Orientador: João Frederico da Costa Azevedo Meyer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarmonaTabares_PauloCesar_D.pdf: 24565019 bytes, checksum: 8ebe9aed1d258a0712f49e9711f8d107 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho, construímos um modelo matemático para avaliar as conjecturas existentes acerca do impacto que tem o material inorgânico particulado (sedimento) nas populações bentônicas predominantes na Enseada Potter. Na construção do modelo são utilizadas informações do fenômeno, proporcionadas pelas pesquisas permanentes na região de estudo. Como resultado, logramos comprovar mediante simulações numéricas, o efeito que produz o sedimento na distribuição e abundância das espécies do substrato marinho, constatando neste ecossistema particular as consequências do aquecimento global nessa parte da região antártica. A modelagem é feita com um sistema de equações diferenciais parciais não- lineares sobre um domínio bidimensional irregular (descritiva da região original), o qual é discretizado nas variáveis espaciais por elementos finitos de primeira ordem e na variável temporal pelo Método de Crank-Nicolson. A resolução do sistema não-linear resultante é aproximada através de um método preditor-corretor cuja solução aproximada é visualizada e valorada qualitativamente usando gráficos evolutivos obtidos por simulações em ambiente MATLAB / Abstract: In this work, we built a mathematical model to evaluate existing conjectures about the impact that inorganic particulate material (sediment) has upon predominating benthic populations in Potter Cove. For the mathematical model, phenomena information was that provided by permanent researches in the study area. As a result, by means of numerical simulations, we were able to confirm the effect of sediment over distribution and abundance for species of marine substrate, verifying in this particular ecosystem, the effects of global warming in this specific Antarctic region. Modeling is done with a system of nonlinear partial differential equations over an irregular two-dimensional domain (descriptive of the original region), which is discretized in the spatial variables by first order finite elements and in the time variable by Crank-Nicolson. The resolution of the resulting nonlinear system is approximated by a predictor-corrector method and the solution is displayed and qualitatively valorized using evolutive graphics, obtain in a MATLAB environment / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

Orientadores: Philippe Remy Bernard Devloo, Sonia Maria Gomes / Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:26:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ErickSlisRaggio_M.pdf: 3573187 bytes, checksum: 016737de065f039de0141d987e4bdd7a (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A simulação de escoamentos compressíveis considerados sem viscosidade tem grande aplicabilidade na aeronáutica. Atualmente tem sido foco de muitas pesquisas o desenvolvimento destas simulações segundo o método de Galerkin descontínuo[7, 12, 16, 20], que alia as boas características dos métodos de elementos finitos e volumes finitos, beneficiando-se da modelagem polinomial no interior de subdomínios e escontínua nas interfaces entre subdomínios. Neste trabalho o autor se propõe a estender as funcionalidades do ambiente de elementos finitos PZ[28], habilitando-o a modelar as equações de Euler de dinâmica dos gases com o método de Galerkin descontínuo em 3 dimensões. Para cálculo dos fluxos nas interfaces entre os subdomínios emprega-se o fluxo de Roe de primeira ordem e para estabilizar eventuais oscilações na distribuição da solução no interior dos subdomínios são adicionados termos de difusão artificial à formulação. O esquema de integração temporal a empregar é o de Euler implícito, resolvido pelo método de Newton-Raphson. O cálculo da matriz jacobiana do resíduo de Euler, necessário para o método de Newton-Raphson, é desafiador devido à complexidade dos termos de difusão e fluxo numérico, mas viabilizado pelo emprego de técni-cas de diferenciação automática. Dada a qualidade do integrador temporal consistentemente implícito, algoritmos de evolução de CFL são desenvolvidos e aplicados, visando a redução dos tempos de simulação. A validação do esquema proposto e a avaliação da qualidade dos resultados fornecidos pelo simulador são obtidas através da simulação de problemas teste modelados pelo autor. O resultado é um simulador 2D e 3D robusto e que fornece resultados consistentes com os da literatura. Destaca-se o desenvolvimento de um esquema de evolução de CFL que reduz o número de iterações para convergência até a solução estacionária, a com-paração de eficiência dos termos de difusão artificial e o desenvolvimento matricial destes. O trabalho evidencia as qualidades da aproximação numérica segundo o método de Galerkin descontínuo em comparação com resultados analíticos e de simulações por volumes finitos e as qualidades do integrador temporal desenvolvido, guiando futuros desenvolvimentos e elencando sugestões de extensões que visam aumentar a eficiência e ampliar as funcionalidades do simulador / Abstract: The simulation of compressible flows considered inviscid is largely appliable to aeronautics. The development of such simulations using the Garlekin discontinuous method[7,12,16,20], wich presents the good characteristics of fine element and finite volume methods, benefitting from the polynomial interpolation within subdomains and discontinuous across interfaces among them, has been the focus of many current researches. In this work the author extends the functionalities of the PZ finite element environment[28], enabling it to model the Euler equations of gas dynamics with the discontinuous Galerkin method in three space dimensions. The flux evaluation across interfaces uses the first order Roe¿s numerical flux. Artificial diffusive terms added to the formulation aatempt to stabilize spatial oscillations of the distribution of the solution within each subdomain. The time marcing scheme applied is the implicit first order Euler, solved by a Newton-Raphson method. The evaluation of the matrix tangent to the Euler residual required by the neton-Raphson method is