Este trabalho apresenta uma metodologia para a extensão do Método da Rede Turbilhonar Generalizado na obtenção da evolução temporal dos coeficientes de força e momento aerodinâmicos em regime de vôo supersônico não estacionário. É utilizado um modelo linearizado das equações básicas da mecânica dos fluidos para a obtenção da resposta indicial de asas planas e sem espessura. Os resultados são comparados aos existentes na literatura, obtidos por meio de cálculos analíticos, demonstrando a validade do método. São estudadas as influências das características geométricas da asa e do número de Mach na resposta aerodinâmica a uma variação em degrau de ângulo de ataque. Devido à linearidade do modelo, os resultados obtidos podem ser utilizados na obtenção da resposta a um movimento qualquer, por meio do princípio da superposição e da aplicação da integral de Duhamel.

Unsteady phenomena like flutter, buffeting, rapid maneuvers in flight and gust entry are usually modeled and studied by a theoretical treatment involving potential flow methods. The resulting equation from this approach is the governing differential equation for general non-steady, non-viscous, potential flow known as convected wave equation. The disturbance, represented in this equation by the velocity potential, is propagated as wave which spreads at a rate equal to the local speed of sound. Linearization on the basis of small disturbances in a uniform stream of compressible fluid is made upon the equation by the procedure of retaining first order terms. Elementary solutions for this simplified equation recognized as primary extension of the concepts of source, sink, vortex and doublet, used together with boundary conditions associated with the governing equation, enables proper treatment for understanding and tackling non-steady aerodynamic problems. This thesis presents a numerical solution for the aerodynamics lift coefficient of a thin airfoil in arbitrary motion in a uniform, compressible, subsonic flow field. Distribution of vortex type elementary solutions of the convected wave equation is used together with a time function that schedules the vortex strength in time to represent in effect the arbitrary vortex moving along a chosen path. A field point is then influenced by the continuous disturbances generated by the vortex with a delay relative to the time of action of the same vortex. A fixed coordinate system in space relative to the body is chosen. So the body is fixed in a moving flow. The analytical vortex solution is presented together with the appropriate transformation variables needed to treat the problem.

Unsteady solutions for the aerodynamic coefficients of a thin airfoil in compressible subsonic or supersonic flows are studied. The lift, the pitch moment, and pressure coefficients are obtained numerically for the following motions: the indicial response (unit step function) of the airfoil, i.e., a sudden change in the angle of attack; a thin airfoil penetrating into a sharp edge gust (for several gust speed ratios); a thin airfoil penetrating into a one-minus-cosine gust and sinusoidal gust (a typical gust used in commercial aircraft design); oscillating airfoil; and also the interaction of the airfoil with a shed (from convection phenomenon) vortex passing under the airfoil, a phenomenon known in literature as AVI (Airfoil Vortex Interaction). The present work uses a numerical approach based on vortex singularity. The numerical model is created by means of the airfoil discretization in uniform segments and the compressible flow vortex singularity is used. The results available in the literature are based on approximated exponential equations, or computed via Computational Fluid Dynamics (CFD). Thus, the purpose of this method is to obtain a more accurate computation compared to those of approximated equations, and numerically quite faster compared to those obtained via CFD.

Neste trabalho, investiga-se o projeto de controladores a parâmetro fixo, utilizando a técnica TFL/LTR (Target Feedback Loop/Loop Transfer Recovery) em combinação com duas estruturas de compensadores robustos, que serão avaliados com conjuntos de especificações para a estabilidade robusta e desempenho em um helicóptero de laboratório. Este helicóptero faz parte de uma classe de sistemas mecânicos denominados sistemas não-lineares subatuados, possuindo três graus de liberdade e dois atuadores. O modelo do helicóptero de laboratório foi produzido pela Quanser Consulting e simula alguns comportamentos típicos de uma aeronave tilt-motor em configuração de helicóptero com movimento em corpo rígido, permitindo a avaliação de diversas técnicas de controle multivariável. A dinâmica do helicóptero é descrita por um modelo de 6 ordem tendo como variáveis de estado os ângulos de deslocamento, elevação e arfagem. A primeira estrutura considerada na avaliação é o compensador LQG/LTR com o intuito de servir como referência para a avaliação de desempenho. A segunda estrutura consiste na modificação da técnica LQG/LTR. Esta não possui um nome específico, e neste trabalho denominar-se-á de estrutura #2. Para ambas as técnicas, os compensadores projetados devem solucionar o problema de rastreamento estável das trajetórias de referência, garantindo desempenho e estabilidade robusta, apesar de distúrbios paramétricos.

