abstract: This thesis discusses the equilibrium conditions and static stability of a rotorcraft kite with a single main tether flying in steady wind conditions. A dynamic model with five degrees of freedom is derived using Lagrangian formulation, which explicitly avoids any constraint force in the equations of motion. The longitudinal static stability of the steady flight under constant wind conditions is analyzed analytically from the equilibrium conditions. The rotorcraft kite orientation and tether angle are correlated through the equation Γ=δ-ϑ, a necessary condition for equilibrium. A rotorcraft kite design with 3kg mass and 1.25m rotor radius is found to be longitudinally statically stable at 25,000ft with Γ>〖65〗^0 for wind speeds above 19m/s. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Aerospace Engineering 2017

A abordagem modulacional fornece uma estrutura simplificada para descrever a interação não-linear de três ondas (tripleto) em regimes onde a freqüência dos portadores é muito maior do que a freqüência modulacional. No primeira parte deste trabalho investigamos a quebra da tradicional aproximação modulacional na interação de tripleto, que é precisa quando o acoplamento das três ondas é fraco. Examinamos os tipos de dinâmicas decorrentes quando o acoplamento se incrementa desde valores muito pequenos até valores grandes e detectamos uma transição abrupta para valores grandes onde as excursões de amplitude limitada do regime modulacional alcançam regiões muito maiores do espaço de fases. Na segunda parte, estudamos uma extensão multi modo da interação não-linear de três ondas e vemos que os limites da aproximação modulacional podem ser de fato muito restritivos. Para acoplamentos muito pequenos mostramos que todos os modos exibem modulações lentas na amplitude, porém a medida que incrementamos o acoplamento uma transição acontece e os modos mudam para um novo regime dinâmico onde nenhum deles pode mais ser visto como portadores harmônicos de alta freqüência lentamente modulados. As estimativas para o acoplamento crítico e para os tempos de relaxação foram obtidos baseados em uma análise apropriada do tripleto mais instável. / The modulational approach provides a simplified structure to describe the nonlinear interaction of three waves (triplet) in regimes where the carriers frequencies are much larger than the modulational frequency. In the first part of this work we investigate the breakdown of the traditional modulational approximation in the triplet interaction, which is accurate when the coupling between the three waves is weak. We examine the types of dynamics arising when the coupling is increased from very small values to larger values and we detect an abrupt transition for large values where the excursions of the limited amplitude of the modulational regime reach larger regions of the phase space. In the second part, we study a multimode extension of the non-linear interaction of three waves and we see that the limits of the modulational approximation can be indeed very restrictive. For very small couplings we show that all modes display slow amplitude modulations, but as we increase the coupling a transition happens and the modes change to a new dynamical regime where none of them can be seen as a slowly modulated high-frequency harmonic carrier. Estimates for the critical coupling and relax times have been obtained based on proper analysis of the most unstable triplet.

