Este trabalho tem como objetivo apresentar uma solução em forma fechada para uma modelagem, tanto unidimensional quanto bidimensional, do processo de solidificação. Esta modelagem, proposta por Kanetkar et al, aborda a solidificação em termos de dois processos: o macroscópico e o microscópico. O primeiro descreve a transferência de calor do metal para o molde e do sistema metal-molde para o meio ambiente; já. o segundo descreve a formação e o desenvolvimento de grãos no metal durante sua mudança de fase. O acoplamento desses processos se dá. através da inclusão do termo fonte, representante da cinética de solidificação, na equação de conservação de energia para condução do calor. Ao invés de utilizar o método de diferenças finitas na resolução das equações do modelo unidimensional, aplica-se a transformada de Laplace com respeito à variável t e resolve-se analiticamente, via software REDUCE, o sistema de equações gerado pelas condições de contorno para a obtenção dos coeficientes da solução transformada. No caso bidimensional, utiliza-se um método nodal para transformar o problema novamente em uma modelagem unidimensional. Integram-se as equações em uma das direções, no caso, em z, passando-se a calcular o fluxo médio de calor. Uma extensão possfvel é subdividir o domÍnio de integração e calcular o fluxo médio em cada uma das novas regiões interligadas através de condições de contorno. / The modeling of solidification, proposed by Ka.netkar et al, treats the solidification as a process involving ma.croscopic and microscopic íeatures. The ma.croscopic aspect desenhes the heat transfer from the metal to the cylindric body and from the system "metal-mold" to the surroundings. The second describes the formation and development of grains in the metal during its fase changing. The coupling of these two features of the process is ma.de with the inclusion of a source term, tha.t representa the nucleation, in the conservation equation for the heat transíer. lnstead of using finite diference methods for solving the equations of the unidi.mentiona. l model, Laplace transform with respect to the temporal va.riable ( t) is applied in the equations, and for solving analytically the system of equations generated by the boundary conditions from the model, the software REDUCE is used. In the two dimentional model is used a nodal method to transform the problem aga.in in a unidimentional modeling. The equations are integrated in a choosen direction, here z. After that they were solved for a mean heat flux. lt is aslo possible to divide the domain of integration and to calculate the mean heat flux in ea.ch new region considering that ea.ch one is connected with the others by new boundary conditions.

Esta tese foca no problema de estimação de estado e de identificação de parâametros para modelos afins por partes. Modelos afins por partes são obtidos quando o domínio do estado ou da entrada do sistema e particionado em regiões e, para cada região, um submodelo linear ou afim e utilizado para descrever a dinâmica do sistema. Propomos um algoritmo para estimação recursiva de estados e um algoritmo de identificação de parâmetros para uma classe de modelos afins por partes. Propomos um estimador de estados Bayesiano que utiliza o filtro de Kalman em cada um dos submodelos. Neste estimador, a função distribuição cumulativa e utilizada para calcular a distribuição a posteriori do estado assim como a probabilidade de cada submodelo. Já o método de identificação proposto utiliza o algoritmo EM (Expectation Maximization algorithm) para identificar os parâmetros do modelo. A função distribuição cumulativa e utilizada para calcular a probabilidade de cada submodelo a partir da medida do sistema. Em seguida, utilizamos o filtro de Kalman suavizado para estimar o estado e calcular uma função substituta da função likelihood. Tal função e então utilizada para identificar os parâmetros do modelo. O estimador proposto foi utilizado para estimar o estado do modelo não linear para vibrações causadas por folgas. Foram realizadas simulações, onde comparamos o método proposto ao filtro de Kalman estendido e o filtro de partículas. O algoritmo de identificação foi utilizado para identificar os parâmetros do modelo do jato JAS 39 Gripen, assim como, o modelos não linear de vibrações causadas por folgas. / This thesis focuses on the state estimation and parameter identi cation problems of piecewise a ne models. Piecewise a ne models are obtained when the state domain or the input domain are partitioned into regions and, for each region, a linear or a ne submodel is used to describe the system dynamics. We propose a recursive state estimation algorithm and a parameter identi cation algorithm to a class of piecewise a ne models. We propose a Bayesian state estimate which uses the Kalman lter in each submodel. In the this estimator, the cumulative distribution is used to compute the posterior distribution of the state as well as the probability of each submodel. On the other hand, the proposed identi cation method uses the Expectation Maximization (EM) algorithm to identify the model parameters. We use the cumulative distribution to compute the probability of each submodel based on the system measurements. Subsequently, we use the Kalman smoother to estimate the state and compute a surrogate function for the likelihood function. This function is used to estimate the model parameters. The proposed estimator was used to estimate the state of the nonlinear model for vibrations caused by clearances. Numerical simulations were performed, where we have compared the proposed method to the extended Kalman lter and the particle lter. The identi cation algorithm was used to identify the model parameters of the JAS 39 Gripen aircraft as well as the nonlinear model for vibrations caused by clearances.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A relação entre porosidade e permeabilidade desperta o interesse de pesquisadores e engenheiros por causa de suas diversas aplicações. Tais como na utilização de filtros, materiais pouco permeáveis, reservatórios naturais, etc. Ao longo do século XX, diversos trabalhos propondo tal relação foram apresentados na literatura e grande parte desses trabalhos desenvolvem modelos baseados na equação clássica de Kozeny-Carman. Nesta dissertação, propomos um modelo mais robusto que a formulação clássica de Kozeny-Carman, ou seja, que não apresenta as limitações dessa equação clássica. Além disso, um estudo baseado na Teoria dos Meios Fractais indica que o modelo estudado, nesta dissertação, generaliza diversas equações que fornecem a relação entre porosidade e permeabilidade. Por fim, será mostrado que o modelo proposto é capaz de descrever a relação entre porosidade e permeabilidade de diversos materiais porosos de natureza fractal. / The relationship between porosity and permeability attracts the attention of researchers and engineers because of their various applications. Such as in utilization of filters, waterproof materials, natural reservoirs, for example.Throughout the twentieth century, several works proposed in the literature they study the relation porosity-permeability, and much of this works they develop models based on the classical equation of Kozeny-Carman. In this dissertation, we propose a model more robust than the classical formulation of Kozeny-Carman, ie, that does not have the limitations of the equation classical. Furthermore, a study based on the Theory of the Media Fractals indicates that the model studied in this dissertation provide the relationship between porosity and permeability of several models presented in the literature. Finally, it will shown that the model proposed is able to describe the relationship between porosity and permeability of porous materials of various fractal nature.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos dias atuais, a maioria das operações feitas por empresas e organizações é armazenada em bancos de dados que podem ser explorados por pesquisadores com o objetivo de se obter informações úteis para auxílio da tomada de decisão. Devido ao grande volume envolvido, a extração e análise dos dados não é uma tarefa simples. O processo geral de conversão de dados brutos em informações úteis chama-se Descoberta de Conhecimento em Bancos de Dados (KDD - Knowledge Discovery in Databases). Uma das etapas deste processo é a Mineração de Dados (Data Mining), que consiste na aplicação de algoritmos e técnicas estatísticas para explorar informações contidas implicitamente em grandes bancos de dados. Muitas áreas utilizam o processo KDD para facilitar o reconhecimento de padrões ou modelos em suas bases de informações. Este trabalho apresenta uma aplicação prática do processo KDD utilizando a base de dados de alunos do 9 ano do ensino básico do Estado do Rio de Janeiro, disponibilizada no site do INEP, com o objetivo de descobrir padrões interessantes entre o perfil socioeconômico do aluno e seu desempenho obtido em Matemática na Prova Brasil 2011. Neste trabalho, utilizando-se da ferramenta chamada Weka (Waikato Environment for Knowledge Analysis), foi aplicada a tarefa de mineração de dados conhecida como associação, onde se extraiu regras por intermédio do algoritmo Apriori. Neste estudo foi possível descobrir, por exemplo, que alunos que já foram reprovados uma vez tendem a tirar uma nota inferior na prova de matemática, assim como alunos que nunca foram reprovados tiveram um melhor desempenho. Outros fatores, como a sua pretensão futura, a escolaridade dos pais, a preferência de matemática, o grupo étnico o qual o aluno pertence, se o aluno lê sites frequentemente, também influenciam positivamente ou negativamente no aprendizado do discente. Também foi feita uma análise de acordo com a infraestrutura da escola onde o aluno estuda e com isso, pôde-se afirmar que os padrões descobertos ocorrem independentemente se estes alunos estudam em escolas que possuem infraestrutura boa ou ruim. Os resultados obtidos podem ser utilizados para traçar perfis de estudantes que tem um melhor ou um pior desempenho em matemática e para a elaboração de políticas públicas na área de educação, voltadas ao ensino fundamental. / Nowadays, most of the transactions made by companies and organizations is stored in databases that can be explored by researchers in order to obtain useful information to aid decision making. Due to the large volume involved, the extraction and analysis of data is not a simple task. The general process of converting raw data into useful information is called Knowledge Discovery in Databases (KDD). One step in this process is the Data Mining, which involves the application of algorithms and statistical techniques to exploit information contained implicitly in large databases. Many areas use the KDD process to facilitate the recognition of patterns or models on their bases of information. This work presents a practical application of KDD process using the database of students in the 9th grade of elementary education in the State of Rio de Janeiro, available in INEP site, with the aim of finding interesting patterns between the socioeconomic profile of the student and his/her performance obtained in Mathematics. The tool called Weka was used and the Apriori algorithm was applied to extracting association rules. This study revealed, for example, that students who have been reproved once tend to get a lower score on the math test, as well as students who had never been disapproved have had superior performance. Other factors like student future perspectives, ethnic group, parent's schooling, satisfaction in mathematics studying, and the frequency of access to Internet also affect positively or negatively the students learning. An analysis related to the schools infrastructure was made, with the conclusion that patterns do not change regardless of the student studying in good or bad infrastructure schools. The results obtained can be used to trace the students profiles which have a better or a worse performance in mathematics and to the development of public policies in education, aimed at elementary education.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é apresentado um estudo para a determinação do tamanho ótimo da malha de elementos, utilizando redes neurais artificiais, para o cálculo da intensidade útil. A ideia principal é treinar as redes de modo a possibilitar a aprendizagem e o reconhecimento do melhor tamanho para diversas áreas superficiais em fontes sonoras com geometria plana. A vantagem de se utilizar redes neurais artificiais deve-se ao fato de apresentarem um único tamanho para a obtenção da intensidade útil, consequentemente, uma redução significativa de tempo computacional quando comparado com o tempo de cálculo de uma malha bem refinada. Ensaios numéricos com placas planas - geometria separável que permite uma solução analítica - são utilizados para se realizar comparações. É apresentado um estudo comparativo entre o tempo computacional gasto para a obtenção da intensidade útil e o mesmo com a malha otimizada via redes neurais artificiais. Também é apresentada uma comparação do nível de potência sonora mediante solução numérica, a fim de validar os resultados apresentados pelas redes neurais. / In this paper, a study to determine the optimal size of the mesh elements, using artificial neural networks, to calculate useful intensity is presented. The main idea is training the neural networks, enabling them learning and recognizing the best size for the various superficial areas in sound sources with at geometry. The advantage of using artificial neural networks is due to the fact that they present a single size for obtaining the useful intensity, thereby significantly reducing computation time compared with the calculation time for a too fine mesh. Numerical tests with at plates - separable geometry that enables an analytical solution - are used to make comparisons. A comparative study of the computational time spent to obtain the useful intensity and the computational time spent to obtain the useful intensity using the mesh optimized via artificial neural networks is presented. A comparison of the sound power level obtained by the numerical solution in order to validate the results using neural networks is also presented.