Este trabalho discute a questão da interação entre o casco do navio e o propulsor em funcionamento conjunto, e sua simulação por ferramentas computacionais. O texto se concentra em descrever os principais efeitos dessa interação, as principais dificuldades em se estimar esses efeitos, os métodos tradicionalmente usados, e como ferramentas computacionais podem ser aplicadas de maneira vantajosa. No texto também pode ser encontrada uma análise crítica dos métodos mais comuns e dos resultados, baseada em trabalhos de diversos autores, publicados nacional e internacionalmente. É apresentado o método dos volumes finitos, usado nesta pesquisa, algumas de suas particularidades principais, vantagens e desvantagens, e os resultados das simulações realizadas, interpretados à luz dos valores experimentais usados para comparação e das limitações do método dos Volumes Finitos. A comparação é feita analisando-se grandezas integrais, como a resistência do casco ou o empuxo do propulsor; e também as características do escoamento, como o perfil de velocidade na esteira, presença de vórtices, e outras estruturas típicas. Os resultados obtidos têm a mesma ordem de precisão dos que tem sido obtidos por outros pesquisadores, internacionalmente, e são coerentes qualitativamente; mas algumas questões referentes aos modelos físico e numérico escolhidos ainda limitam a precisão dos resultados e restringem sua adoção em atividades de engenharia. Entretanto, diversas características observadas no escoamento contribuem para aumentar o conhecimento de alguns fenômenos envolvidos no problema. / This work is about the hull and propeller interaction in joint functioning, and its simulation by computational tools. The text concentrates in describing the main effects of such interaction, the main difficulties in the estimation of these effects, the methods traditionally adopted, and how computational tools can be applied in advantageous way. A critical analysis of the most common methods and results, based on paperworks of several different authors worldwide, can also be found. The Finite Volumes method, used in this research, is presented - its main issues, advantages and disadvantages, and the simulations outcomes, compared to the experimental values and explained by the knowledge of the Finite Volumes method limitations. The comparison is made by means of both integral values, such as the hull\'s resistance or the propeller thrust; as well as the characteristics of the flow, like the wake velocity profile, presence of vortex, and other typical structures. The results shows the same error band than the ones which has been obtained by other researchers, worldwide, and most of the typical characteristics of the flow were observed. But some issues concerned to the chosen physical and numerical models still limit the precision of the outcomes, and restrict the application of such models at engineering activities. But several insights about the flow, obtained at this study, can be useful to the understanding of some phenomena involved in the propeller operation.

