[pt] O design otimizado de estruturas considerando não-linearidades tem sido amplamente pesquisado nas décadas recentes. A análise de elementos finitos aplicada à otimização topológica é prejudicada pela deformação excessiva de elementos de baixa densidade sob alta compressão, o que impede o processo de encontrar uma solução ótima. Dois métodos, o esquema Interpolação de Energia e a técnica de Hiperelasticidade Aditiva, são implementados para superar essa dificuldade no problema de minimização da flexibilidade, e modelos de materiais hiperelásticos são usados para investigar suas influências na topologia otimizada. O Método das Assíntotas Móveis é usado para atualizar as variáves de projeto cujas sensibilidades foram calculadas pelo método adjunto. A equação de estado é resolvida através do método de Newton-Raphson com um incremento de carga ajustável para reduzir o custo computacional. Resultados de dois problemas de referência são comparado com aqueles já estabelecidos na literatura. O uso de diferentes modelos hiperelásticos apresentou pouca influência no design final da estrutura. O método de Interpolação de Energia foi capaz de convergir para cargas muito maiores que o método padrão, enquanto a Hiperelasticidade Aditiva apresentou dificuldades de convergência em estado plano de deformação. / [en] The optimized design of structures considering nonlinearities has been widely researched in the recent decades. The finite element analysis applied to topology optimization is jeopardized by the excessive deformation of low-density elements under high compression, which hinders the process of finding an optimal solution. Two methods, the Energy Interpolation scheme and the Additive Hyperelasticity technique, are implemented to overcome this difficulty in the minimum compliance problem, and hyperelastic material models are used to investigate their influence on the optimized topology. The Method of Moving Asymptotes is used to update the design variables whose sensitivities were calculated from the adjoint method. The state equation is solved through the Newton-Raphson method with an adjusting load step to reduce computational cost. Results for two benchmark problems are compared with those already established in the literature. The use of different hyperelastic models presented little influence on the final design of the structure. The Energy Interpolation method was able to converge for much higher loads than the default method, while the Additive Hyperelasticity presented convergence difficulties in plane strain.

[pt] Uma análise não linear geométrica de estruturas, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), depende de cinco aspectos: a teoria de flexão, da descrição cinemática, das relações entre deformações e deslocamentos, da metodologia de análise não linear e das funções de interpolação de deslocamentos. Como o MEF é uma solução numérica, a discretização da estrutura fornece grande influência na resposta dessa análise. Contudo, ao se empregar funções de interpolação correspondentes à solução homogênea da equação diferencial do problema, obtêm-se o comportamento exato da estrutura para uma discretização mínima, como ocorre em uma análise linear. Assim, este trabalho visa a integrar as soluções para o problema da não linearidade geométrica, de maneira a tentar reduzir essa influência e permitir uma discretização mínima da estrutura, considerando ainda grandes deslocamentos e rotações. Então, utilizando-se a formulação Lagrangeana atualizada, os termos de ordem elevada no tensor deformação, as teorias de flexão de Euler-Bernoulli e Timoshenko, os algoritmos para solução de problemas não lineares e funções de interpolação, que consideram a influência da carga axial, obtidas da solução da equação diferencial do equilíbrio de um elemento infinitesimal na condição deformada, desenvolve-se um elemento de pórtico espacial com uma formulação completa. O elemento é implementado no Framoop e sua resposta, utilizando-se uma discretização mínima da estrutura, é comparada com formulações usuais, soluções analíticas e com o programa Mastan2 v3.5. Os resultados evidenciam a eficiência da formulação desenvolvida para prever a carga crítica de estruturas planas e espaciais utilizando uma discretização mínima. / [en] A structural geometric nonlinear analysis, using the finite element method (FEM), depends on the consideration of five aspects: the bending theory, the kinematic description, the strain-displacement relations, the nonlinear solution scheme and the interpolation (shape) functions. As MEF is a numerical solution, the structure discretization provides great influence on the analysis response. However, applying shape functions calculated from the homogenous solution of the differential equation of the problem, the exact behavior of the structure is obtained for a minimum discretization, as for a linear analysis. Thus, this work aims to integrate the solutions for the formulations of the geometric nonlinearity problem, in order to reduce this influence and allow a minimum discretization of the structure, also considering, large displacements and rotations. Then, using an updated Lagrangian kinematic description, considering a higher-order Green strain tensor, The Euler-Bernoulli and Timoshenko beam theories, the nonlinear solutions schemes and the interpolation functions, that includes the influence of axial force, obtained directly from the solution of the equilibrium differential equation of an deformed infinitesimal element, a spatial bar frame element is developed using a complete formulation. The element was implemented in the Framoop, and their results, for a minimum discretization, were compared with conventional formulations, analytical solutions and with the software Mastan2 v3.5. Results clearly show the efficiency of the developed formulation to predict the critical load of plane and spatial structures using a minimum discretization.

