Thesis (M.S.)--Brigham Young University. Dept. of Mechanical Engineering, 2005. / Includes bibliographical references (p. 59-61).

Th. 3e cycle--Sci. des matér.--Nancy--I.N.P.L., 1984.

Th.--Sci.--Toulouse--I.N.P., 1981. N°: 52.

OLIVEIRA, Erneson Alves de. Linha divisórias de águas e fraturas de caminhos ótimos em meios desordenados. 2012. 123 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-03T20:10:31Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_eaoliveira.pdf: 18712063 bytes, checksum: 4955bd8140f2c8bca266f8de55700a24 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-03T20:11:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_eaoliveira.pdf: 18712063 bytes, checksum: 4955bd8140f2c8bca266f8de55700a24 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-03T20:11:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_eaoliveira.pdf: 18712063 bytes, checksum: 4955bd8140f2c8bca266f8de55700a24 (MD5) Previous issue date: 2012 / In the nature all material breaks down depending on the value of stress applied. Depending of kind, shape and other characteristics of the material or even the stress point, we can produce distinct {it fractures}, like a tear on stressed sheet of paper, a congestion in the network traffic of a city or cracked soils by arid climates. Such fractures are economically related with the extraction of oil from the underground reservoirs, with the extraction of heat and steam from geothermal reservoirs and even the preservation of the groundwater. Phenomenologically, we can imagine that fracture processes are the ones that divides the system in two or more parts, destroying its global connectivity. In this context, we built two computer models to study, characterize and elucidate the behavior of natural phenomena similar to fracture processes. In the first model, we explored concepts of invasion percolation applied to description of the irregular geometry of the ridge of mountains that divides hydrographic basins. We shown robustly the self-similar nature of the watershed lines, with fractal exponent $D=1.21pm0.001$ for artificial uncorrelated landscapes and, $D=1.10pm0.01$ and $D=1.11pm0.01$, for real correlated landscapes of the Swiss Alps and the Himalaya Mountains, respectively. In the second model, we used optimal paths that are cracked sequentialy providing the collapse of the system, producing a percolating fracture. In the two-dimensional case, we considered artificial uncorrelated landscapes in the weak and strong disorder. In both regimes, we obtained the same fractal exponent for the backbone fracture, $D=1.22pm0.01$. For artificial correlated landscapes, we found that the fractal dimension of the backbone decreases with increasing of the {it Hurst} exponent. In the three-dimensional case, we considered only artificial uncorrelated landscapes with strong disorder. In this case, we obtained a percolating surface with fractal dimension $D=2.47pm0.05$ that cracks the system in two parts. / Na natureza todo material se quebra dependendo do valor de tensão aplicada. Dependendo do tipo, forma e outras características do material ou até mesmo do ponto de tensão, podemos produzir {it fraturas} distintas, como um rasgo em uma folha de papel tensionada, um congestionamento na rede de trânsito de uma cidade ou solos rachados por climas áridos. Tais fraturas se relacionam economicamente com a extração de petróleo de reservatórios subterrâneos, com a extração de calor e vapor de reservatórios geotérmicos e até mesmo com a preservação dos lençóis freáticos. Fenomenologicamente, podemos imaginar que processos de fraturas são aqueles que dividem o sistema em duas ou mais partes, destruindo sua conectividade global. Nesse contexto, construímos dois modelos computacionais para estudar, caracterizar e elucidar o comportamento de fenômenos naturais semelhantes aos processos de fraturas. No primeiro modelo, exploramos conceitos de percolação invasiva aplicados à descrição da geometria irregular das cumeeiras de montanhas que dividem bacias hidrográficas. Mostramos de forma robusta o carácter auto-similar das linhas de divisores de águas, com expoente fractal $D=1.21pm0.001$ para paisagens artificiais não-correlacionadas e, $D=1.10pm0.01$ e $D=1.11pm0.01$ para paisagens correlacionadas reais dos Alpes Suíços e das Montanhas do Himalaia, respectivamente. No segundo modelo, utilizamos caminhos ótimos que são sequencialmente interrompidos, levando ao colapso do sistema, produzindo uma fratura percolante. No caso bidimensional, consideramos paisagens artificiais não-correlacionadas com desordem fraca e forte. Em ambos os regimes obtivemos o mesmo expoente fractal para o esqueleto da fratura, $D=1.22pm0.01$. Para paisagens artificiais correlacionadas, encontramos que a dimensão fractal do esqueleto da fratura decresce com o aumento do expoente de {it Hurst}. No caso tridimensional, consideramos apenas paisagens não-correlacionadas artificiais com desordem forte. Nesse caso, obtivemos uma superfície percolante com dimensão fractal $D=2.47pm0.05$ que fratura o sistema em duas partes.

