Orientador: Marco Lucio Bittencourt / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T12:57:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vazquez_ThaisGodoy_D.pdf: 11719751 bytes, checksum: c6d385d6a6414705c9f468358b8d3bea (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo principal o desenvolvimento de funções de interpolaçao e regras de integraçao tensorizaveis para o Metodo dos Elementos Finitos (MEF) de alta ordem hp, considerando os sistemas de referencias locais dos elementos. Para isso, primeiramente, determinam-se ponderaçoes especficas para as bases de funçoes de triangulos e tetraedros, formada pelo produto tensorial de polinomios de Jacobi, de forma a se obter melhor esparsidade e condicionamento das matrizes de massa e rigidez dos elementos. Alem disso, procuram-se novas funçoes de base para tornar as matrizes de massa e rigidez mais esparsas possiveis. Em seguida, escolhe-se os pontos de integraçao que otimizam o custo do calculo dos coeficientes das matrizes de massa e rigidez usando as regras de quadratura de Gauss-Jacobi, Gauss-Radau-Jacobi e Gauss-Lobatto-Jacobi. Por fim, mostra-se a construçao de uma base unidimensional nodal que permite obter uma matriz de rigidez praticamente diagonal para problemas de Poisson unidimensionais. Discute-se ainda extensoes para elementos bi e tridimensionais / Abstract: The main purpose of this work is the development of tensor-based interpolation functions and integration rules for the hp High-order Finite Element Method (FEM), considering the local reference systems of the elements. We first determine specific weights for the shape functions of triangles and tetrahedra, constructed by the tensorial product of Jacobi polynomials, aiming to obtain better sparsity and numerical conditioning for the mass and stiffness matrices of the elements. Moreover, new shape functions are proposed to obtain more sparse mass and stiffness matrices. After that, integration points are chosen that optimize the cost for the calculation of the coefficients of the mass and stiffness matrices using the rules of quadrature of Gauss-Jacobi, Gauss-Radau-Jacobi and Gauss-Lobatto-Jacobi. Finally, we construct an one-dimensional nodal shape function that obtains an almost diagonal stiffness matrix for the 1D Poisson problem. Extensions to two and three-dimensional elements are discussed. / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Mapas simpléticos são bem conhecidos por preservarem o volume do espaço de fase em dinâmica Hamiltoniana e são particularmente apropriados para problemas que requerem longos tempos de integração. Nesta tese nós desenvolvemos abordagens baseadas em mapas simpléticos para o acoplamento de multi sub-sistemas/domínios astrofísicos/códigos de simulação, para integração eficiente de sistemas de N-corpos auto-gravitantes com grandes variações nas escalas de tempo características. Nós estabelecemos uma família de 48 novos mapas simpléticos baseados numa separação Hamiltoniana recursiva, que permite que o acoplamento ocorra de uma maneira hierárquica, contemplando assim todas as escalas de tempo das interações envolvidas. Nossa formulação é geral o suficiente para permitir que tal método seja utilizado como receita para combinar diferentes fenômenos físicos, que podem ser modelados independentemente por códigos especializados. Nós introduzimos também uma separação Hamiltoniana baseada em Hamiltonianos de Kepler, para resolver o problema gravitacional geral de N-corpos como uma composição de N2 problemas de 2-corpos. O método resultante é exato para cada problema de 2-corpos individual e produz resultados rápidos e precisos para sistemas de N-corpos quase- Keplerianos, como sistemas planetários ou um aglomerado de estrelas que orbita um buraco-negro supermassivo. O método é também apropriado para integração de sistemas de N-corpos com hierarquias intrínsecas, como um aglomerados de estrelas com binárias compactas. Nós apresentamos a implementação dos algoritmos mencionados e descrevemos o nosso código tupan, que está publicamente disponível na seguinte url: https://github.com/ggf84/tupan. / Symplectic maps are well know for preserving the phase space volume in Hamiltonian dynamics and are particularly suited for problems that require long integration times. In this thesis we develop approaches based on symplectic maps for the coupling of multi sub-systems/astrophysics domains/simulation codes for efficient integration of self-gravitating N-body systems with large variation in characteristic time-scales. We establish a family of 48 new symplectic maps based on a recursive Hamiltonian splitting, which allow the coupling to occur in a hierarchical manner, thus contemplating all time-scales of the involved interactions. Our formulation is general enough to allow that such method be used as a recipe to combine different physical phenomena which can be modeled independently by specialized simulation codes. We also introduce a Keplerian-based Hamiltonian splitting for solving the general gravitational Nbody problem as a composition of N2 2-body problems. The resulting method is precise for each individual 2-body solution and produces quick and accurate results for near-Keplerian N-body systems, like planetary systems or a cluster of stars that orbit a supermassive black-hole. The method is also suitable for integration of N-body systems with intrinsic hierarchies, like a star cluster with compact binaries. We present the implementation of the mentioned algorithms and describe our code tupan, which is publicly available on the following url: https://github.com/ggf84/tupan.