[pt] No presente trabalho de tese é apresentado, analisado e avaliado um método inédito para prever perfis de poço (para um pseudo-poço), a partir de informações dos poços verticais vizinhos e dados de sísmica 3D. Este método é formado por quatro partes principais. Na primeira parte são processados os perfis de raio gama dos poços para produzir um conjunto de sinais estratificados. Estes resultados são utilizados na segunda parte para realizar a correlação lateral de poços, com um método baseado em Algoritmos Genéticos, cujos resultados são intervalos de estratos semelhantes que indicariam a existência de estruturas rochosas contínuas na subsuperfície. Na terceira parte são estimados os deslocamentos, em profundidade, entre alguns estratos do pseudo-poço e dos poços reais. Isto é realizado com um método, baseado em Algoritmos Genéticos, para correlacionar eventos entre traços sísmicos 3D nas posições próximas aos poços reais e ao pseudo-poço. Na quarta parte são utilizados os resultados das outras três partes para interpolar vários tipos de perfis do pseudo-poço, primeiramente, dos estratos semelhantes e, em seguida, dos estratos não semelhantes, ajustados em profundidade. Os resultados desta parte constituem as medições previstas. Os pesos para a interpolação, pelo método de Shepard, são calculados através de uma função que depende da distância entre o pseudo-poço e cada um dos poços utilizados. Um estudo de sete casos é apresentado para avaliar a eficácia do método de previsão. Esses casos utilizam arranjos de dois e três poços do Campo de Namorado na Bacia de Campos (RJ) e, adicionalmente, um poço próximo a cada arranjo serve de padrão para avaliar as medições previstas através do coeficiente de correlação e da média dos erros percentuais absolutos. Em termos globais os resultados das previsões apresentam correlação linear forte e os erros percentuais absolutos estão entre 5 por cento e 30 por centoem relação aos padrões. / [en] In this thesis is presented, analyzed and evaluated a new method to forecast well logs (for a pseudo-well), based on information of the neighboring vertical wells and the 3D seismic data. This method consists of four main parts. In the first part, the gamma ray logs from wellbores are processed to produce a stratified set of signals. In the second part, the stratified signals are used to perform a method of lateral correlation of wells with Genetic Algorithms; whose results are similar intervals strata that would indicate the existence of continuous rock structures in the subsurface. In the third part, a method, based on Genetic Algorithms, are used to estimate displacements in depth between some strata of the pseudo-well and real wells. That method correlates events between 3D seismic traces at positions near the real wells and the pseudo-well. In the fourth part, results from the other three parts are used to interpolate several types of logs of the pseudo-well, first of the similar strata and then of the not similar strata, adjusted in depth. The results of this part are the forecasted measurements. The weights for interpolation, by the method of Shepard, are calculated using a function that depends on the distance between the pseudo-well and each real well. A study of seven cases is presented to evaluate the effectiveness of the forecasting method. These cases use arrangements of two and three wells of the Namorado Field in the Campos Basin (RJ) and additionally a real well near each array serves as a standard for evaluating the forecasted measurements by the correlation coefficient and the mean absolute percentage error. Overall the results showed a strong linear correlation and the mean absolute percentage errors are between 5 per cent and 30 per cent in relation of standard data.

[pt] Tendo como objetivo a construção de uma metodologia para a estimação do agregado do Consumo Pessoal para as Contas Nacionais do Brasil, o presente trabalho contém a definição de uma modificação sobre o Estimador de Regressão de Nadaraya-Watson (NWRE), que objetiva o uso de uma rede neural tipo RBF sobre dados provenientes de duas pesquisas dotadas de planos amostrais amplamente diferenciados, quais sejam: POF e PNAD. A partir da aplicação de tal modelo, são obtidos dados e calculados erros estimados, além de outras estatísticas que se mostram úteis na validação das estimativas. / [en] It is the objective of this dissertation to produce a methodological framework to the estimation of the Family Comsumption agregate in the brasilian National Accounts. In order to perform this task, a modification in the Nadaraya-Watson Regression Estimator (NWRE) has been developed, intended to allow the use of an RBF neural network in the context of data originated in two surveys which significantly differ in sample design, which are POF and PNAD. From the application of the developed methodology, groups of data are presented, providing results, estimated errors and other statistics useful for the comprehension and validation of the model. / [es] El objetivo de este trabajo es establecer una metodologia para la estimación del agregado del Consumo familiar para las Cuentas Nacionales del Brasil. Para ello, se define una modificación sobre el Estimador de Regresión de Nadaraya- Watson (NWRE), que tiene como objetivo el uso de una red neural tipo RBF sobre datos provenientes de dos investigaciones dotadas de planos muestrales ampliamente diferenciados: POF y PNAD. A partir de la aplicación de tal modelo, se obtienen los datos y se calculan los erros estimados, además de otras estadísticas útiles en la evaluación de las estimativas.

