A aplicação de modelos matemáticos baseados em técnicas numéricas aumentou com o avanço da informática através da criação de microprocessadores mais velozes e periféricos de armazenamento de dados com grande capacidade. Buscando uma maior produtividade e a melhoria da qualidade final do produto solidificado, propõe-se neste trabalho, desenvolver um modelo computacional de origem físico para o crescimento de grão no Lingotamento Contínuo. O modelo é simulado utilizando o Método de Monte Carlo juntamente com o Método das Diferenças Finitas, com o objetivo de obter e caracterizar a transição colunar-equiaxial através desse método. As simulações foram realizadas utilizando a programação Fortran 90/95 no ambiente Linux através do software Developer Studio e aplicados nos aços SAE 1015 e 1020. A seguir, foram realizadas comparações entre as macroestruturas simuladas e as macroestruturas das amostras dos aços obtidas pelo Laboratório de Fundição (LAFUN) da UFRGS. Destas simulações observou-se que o modelo oferece a possibilidade da simulação de diferentes condições operacionais para prever a evolução macroestrutural de lingotes. / The application of mathematical models based on numerical techniques increased with the advancement of information technology by creating faster microprocessors and peripherals with high data storage capacity. Seeking for a major productivity and the improvement of the final quality of the solidified product. In this assignment, the development of a computational model with a physical origen for the growth of the continuous casting, is proposed. The model is simulated by using the Monte Carlo Method with the Finite Differences Method, the goal is to obtain and characterize the columnar-equiaxed transition through this method. The simulations were performed using the Fortran 90/95 programming in Linux environment using the Developer Studio software and applied to the steel SAE 1015 and 1020. Following it, comparisons were made between the macro and simulated macrostructures of the samples obtained by the Laboratory of Steel Casting - Laboratório de Fundição (LAFUN) at UFRGS. From these simulations, it was observed that the modified model offers the possibility of simulating different operating conditions to predict the evolution of macrostructural ingots.

Esta tese tem por objetivo avaliar a incerteza de medição no ensaio de fadiga do aço inoxidável AISI 316L em corpos de prova instrumentados ensaiados em temperatura ambiente em três níveis de rugosidade. Para isso, foi utilizado o método matemático de Monte Carlo para calcular o valor da incerteza com base nas variáveis de entrada. Para atingir esse objetivo foram realizados diversos ensaios de fadiga utilizando um número de corpos de prova suficientes para garantir confiabilidade estatística conforme norma ASTM E739-10 (ASTM, 2010), a uma frequência de ensaio de 20 Hz e razão de carregamento de 0,1. Nesta etapa 36 corpos de prova foram divididos em três grupos com valores de tensão 480, 500 e 520 MPa com três níveis de rugosidade distintos. Para o desenvolvimento do modelo matemático, cada fonte de incerteza teve distribuição de probabilidade determinada com base no comportamento estatístico característico de cada variável. Sendo assim, a partir de um modelo matemático desenvolvido foi possível determinar incerteza de medição do valor da tensão corrigida e do n° de ciclos, com uso do software Matlab®. Os resultados de incerteza de medição foram comparados aos valores obtidos pelo método Kragten, mostrando valores semelhantes entre os dois métodos matemáticos. / This thesis aims to evaluate the measurement uncertainty in the fatigue test of AISI 316L stainless steel in instrumented specimens tested at room temperature in three levels of roughness. For this, the mathematical method of Monte Carlo was used to evaluate the value of uncertainty based on the input variables. To achieve this goal several fatigue tests using a number of specimens sufficient to ensure statistical reliability according to ASTM E739-10 (ASTM, 2010) at test frequency of 20 Hz and stress ratio of 0.1 were tested. In this step 36 specimens were divided into three stress values of 480, 500 and 520 MPa with three different levels of roughness. For the mathematical development, each source of uncertainty probability distribution was initially determined based on the statistical behavior characteristic of each variable. A mathematical model was derived to determine the uncertainty of the stress value and number of cycles, using the Matlab® software. The combined uncertainty of results were compared to values obtained by Kragten method, showing similar values between the two mathematical methods.