O objetivo deste trabalho é o estudo de métodos multigrid para a solução de equações elípticas na esfera, discretizadas em malhas esféricas geodésicas icosaédricas. Malhas esféricas geradas a partir de sólidos platônicos receberam crescente atenção ao longo da última década, por serem razoavelmente uniformes e não apresentarem concentração de pontos em torno dos pólos como as tradicionais malhas latitude-longitude. Em especial, as malhas geodésicas icosaédricas (geradas a partir de um icosaedro inscrito na esfera com suas faces projetadas na superfície) têm sido adotadas no desenvolvimento de diversos modelos atmosféricos. Nestes é comum a necessidade de resolução de equações do tipo Poisson como parte do método de integração, motivando o nosso trabalho. Adotamos uma discretização do operador de Laplace baseada em volumes finitos. Para tal escrevemos o laplaciano como o divergente do gradiente. O divergente é discretizado com base nos fluxos nos pontos médios das arestas das células computacionais (com o auxílio do teorema da divergência de Gauss) e no uso de diferenças centradas para aproximar as derivadas nesses pontos médios. Validamos a discretização para o operador de Laplace resolvendo uma equação de Poisson através dos métodos iterativos de Jacobi e Gauss-Seidel. Estes sabidamente não são eficientes computacionalmente, devido ao grande e crescente número de iterações necessárias para atingir a convergência ao refinar a malha. Uma alternativa muito eficiente para a resolução de equações elípticas é a métodologia multigrid. Investigamos alguns métodos multigrid propostos na literatura para a solução destas equações na malha esférica geodésica icosaédrica. A partir desse estudo, utilizando também como referência a Análise Local de Fourier para a equação de Poisson em malhas hexagonais uniformes, como uma aproximação para malhas geodésicas icosaédricas, escolhemos um algoritmo multigrid para implementação. Testamos algumas opções para as componentes do esquema multigrid. Obtivemos taxas de convergência muito boas com V(1,1) ciclos com relaxação por Gauss-Seidel, restrição full weighting e interpolação linear. / This work is dedicated to the numerical solution of elliptic equations on the sphere, discretized on geodesic icosahedral grids. Spherical meshes generated from projections of platonic solids received considerable attention in the last decade, once they are almost isotropic and do not present a concentration of grid points around the poles, as traditional latitude-longitude grids. In particular, the geodesic icosahedral spherical grids have been adopted in the development of several atmospheric models. In these models, the necessity to solve Poisson type equations is very common, providing a motivation for our present work. We have employed a discretization of the Laplace operator based on finite volumes. We write the Laplacian as the divergent of the gradient operator and use Gauss theorem to derive the discretization of the operator. We integrate the fluxes along the cell borders and approximate them through finite-differences. We first validated the discretization solving Poisson\'s equation with a simple (and very innefficient) Jacobi-Relaxation and Gauss-Seidel. We then investigated the use of multigrid type schemes for the solution of this equation. We have analysed some schemes proposed in the literature, also using an idealized Local Fourier Analysis on hexagonal (planar) grids to estimate the behaviour of the schemes on the icosaedral grids. We have implemented and tested a multigrid method, comparing the performance with different relaxation schemes and transfer operators. We have obtained a very efficient method employing V(1,1) cycles with Gauss-Seidel relaxation, and full-weighting and linear interpolation as transfer-operators.

Apresenta-se um pré-processador para análise de pavimentos de edifícios via método dos elementos finitos desenvolvido como um aplicativo do ambiente Windows. O programa é interativo, permitindo identificar problemas de imediato na criação do modelo a ser estudado. Possui recursos gráficos básicos para a definição geométrica da estrutura. A saída de dados é programável para que o pré-processador não se prenda a um só programa de cálculo. Assim, os mesmos dados de uma estrutura podem ser analisados por diferentes programas de cálculo o que possibilita a escolha do programa mais adequado, dependendo do tipo de análise desejado. O aplicativo tem recursos para definir elementos finitos de barra e placa. Como o número desses elementos normalmente é grande, eles são gerados de uma forma automatizada. / lt is presenting a Windows preprocessar for building slab analysis by Finite Element Method. lt is an interactive program, allowing problems to be identified while the model is generated. It has graphical resources to define the structure. The program output is defined by the user; therefore it is possible to use the preprocessar with many other finite element programs. This allows the engineer to choose the appropriate program depending on the kind of analysis is wanted. The program can define frame and shell finite elements. As slabs usually need large numbers of these elements to be properly analyzed, they are generated using automatic meshing.