Orientador: Aloisio Ernesto Assan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T16:33:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Volpini_EstevaoXavier_M.pdf: 3994255 bytes, checksum: 682eea9ccb0ec139a6d062e4466cd140 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este estudo tem por objetivo implementar, em programa já existente para a análise de placas laminadas de compósitos, a análise dinâmica de placas laminadas sob ação de carregamento forçado com integração direta pelo algoritmo de Newmark. O programa inicial de elementos finitos, que realiza a análise estática, foi desenvolvido por Tápia (1998), usando o elemento finito de Kosmatka (1994), formulado com a teoria de deformação por cisalhamento de primeira ordem de Reissner-Mindlin. Cassiano (2002) implementou nesse programa o cálculo das freqüências naturais. Neste trabalho foi introduzida a análise dinâmica forçada, através da integração direta no tempo, empregando o método de Newmark. Exemplos comparativos com variações das espessuras das placas, do número de lâminas, das orientações das fibras e das vinculações das bordas, mostram o excelente comportamento do elemento finito aqui empregado / Abstract: : The aim of this study is the dynamic analysis of laminated composite plates under forced transverse vibration with time direct-integration method. The original program, with the static analysis, was developed by Tapia (1998) using the element proposed by Kosmatka (1994), formulated with first-order shear deformation theory of Reissner-Mindlin. Later Cassiano (2002) introduced into this finite element code the evaluation of the natural frequencies. In this thesis the dynamic analysis by means of a direct time integration method, which was formulated by Newmark, was performed. Comparative examples with several plates thicknesses, number of laminates, orientation of the fibers and boundary constraints, show the excellent performance of the finite element used herein / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Existem métodos de integração de equações algébrico diferenciais não lineares (DAEs) considerados clássicos pela literatura. Porém, neste trabalho, através uma abordagem geométrica, apresenta-se um método de integração de DAEs. Tal método é inspirado na teoria de desacoplamento de sistemas não lineares explícitos, quando se considera que as saídas são restrições algébricas. Neste caso, a DAE pode ser identificada como dinâmica zero. O resultado principal desta abordagem é que, dada uma DAE, sob certas condições, é possível a construção de um sistema explícito, de tal maneira, que as soluções desse sistema explícito convergem para as soluções da DAE. / Classical methods for numerical integration of diferential algebraic equations (DAEs) can be formal in the literature. In this work, using a diferential geometric approach, a numerical method of integration of DAEs is established. This method is inspired in the decoupling theory of nonlinear explicit systems, when one considers that the outputs are algebraic constraints. The main result is the construction of an explicit system, whose solutions converge to the solutions of the DAE.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5587.pdf: 3066852 bytes, checksum: 17d88d3ab913d61bb315842b57ec5a74 (MD5) Previous issue date: 2013-09-30 / Universidade Federal de Sao Carlos / Cyclones are used to separate suspended particles from gas streams. The analysis of flow inside the cyclone is complex due to the large number of parameters and operating variables that influence the dynamics of the system. Due to its versatility of use and its robustness, results in computational fluid dynamic are an important alternative often used to study the dynamics of flow in the cyclone. In the literature, several works make use of computational fluid dynamics in order to study the pressure drop of cyclones. However, the works about the efficiency of collection are fewer. For the cyclone, computational fluid dynamics allows an accurately simulation of the collection efficiency of particles with diameter greater than 5 µm; but for particles with smaller diameters the simulated results diverge from experimental values. In this work, Stairmand s cyclone was numerically simulated with injected particles with diameters from 1 to 5 µm. The results were verified using available experimental data reported in the literature. The experimental data taken from literature belong to Zhao and Shen Kang (2004) and Zhao (2005). The simulation mesh was analyzed before and after the simulations. The turbulence models used in the simulation of flow in the cyclone were: Reynolds Stress Model (RSM) and Large Eddy Simulation (LES). The dispersed phase was simulated considering one and two way couplings. The equation of motion of the particles was integrated using the integration schemes: implicit, analytic, trapezoidal, and Runge-Kutta. The results showed that the methodology was adequate to reproduce the behavior of the flow in the cyclone. The error percentages obtained in pressure drop were under 5% and the average collection efficiency was reproduced with good accuracy for diameters of 3, 4 and 5 µm. / O ciclone é um equipamento utilizado para separar partículas suspensas em correntes gasosas. A análise do escoamento dentro do ciclone é complexa devido ao grande número de parâmetros e variáveis operacionais que influenciam na dinâmica do sistema. Devido a sua versatilidade de uso e a sua robustez nos resultados a fluidodinâmica computacional é uma alternativa importante utilizada com frequência no estudo da dinâmica do escoamento no ciclone. Na literatura existem vários trabalhos que fazem uso da fluidodinâmica computacional no estudo da queda de pressão. Entretanto, no estudo da eficiência de coleta, os artigos são em menor quantidade. No ciclone, a fluidodinâmica computacional permite simular a eficiência de coleta de partículas com diâmetro maiores que 5 µm com bastante precisão; a modelagem da eficiência de coleta para partículas com diâmetros menores ainda resultam em valores diferentes dos valores experimentais. Neste trabalho foram realizadas as simulações numéricas no ciclone tipo Stairmand; foram injetadas partículas de 1 a 5 µm. Para a verificação foram tomados dados experimentais disponíveis na literatura. Os dados experimentais foram obtidos por Zhao, Shen e Kang (2004) e Zhao (2005). A malha utilizada nas simulações, foi analisada antes e depois das simulações. Os modelos de turbulência utilizados para simular o escoamento no ciclone foram: Reynolds Stress Model (RSM) e Large Eddy Simulation (LES). A fase dispersa foi simulada considerando acoplamento de uma via e acoplamento de duas vias. Para integrar as equações de movimento das partículas, foram utilizados os esquemas de integração: implícito, analítico, trapezoidal e Runge-Kutta. Os resultados mostraram que a metodologia empregada mostrou-se adequada para reproduzir o comportamento do escoamento no ciclone. As porcentagens de erro obtidos na queda de pressão foram em média menores que 5% e na eficiência de coleta foram reproduzidas com boa precisão para os diâmetros de 3, 4 e 5 µm.

Existem métodos de integração de equações algébrico diferenciais não lineares (DAEs) considerados clássicos pela literatura. Porém, neste trabalho, através uma abordagem geométrica, apresenta-se um método de integração de DAEs. Tal método é inspirado na teoria de desacoplamento de sistemas não lineares explícitos, quando se considera que as saídas são restrições algébricas. Neste caso, a DAE pode ser identificada como dinâmica zero. O resultado principal desta abordagem é que, dada uma DAE, sob certas condições, é possível a construção de um sistema explícito, de tal maneira, que as soluções desse sistema explícito convergem para as soluções da DAE. / Classical methods for numerical integration of diferential algebraic equations (DAEs) can be formal in the literature. In this work, using a diferential geometric approach, a numerical method of integration of DAEs is established. This method is inspired in the decoupling theory of nonlinear explicit systems, when one considers that the outputs are algebraic constraints. The main result is the construction of an explicit system, whose solutions converge to the solutions of the DAE.

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T13:37:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paz_MarcosdeAraujo_D.pdf: 6127820 bytes, checksum: 21f6dc485bcf097846769f086c2362ad (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O objetivo deste trabalho é contribuir para o estudo de linhas de transmissão e o desenvolvimento de modelos de linhas voltados a programas do tipo EMTP. O trabalho desenvolvido consiste em aproveitar as propriedades e semelhanças dos modos não homopolares de propagação das linhas de transmissão, sejam elas idealmente transpostas ou que apresentem plano de simetria vertical. Por meio de manipulações da matriz de transformação fase-modo-fase através do uso de vetores ortogonais e elementos complexos no domínio modal, pode-se reduzir a dimensão dos vetores de estado. O procedimento proposto é direcionado às modelagens que utilizam transformação fase-modo-fase na determinação das variáveis de estado (corrente e tensão) nas linhas de transmissão. Os recursos usados levam a uma redução tanto em número de operações por iteração quanto em alocação de estados, otimizando o procedimento de cá1culo e aumentando a velocidade de simulação no processamento. A economia computacional que o procedimento proposto proporciona pode ser usada em ferramentas de simulação em tempo real / Abstract: The research objective is to contribute with the study of the transmission line and the development of line models in EMTP-type programs. The proposed model takes advantage of some similarities between non homopolar modes, applying orthogonal vectors and complex number theory to manipulate the state vectors in modal domain reducing the state vectors dimension. The proposed procedure is aimed to the modelling that use phase-mode-phase transformation in the determination of state variables (current and voltage) in transmission lines. The resources used lead to a reduction both in the number of operations per iteration and state allocation, optimizing the procedure and increasing the processing simulation speed. The computational economy, which the proposed procedure provide, can be applied to real-time simulation tools / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica