Orientadores: Marcelo Knobel, Lucila Helena Deliesposte Cescato / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:21:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_WagnerdeOliveirada_M.pdf: 19528973 bytes, checksum: 7a1e2008a2b3dee6576a7022583102ab (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nesta dissertação utilizamos a técnica de litografia holográfica para reproduzir padrões periódicos em fotorresinas, depositadas em substratos de quartzo e vidro, que posteriormente foram utilizados como molde para a deposição de materiais magnéticos, que, portanto reproduzirem a periodicidade da estrutura gravada na fotorresina. Uma vantagem desta técnica é a dimensão pequena das estruturas que podem ser produzidas com uma boa razão de aspecto em áreas da ordem de 1000 cm 2 , assim como o controle do seu espaçamento. A união desta técnica com a deposição de materiais por sputtering foi muito vantajosa, pois usando este tipo de deposição podemos, em princípio, selecionar qualquer tipo de material e reproduzir com grande eficiência os padrões determinados pelas máscaras holográficas. Os sistemas aqui estudados são nanofitas de três tipos de materiais magnéticos: Co, Ni e Ni80Fe20(permalloy). Isto nos dá a liberdade de estudar como varia a interação magnética entre as nanofitas em função da sua separação e também da sua espessura. Comparamos os resultados obtidos das amostras estruturadas com as sem estruturas e foi possível observar que a interação dipolar exerce uma função importante na mudança dos campos coercivos destas. Entretanto, observamos que o campo de troca é praticamente inalterado para as diversas amostras de mesma composição estudadas que possuem a mesma espessura, assinalando que este mecanismo independe da anisotropia de forma e da interação dipolar. Os resultados de ressonância ferromagnética (RFM) mostram que os campos de anisotropia das amostras são menores do que os previstos pelas curvas de magnetização destas, indicando que o campo medido pode ser na verdade um campo efetivo no qual poderíamos ter a contribuição do campo dipolar. / Abstract: In this thesis we employ the holographic lithography (HL) technique to reproduce periodic patterns that were subsequently used as masks for the deposition of magnetic materials by sputtering. The structures present the same periodicity of the previously recorded mask. One advantage of this technique is the very good aspect ratio, even for areas of the order of 1000 cm2, and the low dimensions achieved. Moreover, one has a complete control of the structures¿ periodicity. The combination of the HL with sputtering is very oportune because this kind of deposition allows one to work with any type of material. Then, one can reproduce with great efficiency the patterns introduced by the holographic masks. The studied magnetic systems were formed by three different types of magnetic materials: Co, Ni and Ni80Fe20(permalloy). We studied the variation of the magnetic interactions among the nanostripes both as a function of the separation among them and their thickness. By comparing the results from the structured samples with the continous one it was possible observe the important role of the dipolar interaction on the coercivity. Nevertheless, we noted that the exchange field does not change for different studied samples with the same composition and thickness, indicating that this behavior is independent of the shape anisotropy and the dipolar interactions. The results of ferromagnetic resonance (FMR) showed that the anisotropy fields of the samples are smaller than the ones predicted by the magnetic measurements, indicating that we measured an effective field with the contribution of the dipolar field. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Luiz Carlos Kretly / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:36:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MauricioWeberBenjoda_D.pdf: 10953654 bytes, checksum: 6b4d1b6000f187a807b5cec8ba653713 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, as diferentes propriedades de superfícies seletivas em frequência, FSS - Frequency Selective Surfaces, são analisadas. As FSS são estruturas planares com células periódicas e podem ser classificadas como uma classe de metamateriais. Para tanto, o mecanismo de trabalho dessas estruturas foi extensivamente estudado, e um método próprio, baseado no modelo de circuito equivalente em conjunto com simulações de onda completa foi proposto. A ferramenta desenvolvida é útil para uma análise preliminar rápida de FSS, a qual foi utilizada para criar uma base de dados de elementos conhecidos na literatura. Diferente dos modelos de análise clássicos, a modelagem analítica proposta, que é uma das principais contribuições do trabalho, usa um simples algoritmo para aproximar a resposta de superfícies seletivas em frequência com geometrias arbitrárias, para incidências normal e oblíqua e para substratos com quaisquer espessuras. Nesse sentido, após a simulação eletromagnética da estrutura, é possível computar a resposta de uma FSS com