[pt] Processamento em arranjos de sensores é uma área com vasta aplicação, tanto civil quanto militar, por exemplo em sonar, radar, sismologia e comunicações sem fio. Por meio de processamento espacial e espácio-temporal é possível melhorar suas funcionalidades e explorar novas possibilidades. Esta área vem atraindo cada vez mais a atenção e os esfor¸cos da comunidade científica, especialmente agora, em que antenas phased-array se estabeleceram como uma tecnologia comercial e madura. Neste contexto, nós tratamos o problema de processamento com posto reduzido em processamento espacial (beamforming) e espácio-temporal de sinais radar e a nova área de radares com função dual de radar e comunicações (dualfunction radar-communications, DFRC), que pode ser resumida na incorporação de mensagens de comunicações nas transmissıes radar como uma tarefa secundária. Nesta tese, nós investigamos a aplicação de um novo esquema de reduções de posto baseado em interpolação e decimação em duas áreas distintas: processamento espacial e processamento espácio-temporal de sinais radar. Este algoritmo para redução de posto nunca havia sido testado nestes ambientes antes e apresentou resultados bastante expressivos. Nós também propomos simplificações para reduzir a complexidade computacional do algoritmo em bemforming. Quanto ao tópico de DFRC, nós propomos dois métodos originais para incorporar modulação de amplitude/fase aos lóbulos laterais do diagrama de irradiação do radar de forma robusta. Os métodos propostos são muito mais simples do que o estado-da-arte e apresentam desempenho superior em termos de robustez e aplicabilidade em operações de tempo-real. Nós ainda provemos várias outras análises, comparações e contribuições a esta nova área. / [en] Array processing is an area with many civilian and military applications, e.g. sonar, radar, seismology and wireless communications. By means of space and space-time processing it is possible to enhance their features and explore new possibilities. This area has been attracting increasingly more attention and gathering more efforts of the science community, especially now, that phased array antennas are established as a commercial and mature technology. Within this context, we address the problem of reduced rank processing in space and space-time radar signal processing and the new area of dual-function radar-communications (DFRC), which may be summarized as embedding communication messages into radar emissions as a secondary task for the radar. In this thesis, we investigate the application of a new joint interpolation and decimation rank reducing scheme in two different areas: beamforming and space-time radar processing. This rank reducing algorithm was never tested within these contexts before and shows impressive results. We also propose simplifications for decreasing the computational complexity of the algorithm in beamforming. In the topic of DFRC, we propose two original robust radar-embedded sidelobe phase/amplitude modulation methods which have simple closed form equations. The proposed methods are much simpler than the state of the art and have superior performance in terms of robustness and real-time applicability.

[pt] Em muitos problemas de engenharia, e.g., no projeto de próteses biomédicas flexíveis ou em dispositivos de absorção de energia, estruturas sofrem grandes deslocamentos. Nestes casos, a não linearidade geométrica deve ser levada em conta na resposta estrutural. Contudo, algoritmos de otimização topológica considerando não linearidades, e modelados segundo o método de elementos finitos, sofrem instabilidades numéricas causadas por distorções excessivas nas regiões de baixa densidade dentro do domínio de projeto. Em particular, a matriz de rigidez pode não ser positiva definida comprometendo a convergência do processo de otimização. Esta dissertação visa estudar um esquema de interpolação entre as formulações lineares e não lineares de elementos finitos para aliviar tais distorções. Em cada etapa da otimização, para determinar a configuração de equilíbrio, o sistema de equações não-lineares é resolvido pelo procedimento de Newton-Raphson. Utilizando-se das informações dos gradientes calculadas através do método adjunto, o Método das Assíntotas Móveis é empregado para atualizar as variáveis de projeto. Por meio de problemas de referência considerando grandes deslocamentos, são demonstradas a eficácia e a eficiência deste esquema de interpolação. Mais especificamente, as topologias otimizadas estão de acordo com aquelas obtidas na literatura e exibem a dependência esperada em relação ao nível de carga. O esquema de interpolação em estudo desempenha papel crucial na solução de problemas não lineares em níveis elevados de carga, permitindo que a rotina de otimização convirja e se obtenha a distribuição de material ótima. / [en] In many engineering problems, e.g., design of flexible biomedical prostheses or energy absorption devices, structures undergo large displacements. In those problems, the structural response must take into account the geometric nonlinearity. However, topology optimization algorithms regarding nonlinearities, and based on the finite element method, typically suffer from numerical instabilities caused by excessive distortions of low-density regions within the design domain. In particular, the stiffness matrix may be no longer positive definite, which can jeopardize the convergence of the optimization process. This thesis aims to study an interpolation scheme between linear and nonlinear finite element formultation to alleviate this convergence issue. At each step of the optimization, the nonlinear state equation is solved by the Newton-Raphson procedure to determine the equilibrium configuration. Making use of the gradient information computed from the adjoint method, the Method of Moving Asymptotes is employed to update the design variables. Through several benchmark problems considering large displacements, it is demonstrated the effectiveness and efficiency of this interpolation scheme. More specifically, the optimized designs are in agreement with those obtained in the literature and exhibit correct load-level dependence. The investigated interpolation scheme plays a crucial role in the solution of nonlinear problems with high load levels, allowing the optimization routine to converge and to obtain the optimal material arrangement.