challenging due to the complexity of the artificial diffusive and numerical flux terms, but feasible thanks to the automatic differentiation techniques. Given the quality of the consistently implicit time integrator. CFL evolution algorithms are developed and applied to reduce the simulation ti-ming. The proposed scheme validation as well as the result quality juclgements are obtained through the simulation of test problems proposed by the author. The result is a 2D and 3D robust simulator that off'ers results consistent ivith those availabe in the bibliography. Outstanding qualities are presented by the CFL c.volution scheme. which reduces the num-ber of time marching iterations required to converge to steady-state solutions. An efficiency benchmark of the artificial cliff'usive terms and the matricial development of such are also emphasized. This work evinces the qualities of the discontinuous Galerkin approximation method compared to analytical and finite volume simulation solutions and the qualities of the developed time integrator. guiding future developments and stating suggestions on pos-sible extensions focusing performance enhancement and additional features / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Este trabalho apresenta uma metodologia, baseada no método de Galerkin, para quantificar a incerteza no problema de flexão estocástica da viga de Euler-Bernoulli repousando em fundação de Pasternak. A incerteza nos coeficientes de rigidez da viga e da fundação é representada por meio de processos estocásticos parametrizados. A limitação em probabilidade dos parâmetros randômicos e a escolha adequada do espaço de soluções aproximadas, necessárias à posterior demonstração de unicidade e existência do problema, são consideradas por meio de hipóteses teóricas. O espaço de soluções aproximadas de dimensão finita é construído pelo produto tensorial entre espaços (determinístico e randômico), obtendo-se um espaço denso no espaço das soluções teóricas. O esquema de Wiener-Askey dos polinômios do caos generalizados é utilizado na representação do processo estocástico de deslocamento da viga. O método dos elementos finitos estocásticos é apresentado e empregado na solução numérica de exemplos selecionados. Os resultados, em termos de momentos estatísticos, são comparados aos obtidos por meio de simulações de Monte Carlo. / This study presents a methodology, based on the Galerkin method, to quantify the uncertainty in the stochastic bending problem of an Euler-Bernoulli beam resting on a Pasternak foundation. The uncertainty in the stiffness coefficients of the beam and foundation is represented by parametrized stochastic processes. The probability limitation on the random parameters and the choice of an appropriated approximate solution space, necessary for the subsequent demonstration of uniqueness and existence of the problem, are considered by means of theoretical hypothesis. The finite dimensional space of approximate solutions is built by tensor product between spaces (deterministic and randomic), obtaining a dense space in the theoretical solution space. The Wiener-Askey scheme of generalizes chaos polynomials is used to represent the stochastic process of the beam deflection. The stochastic finite element method is presented and employed in the numerical solution of selected examples. The results, in terms of statistical moments, are compared to results obtained through Monte Carlo simulations.

Orientadores: Maicon Ribeiro Correa, Eduardo Cardoso de Abreu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-27T11:41:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_FelipeAugustoGuedesda_M.pdf: 1119470 bytes, checksum: eeabeb98750e53492e778b99174c0887 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O foco do presente trabalho consiste no estudo computacional de métodos de Galerkin Descontínuo para aproximação numérica de problemas diferenciais de natureza hiperbólica, com enfoque em esquemas explícitos e no uso de aproximações do tipo Runge-Kutta no tempo para aproximação de problemas lineares e não-lineares. Especificamente, serão exploradas as boas propriedades de estabilidade local, no tempo, dos métodos da classe Runge-Kutta em conjunto com funções de fluxo numérico estáveis e com o uso de limitadores de inclinação, com o objetivo de desenvolver métodos Galerkin Descontínuo de alta ordem capazes de obter uma boa resolução de gradientes abruptos e de soluções descontínuas, sem oscilações espúrias, em problemas hiperbólicos. Uma breve discussão sobre esquemas de volumes finitos centrais de alta ordem é apresentada, onde são introduzidos importantes conceitos a serem utilizados na construção dos métodos de Galerkin Descontínuo. Um conjunto representativo de simulações numéricas de modelos hiperbólicos lineares e não-lineares é apresentado e discutido para avaliar a qualidade das aproximações obtidas em uma comparação direta com outras aproximações precisas de volumes finitos ou com soluções exatas, sempre que possível / Abstract: The focus of this work is the computational study of some Discontinuous Galerkin methods for the numerical approximation of first order hyperbolic differential problems, focusing on explicit schemes with discretization based on Runge-Kutta type methods in time, in problems with linear and nonlinear fluxes. Specifically, the good local stability properties of Runge-Kutta methods are combined with stable numerical flux functions and slope limiters in order to propose new higher-order Discontinuous Galerkin methods that achieve high resolution of abrupt gradients and of discontinuous solutions, without spurious oscillations in numerical solutions. Furthermore, a brief discussion about higher-order finite volume central schemes is presented in order to introduce some important concepts to be used in the construction of the DG methods. A representative set of numerical simulations for linear and nonlinear hyperbolic models is presented and discussed, in order to check the accuracy of the obtained Discontinuous Galerkin solutions by comparing their results with those of existing well-established finite volume numerical methods and exact solutions / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.