Este trabalho apresenta parte de um sistema de simulação integrado para escoamento de fluido incompressível bidimensional em malhas não estruturadas denominado UmFlow-2D. O sistema consiste de três módulos: um módulo modelador, um módulo simulador e um módulo visualizador. A parte do sistema apresentado neste trabalho é o módulo simulador. Este módulo, implementa as equações de Navier-Stokes. As equações governantes são discretizadas pelo método de diferenças finitas generalizadas e os termos convectivos pelo método semi-lagrangeano. Um método de projeção é empregado para desacoplar as componentes da velocidade e pressão. O gerenciamento da malha, não estruturada é feito pela estrutura de dados SHE. Os resultados numéricos obtidos pelo UmFlow-2D são comparados com soluções analíticas e soluções numéricas de outros trabalhos. / This work presents an integratc simulation system, called UmFlow-2D, wich aims a,t simulating two-dimensional íncompressible fluid flow using unstructed mesh. The system is divided three modules: modeling module, simulation module and visualization module. In this work we present the simulation module. The simulation module implements the Navier-Stokes equation. The governing equations are discretized by a generalized flnite dillerence method and the convective terms by semi-lagrangean method. A projection method is employed to uncouple the velocity componentes and pressure. The management at the unstructed mesh is ready using a data structure called SHE. The numérica! results are compared with analytical solutions and numerical simulations of other works.

Apresentamos alguns métodos numéricos para a resolução das equações hiperbólicas que regem problemas de transporte de cargas elétricas em isolantes, aplicando-os a quatro problemas específicos: injeção de corrente por um contato ôhmico em uma amostra com voltagem constante aplicada; transporte de um pulso de cargas através de uma amostra em circuito aberto; transporte de um pulso de cargas através de uma amostra submetida a uma diferença de potencial constante (tempo de vôo); e, finalmente, descarga termo-estimulada em circuito aberto. Empregamos, basicamente, dois tipos de métodos: características e diferenças finitas. Concluímos que, quando as descontinuidades são importantes, é mais conveniente usar o método das características; porém, quando não houver descontinuidades ou se estas não forem importantes, alguns métodos de diferenças finitas podem ser utilizados com boa precisão e menores tempos de computação do que aqueles gastos pelos métodos das características. / Numeral methods for solving partial differential equations of the hiperbolic type, governing some problems of transport of electric charge in dielectrics are presented and then applied to four specific problems: injection of charge via an ohmic contact into a sample with a constant applied voltage; transport of a pulse of charge through a sample in the open circuit mode; transport of a pulse of charge through a sample subjected to a constant voltage; and finally, thermally stimulated discharge in open circuit. Essentially two kinds of methods are employed: the method of characteristics and finite-difference methods. It is concluded that when discontinuities are important, the method of characteristics is the most convenient; otherwise, appropriate finite-difference schemes can be used with sufficient precision and less time expenses in computers.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dilberto.pdf: 3192288 bytes, checksum: c781d5e4d13d5a0028c8c410967fe213 (MD5) Previous issue date: 2009-08-14 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / In this thesis we study models of plane beams governed by Timoshenko s hypothesis and models of curved beams governed by Bresse s hypothesis in the presence of dissipative mechanism, which act partially on the rotation function in the transverse section or on the transverse displacement ones. We realize an analytic study of these models and we show they are exponentially stable, if and only if, the velocities of wave propagations are equal. Such result is more interesting on the point of mathematical view whereas in the practice the velocities of wave propagations are never equal. We study in the general case the polynomial stability property and we show the dissipative systems are stable and, in these situations, the decay rate can be improved according to the regularity of the initial data. In the specific cases of the models of curved beams, the differential factor is in the mathematical techniques we use, which they are much more sophisticated. Finally we realize a numerical study of the dissipative models using semi-discrete and totally discrete models in finite differences, purposing to avoid the problem of shear locking and to we confirm the theoretical results developed here. / Neste trabalho estudamos modelos de vigas planas governados pelas hipóteses de Timoshenko e modelos de vigas curvas governados pelas hipóteses de Bresse, na presença de mecanismos dissipativos atuando parcialmente, quer sobre a função de rotação na seção transversal ou sobre a função de deslocamento transversal. Desenvolvemos um estudo analítico desses modelos e mostramos que eles são exponencialmente estáveis se, e somente se, as velocidades de propagações de ondas são iguais. Este resultado é interessante do ponto de vista matemático, visto que na prática as velocidades de propagações de ondas nunca são iguais. No caso geral, estudamos a propriedade de estabilidade polinomial e mostramos que os sistemas dissipativos são polinomialmente estáveis, com taxas de decaimento que podem ser melhoradas de acordo com a regularidade dos dados iniciais. Nos casos específficos dos modelos de vigas curvas, o fator diferencial reside nas técnicas matemáticas que aplicamos, as quais são muito mais sofisticadas. Finalmente realizamos um estudo numérico dos modelos dissipativos usando modelos semidiscretos e totalmente discretos em diferenças finitas, com a preocupação de se evitar o problema de trancamento no cortante e para comprovarmos os resultados teóricos desenvolvidos nesta tese.

Para uma análise mais exata do sistema estrutural, é necessário um estudo do comportamento interativo entre as diversas partes que o compõe, entre eles, destaca-se a interação entre os elementos de fundação e o maciço de solos. Neste trabalho foram desenvolvidas formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo via acoplamento entre diferentes métodos numéricos: método dos elementos de contorno, método dos elementos finitos e método das diferenças finitas. As estacas podem estar submetidas a carregamentos horizontais, verticais e momentos aplicados em seu topo. Nestas formulações foram utilizadas, além das equações integrais de deslocamentos, as equações de suas derivadas, levando a um grau maior de singularidade, porém permitindo a adoção de aproximações mais refinadas para os deslocamentos e tensões ao longo da estaca. Todos os deslocamentos e suas derivadas referentes à estaca foram compatibilizados com os correspondentes do solo. Desenvolvidas as formulações, feito o devido acoplamento entre eles, foram analisados exemplos, que foram comparados com os resultados obtidos por outros pesquisadores, demonstrando sua validade. / For a more accurate analysis of the structural system, it is necessary to study the interactive behavior between the various parts that compose it, among them, there is the interaction between the foundation elements and massive soil. In this work, numerical formulations were developed for the analysis of pile-soil interaction by coupling between different numerical methods: the boundary element method, finite element method and finite difference method. Piles can be subjected to horizontal loads, vertical and moments applied on its top. In these formulations were used in addition to the displacement integral equations, the equations of their derivatives, leading to a higher degree of uniqueness but allowing the adoption of more sophisticated approaches to displacements and contact tractions along the pile. All displacements and their derivatives relating to the pile were matched with the corresponding soil. Developed formulations made due coupling between them were analyzed examples, which were compared with results obtained by other authors, demonstrating its validity.

Apresentamos alguns métodos numéricos para a resolução das equações hiperbólicas que regem problemas de transporte de cargas elétricas em isolantes, aplicando-os a quatro problemas específicos: injeção de corrente por um contato ôhmico em uma amostra com voltagem constante aplicada; transporte de um pulso de cargas através de uma amostra em circuito aberto; transporte de um pulso de cargas através de uma amostra submetida a uma diferença de potencial constante (tempo de vôo); e, finalmente, descarga termo-estimulada em circuito aberto. Empregamos, basicamente, dois tipos de métodos: características e diferenças finitas. Concluímos que, quando as descontinuidades são importantes, é mais conveniente usar o método das características; porém, quando não houver descontinuidades ou se estas não forem importantes, alguns métodos de diferenças finitas podem ser utilizados com boa precisão e menores tempos de computação do que aqueles gastos pelos métodos das características. / Numeral methods for solving partial differential equations of the hiperbolic type, governing some problems of transport of electric charge in dielectrics are presented and then applied to four specific problems: injection of charge via an ohmic contact into a sample with a constant applied voltage; transport of a pulse of charge through a sample in the open circuit mode; transport of a pulse of charge through a sample subjected to a constant voltage; and finally, thermally stimulated discharge in open circuit. Essentially two kinds of methods are employed: the method of characteristics and finite-difference methods. It is concluded that when discontinuities are important, the method of characteristics is the most convenient; otherwise, appropriate finite-difference schemes can be used with sufficient precision and less time expenses in computers.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência. / A numerical approach is presented for amodel describing the pattern formation by ion beam sputtering on a material surface. This process is responsible for the appearance of unexpectedly organized patterns, such as ripples, nanodots, and hexagonal arrays of nanoholes. A numerical analysis of preexisting patterns is proposed to investigate surface dynamics, based on a model resumed in an anisotropic damped Kuramoto-Sivashinsky equation, in a two dimensional surface with periodic boundary conditions. While deterministic, its highly nonlinear character gives a rich range of results, making it possible to describe accurately different patterns. A finite-difference semi-implicit time splitting scheme is employed on the discretization of the governing equation. Simulations were conducted with realistic coefficients related to physical parameters (anisotropies, beam orientation, diffusion). The stability of the numerical scheme is analyzed with time step and grid spacing tests for the pattern evolution, and the Method ofManufactured Solutions has been used to verify the scheme. Ripples and hexagonal patterns were obtained from amonomodal initial condition for certain values of the damping coefficient, while spatiotemporal chaos appeared for lower values. The anisotropy effects on pattern formation were studied, varying the angle of incidence.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência. / A numerical approach is presented for amodel describing the pattern formation by ion beam sputtering on a material surface. This process is responsible for the appearance of unexpectedly organized patterns, such as ripples, nanodots, and hexagonal arrays of nanoholes. A numerical analysis of preexisting patterns is proposed to investigate surface dynamics, based on a model resumed in an anisotropic damped Kuramoto-Sivashinsky equation, in a two dimensional surface with periodic boundary conditions. While deterministic, its highly nonlinear character gives a rich range of results, making it possible to describe accurately different patterns. A finite-difference semi-implicit time splitting scheme is employed on the discretization of the governing equation. Simulations were conducted with realistic coefficients related to physical parameters (anisotropies, beam orientation, diffusion). The stability of the numerical scheme is analyzed with time step and grid spacing tests for the pattern evolution, and the Method ofManufactured Solutions has been used to verify the scheme. Ripples and hexagonal patterns were obtained from amonomodal initial condition for certain values of the damping coefficient, while spatiotemporal chaos appeared for lower values. The anisotropy effects on pattern formation were studied, varying the angle of incidence.

Para uma análise mais exata do sistema estrutural, é necessário um estudo do comportamento interativo entre as diversas partes que o compõe, entre eles, destaca-se a interação entre os elementos de fundação e o maciço de solos. Neste trabalho foram desenvolvidas formulações numéricas para a análise da interação estaca-solo via acoplamento entre diferentes métodos numéricos: método dos elementos de contorno, método dos elementos finitos e método das diferenças finitas. As estacas podem estar submetidas a carregamentos horizontais, verticais e momentos aplicados em seu topo. Nestas formulações foram utilizadas, além das equações integrais de deslocamentos, as equações de suas derivadas, levando a um grau maior de singularidade, porém permitindo a adoção de aproximações mais refinadas para os deslocamentos e tensões ao longo da estaca. Todos os deslocamentos e suas derivadas referentes à estaca foram compatibilizados com os correspondentes do solo. Desenvolvidas as formulações, feito o devido acoplamento entre eles, foram analisados exemplos, que foram comparados com os resultados obtidos por outros pesquisadores, demonstrando sua validade. / For a more accurate analysis of the structural system, it is necessary to study the interactive behavior between the various parts that compose it, among them, there is the interaction between the foundation elements and massive soil. In this work, numerical formulations were developed for the analysis of pile-soil interaction by coupling between different numerical methods: the boundary element method, finite element method and finite difference method. Piles can be subjected to horizontal loads, vertical and moments applied on its top. In these formulations were used in addition to the displacement integral equations, the equations of their derivatives, leading to a higher degree of uniqueness but allowing the adoption of more sophisticated approaches to displacements and contact tractions along the pile. All displacements and their derivatives relating to the pile were matched with the corresponding soil. Developed formulations made due coupling between them were analyzed examples, which were compared with results obtained by other authors, demonstrating its validity.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-03T12:21:26Z No. of bitstreams: 1 alexandrebittencourtpigozzo.pdf: 866787 bytes, checksum: c6792b0cf7e2393b912ea7c1c8fdae2c (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T20:06:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandrebittencourtpigozzo.pdf: 866787 bytes, checksum: c6792b0cf7e2393b912ea7c1c8fdae2c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T20:06:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandrebittencourtpigozzo.pdf: 866787 bytes, checksum: c6792b0cf7e2393b912ea7c1c8fdae2c (MD5) Previous issue date: 2011-02-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O sistema imunológico humano (SIH) é composto por uma rede complexa de células, tecidos e órgãos especializados em defender o organismo contra doenças. Para atingir tal objetivo, o SIH identifica e extermina uma ampla gama de agentes patogênicos externos, como vírus e bactérias, além de células do próprio organismo que podem estar se comportando de forma anormal, e que poderiam dar origem a tumores, caso não fossem eliminadas. O SIH é ainda responsável pelo processo de eliminação de células mortas e renovação de algumas estruturas do organismo. A compreensão do SIH é, portanto, essencial. Entretanto a sua complexidade e a interação entre seus muitos componentes, nos mais diversos níveis, torna a tarefa extremamente complexa. Alguns de seus aspectos, no entanto, podem ser melhor compreendidos se modelados computacionalmente, permitindo a pesquisadores da área realizar um grande volume de experimentos e testar um grande número de hipóteses em um curto período de tempo. A longo prazo, pode-se vislumbrar um quadro onde todo o SIH poderá ser simulado, permitindo aos cientistas desenvolverem e testarem vacinas e medicamentos contra várias doenças, bem como contra a rejeição de órgãos e tecidos transplantados, diminuindo o uso de animais experimentais. Neste contexto, o presente trabalho visa implementar e simular computacionalmente um modelo matemático do SIH, sendo o objetivo principal reproduzir a dinâmica de uma resposta imune ao lipopolissacarídeo (LPS) em um pequena seção de um tecido. O modelo matemático é composto de um sistema de equações diferenciais parciais (EDPs) que incorpora a dinâmica de alguns tipos de células e moléculas do SIH durante uma resposta imune ao LPS no tecido. / The Human Immune System (HIS) consists of a complex network of cells, tissues and organs. The HIS plays an crucial role in defending the body against diseases. To achieve this goal, the immune system identifies and kills a wide range of external pathogens such as viruses and bacteria, and the body's own cells which are behaving abnormally. If these cells were not eliminated, they could give rise to tumors. The HIS is also responsible for removing dead cells and replacing some of the structures of the body. The understanding of the HIS is therefore essential. However, its complexity and the intense interaction among several components, in various levels, make this task extremely complex. Some of its aspects, however, may be better understood if a computational model is used, which allows researchers to test a large number of hypotheses in a short period of time. In the future we can envision a computer program that can simulate the entire HIS. This computer program will allow scientists to develop and test new drugs against various diseases, as well as to treat organ or tissue transplant rejection, without requiring animals experiments. In this scenario, our work aims to implement and simulate a mathematical model of the HIS. Its main objective is to reproduce the dynamics of a immune response to lipopoly-saccharides (LPS) in a microscopic section of a tissue. The mathematical model is composed of a system of partial differential equations (PDEs) that defines the dynamics of some tissues and molecules of the HIS during the immune response to the LPS.

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:40:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Noeli Antonia Pimentel Vaz.pdf: 27939265 bytes, checksum: a285e763b07345fb2801fce0e9ed4cfe (MD5) Previous issue date: 2013-05-15 / The generation of a pattern of navigation in Virtual Learning Environments (VLE) closer to the characteristics of the student is a question relevant of research. This paper takes as its starting point a Hybrid Intelligent Tutoring System (HITS) already proposed in the literature that uses the Artificial Neural Networks MLP (Multi Layer Perceptron) and rules of faculty experts, and adds a methodology using Partial Differential Equations (PDE) calculated by the method of finite differences, in order to improve the navigation decision to lead the student in a personalized way, adding to their biggest gains learning process. The original HITS developed for web platform has been adapted using technologies that enable the evolution system and the integration of the system settings for navigation mid-level, system without adaptive capacity, and the smart navigation were conducted to verify the effectiveness of the proposed system. Data obtained were evaluated by statistical tests with 5% level of significance, which proved the efficiency of the proposed model. / A geração de um padrão de navegação em Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVA) mais próximo das características do estudante é uma questão relevante de pesquisa. Esta dissertação toma como ponto de partida um Sistema Tutor Inteligente (STI) Híbrido já proposto na literatura que utiliza Redes Neurais Artificiais do tipo MLP (Multi Layer Perceptron) e regras de docentes especialistas; e agrega uma metodologia utilizando Equações Diferenciais Parciais (EDP) calculadas pelo método das diferenças finitas, com o objetivo de melhorar a decisão de navegação, para conduzir o estudante de forma personalizada, agregando melhores ganhos ao seu processo de aprendizado. O STI original, desenvolvido para plataforma web, foi adaptado utilizando tecnologias que possibilitem a evolução do sistema e a integração a Ambientes Virtuais de Aprendizagem, como o Moodle, por exemplo. Experimentos com o sistema em configurações para a navegação nível médio (sistema sem capacidade adaptativa) e a navegação inteligente foram realizados para verificação da efetividade do sistema proposto. Os dados obtidos foram avaliados por meio de testes estatísticos com nível de significância de 5%, que comprovam a eficiência do modelo proposto.