O efeito das variações intrínsecas afetando parâmetros elétricos de circuitos fabricados com tecnologia CMOS de escala nanométrica apresenta novos desafios para o yield de circuitos integrados. Este trabalho apresenta modelos para representar variações físicas que afetam transistores projetados em escala sub-micrônica e metodologias computacionalmente eficientes para simular estes dispositivos utilizando ferramentas de Electronic Design Automation (EDA). O trabalho apresenta uma investigação sobre o estado-da-arte de modelos para variabilidade em nível de simulação de transistor. Modelos de variações no processo de fabricação (RDF, LER, etc) e confiabilidade (NBTI, RTS, etc) são investigados e um novo modelo estatístico para a simulação de Random Telegraph Signal (RTS) e Bias Temperature Instability (BTI) para circuitos digitais é proposta. A partir desses modelos de dispositivo, o trabalho propõe modelos eficientes para analisar a propagação desses fenômenos para o nível de circuito através de simulação. As simulações focam no impacto de variabilidade em três diferentes aspectos do projeto de circuitos integrados digitais: caracterização de biblioteca de células, análise de violações de tempo de hold e células SRAM. Monte Carlo é a técnica mais conhecida e mais simples para simular o impacto da variabilidade para o nível elétrico do circuito. Este trabalho emprega Monte Carlo para a análise do skew em redes de distribuição do sinal de relógio e em caracterização de células SRAM considerando RTS. Contudo, simulações Monte Carlo exigem tempo de execução elevado. A fim de acelerar a análise do impacto de variabilidade em biblioteca de células este trabalho apresenta duas alternativas aMonte Carlo: 1) propagação de erros usando aproximação linear de primeira ordem e 2)Metodologia de Superfície de Resposta (RSM). As técnicas são validados usando circuitos de nível comercial, como a rede de clock de um chip comercial utilizando a tecnologia de 90nm e uma biblioteca de células usando um nó tecnológico de 32nm. / In nanometer scale complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) parameter variations pose a challenge for the design of high yield integrated circuits. This work presents models that were developed to represent physical variations affecting Deep- Submicron (DSM) transistors and computationally efficient methodologies for simulating these devices using Electronic Design Automation (EDA) tools. An investigation on the state-of-the-art of computer models and methodologies for simulating transistor variability is performed. Modeling of process variability and aging are investigated and a new statistical model for simulation of Random Telegraph Signal (RTS) in digital circuits is proposed. The work then focuses on methodologies for simulating these models at circuit level. The simulations focus on the impact of variability to three relevant aspects of digital integrated circuits design: library characterization, analysis of hold time violations and Static Random Access Memory (SRAM) cells. Monte Carlo is regarded as the "golden reference" technique to simulate the impact of process variability at the circuit level. This work employs Monte Carlo for the analysis of hold time and SRAM characterization. However Monte Carlo can be extremely time consuming. In order to speed-up variability analysis this work presents linear sensitivity analysis and Response Surface Methodology (RSM) for substitutingMonte Carlo simulations for library characterization. The techniques are validated using production level circuits, such as the clock network of a commercial chip using 90nm technology node and a cell library using a state-of-theart 32nm technology node.