Orientador: Marko Antonio Rojas Medar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Ciencia da Cpmputação / Made available in DSpace on 2018-07-21T19:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AnaLuciaCarlosReisda_M.pdf: 1431813 bytes, checksum: 6eaa6ad7ed170762f474ba0666e61fff (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Não informado. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Analise Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Fernando Iguti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T04:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Serpa_AlbertoLuiz_D.pdf: 7041696 bytes, checksum: cc9056d3e2d9c230c78328ea7f006d1f (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Estuda-se neste trabalho o problema de contato com atrito entre corpos elásticos na elasticidade infinitesimal. Trata-se de um problema não linear devido à presença de restrições unilaterais (interpenetração dos corpos) e devido à presença de atrito. A solução deste problema é obtida utilizando-se os conceitos da otimização, formulando-se um problema de minimização com restrições. Para a solução das equações da elasticidade é empregado o Método dos Elementos Finitos. Este problema de minimização apresenta como função objetivo a energia potencial total dos corpos, restrições de desigualdade para representar as condições de não interpenetração dos corpos, e restrições de igualdade para abordar o atrito (lei de Coulomb). Devido à existência de duas condições de atrito (adesão e deslizamento), as restrições de igualdade ora são presentes ora não o são, dependendo do tipo de condição de atrito. Como a decisão pelo tipo de condição de atrito depende dos esforços normais e tangenciais de contato associados às restrições do problema, tem-se uma nova abordagem chamada aqui de problema de minimização com restrições condicionalmente dependentes. Para a solução deste problema utiliza-se o Método do Lagrangiano Aumentado de minimização restrita. Este, quando aplicado ao problema de contato, possui multiplicadores de Lagrange que apresentam o significado físico dos esforços de contato, permitindo a verificação das condições de atrito a cada iteração. Estes conceitos permitem formular alguns esquemas computacionais que conduzem a resultados numéricos satisfatórios / Abstract: This work presents the study of contact problems between elastic bodies with friction under the assumptions of the infinitesimal elasticity. This is a non-linear problem due to the presence of unilateral constraints (interpenetration of bodies) and friction. The solution of this problem is found using optimization concepts, stablishing a constrained minimization problem. To solve the equations of elasticity the Finite Element Method is used. The stablished minimization problem has the total potencial energy of the bodies as its objective function, the non-interpenetration conditions are represented by inequality constraints, and equality constraints are used to deal with the friction (Coulomb Law). Due to the presence of two friction conditions (stick and slip), equality constraints are present or not according to the specific condition. Since the decision about friction condition depends on normal and tangential contact stresses, which are related to the constraints of the problem, there is a new approach which is called here a conditional dependent constrained minimization problem. To solve this problem, the Augmented Lagrangian Method for constrained minimization is employed. This method, when applied to the contact problem, presents Lagrange Multipliers which have the physical meaning of contact forces. This fact allows to check the friction condicion at each iteration. These concepts make possible to devi se some computational schemes which lead to good numerical results / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Waldyr Alves Rodrigues Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-07-26T01:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_AlexandreLuisTrovonde_D.pdf: 15293549 bytes, checksum: 6f77ce91b6897c18e527e4134e109ed1 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O propósito desta tese é estudar, sob o ponto de vista algébrico, o papel desempenhado pelos operadores diferenciais nos formalismos variacionais Lagrangeano e Hamiltoneano. Apresentamos uma aplicação simples das idéias e resultados básicos da teoria dos operadores diferenciais às álgebras de Clifford, obtendo uma relação entre os operadores diferenciais e o operador de Dirac. Introduzimos um formalismo Hamiltoneano, com base nos módulos de símbolos dos operadores diferenciais, generalizando os resultados para anéis comutativos. Nesse formalismo, encontramos importantes propriedades algébricas para a Hamiltoneana, e destacamos o colchete de Poisson como uma estrutura mais básica que a forma simplética canônica. Introduzimos o conceito de adjunta de um operador diferencial e, por meio dela, caracterizamos as formas integrais em termos das formas de Berezin. Obtemos uma seqüência espectral relacionando a cohomologia das formas integrais com a cohomologia de De Rham, tanto para variedades quanto para supervariedades. Introduzimos o conceito de Lagrangeana, e analisamos sua relação com as formas de Berezin. Nesse contexto, estudamos as leis de conservação, e obtemos um equivalente algébrico para o Teorema de Noether. Finalmente, essas construções nos encaminham rumo a uma versão algébrica para o teorema do índice. / Abstract: The purpose of this thesis is to study, from the algebraic viewpoint, the rule played by the differential operators in Lagrangian and Hamiltonian variational formalisms. We present a simple application of the basic ideas and results form the theory of differential operators to the Clifford algebras, from where we obtain a relationship between differential operators and the Dirac operator. We introduce a Hamiltonian formalism based on the symbol modules, generalizing some results to commutative rings. In this formalism we find important algebraic properties for the Hamiltonian and notice that the Poisson bracket is a more fundamental structure than the canonical sympletic form. We introduce the concept of adjoint of a differential operator and by means of it we are able to charactrize the integral forms in terms of Berezin forms. We obtain a spectral sequence relating the cohomology of integral forms to the De Rham cohomology, for both manifolds and supermanifolds. In this context, we study the con- servation laws and obtain an algebraic equivalent to the Noether theorem. Finally, these constructions direct us towards an algebraic version to the index theorem. / Doutorado / Doutor em Matemática

La combustion d’hydrocarbures représente encore aujourd’hui une part très majoritaire de la production d’énergie mondiale, en particulier dans la propulsion aérospatiale. La plupart des brûleurs industriels sont alimentés par un carburant sous forme liquide, qui est injecté directement dans la chambre de combustion, ce qui génère une forte interaction entre le spray, l’écoulement turbulent et la zone de combustion. Cette interaction a déjà largement été étudiée, mais certaines questions restent ouvertes. En particulier, la prise en compte de la combustion de goutte isolée dans le cadre de la Simulation aux Grandes Echelles (‘Large Eddy Simulation’ LES) de géométries complexes reste un problème difficile. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la modélisation de la combustion du spray dans le contexte de la LES de configurations complexes avec une approche Euler-Lagrange. Dans un premier temps, un modèle de combustion de gouttes incluant les différents régimes pour la LES, appelé MustARD pour « Multi-State Algorithm for Reacting Droplets », est proposé et validé dans plusieurs configurations académiques de complexité croissante. Dans un deuxième temps, MustARD est évalué sur une configuration de brûleur expérimental et comparé aux modèles classiques sans combustion de gouttes isolées. Cette étude montre que le régime de combustion de gouttes isolées n’est pas négligeable dans une telle configuration et qu’il modifie la structure de flamme. D’autre part, les comparaisons avec les résultats expérimentaux montrent que le modèle MustARD permet d’améliorer la précision des LES de sprays turbulents réactifs.