SILVA, Jorge Roberto Pereira da. Invasões múltiplas em meios porosos desordenados. 2013. 73 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-22T19:09:24Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_jrpsilva.pdf: 6800786 bytes, checksum: 53e5d20e14900eaa6675cb43b9feeb62 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-22T21:33:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_jrpsilva.pdf: 6800786 bytes, checksum: 53e5d20e14900eaa6675cb43b9feeb62 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-22T21:33:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_jrpsilva.pdf: 6800786 bytes, checksum: 53e5d20e14900eaa6675cb43b9feeb62 (MD5) Previous issue date: 2013 / In this dissertation, we investigate by means of numerical simulations geometrical and transport properties related with the invasion phenomena through disordered porous media in a very slow invasion regime, using two and three dimensions porous medias. Here, the porous media is modeling by means of a random structure, where each pore is represented by a random number comes from a uniform distribution. We assume that the invasion process occurs in the limit of very low viscous force, which means that the invasion process is controlled by capillary force. In this limit the invasion percolation model without trap is suitable. The new aspect incorporated here, consists basically of a multiple invasion process, where after the first invasion takes place only part of the structure of the porous, that was invaded previous, can be invaded again. We study, how the multiple invasion changes the fractal dimension of the invaded cluster. Estimated values for the fractal dimension of the invaded region reveal that the critical exponents vary as a function of the generation number G, i.e., where the number of times the invasion takes place. On base in numerical datas, we show the averaged mass M of the invaded region decreases with a power law as a function of G, M ∼ G{−β} , where the exponents β ≈ 0.59 (2D) and β ≈ 0.73 (3D). We also investigated, how the fractal dimension changes as a function of G, find that the fractal dimension of the invaded cluster changes from df = 1.89 ± 0.02 to ds = 1.22 ± 0.02 and df = 2.52 ± 0.02 to ds = 1.46 ± 0.02 for (2D) and (3D), respectively. These results confirm that the multiple invasion process follows a continuous transition from one universality class (nontrapping invasion percolation) to another (optimal path), furthermore these change are continuos for both dimensionality. Another aspect investigated, was the avalanche distribution in the invasion process. We analyzed how the distribution of avalanche changes as function of G, more precisely, how the multiple invasion process changes the exponent τ of the power law distribution. Regardless the values, we find that the behaviour of the exponents τ looks like the same for both dimensions studied. The exponents τ , initially change in a very slow way until reach a region, of certain value of G which depend on the dimension, they start to decrease in a deep way until reach the saturation value. The saturation value is close, for (2D), to one-dimension case. / Nesta dissertação, investigamos por meio de simulação computacional propriedades geométricas e de transportes relacionadas ao fenômeno de invasão em meios porosos desordenados no regime de invasão muito lento em sistemas bidimensionais e tridimensionais. O meio poroso considerado aqui é representado por meio de uma estrutura desordenada onde a cada poro que compõe este meio se associa um número aleatório obtido a partir de uma distribuição uniforme. Considerando o regime lento de invasão, onde as forças capilares dominam o escoamento em relação as forças viscosas, utilizando para a dinâmica de invasão o modelo de percolação invasiva sem aprisionamento. Introduzimos um variante no modelo de percolação invasiva, assumindo o aspecto de múltiplas invasões, onde a cada nova invasão apenas parte do substrato utilizado na invasão anterior pode ser invadido novamente. Em uma primeira parte, estudamos como o processo de múltipla invasão altera as características do agregado invadido. Valores estimados para a dimensão fractal da região invadida revelam que os expoentes críticos variam em função do número de geração G, isto é, o número de vezes que o processo de invasão foi repetido. Com base em dados numéricos, mostramos que a massa média do agregado invadido decresce na forma