O estudo da substituição de bens de capital proporciona a empresa uma visão sobre a vida útil dos seus bens e oportuniza o planejamento para efetuar, dentro de um tempo ótimo, a troca do bem atual por um substituto que possa oferecer vantagens no que diz respeito a custos de operação e manutenção, sendo possível obter com isso a maximização das receitas. Esta dissertação propõe um modelo para a avaliação da vida útil econômica de máquinas e equipamentos fazendo uso da programação dinâmica (PD) com a geração de números aleatórios por meio do método de Monte Carlo (MMC). O modelo contempla a definição das variáveis que serão utilizadas, a aplicação do método de Monte Carlo às variáveis, o cálculo dos valores presentes, os cálculos da programação dinâmica com o objetivo de definir a máxima receita, o desenvolvimento da programação com o uso do software MatLab e a validação do modelo. As simulações foram realizadas utilizando as taxas de desconto baseadas no IPCA, CDI, IGP-M, Selic e meta Selic. A utilização do método de Monte Carlo possibilitou a geração de uma série de políticas para cada simulação, sendo estas analisadas estatisticamente como forma de verificar aquela que melhor representaria a política de substituição e consequentemente definisse a vida útil econômica do bem. O modelo foi aplicado a um centro de usinagem vertical e demonstrou flexibilidade na informação dos dados de entrada ao se utilizar a programação no software MatLab. Observou-se que além de gerar uma gama de possibilidades o modelo PD+MMC pode auxiliar o tomador de decisão quanto a estratégia a ser utilizada na substituição da máquina. Os cálculos efetuados por meio do modelo PD+MMC, para um horizonte de planejamento de 15 anos, utilizando as cinco taxas de desconto, forneceram políticas de substituição com estimativas de vida útil econômica de 3 anos para as taxas CDI, Selic e meta Selic e vida útil superior a 15 anos para as taxas IPCA e IGP-M. Por meio das análises estatísticas foi possível definir que a política de substituição que apresentou maior confiabilidade foi a que utilizou o IPCA/IBGE, a qual gerou a maior receita e a maior vida útil da máquina, superior a 16 anos, apresentando significância de 77,56% para a frequência de políticas. / The replacement study of capital goods provides to the company an overview about the useful life of its assets and provides planning for effecting, within an optimal time, the exchange of the present good by a substitute that may offer advantages with respect to Costs of operation and maintenance, being possible to obtain the maximization of revenues. This dissertation proposes a model for evaluation of economic useful life of machines and equipment making use of dynamic programming (PD) with the generation of random numbers by the Monte Carlo method (MMC). The model includes variables definition that will be used, the application of the Monte Carlo method to the variables, calculation of the present values, dynamic programming calculations with the objective of defining the maximum revenues, the programming development using MatLab software and validation of model. The simulations were performed using the discount rates based on the IPCA, CDI, IGP-M, Selic and Selic targets. The use of Monte Carlo method allowed the generation of a series of policies for each simulation, being analysed statistically as a way to verify the one that would best represent the replacement policy and consequently defined the economic useful life of the good. The model was applied to a vertical milling centre and showed flexibility in the information of the input data when using the programming in the software MatLab. It was observed that in addition to generating a range of possibilities the PD+MMC model can assist the decision maker regarding the strategy to be used in the replacement of machine. The PD + MMC calculations, for a 15-year planning horizon, using the five discount rates, provided replacement policies with economic life estimated 3-year economic life for the CDI, Selic and Selic and Useful life over 15 years for the IPCA and IGP-M rates. The PD+MMC calculations for a planning horizon of 15 years, using the five discount rates, provided replacement policies with three years useful life estimate for CDI, Selic and target Selic rates and for the IPCA and plus than fifteen years useful life for IPCA and IGP-M rates. By means of the statistical analyzes it was possible to define that the substitution policy that presented the highest reliability was the one that used the IPCA / IBGE, which generated the highest revenue and the longest useful life of the machine, over 16 years, presenting a significance of 77, 56% for policy frequency.