Submitted by ALINE SILVA FIRMINO null (linefirmino@hotmail.com) on 2017-03-27T17:54:24Z No. of bitstreams: 1 firmino_as_dissertação.pdf: 2266304 bytes, checksum: 13769bd9535af127e6fb921b1f8c1aae (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-29T19:17:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 firmino_as_me_sjc.pdf: 2266304 bytes, checksum: 13769bd9535af127e6fb921b1f8c1aae (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-29T19:17:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 firmino_as_me_sjc.pdf: 2266304 bytes, checksum: 13769bd9535af127e6fb921b1f8c1aae (MD5) Previous issue date: 2017-01-27 / O presente estudo teve como objetivo avaliar as características mecânicas de próteses parciais fixas adesivas, confeccionadas em resina composta de uso indireto, reforçadas por uma malha de nylon. Para a confecção da matriz dos espécimes e estudo das tensões nas estruturas, foi realizada análise qualitativa pregressa análise de elementos finitos (FEA). A pesquisa in vitro simula uma prótese parcial fixa de três elementos com inserção entre os primeiros pré-molares e os primeiros molares superiores (n = 60; 10 por grupo). Três dos seis grupos passaram por ciclagem mecânica. Os grupos experimentais foram: G1-prótese fixa convencional; G2 - prótese convencional ciclada; G3 - prótese com reforço da malha posicionada na vertical; G4 – Prótese com reforço da malha posicionada na vertical ciclada; G5 – Prótese com reforço da malha posicionada na horizontal; G6 – Prótese com reforço da malha posicionada na horizontal ciclada.Todos os grupos passaram por ensaio de carga máxima a fratura (EMIC). Os resultados não apresentaram diferença estatística entre os grupos. Concluiu-se que a utilização da malha nylon proporcionou estabilidade, mesmo após a fratura da peça, pois as partes não se separam, além disso, os resultados obtidos in vitro puderam validar os dados in sílico. / The present study aimed to evaluate the mechanical characteristics of adhesive fixed partial dentures, made from composite resin of indirect use, reinforced by a nylon mesh. A finite element analysis (FEA) was used to compile the specimen matrix and to study the stresses in the structures. In vitro research, simulated a fixed partial denture of three elements with insertion between the first premolars and the major maxillary molars (n = 60; 10 per group). Three of the six groups underwent mechanical cycling. The experimental groups were: G1 - conventional fixed prosthesis; G2 - conventional cyst prosthesis; G3 - prosthesis with reinforcement of the mesh positioned vertically; G4 - Prosthesis with reinforcement of the mesh positioned in the cycled vertical; G5 - Prosthetics with mesh reflux positioned horizontally; G6 - Prosthetics with mesh reinforcement positioned horizontally cycled. All groups underwent maximum fracture loading test (EMIC). The results do not present a statistic between the groups. It was concluded that the use of the nylon mesh provided stability, even after fracture of the part, as parts do not separate, besides, the results obtained in vitro could validate the data in silica.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O aumento da capacidade dos computadores nessas trÃs ultimas dÃcadas tem tornado possÃvel a soluÃÃo de problemas de engenharia cada vez mais complexos. Essa ampliaÃÃo na possibilidade de soluÃÃo de tais problemas à resultado do avanÃo nos mÃtodos numÃricos e do desenvolvimento de algoritmos eficientes. Entretanto, estes mÃtodos numÃricos sÃo baseados na construÃÃo de malhas de discretizaÃÃo e a geraÃÃo de malhas ainda representa o maior desafio desses mÃtodos. Por esse motivo, nos Ãltimos anos o foco dos estudos de modelagem de problemas relacionados Ãs Ãguas subterrÃneas està voltado para o desenvolvimento de âmÃtodos livres de malhasâ ( meslhess ou meshfree methods) que tÃm como objetivo eliminar ou, pelo menos aliviar os problemas associados à construÃÃo e/ou reconstruÃÃo de malhas. Em problemas transientes, nos mÃtodos numÃricos tradicionais, o espaÃo à discretizado e em seguida à feita uma nova discretizaÃÃo para o tempo que requer a escolha de uma relaÃÃo Ãtima entre o intervalo de tempo escolhido e a discretizaÃÃo do espaÃo. Esta tese propÃe o desenvolvimento de um modelo numÃrico-analÃtico para problemas transientes de fluxo e contaminaÃÃo de Ãgua subterrÃnea. à um mÃtodo numÃrico com relaÃÃo à descriÃÃo do espaÃo, onde serà utilizado o mÃtodo RBF livre de malha e à analÃtico com relaÃÃo ao tempo, onde serÃo geradas expressÃes matemÃticas para a parte transiente. TrÃs configuraÃÃes de problemas unidimensionais de Ãgua subterrÃnea foram modeladas pelo mÃtodo RBF livre de malha e pelo mÃtodo numÃrico-analÃtico (MNA), utilizando o MAPLE e ( versÃo 10.0) como linguagem de programaÃÃo. Nos trÃs casos estudados, o meio poroso à homogÃneo e saturado. Os resultados apresentados mostram a validaÃÃo de fÃsica do MNA, mas possuem algumas restriÃÃes em sua aplicaÃÃo, tais como domÃnios poucos discretizados e a escolha de um fator de forma Ãtimo. O presente trabalho mostra tambÃm que o modelo proposto acomoda condiÃÃes de contorno que variam com o tempo. / Improvements in computer capabilities in the last three decades make it possible to solve more and more complex engineering problems. The increase in possibilities for solving such problems has been due to advances in numerical methods and development of efficient algorithms. Nevertheless, these numerical methods are based on mesh discretization and it is widely acknowledged that mesh generation remains one of the biggest challenges in mesh-based methods. During recent years, groundwater problems modeling studies are focused on the development of meshless or mesh-free methods. The aim of the so-called mesh-free methods is to eliminate or at least minimize the problems associated with meshing and/or remeshing. Traditional numerical methods discretize space and then discretize time in order to solve transient problems. This procedure requires na optimal relationship between space and time discretizations. This work proposes the development of a numerical-analytical model for flow and contaminant transport groundwater transient problems. It is a numerical method with respect to space, with RBF meshfree method and it is analytical with respect to time, with mathematical expressions. Three onedimensional problems configurations were teste using RBF meshless method and numerical-analytical (MNA) method, in MAPLE program. In all three cases, porous media is homogeneous and saturated. Results show MNAâs physical validation, but there are some restrictions to its use, such as domain discretization, PÃclet number and optimal shape parameter. The present work also shows that MNA accommodates well varying boundary conditions.

Modelagem de dois fluidos é largamente aplicada para simular escoamentos gássólido em risers de leitos fluidizados circulantes. As atuais simulações são de grandes clusters (SGC), executadas em domínios reais com malhas numéricas grosseiras, ou simulações sub-malha, executadas em malhas numéricas refinadas em domínios reduzidos. O propósito das simulações sub-malha é principalmente produzir dados de meso-escala a serem aplicados em simulações de grandes clusters. A atual literatura apresenta apenas umas poucas simulações sub -malha de escoamentos gás-sólido em risers aplicando modelagem de dois fluidos, todas para condições típicas de reatores de leito fluidizado circulante de craqueamento catalítico. Neste trabalho realizou-se uma simulação sub-malha para esta condição, e também para uma outra condição típica de reatores de leito circulante para combustão/gaseificação. Correlações teóricas derivadas da teoria cinética dos escoamentos granulares (TCEG) foram aplicadas para determinar a pressão e as viscosidades da fase sólida. Considerou-se um domínio de pequenas dimensões sob condições de contorno periódicas, aplicando-se malhas numéricas refinadas. Os resultados das simulações foram comparados entre si, com outros resultados de simulação de literatura, e com dados experimentais. Então, a correção das simulações foi abordada em vista dos dados empíricos disponíveis. / Two-fluid modeling is widely applied to simulate gas-solid flows in risers of circulating fluidized beds. Current simulations are either large cluster simulations (LCS), performed in real domains under coarse numerical meshes, or sub-grid simulations, performed in reduced domains under refined numerical meshes. The purpose of subgrid simulation is mostly to provide meso-scale data to be applied in large cluster simulations. The up to date literature presents only a few sub -grid simulations of gassolid flows in risers applying two-fluid modeling, all of them for conditions typical of catalytic cracking circulating fluidized bed reactors. In the present work a sub-grid simulation was performed for this condition, as well as for a condition typical of circulating fluidized bed coal combustion/gasification reactors. Theoretical correlations derived from the kinetic theory of granular flows (KTGF) were applied to determine pressure and viscosities of the solid phase. A small size domain was considered under periodic boundary conditions, and a refined numerical mesh was applied. The results of the simulations were compared to each other, to other literature results of simulation, and to experimental data. Then, the accuracy of the simulations was addressed in view of the available empirical data.