de uma lei de potência como função de G, M ~ G^{-β}, com o expoente β = 0.59 (2D) e 0.73 (3D). Investigamos como a dimensão fractal do agregado invadido varia em função dos repetitivos processo de invasão, mostrando que as mesmas variam de df = 1.89 ± 0.02 até ds = 1.22 ± 0.02 para o caso (2D) e df = 2.52 ± 0.02 até ds = 1.46 ± 0.02 para o caso (3D). Os resultados confirmam que o processo de múltiplas invasões segue uma transição continua entre as classes de universalidade do modelo de percolação invasiva sem aprisionamento e ótimo caminho, sendo este comportamento observado em duas e três dimensões. Um outro aspecto investigado nessa dissertação, foi o fenômeno de avalanche que ocorre durante o processo de invasão. Investigamos como a distribuição de tamanhos de avalanche, que se comporta na forma de uma lei de potência P(S, L) ~ S^{-τ} , altera-se em função das múltiplas invasões. Mais precisamente, calculamos como o expoente que governa o comportamento das avalanches se altera em função do número de geração G. Verificamos que este comportamento do expoente em função de G é semelhante para duas e três dimensões, apresentando uma região de mudança suave seguida por uma mudança mais acentuada até atingir um limite de saturação, onde o sistema se comporta de maneira parecida com o caso unidimensional.

Utilizando uma técnica de matriz de transferência, expandimos em série a probabilidade de percolação P(q) para o problema da percolação por sítio na rede quadrada direcionada. Nosso método revela uma inesperada conexão entre este problema e o da enumeração dos modos de se dissecar uma bola. Mostramos que o método pode também ser usado para se expandir em série o tamanho médio do cluster S (p) . Uma análise baseada nos aproximantes de Padé fornece estimativas do valor crítico pc, e também do expoente crítico &#946. / Using a transfer matrix technique we obtain an extended series expansion of the percolation probability P(q) for the directed site percolation problem on the square lattice. Our method reveals an up to now unsuspected connection between this problem and the enumeration of the ways of dissecting a ball. We show that the method can also be used to determine a series expansion for the mean cluster size S(p). An analysis based on Padé approximants gives estimates of the critical threshold pc, and also of the critical exponent &#946.

Generalizamos o modelo de percolação por invasão de maneira que vários sítios possam ser simultaneamente invadidos. Propomos dois tipos de generalização: na primeira, o fluxo de fluido invasor e controlado através do perímetro do aglomerado, enquanto que na segunda modificação, o crescimento e governado pela relação de escala entre a massa e o raio de giração dos aglomerados. Estudamos cuidadosamente tanto o perfil de aceitação quanto as dimensões fractais (\'D IND.F\') dos aglomerados assim crescidos. No modelo baseado nas relações de escala, \'D IND.F\' pode ser tratado como um mero parâmetro real que pode assumir qualquer valor no intervalo (0, ?). Nos intervalos (0, \'91 SOB.48\') e (2, ?), o sistema e frustrado. Para \'D IND.F\' > 2, o modelo exibe um fenômeno interessante: em algumas etapas ocorrem explosões no crescimento da massa dos aglomerados (bursts). Na região [\'91 SOB.48\',2], os aglomerados obedecem exatamente e em qualquer escala a relação M ~ RgDF entre a massa m e o raio de giração \'RG\'. Acreditamos que estes fractais cuja estrutura completamente e estabilizada possam ser muito úteis no tratamento de problemas de diluição da mecânica estatística. / We generalize the standard site invasion percolation model to permit simultaneous invasion of several sites. We propose two kinds of generalizations: one in which the invasion flux is controlled by the perimeter size and another where the scaling properties command the growth process. The acceptance profile as well as the fractal dimension \'D IND.F\' are carefully studied. In the model based on scaling relation, \'D IND.F\' can be treated as a mere real parameter in the range (0, ?). In the intervals (0, \'91 SOB.48\') and (2, ?) the system is frustrated. For \'D IND.F\' > 2 the model exhibits also an interesting burst phenomenon that is explained in the text. In the region [\'91 SOB.48\',2], the clusters obey exactly and in any scale the relation M ~ RgDF between the mass M and gyration radius Rg. These stable random fractals may be very useful in the study of dilute systems.