diferentes parâmetros sem o consumo de tempo das simulações de onda completa. O modelo usa as características peculiares de superfícies de alta impedância, HIS - High Impedance Surface, que dentro de determina faixa comporta-se como condutor magnético perfeito, PMC - Perfect Magnetic Conductor, enquanto no restante da banda tem comportamento de um condutor elétrico perfeito, PEC - Perfect Electric Conductor, para sintetizar absorvedores finos e planares de micro-ondas. As estruturas, compostas de superfície seletiva em frequência resistivas sobre um substrato dielétrico aterrado, são projetadas visando aplicação em diferentes faixas de frequência de absorção e diferentes larguras de banda. Na faixa de 5,5 GHz, objetivou-se satisfazer as especificações dos sistemas WIMAX, WLAN, com os padrões IEEE 802.11a, bem como sistemas de radar, enquanto sinais de outras faixas podem trafegar com atenuação mínima ou nula. Para a faixa mais elevada, projetou-se uma estrutura que oferece absorção sobre a faixa de frequências de 10 GHz a 18 GHz, que pode ser empregada visando aplicações na banda-X e banda-Ku. O método de modelagem para a FSS e para os absorvedores propostos foi validado fisicamente através de montagens experimentais e instrumentação, especialmente desenvolvidas para estas estruturas. Os protótipos dos absorvedores fabricados são extremamente finos e foram medidos por meio de setups de medida em campo aberto e em câmara anecóica. As estruturas projetadas mostraram excelente desempenho para as faixas medidas, mantendo refletividade tipicamente abaixo de -10 dB ao longo de toda a banda. A metodologia desenvolvida nesta pesquisa pode ser ampliada para diferentes faixas de frequências, larguras de banda e aplicações / Abstract: In this work, the different properties of frequency selective surfaces - FSS are analyzed. Frequency selective surfaces are planar structures with periodic cells and can be classified as a kind of metamaterials. To this end, the working mechanism of these structures has been extensively studied, and a proper method based on the equivalent circuit model in conjunction with full-wave simulations was proposed. The developed tool is useful for a fast preliminary analysis of FSS, which was used to create a database of known elements presented in the literature. Unlike of classical analysis model, the proposed analytical modeling, which is one of the main thesis contributions, uses a simple algorithm for approximate the response of frequency selective surfaces with arbitrary shape, for normal and oblique incidence and for substrates with all thicknesses. In this sense, after the electromagnetic simulation of the structure, it is possible to compute the response of an FSS with different parameters without the time consuming full-wave simulations. The model uses the unique characteristics of High-Impedance Surfaces - HIS, which for certain frequency range, behaves as Perfect Magnetic Conductor - PMC, while outside this band behaves as a Perfect Electric Conductor - PEC, for synthesizing thin planar microwave absorbers. The structures, comprising resistive frequency selective surfaces over a grounded dielectric substrate, are designed aiming different absorption frequency bands and different bandwidths. In the 5.5 GHz frequency range, the aim was to satisfy the specifications of WiMAX, WLAN systems, in view of the IEEE 802.11a standards, as well as radar systems, while signals from other bands can travel across with zero or minimal attenuation. To the highest range, the designed structure provides absorption over 10 GHz to 18 GHz frequency range, and can be applied to the X- and Ku- band. The modeling method for the FSS and the proposed absorbers was physically validated through experimental setups and instrumentation, especially developed for these structures. The prototype of the fabricated absorbers are extremely thin and were characterized by using free space and anechoic chamber measurement setups. The designed structures showed excellent performance for measurements ranges, with reflectivity typically below -10 dB over the entire band. The methodology developed in this research can be extended to different frequency bands, bandwidth and applications / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:42:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chang_PauloLeeKungCaetano_M.pdf: 2268901 bytes, checksum: 969b1f62e6eb27512023a9dccd41cac6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho estuda-se a propagação de ondas em meios elásticos periódicos e meios poro-elásticos. Para o estudo da propagação de ondas em meios elásticos periódicos, modelos discretos uni e bidimensionais são gerados - seguindo padrões encontrados na literatura - e simulados para a obtenção da estrutura de banda e da resposta em frequência, com o objetivo de observar-se o fenômeno band gap. Em seguida, estuda-se a propagação de ondas e a absorção em meios poro-elásticos periódicos. As equações diferenciais de movimento acopladas da poro-elasticidade são obtidas da formulação mista (u,p), baseada no modelo de Biot-Allard. A modelagem numérica do problema de propagação de ondas em meios poro-elásticos é feita utilizando-se o método dos elementos finitos. Mostra-se por meio de simulações numéricas como os padrões de periodicidade influenciam na estrutura de banda da matriz elástica do material poro-elástico e no comportamento global da curva de absorção. Finalmente, as principais conclusões são apresentadas e sugestões para trabalhos futuros são propostas / Abstract: In this work, a study of propagation of sound in elastic periodic materials and poroelastic media is made. One and two dimension discreet models are produced - following the literature - for the purpose of studying wave propagation in periodic elastic materials. The band structure and the frequency response of these materials are obtained by simulation of these models with the intention of observing the phenomenon of band gap. The case for periodic porous media is then studied. The wave equations for the poroelastic media are derived from the mixed displacement-pressure formulation based on the Biot-Allard's poroelasticity equations. The numerical solution of the wave propagation in porous media problem is calculated by the finite element method. It is showed how different periodic patterns affect the band structure of the solid phase of the porous materials and its acoustic absorption. Finally, the main conclusions are presented and some suggestions for future work are made / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VagnerI.pdf: 11138375 bytes, checksum: d9bd7c0fe3aba2949fbf229e29e527e4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we investigated the parameter space of a system consisting of two oscillators coupled in a master-slave configuration. In order to do so we employed Lyapunov exponent's diagrams in the parameter space, the distribution of the finite-time Lyapunov exponents and its positive fraction. We were able to show that, when the slave system is coupled to the master, the shrimp-shaped periodic structures that previously existed begins to be eroded from the outside, and that the erosion progresses with the increase in the intensity of the coupling. We also showed that in the region where the erosion takes place the second Lyapunov exponent exhibits a bimodal distribution with a maximum close to zero and the other close to 0:1. By plotting the points in the phase space that belong to each maximum we were able to identify two kinds of attractors, a limit cicle and a chaotic attractor, in which the slave system intermittently moves. / Neste trabalho foi investigado o espaço de parâmetros de um sistema formado por dois osciladores acoplados em uma configuração mestre-escravo. Como ferramenta de análise utilizamos diagramas de expoente de Lyapunov no espaço de parâmetros, a distribuição a tempo finito do expoente de Lyapunov e sua fração positiva. Mostramos que quando o sistema escravo é acoplado ao mestre as estruturas periódicas em formato de camarão existentes anteriormente começam a ser erodidas de fora para dentro, e que essa erosão aumenta com o aumento da intensidade do acoplamento. Mostramos também que na região em que ocorre a erosão o segundo expoente de Lyapunov apresenta uma distribuição bimodal com um máximo próximo a zero e outro próximo a 0; 1. Plotando os pontos no espaço de fase pertencentes a cada um dos máximos encontramos dois tipos de atratores, um ciclo limite e um atrator caótico, nos quais o sistema escravo transita de forma intermitente.

Orientadores: José Roberto de França Arruda, Jean-Mathieu Mencik / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T14:24:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_PriscillaBrandao_D.pdf: 13049086 bytes, checksum: 2f821e196dd604384d15489bda2360cb (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nesta tese de doutorado, o método dos elementos finitos ondulatórios é utilizado para cálculo da resposta harmônica de sistemas mecânicos envolvendo estruturas com periodicidade unidimensional, i.e., estruturas compostas por subestruturas idênticas arranjadas ao longo de uma direção. Tais sistemas mecânicos podem ser complexos e são comumente encontrados em aplicações de engenharia como, por exemplo, nas fuselagens de aviões. A primeira parte da tese é dedicada ao cálculo das ondas que se propagam ao longo dessas estruturas. Uma breve revisão da literatura sobre as formulações disponíveis para o problema de autovalor associado ao método dos elementos finitos ondulatórios é apresentada, assim como um estudo dos erros numéricos induzidos por estes problemas de autovalor no caso de um guia de ondas sólido. Na segunda parte desta tese, modelagens de superelementos para estruturas periódicas são propostas. Neste contexto, matrizes de rigidez dinâmica e de receptância ou flexibilidade de estruturas periódicas são expressas a partir dos modos de onda. Comparadas às matrizes de rigidez dinâmica e receptância obtidas pelo método dos elementos finitos convencional, as matrizes baseadas no método dos elementos finitos ondulatórios