Orientador: José Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T06:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Macedo_RobsonGeremias_M.pdf: 10363964 bytes, checksum: 6228b731d9f6bbb1de00c092772a5fc2 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho consiste no estudo de propagação de incertezas aleatórias através de método que permite estimar deflexões de carregamentos estáticos a partir de dados de avaliação dinâmica. Com este propósito, um modelo numérico foi desenvolvido para a realização de simulações decarregamentos estáticos cujas condições de contorno empregadas são similares às usualmente praticadas pela indústria automobilística em avaliações de rigidez de carrocerias. As freqüências naturais e os modos de vibrar também foram calculados pela resolução do problema de autovalor e autovetor das matrizes de massa e rigidez do modelo. Estes últimos dados foram então utilizados pelo método para estimar os mesmos coeficientes de rigidez obtidos da simulação de carregamento estático. Em seguida, incertezas aleatórias devidamente modeladas foram incorporadas aos parâmetros modais. Ferramentas de análise de propagação de incertezas, como Monte Carlo e propagação linear de covariância, foram aplicadas na verificação da incerteza da estimação feita pelo método quando seus parâmetros de entrada são incertos. Por último, ensaios experimentais de carregamento estático e análise modal experimental foram realizados para validação do método frente às incertezas associadas a estas medições. Resultados são apresentados e comentados / Abstract: This work aims the study of random uncertainties propagation through a method that provides estimation of static loading deflections from dynamic data evaluations. With this purpose, a numerical model was developed in order to simulate static loading with the same boundary conditions as those used in static stiffness evaluations adopted by automotive manufacturers. Natural frequencies and vibration mode-shapes were also calculated by solving the eigenvalue and eigenvector problem from mass and stiffness matrices of the model. Simulated dynamic data were applied in this method to estimate the stiffness rate as usually obtained from a static loading simulation. Properly modeled random uncertainties were then incorporated into the modal parameters. Analysis tools for uncertainty propagation, such as Monte Carlo and linear covariance propagation were used in order to evaluate the uncertainty of the estimations made by the method when the input parameters are uncertain. Finally, experimental static loading tests and experimental modal analysis were performed to validate the method against the uncertainties associated with these measurements. These results are presented and discussed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maurice de Koning / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PenaArdila_LuisAldemar_M.pdf: 3312905 bytes, checksum: da0a7b28a57fc4d8a5a1639bdf9f9473 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O método Monte Carlo de integrais de trajetória (PIMC) é um sofisticado método para simular sistemas quânticos de muitos corpos. Em particular, é usado para a simulação de sistemas bosônicos como o 4He. O principal objetivo deste trabalho de Mestrado é aplicar o método PIMC para determinar as constantes elásticas do 4He sólido na sua fase hcp. Estas propriedades são muito importantes por estarem envolvidas num possível novo estado da matéria que foi descoberto no hélio sólido: a fase supersólida. Para realizar este objetivo, empregamos o pacote computacional PIMC++, que é uma implementação do método PIMC na linguagem C++, desenvolvido no grupo do Prof. David Ceperley. Primeiro realizamos testes básicos, calculando a energia total e a capacidade térmica para bósons livres, para as quais existem resultados exatos. Em seguida, consideramos a fase líquida do 4He, determinando propriedades como a energia, a fração de condensado e a densidade superfluida para o 4He líquido abaixo de 4K às condições de pressão de vapor saturado. Além disso, determinamos a função de correlação de pares e o fator de estrutura. Todas as propriedades apresentam boa concordância com dados experimentais. Após estes testes iniciais, determinamos as propriedades elásticas do 4He sólido na sua fase hcp descrito pelo potencial de pares de Aziz. Para realizarmos isso, implementamos o esquema de Parrinello e Rahman para permitir a utilização de células computacionais não-ortorrômbicas no pacote PIMC++. Além disso, desenvolvemos e implementamos a expressão para a observável tensorial tensão na linguagem de integrais de trajetória. Após estes desenvolvimentos técnicos, determinamos as constantes elásticas através de uma série de deformações de extensão/compressão e de cisalhamento, determinando o estado de tensão interno correspondente. Depois, usando a definição em termos da relação linear entre tensão e deformação, calculamos as constantes elásticas. Os resultados obtidos para 3 diferentes densidades e uma temperatura de 1 K demonstram que o modelo de Aziz captura as características fundamentais das propriedades elásticas do 4He na fase hcp / Abstract: The path-integral Monte Carlo (PIMC) method is a sophisticated approach for the simulation of many-body quantum systems. In particular, it has been extensively used for the