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Orientadores: Luiz Felipe M. Moura, Ibere Nascentes Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T04:52:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FagundesNetto_JoseRoberto_M.pdf: 3664146 bytes, checksum: d63485aec9f8f87a0d50ebc9f4a03e99 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Uma modelagem para o escoamento bifásico vertical a bolhas e pistonado é proposta, através de uma abordagem Lagrangeana para a fase discreta e um tratamento Euleriano para a fase contínua. Cada bolha é tratada individualmente através de três equações: as de balanço de massa e de quantidade de movimento e a que determina a sua posição em relação a um referencÍal fixo na tubulação. A fase contínua é resolvida através da discretização com malhas defasadas das duas equações de balanço: de massa e de quantidade de movimento. O acoplamento entre as equações das duas fases é realizado através da fração volumétrica e das forças interfaciais. Foi desenvolvido um simulador computacional baseado neste modelo que, devido à abordagem individualizada dada às bolhas, permite que se faça um tratamento estatístico dos resultados. Pode-se determinar, em cada ponto da tubulação, o valor médio e o desvio padrão da altura das bolhas, do comprimento dos pistões de líquido, das velocidades das fases e do gradiente de pressão. Os valores calculados foram comparados com dados pesquisados na literatura e apresentaram um resultado satisfatório tanto para a altura das bolhas como para o comprimento dos pistões de líquido. As velocidades e o gradiente de pressão previstos obtiveram boa correlação com os valores medidos. Foi realizada ainda uma análise de sensibilidade para avaliar como os resultados são influenciados pela variação da vazão volumétrica das fases, do diâmetro do tubo e da pressão na extremidade jusante da tubulação / Abstract: A model to predict the behaviour of vertical two-phase flow regimes, such as bubbles and slug flow has been proposed, using a Lagrangian representation of the discrete phase and a Eulerian representation of the continuous phase. Each bubble is modeled individually through three equations: the mass and the momentum balance equations and the bubble position equation. The continuous phase is solved using a staggered mesh for the mass and momentum equations. Volumetric fraction and interfaces forces provide the coupling of the phase models. A computer program has been developed based on this model and it allows a statistical treatment of the results, due to the individual bubbles approach. It's possible to calculate the average and standard deviation of the bubbles heights, liquid slugs lengths, phase velocities and pressure gradient, for each pipe position. The results were checked against existing data and a reasonable agreement for the lengths was obtained. The velocities and pressure gradient show a good correlation with measured data. It was also performed a sensitive analysis to check the influence of the phases volumetric flow rates, pipe diameter and outlet pressure on the simulation results / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

The focus of this thesis is the development and solution of problems that simultaneously involve the planning of the location of facilities and transportation decisions from such facilities to consumers. This has been termed integrated distribution planning problems with practical application in logistics and manufacturing. In this integration, different planning horizons of short, medium and long terms are involved with the possibility of reaching sub-optimal decisions being likely when the planning horizons are considered separately. Two categories of problems were considered under the integrated distribution models. The first is referred to as the Step-Fixed Charge Location and Transportation Problem (SFCLTP). The second is termed the Fixed Charge Solid Location and Transportation Problem (FCSLTP). In these models, the facility location problem is considered to be a strategic or long term decision. The short to medium-term decisions considered are the Step-Fixed Charge Transportation Problem (SFCTP) and the Fixed Charge Solid Transportation Problem (FCSTP). Both SFCTP and FCSTP are different extensions to the classical transportation problem, requiring a trade-off between fixed and variable costs along the transportation routes to minimize total transportation costs. Linearization and subsequent local improvement search techniques were developed to solve the SFCLTP. The first search technique involved the development of a hands-on solution including a numerical example. In this solution technique, linearization was employed as the primal solution, following which structured perturbation logic was developed to improve on the initial solution. The second search technique proposed also utilized the linearization principle as a base solution in addition to some heuristics to construct transportation problems. The resulting transportation problems were solved to arrive at a competitive solution as regards effectiveness (solution value) compared to those obtainable from standard solvers such as CPLEX. The FCSLTP is formulated and solved using the CPLEX commercial optimization suite. A Lagrange Relaxation Heuristic (LRH) and a Hybrid Genetic Algorithm (GA) solution of the FCSLTP are presented as alternative solutions. Comparative studies between the FCSTP and the FCSLTP formulation are also presented. The LRH is demonstrated with a numerical example and also extended to hopefully generate improved upper bounds. The CPLEX solution generated better lower bounds and upper bound when compared with the extended LRH. However, it was observed that as problem size increased, the solution time of CPLEX increased exponentially. The FCSTP was recommended as a possible starting solution for solving the FCSLTP. This is due to a lower solution time and its feasible solution generation illustrated through experimentation. The Hybrid Genetic Algorithm (HGA) developed integrates cost relaxation, greedy heuristic and a modified stepping stone method into the GA framework to further explore the solution search space. Comparative studies were also conducted to test the performance of the HGA solution with the classical Lagrange heuristics developed and CPLEX. Results obtained suggests that the performance of HGA is competitive with that obtainable from a commercial solver such as CPLEX. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2019. / Industrial and Systems Engineering / PhD / Unrestricted

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