size distributions in the formulation to promote the optimization of particle packing. The definitions of stability and rheological behavior of dispersion curves were made by adsorption isotherms, by measuring electrokinetic mobility and viscosity curves as a function of concentration of additives, respectively. The results show the quality of data obtained in the simulations as the maximum values of IPS for each formulation. Then, it is possible to prepare a concentrated suspension with optimized particle packing and may reach a maximum value of 60% by volume of solids, with opportunities to minimize the possible adverse effects of shrinkage during drying of the films.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / No presente trabalho realizamos uma sÃrie de experimentos acerca do processo de injeÃÃo de um fio magÃtico no interior de uma cavidade circular rı́gida com o objetivo de obter uma melhor compreensÃo sobre as caracterı́sticas das morfologias geradas dependendo das condiÃÃes inici- ais. Nossos resultados indicam a possibilidade de formaÃÃo de duas morfologias que apresentam caracterı́sticas bastante distintas. Quando os dois fios injetados em posiÃÃes diametralmente opostos na cavidade apresentam dipolos magnÃticos que apontam na mesma direÃÃo, porÃm em sentidos opostos, observamos a formaÃÃo do padrÃo tipo Espiral. Jà no caso dos dois fios apre- sentarem dipolos que apontam na mesma direÃÃo e sentido, os padrÃes de empacotamentos sÃo do tipo Loop. Em seguida, realizamos uma sÃrie de anÃlises estatı́sticas com bases nas imagens das estruturas formadas durante a injeÃÃo do fio na cavidade. Como resultados destas anÃlises observamos que a morfologia da estrutura no caso do empacotamento tipo Loop apresentava uma distribuiÃÃo de tamanhos de laÃos que exibe um comportamento em lei de potÃncia quanto a quantidade de laÃos formados em funÃÃo da fraÃÃo de ocupaÃÃo da cavidade φ do tipo N l ∝ φ α . O expoente α que governa o comportamento em lei de potÃncia à bastante diferente dos expoen- tes encontrados para o caso de empacotamento de fios. Acreditamos que esta diferenÃa se deve a presenÃa de forÃas de longo alcance que estÃo presentes em sistemas magnÃticos. / In this work we created some experiments concerning about injection process of magnetic wire into a rigid circular cavity in order to get a better understanding about characteristics of the morphologies generate under certain initial conditions. Our results implies the possibility of formation of two morphologies that have dierent characteristics. When the two wires injected diametrically opposite, but have magnetic dipoles in opposite direction we achieve spiral morphology. In the case of the two wires injected diametrically opposite, but have magnetic dipoles in same direction we achieve loop morphology. So we make a series of statistical analysis based on the image structures, form during the injection of the wire in the cavity. As a result these analyzes we found that the loop morphology showed a size ties distribution like power law in function of the packing fraction , behaving as Nl / . The exponent rules the behavior of a power law is quite dierent from those found in other works about packing wires. We believe the dierence comes from to the presence of long-range forces present in magnetic systems.