A teoria da percolação tem se revelado muito útil no tratamento de inúmeros fenômenos da natureza. Devido a sua grande versatilidade, esta teoria é objeto de intensa pesquisa. Aqui, propomos novas formas de percolação e as estudamos através de simulações numéricas. Na primeira parte de nosso trabalho, investigamos a estrutura dos aglomerados gerados pelo modelo de percolação por invasão múltipla. Estimamos os valores das dimensões fractais do esqueleto, do esqueleto elástico, dos pontos de estrangulamento e dos menores caminhos, como função dos parâmetros do modelo. Por ter uma estrutura geométrica bastante estabilizada, o modelo otimizado pode vir a ser muito útil no tratamento de problemas com diluição da mecânica estatística. O modelo de percolação atenuada foi concebido para permitir que, durante o processo de invasão, os poros grandes possam também ser ocupados. Esta ocupação ocorre com uma probabilidade que diminui quando o tamanho do poro aumenta.Estimamos cuidadosamente os limiares de percolação e construímos os diagramas de fase correspondentes. Verificamos que os limiares de percolação de nosso modelo não satisfazem a conjectura de Galam e Mauger. Estudamos o efeito da inércia em fluidos escoando através de meios porosos incorporando uma caminhada de N passos ao modelo de percolação por invasão. A magnitude da inércia é proporcional ao parâmetro N, que representa o número de poros seqüencialmente invadidos após a ruptura do perímetro, em cada etapa do processo. Investigamos este modelo em duas e três dimensões. Verificamos que no caso bidimensional, as caminhadas de N passos são facilmente bloqueadas o que leva ao surgimento de um limite superior para o número de passos efetivamente realizados. Nossas estimativas das dimensões fractais dos aglomerados (como função do parâmetro N), indicam que este modelo pertence a uma classe de universalidade diferente daquela da percolação por invasão ordinária. Propomos um modelo de percolação para tratar um processo de solidificação de dois fluidos imiscíveis na presença de impurezas móveis. O movimento das impurezas ocorre devido a uma interação repulsiva de curto alcance observada experimentalmente por Ulhmann, Chalmers e Jackson (UCJ). Dependendo das concentrações de fluidos e impurezas, pode haver a formação de uma fase sólida que percola todo o sistema. Construímos o diagrama de fases deste modelo no espaço das concentrações e calculamos seus expoentes críticos. Nossos resultados indicam que o modelo pertence à mesma classe de universalidade que a percolação ordinária. Finalmente, estudamos um processo de percolação por invasão na presença de impurezas que se movem segundo o mecanismo UCJ. Encontramos um valor crítico para a concentração de impurezas, acima do qual não mais existe percolação. O perfil de aceitação aproxima-se de uma função de Heavyside, com o ponto de descontinuidade dependendo da concentração de impurezas. / Percolation theory provides a quantitative and conceptual model for the understanding of many natural phenomena. Here, we present new kinds of percolation and study them using Monte Carlo simulation techniques. We start studying the cluster, the backbone and the elastic backbone structures of the multiple invasion percolation for both the perimeter and the optimized versions. The behavior of the mass, the number of cutting sites and loops are investigated and their corresponding scaling exponents are estimated. By construction, the mass of the optimized model scales exactly with the gyration radius of the cluster - we verify that this also happens with the backbone. Our simulation shows that the red sites almost disappear, indicating that the cluster has achieved a high degree of connectivity. We propose a new kind of invasion percolation, which permits that, besides small pores, large pores being also occupied. In our model, the occupation probability of a pore diminishes with the pore\'s size. We estimate their corresponding percolation thresholds and show that they do not satisfy the Galam and Mauger conjecture. In order to take into account the inertia of the invader fluid, a new kind of invasion percolation is introduced. In this model, which we named N-steps invasion percolation, the inertia forces are controlled by the number N of pores (or steps) invaded after the perimeter rupture. The new model belongs to a different class of universality and has its fractal dimension depending on N. A blocking phenomenon takes place in two dimensions. It imposes an upper bound value on N. For pores sizes larger than the critical threshold, the acceptance profile exhibits a permanent tail. We also introduce a model for the solidification process of two immiscible fluids interacting repulsively with mobile impurities on a two dimensional square lattice. In the space of the fluids and impurities concentrations the phase diagram exhibits a critical curve separating a percolating from a non-percolating phase. Estimated values for the fractal dimension and the exponent ? of the order parameter, reveal that the critical exponents do not vary along this curve, i.e., they are independent of the impurities concentration. The universality class we find is that of the ordinary percolation. Finally, based on the main ideas of the dynamic epidemic and invasion percolation models, we propose a model to describe the cleaning process of a dirty porous medium by fluid injection. An analysis of the acceptance profiles strongly indicates that this model is a kind of self-organized system.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-28T13:25:26Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Samira Moreira Cunha de Paula - 2015.pdf: 1283406 bytes, checksum: c5f4086d8066f6aff11c094a0373d47c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-28T13:26:59Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Samira Moreira Cunha de Paula - 2015.pdf: 1283406 bytes, checksum: c5f4086d8066f6aff11c094a0373d47c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-28T13:26:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Samira Moreira Cunha de Paula - 2015.pdf: 1283406 bytes, checksum: c5f4086d8066f6aff11c094a0373d47c (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This paper presents a history of probability and a current panorama of education in Brazil , concluding that most of the students do not understand the concepts involved in such content. For this , we suggest you use percolation models to leave the most pleasant and concise learning. Thus, there is a brief de nition of percolation , the main areas where this theory is used and presentation of two basic models with calculations at the undergraduate level. Finally, two applications of the theory to basic education are proposals, one involving electrical circuits and other wireless phone prank , aiming a better learning by students . / O presente trabalho apresenta um histórico da probabilidade, bem como um panorama atual do ensino de probabilidade no Brasil, concluindo que boa parte dos alunos não compreendem os conceitos envolvidos em tal conteúdo. Para isto, sugerimos que se utilize modelos de percolação para deixar o aprendizado mais agradável e conciso. Assim, há uma breve de nição de percolação, principais áreas onde essa teoria é utilizada e apresentação de dois modelos básicos, com cálculos a nível de graduação. Finalizando, são propostas duas aplicações da teoria para o Ensino Básico, uma envolvendo circuitos elétricos e a outra a brincadeira do telefone sem o, objetivando um melhor aprendizado por parte dos alunos.

Algumas metapopulações de espécies, como formigas, vivem em colônias que crescem durante algum tempo e depois colapsam. Após o colapso poucos indivíduos sobrevivem. Esses indivíduos se dispersam tentando fazer novas colônias que podem ou não se estabelecer dependendo do ambiente que encontram. Recentemente, Schinazi (2015) usou cadeias de nascimento e morte em ambientes aleatórios para modelar tais populações, e mostrou que a dispersão aleatória é uma boa estratégia para a sobrevivência da população. Nesta tese, introduzimos outros modelos estocásticos de colonização e colapso para os quais consideramos restrições espaciais e diferentes tipos de colapsos. Obtemos para esses novos modelos condições de sobrevivência e extinção. Debatemos algumas situações nas quais a dispersão nem sempre é uma boa estratégia de sobrevivência. Além disso, discutimos a relação destes modelos com outros conhecidos na literatura. Técnicas de percolação, acoplamento e comparação com processos de ramificação convenientemente definidos são usadas para obter os resultados aqui estabelecidos. / Some metapopulations, such as ants, live in colonies that grow for a while and then collapse. Upon collapse, very few individuals survive. These individuals disperse, trying to establish new colonies that may or may not settle, depending on the environment they encounter. Recently, Schinazi (2015) used birth and death chains in random environments to model such populations, and showed that random dispersion is a good strategy for the survival of the population. In this thesis, we introduce other stochastic models of colonization and collapse for which we consider spatial constraints and different kinds of collapse. We obtain conditions for survival and extinction in these new models. We discuss some situations in which dispersion is not always a good survival strategy. In addition, we discuss the relation of these models to others known in the literature. Percolation and coupling techniques and comparison with suitably defined branching processes are used to obtain the results set forth herein.