são calculadas de forma bastante rápida e sem perda de acuracidade. Ademais, uma estratégia eficiente de redução de ordem de modelo é apresentada. Comparada às formulações que utilizam a base completa de ondas, esta estratégia proporciona redução do tempo computacional requerido para cálculo da resposta forçada de estruturas periódicas. De fato, é mostrado que elementos espectrais numéricos de alta ordem podem ser construídos a partir do método dos elementos finitos ondulatórios. Isto constitui uma alternativa ao método dos elementos espectrais convencional, cuja utilização está limitada a estruturas simples para as quais soluções analíticas por ondas existam. A motivação por trás das formulações de matrizes de superelementos a partir do método dos elementos finitos ondulatórios está na utilização do conceito de ondas numéricas para calcular a resposta harmônica de sistemas mecânicos acoplados que envolvam estruturas com periodicidade unidimensional e junções elásticas a partir de procedimentos de montagem clássicos de elementos finitos ou técnicas de decomposição de domínio. Este assunto é tratado na terceira parte desta tese. Nesse caso, o método de Craig-Bampton é usado para expressar as matrizes de superelementos de junções por meio de modos estáticos e de interface fixa. Um critério baseado no método dos elementos finitos ondulatórios é considerado para a seleção dos modos da junção que mais contribuem para a resposta forçada do sistema. Isto também contribui para o aumento da eficiência da simulação numérica de sistemas acoplados. Finalmente, na quarta parte desta tese, o método dos elementos finitos ondulatórios é utilizado para mostrar que é possível projetar estruturas periódicas com potencial para funcionar como filtros de vibração em bandas de frequência específicas. Com o intuito de destacar a relevância dos desenvolvimentos propostos nessa tese, ensaios numéricos envolvendo guias de onda sólidos, pórticos planos e estruturas tridimensionais do tipo fuselagem aeronáutica são realizados / Abstract: In this thesis, the wave finite element (WFE) method is used for assessing the harmonic forced response of mechanical systems that involve structures with one-dimensional periodicity, i.e., structures which are made up of several identical substructures along one direction. Such mechanical systems can be quite complex and are commonly encountered in engineering applications, e.g., aircraft fuselages. The first part of the thesis is concerned with the computation of wave modes traveling along these structures. A brief literature review is presented regarding the available formulations for the WFE eigenproblem, which need to be solved for expressing the wave modes, as well as a study of the numerical errors induced by these eigenproblems in the case of a solid waveguide. In the second part of the thesis, the WFE-based superelement modeling of periodic structures is proposed. In this context, the dynamic stiffness matrices and receptance matrices of periodic structures are expressed in terms of wave modes. Compared to the conventional FE-based dynamic stiffness and receptance matrices, the WFE-based matrices can be computed in a very fast way without loss of accuracy. In addition, an accurate strategy for WFE-based model order reduction is presented. It provides significant computational time savings for the forced response analysis of periodic structures compared to WFE-based superelement modeling, which makes use of the full wave basis. Indeed, it is shown that higher-order numerical spectral elements can be built by means of the WFE method. This is an alternative to the conventional spectral element method, which is limited to simple structures for which closed-form wave solutions exist. The motivation behind the formulation of WFE-based superelement matrices is the use of the concept of numerical wave modes to assess the forced response of coupled mechanical systems that involve structures with one-dimensional periodicity and coupling elastic junctions through classic finite element assembly procedures or domain decomposition techniques. This issue is addressed in the third part of this thesis. In this case, the Craig-Bampton method is used to express superelement matrices of coupling junctions by means of static and fixed-interface modes. A WFE-based criterion is considered to select among junction modes those that contribute most to the system forced response. This also contributes to enhancing the efficiency of the numerical simulation of coupled systems. Finally, in the fourth part of this thesis, the WFE method is used to show the potential of designing periodic structures which work as vibration filters within specific frequency bands. In order to highlight the relevance of the developments proposed in this thesis, numerical experiments which involve solid waveguides, two-dimensional frame structures, and three-dimensional aircraft fuselage-like structures are carried out / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutora em Engenharia Mecânica / 2010/17317-9 / FAPESP