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O uso de técnicas com o funcional de Tikhonov em processamento de imagens tem sido amplamente usado nos últimos anos. A ideia básica nesse processo é modificar uma imagem inicial via equação de convolução e encontrar um parâmetro que minimize esse funcional afim de obter uma aproximação da imagem original. Porém, um problema típico neste método consiste na seleção do parâmetro de regularização adequado para o compromisso entre a acurácia e a estabilidade da solução. Um método desenvolvido por pesquisadores do IPRJ e UFRJ, atuantes na área de problemas inversos, consiste em minimizar um funcional de resíduos através do parâmetro de regularização de Tikhonov. Uma estratégia que emprega a busca iterativa deste parâmetro visando obter um valor mínimo para o funcional na iteração seguinte foi adotada recentemente em um algoritmo serial de restauração. Porém, o custo computacional é um fator problema encontrado ao empregar o método iterativo de busca. Com esta abordagem, neste trabalho é feita uma implementação em linguagem C++ que emprega técnicas de computação paralela usando MPI (Message Passing Interface) para a estratégia de minimização do funcional com o método de busca iterativa, reduzindo assim, o tempo de execução requerido pelo algoritmo. Uma versão modificada do método de Jacobi é considerada em duas versões do algoritmo, uma serial e outra em paralelo. Este algoritmo é adequado para implementação paralela por não possuir dependências de dados como de Gauss-Seidel que também é mostrado a convergir. Como indicador de desempenho para avaliação do algoritmo de restauração, além das medidas tradicionais, uma nova métrica que se baseia em critérios subjetivos denominada IWMSE (Information Weighted Mean Square Error) é empregada. Essas métricas foram introduzidas no programa serial de processamento de imagens e permitem fazer a análise da restauração a cada passo de iteração. Os resultados obtidos através das duas versões possibilitou verificar a aceleração e a eficiência da implementação paralela. A método de paralelismo apresentou resultados satisfatórios em um menor tempo de processamento e com desempenho aceitável. / The use of techniques with the functional of Tikhonov in image processing has been widely used in recent years. The basic idea in this process is to modify an initial image using a convolution equation and to find a parameter which minimizes the function in order to obtain an aproximation of the original image. However, a typical problem in this method consists in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the solution. A method developed by researchers of IPRJ and UFRJ, operating in the area of inverse problems, consists on minimizing a functional of residues through a functional parameter Tikhonovs regularization. A strategy that uses the iterative search of this parameter aiming at to get a minimum value for the functional in the following iteration was adopted recently in a serial algorithm of restoration. However, the computational cost is a factor problem found when using the iterative search. With this approach, an implementation in C++ language was made using techniques of parallel computation using MPI (Message Passing Interface) for the in the choice of the regularization parameter in the appropriate compromise between accuracy and stability of the soluton with the method of iterative search, thus reducing, the time of execution required for the algorithm. A modified version of the Jacobi method is considered to be two versions of the algorithm, one serial and one parallel. This algorithm is adequate for parallel implementation because it has no data dependencies such as the Gauss-Seidel method is also shown to converge. As indicating of performance for evaluation of the restoration algorithm, in addition to the traditional measures, new metric that is based on subjective criteria called IWMSE (InformationWeighted Mean Square Error) is used. These metrics were introduced in the program of image processing and allow to make the analysis of the restoration to each step of iteration. The results obtained using the two possible versions verify the efficiency of acceleration and the parallel implementation. The method of parallelism achieved satisfactory results in a shorter processing time and with acceptable performance.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho apresentamos as etapas para a utilização do método da Programação Dinâmica, ou Princípio de Otimização de Bellman, para aplicações de controle ótimo. Investigamos a noção de funções de controle de Lyapunov (FCL) e sua relação com a estabilidade de sistemas autônomos com controle. Uma função de controle de Lyapunov deverá satisfazer a equação de Hamilton-Jacobi-Bellman (H-J-B). Usando esse fato, se uma função de controle de Lyapunov é conhecida, será então possível determinar a lei de realimentação ótima; isto é, a lei de controle que torna o sistema globalmente assintóticamente controlável a um estado de equilíbrio. Como aplicação, apresentamos uma modelagem matemática adequada a um problema de controle ótimo de certos sistemas biológicos. Este trabalho conta também com um breve histórico sobre o desenvolvimento da Teoria de Controle de forma a ilustrar a importância, o progresso e a aplicação das técnicas de controle em diferentes áreas ao longo do tempo. / This dissertation presents the steps for using the method of Dynamic Programming or Bellman Optimization Principle for optimal control applications. We investigate the notion of control-Lyapunov functions (CLF) and its relation to the stability of autonomous systems with control. A control-Lyapunov function must satisfy the Hamilton-Jacobi- Bellman equation (H-J-B). Using this fact, if a control-Lyapunov function is known, it is possible to determine the optimal feedback law, in other words, the control law which makes the system globally asymptotically controllable at an equilibrium state. As an application, we present a mathematical model suitable for an optimal control problem of certain biological systems. This dissertation also presents a brief historic about the development of the Control Theory in a way of illustrate the importance and the progress of the control techniques, specially where it can be applied, according to the diverse areas and different times that this techniques were discovered and used.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3511.pdf: 19319243 bytes, checksum: e177f4d29b58e26b9530851f33a85734 (MD5) Previous issue date: 2011-03-14 / Universidade Federal de Sao Carlos / In classical Physics, the motion of an electrically charged particle is affected only by the presence of a magnetic field if the particle enters a region of space in which the field is present. Meanwhile, in quantum Physics, a charged carrier can be affected by the electromagnetic vector potential ~A, even in regions where the magnetic field ~B is not present. This surprising contrast between classical and quantum Physics has been experimentally proven in several beautiful experiments in semiconducting, metallic and superconducting material systems, and has been called Aharonov-Bohm effect. More recently, however, several theoretical works have discussed the plausible existence of this effect even for neutral particles! In this PhD Thesis project it is shown the first clear experimental observation of the Aharonov-Bohm effect in neutral excitons in InAs quantum rings. Signatures of this effect appear as oscillations in the intensity of the photoluminescence emission bands with increasing magnetic fields and also depending on the dimensions of the quantum rings. These oscillations are affected by the uniaxial strain field due to the piezoelectricity of the asymmetric InAs rings, as revealed by the atomic force microscopy, transmission electron microscopy images and X-Ray Diffraction measurements using synchrotron light. A theoretical model that describes the behavior of the excitonic interference pattern and its modulation with temperature and uniaxial electric fields has been used for the interpretation of the experimental data. The detection of AB oscillations mediated by electron-hole pair correlation is a fundamental quantum mechanical effect that will trigger further studies in this area of fundamental physics as well as technological applications. / Em Física clássica, o movimento de uma partícula carregada só é afetado pela presença de um campo magnético se a partícula entrar em uma região do espaço na qual o campo está presente. Ao mesmo tempo, em Física quântica, a partícula contendo carga elétrica pode ser afetada por um potencial eletromagnético ~ A, mesmo em regiões onde o campo magnético ~B é zero. Esse contraste surpreendente entre Física clássica e Física quântica tem sido provado em interessantes experimentos em materiais semicondutores, metais e supercondutores, e tendo sido denominado efeito Aharonov-Bohm. Mais recentemente, entretanto, muitos trabalhos teóricos têm discutido a plausibilidade da existência desse efeito mesmo para partículas neutras! Nessa tese de Doutorado será demonstrado pela primeira vez a observação experimental do efeito Aharonov-Bohm em éxcitons neutros contidos em anéis quânticos de InAs. Assinaturas desse efeito aparecem como oscilações na intensidade integrada das bandas de emissão em experimentos de fotoluminescência com o aumento do campo magnético e dependem também das dimensões dos anéis. Essas oscilações são afetadas pelos campos de compressão/expansão uniaxial devido a piezoeletricidade provinda da assimetria dos anéis, como revelado pelas imagens de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X utilizando luz síncrotron. Um modelo teórico que descreve o comportamento no padrão de interferência excitônico e sua modulação com a temperatura e campos elétricos uniaxiais foi usado para a interpretação dos resultados experimentais. A detecção das oscilações Aharonov-Bohm mediada pela correlação do par elétron-buraco é um efeito fundamental de mecânica quântica e os estudos mostrados aqui poderão não só instigar outras investigações em Física fundamental assim como em aplicações tecnológicas.

O objetivo deste trabalho é apresentar o Modelo Vetorial Autorregressivo (VAR) e uma das suas variações, o Modelo Vetorial de Correções de Erros (VEC), segundo uma abordagem Bayesiana, considerando componentes regionais, que serão inseridos nos modelos apresentados através de informações a priori que levam em consideração a localização dos dados. Para formar tais informações a priori são utilizados conceitos referentes à econometria espacial, como por exemplo, as relações de contigüidade e as implicações que estas trazem. Como exemplo ilustrativo, o modelo em questão será aplicado a um conjunto de dados regionais, coletados por estados brasileiros. Este conjunto de dados consiste em observações da variável produção industrial para oito estados, no período de janeiro de 1991 a setembro de 2006. Em função da escolha do modelo adequado, a questão central foi descobrir em que medida a incorporação destas informações a priori no modelo VEC Bayesiano é coerente quando estimamos modelos que consideram informações localizacionais. / The main goal of this work is to present the Vector Autoregressive Model (VAR) and one of its variations, the Vector Error Correction Model (VEC), according to a Bayesian variant, considering regional components that will be inserted in the models presented through prior information, which takes in consideration the data localization. To form such prior information, spatial econometrics is used, as for example the contiguity relations and the implications that these bring to the modeling. As illustrative example, the model in question will be applied to a regional data set, collected for Brazilian states. This data set consists of industrial production for eight states, in the period between January 1991 and September 2006. The central question is to uncover whether the incorporation of these prior informations in the Bayesian VEC Model is coherent when we use models that consider contiguity information.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2015-05-27T12:50:34Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 643760 bytes, checksum: c6fc649a3682bb07bcc815ff2163eef4 (MD5) / Approved for entry into archive by Leonardo Americo (leonardo@sti.ufpb.br) on 2015-05-27T12:52:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 643760 bytes, checksum: c6fc649a3682bb07bcc815ff2163eef4 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-27T12:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 643760 bytes, checksum: c6fc649a3682bb07bcc815ff2163eef4 (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / This work aims to show the existence and Uniqueness of the field of Real Numbers, using for this, Dedekind' Cuts theorem and the Definition by Recursion.To fulfill his goal, we define the notion of Dedekind Cut and present some of its properties; then introduce the notions of Archimedean Ordered and Field, Complete Field Sorted and finally articulate and demonstrate the Uniqueness Theorem of Field Real Numbers. / Este trabalho tem como objetivo mostrar a Existência e a Unicidade do Corpo dos Números Reais, usando para isso, os Cortes de Dedekind e o teorema da defi- nição por Recursão. Para cumprirmos tal objetivo, definimos a noção de Corte de Dedekind e apresentamos algumas de suas propriedades; em seguida, apresentamos as noções de Corpo, Corpo Ordenado e Arquimediano, Corpo Ordenado Completo e, finalmente, enunciamos e demonstramos o Teorema da Unicidade do Corpo dos Números Reais.