study of manybody bosonic systems such as 4He. The main objective of the present dissertation is to apply the PIMC method to determine the elastic constants of solid 4He in its hcp phase. These properties are very important in view of their apparent involvement in the phenomenon of supersolidity in solid 4He. To realize this objective we utilize the software package PIMC++, which is an implementation of the PIMC method written in C++, developed in the group of Prof. David Ceperley. First, we carry out a number of basic tests, computing the total energy and heat capacity of an ideal gas of bosons, a system for which analytical results are available. Subsequently, we consider the liquid phase of 4He described by the Aziz pair potential, determining the energy per particle, the condensate fraction and superfluid density below 4 K under conditions of saturated vapor pressure. In addition, we compute the pair correlation function and the structure factor. All properties show good agreement with experimental data. After these preliminary tests, we determine the elastic constants of solid 4He in its hcp phase. To this end we implement the scheme due to Parrinello and Rahman, which allows the use of non-orthorhombic computational cells in PIMC++. In addition, we develop and implement an expression for the stress tensor observable within the path-integral formalism. After these technical developments, we determine the elastic constants by means of a series of tension/compression and shear deformations, measuring the corresponding internal stress states. Next, using the definition in terms of the linear relationship between stress and strain, we compute the elastic constants. The results obtained for 3 different densities at a temperature of 1K demonstrate that the Aziz model captures the fundamental characteristics of the elastic properties of 4He in the hcp phase / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho realizou uma comparação entre alguns dos principais códigos de transporte que empregam a abordagem estocástica de Monte Carlo para aplicação em cálculos dosimétricos em Medicina Nuclear. Foram analisados com detalhes os diversos modelos físicos e numéricos utilizados pelo código MCNP5 em relação códigos como Penelope e EGS. A identificação de suas potencialidades e limitações para solução de problemas microdosimétricos foram destacados. A metodologia condensada usada pelo MCNP resultou em valores para energia depositada normalmente menores, evidenciando uma conhecida característica do método das historias condensadas: o fato de subestimar tanto o número de colisões ao longo da trajetória do elétron quanto do número de partículas secundárias criadas. O uso de códigos de transporte como Penelope e MCNP em escalas micrométricas recebeu especial atenção neste trabalho. Códigos classe I e II foram estudados e seus principais recursos foram explorados visando o transporte de elétrons, que são de especial importância em dosimetria. Espera-se que a avaliação das metodologias disponíveis, aqui abordadas contribua para um maior entendimento do comportamento de tais códigos principalmente para esta classe de problemas, comuns em microdosimetria. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00479.pdf: 1424196 bytes, checksum: 84b987bd53ea5391c5678d9c974e4bdf (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11135.pdf: 7189578 bytes, checksum: 2301b9d209a5d40ecb7cb637fe73b0f8 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Há diversas enfermidades radiossensíveis epidermotrópicas, como a micose fungóide e a síndrome de Sézary, neoplasias cutâneas originadas de linfócitos do tipo T, que apresentam grande possibilidade de erradicação quando tratadas com feixes de elétrons com energia entre 4 e 10 MeV, conforme apontam diversos estudos. No entanto, esta técnica de tratamento apresenta inúmeras dificuldades práticas, pois a doença dissemina-se por todo o corpo do paciente tornando necessário um grande campo de radiação e deposição de energia limitada à profundidade da pele. A fim de obter uma distribuição de dose uniforme, muitas técnicas já foram desenvolvidas. Com base em estudos anteriores e guiados pelo protocolo n. 23 da American Association of Physicists in Medicine (AAPM), o presente trabalho desenvolveu placas espalhadoras e degradadoras de energia e realizou toda a dosimetria (computacional e experimental), a fim de fornecer subsídios para a implementação da técnica de tratamento Total Skin Electron Therapy (TSET) no Serviço de Radioterapia do Hospital das Clínicas de São Paulo. O programa MCNP4C baseado no método de Monte Carlo foi utilizado para reconstruir o espectro energético do acelerador Varian Clinac 2100C, por meio de medidas experimentais de percentual de dose em profundidade (PDP) e perfis radiais de dose. Com estes dados, foi possível efetuar simulações computacionais para a seleção de materiais, mediante análise da distribuição radial e axial de dose, produção de raios-X e a atenuação do feixe, além da simulação de placas espalhadoras e degradadoras de energia, a serem posicionadas na saída do acelerador. Os resultados das simulações foram validados por meio de medidas experimentais a fim de obter um grande campo de radiação com 200 cm x 80 cm que atendesse as especificações do protocolo da AAPM. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP