The topological derivative provides the sensitivity of a given shape functional with respect to an infinitesimal non-smooth domain pertubation (insertion of hole or inclusion, for instance). Classically, this derivative comes from the second term of the topological asymptotic expansion, dealing only with inifinitesimal pertubations. However, for pratical applications, we need to insert pertubations of finite sizes.Therefore, we consider other terms in the expansion, leading to the concept of higher-order topological derivatives. In a particular, we observe that the topological-shape sensitivity method can be naturally extended to calculate these new terms, resulting in a systematic methodology to obtain higher-order topological derivatives. In order to present these ideas, initially we apply this technique in some problems with exact solution, where the topological asymptotic expansion is obtained until third order. Later, we calculate first as well as second order topological derivative for the total potential energy associated to the Laplace equation in two-dimensional domain pertubed with the insertion of a hole, considering homogeneous Neumann or Dirichlet boundary conditions, or an inclusion with thermal conductivity coefficient value different from the bulk material. With these results, we present some numerical experiments showing the influence of the second order topological derivative in the topological asymptotic expansion, which has two main features:it allows us to deal with pertubations of finite sizes and provides a better descent direction in optimization and reconstruction algorithms. / A derivada topológica fornece a sensibilidade de uma dada função custo quando uma pertubação não suave e infinitesimal (furo ou inclusão, por exemplo) é introduzida. Classicamente, esta derivada vem do segundo termo da expansão assintótica topológica considerando-se apenas pertubações infinitesimais. No entanto, em aplicações práticas, é necessário considerar pertubação de tamanho finito. Motivado por este fato, o presente trabalho tem como objetivo fundamental introduzir o conceito de derivadas topológicas de ordem superiores, o que permite considerar mais termos na expansão assintótica topológica. Em particular, observa-se que o topological-shape sensitivity method pode ser naturalmente estendido para o cálculo destes novos termos, resultando em uma metodologia sistemática de análise de sensibilidade topológica de ordem superior. Para se apresentar essas idéias, inicialmente essa técnica é verificada através de alguns problemas que admitem solução exata, onde se calcula explicitamente a expansão assintótica topológica até terceira ordem. Posteriormente, considera-se a equação de Laplace bidimensional, cujo domínio é topologicamente pertubado pela introdução de um furo com condição de contorno de Neumann ou de Dirichlet homogêneas, ou ainda de uma inclusão com propriedade física distinta do meio. Nesse caso, são calculadas explicitamente as derivadas topológicas de primeira e segunda ordens. Com os resultados obtidos em todos os casos, estuda-se a influência dos termos de ordem superiores na expansão assintótica topológica, através de experimentos numéricos. Em particular, observa-se que esses novos termos, além de permitir considerar pertubações de tamanho finito, desempenham ainda um importante papel tanto como fator de correção da expansão assintótica topológica, quanto como direção de descida em processos de otimização. Finalmente, cabe mencionar que a metodologia desenvolvida neste trabalho apresenta um grande potencial para aplicação na otimização e em algoritimos de reconstrução.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2016-05-12T12:35:36Z No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 5933598 bytes, checksum: f90080e0529915a4c5c37308259bee89 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T12:35:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 5933598 bytes, checksum: f90080e0529915a4c5c37308259bee89 (MD5) Previous issue date: 2015-06-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work it was developed a new strategy for intervals selection using the successive projections algorithm (SPA) coupled to N-PLS and U-PLS models, both with residual bilinearização (RBL) as a post-calibration step. The new algorithm coupled to N-PLS/RBL models was evaluated in two cases of studies. The first was simulated data for quantitation of two analytes (A and B) in the presence of a single interfering. On the second study was conducted a quantitation of ofloxacin in water in the presence of interferents (ciprofloxacin and danofloxacin) by means of liquid chromatography with diode array detection (LC-DAD) data modeling. The results were compared to the N-PLS/RBL model and the variables selection with the genetic algorithm (GA-N-PLS/RBL). In the first case of study (simulated data) were observed RMSEP values (x 10-3 in arbitrary units) for the analytes A and B in the order of 6.7 to 47.6; 10.6 to 11.4; and 6.0 to 14.0 for the N-PLS/RBL, Ga-N-PLS/RBL and the proposed method, respectively. On the second case of study (HPLC-DAD data) RMSEP value (mg/L) of 0.72 (N-PLS/RBL); 0.70 (GA-N-PLS/RBL) and 0.64 (iSPA N-PLS/RBL) were obtained. When combined with the U-PLS/RBL, the new algorithm was evaluated in the EEM modeling in the presence of inner filter effect. Simulated data and quantitation of phenylephrine in the presence of acetaminophen in water sample and interferences (ibuprofen and acetylsalicylic acid) were used as a case of studies. The results were compared to the U-PLS/RBL and e twell established method PARAFAC. For simulated data was observed the following RMSEP values (in arbitrary units) 1.584; 0.077 and 0.066 for PARAFAC; U-PLS/RBL and the proposed method, respectively. In the quantitation of phenylephrine the found RMSEP (in μg/L) were of 0.164 (PARAFAC); 0.089 (U-PLS/RBL) and 0.069 (ISPA-U-PLS/RBL). In all cases it was shown that variables selection is a useful tool capable of improving accuracy when compared with the respective global models (model without variables selection) leading to more parsimonious models. It was observed in all cases, that the sensitivity loss promoted by variables selection is compensated by using more selective channels, justifying the obtained RMSEP smaller values. Finally, it was also observed that the models based on variables selection such as the proposed method were free from significant bias at 95% confidence. / Neste trabalho foi desenvolvida uma nova estratégia para seleção de intervalos empregando o algoritmo das projeções sucessivas (SPA) acoplado a modelos N-PLS e U-PLS, ambos com etapa pós-calibração de bilinearização residual (RBL). O novo algoritmo acoplado a modelos N-PLS/RBL, foi avaliado em dois estudos de casos. O primeiro envolvendo dados simulados para quantificação de dois analitos (A e B) na presença de um único interferente. No segundo foi conduzida a quantificação de ofloxacina em água na presença de interferentes (ciprofloxacina e danofloxacina) por meio da modelagem de dados cromatografia liquida com detecção por arranjo de diodos (LC-DAD). Os resultados obtidos foram comparados ao modelo N-PLS/RBL e a seleção de variáveis com o algoritmo genético (GA-N-PLS/RBL). No primeiro estudo de caso (dados simulados) foram observados valores de RMSEP (x 10-3 em unidades arbitrárias) para os analitos A e B da ordem de 6,7 e 47,6; 10,6 e 11,4; 6,0 e 14,0 para o N-PLS/RBL, GA-N-PLS/RBL e o método proposto, respectivamente. No segundo estudo de caso (dados HPLC-DAD) valores de RMSEP (em mg/L) de 0,72 (N-PLS/RBL); 0,70 (GA-N-PLS/RBL) e 0,64 (iSPA-N-PLS/RBL) foram obtidos. Quando combinado com o U-PLS/RBL o novo algoritmo foi avaliado na modelagem de EEM em presença efeito de filtro interno. Dados simulados e a quantificação de fenilefrina na presença de paracetamol em amostras de água e interferentes (Ibuprofeno e ácido acetil salicílico) foram usados como estudos de caso. Os resultados obtidos foram comparados ao modelo U-PLS/RBL e ao bem estabelecido método PARAFAC. Para dados simulados foram observado os seguintes valores de RMSEP (em unidades arbitrarias) 1,584; 0,077 e 0,066 para o PARAFAC; U-PLS/RBL e método proposto, respectivamente. Na quantificação de fenilefrina os RMSEP (em μg/L) encontrados foram de 0,164 (PARAFAC); 0,089 (U-PLS/RBL) e 0,069 (iSPA-U-PLS/RBL). Em todos os casos foi demostrado que seleção de variáveis é uma ferramenta útil capaz de melhorar a acurácia quando comparados aos respectivos modelos globais (modelo sem seleção de variáveis) e tornar os modelos mais parcimoniosos. Foi observado ainda para todos os casos, que a perda de sensibilidade promovida pela seleção de variáveis é compensada pelo uso de canais mais seletivos, justificando os menores valores de RMSEP obtidos. E por fim, foi também observado que os modelos baseados em seleção de variáveis como o método proposto foram isentos de bias significativos a 95% de confiança.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:53:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7900350 bytes, checksum: fbca2db827307d8c3ed2a1c15067d0da (MD5) Previous issue date: 2014-02-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This research deals with the Close-Enough Traveling Salesman Problem, a variant of the Traveling Salesman Problem wich has several applicatios in logistics. In the Close-Enough Traveling Salesman Problem, rather than visiting the vertex (customer) itself, the salesman must visit a specific region containing such vertex. To solve this problem, we propose a simple yet effective exact algorithm, based on Branch-and-Bound and Second Order Cone Programming. The proposed algorithm was tested in 824 instances suggested in the literature. Optimal solutions are obtained for open problems with up to a thousand vertices. We consider both instances in the two- and three-dimensional space. / Esta pesquisa trata do Problema do Caixeiro Viajante Suficientemente Próximo, uma variante do Problema do Caixeiro Viajante que possui diversas aplicações em logística. No Problema do Caixeiro Viajante Suficientemente Próximo, ao invés de visitar o próprio vértice (cliente), o caixeiro deve visitar uma região especifica contendo este vértice. Para resolver este problema, é proposto um algoritmo exato, simples e efetivo, baseado em branch-and-bound e Programação Cônica de Segunda Ordem. O algoritmo proposto foi testado em 824 instâncias sugeridas na literatura. Soluções ótimas foram obtidas para instâncias com até mil vértices. Foram consideradas instâncias nos espaços bi e tridimensional.

Les capacités de résistance de l'argilite Callovo-Oxfordian (COx), qui est une roche hôte potentielle pour le dépôt souterrain profond de déchets radioactifs de haute activité en France, sont étudiées. À une échelle microscopique, des micros pores peuvent être observés dans la matrice. Une première étape d'homogénéisation a été réalisée afin d'évaluer le critère de résistance de la matrice. L'analyse microstructurale de ce matériau à quelques centaines d'échelle, référencée échelle échelle mésoscopique, montre une matrice argileuse et une distribution aléatoire d'inclusions minérales (quartz et calcite).Dans le but de déterminer le domaine de résistance à l'argilite COx, un premier outil numérique a été développé dans le contexte du comportement élastoplastique de la matrice. Plusieurs modèles morphologiques du volume élémentaire représentatif ont été considérés, et soumis à un chargement incrémental dans des conditions périodiques jusqu'à la charge limite. A la suite de ce calcul élastoplastique, un point de la frontière du domaine de résistance est obtenu. Ce dernier est alors obtenu par des calculs élastoplastiques successifs.Une alternative aux simulations élastoplastique directes, des approches cinématiques et statiques du calcul à la rupture sont réalisées. Une méthode du type éléments finis basée sur la construction d'un champ de contrainte (dans l'approche statique) et d'un champ de vitesse (dans l'approche cinématique) est développé dans un outil numérique permettant de calculer une limite inférieure et une limite supérieure de domaine de résistance / The strength capacities of Callovo-Oxfordian (COx) argillite which is a potential host rock for the deep underground repository of high-level radioactive waste in France are investigated. At a micro-scale, micro-pores can be observed in the matrix. A first strength homogenization step has been performed in order to evaluate the matrix strength criteria. The microstructure analysis of this material at some hundreds of micromet scale, referred at meso-scale, shows a clay matrix and a random distribution of mineral inclusions (quartz and calcite).Aiming to the determination of COx argillite strength domain, an FEM numerical tool has been developed in the context of the elastoplastic behavior of the matrix. Several morphological patterns of the representative elementary volume have been considered and subjected to an incremental loading in periodic conditions until collapse occurs. As a result of such elastoplastic calculation, one point of the boundary of the strength domain is obtained. The latter then could be reached by successive elastoplastic calculations.As an alternative to direct elastoplastic simulations, kinematic and static approaches of limit analysis are performed. The stress-based (static approach) and the velocity-based (kinematic approach) finite element method are used to develop a numerical tool able to derive a lower bound and upper bound of strength domain, respectively

Made available in DSpace on 2015-05-15T11:46:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 517535 bytes, checksum: 44009b0bc09a5af772f82b9303aa5e7b (MD5) Previous issue date: 2010-11-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Here we study a class of semilinear elliptic equations with nonlinearity of an inverse square type. This equations arise, in applications, on the modeling of certain electrostatic devices from microtechnology, MEMS - Micro Electro Mechanical Systems. More precisely, these equations characterizes the function that represents the deformation of a deformable capacitor under the influence of an applied voltage. The Mathematical tools used on the study of such problems involve a bit of Nonlinear Analysis and Partial Differential Equations' methods as sub and supersolutions, sign preserving Theorems (Maximum Principle, Boggio's Principle), energy estimates via Sobolev spaces, etc. In a parallel way we wish to emphasize the importance of this investigation, in Mathematics, on helping the understanding on the class of singular problems in Partial Differential Equations. / Estudamos aqui uma classe de equações elípticas semilineares com singularidade do tipo inverso do quadrado. Estas equações aparecem, na modelagem de certos dispositivos eletrostáticos da microtecnologia, MEMS - Micro Electro Mechanical Systems (sistemas microeletromecânicos). Mais precisamente tais equações caracterizam a função que descreve a deformação de um capacitor deformável sob a influência de uma voltagem aplicada. A Matemática necessária ao estudo de tais problemas envolve um bom aparato de métodos da Análise não Linear e das Equações Diferenciais Parciais tais como Método de Sub- e Supersolução, Teoremas de Preservação de Sinal (Princípio do Máximo, Princípio de Boggio), estimativas de Energia via Espaços de Sobolev, entre outros. Em paralelo destacamos a importância desta investigação em Matemática, para entendermos como se comportam as soluções de problemas supercríticos em Equações Diferenciais Parciais.

Este trabalho aborda os conceitos básicos da teoria de segunda ordem das placas elásticas delgadas, utilizando o Método dos Elementos Finitos (introduzido através do Método dos Resíduos Ponderados, na variante de Galerkin). São deduzidas as matrizes de rigidez geométrica, de rigidez secante e de rigidez tangente, relativas ao problema em consideração. É proposta ainda uma conduta notavelmente simplificada, que facilita sobremaneira a construção da matriz de rigidez tangente. / This paper delas with the basic concepts of the secondf order theory of thin elastic plates, through the use of the Finite Element Method 9introcuced through the Weighted Residual Method, in Galerkin\'s approach). The matrices of geometric stiffness, secant stiffness, and tangent stiffness for the problem under consideration are deduced. It is also proposed an outstandingly simplified conduct, which will greatly easen the construction of the tangent stiffness matrix.

O principal objetivo deste trabalho é apresentar um estudo sobre análise de estrutura tridimensional de edifícios de andares múltiplos considerando a interação de deslocamentos e esforços entre os vários elementos que formam a estrutura, levando-se em consideração a rigidez transversal à flexão das lajes. Isto é realizado através de um modelo que compatibiliza o elemento que discretiza o núcleo com sete graus de liberdade, baseado na teoria da flexo-torção de Vlassov, com o restante da estrutura tridimensional de edifícios de andares múltiplos formada pelos núcleos, pilares, vigas e lajes. Os elementos finitos de placa adotados na discretização do pavimento, responsáveis pela consideração da rigidez transversal das lajes na análise do edifício são o DKT (Discrete Kirchhoff Theory) e DST (Discrete Shear Theory). Para os pilares e os núcleos o equilíbrio de forças é verificado na sua posição deformada, ou como é conhecido da literatura técnica, análise em teoria de 2ª ordem, considerando a não linearidade geométrica. Para o cálculo dos esforços e deslocamentos na estrutura são aplicadas as técnicas de subestruturação em série e paralelo na matriz de rigidez global da estrutura. Elaborou-se um programa de computador para o processo de cálculo, utilizando a linguagem computacional Fortran Power Station 90 e pré e pós processadores em Visual Basic 6.0 para ambiente Windows. Finalmente são apresentados alguns exemplos para comprovar a validade do processo de cálculo utilizado / The main aim of this work is to apresent a study about analysis of three-dimentional structures of multistory buildings considering the interaction of displacements and stresses of the elements of the structures, with the influence of the transverse bending stiffness of slabs. The plate finite elements adopted in floor discretization, responsible for considering the bending stiffness contribution of slabs in the analysis of buildings, are the DKT (Discrete Kirchhoff Theory) and the DST (Discrete Shear Theory). For columns and core walls the forces equilibrium is verified for the columns in their deformed position, which is known in the technical literature as second order analysis, considering the geometric non-linearity. The techniques of serial and parallel analyses of substructures are applied to the global stiffness matrix for the calculus of forces and displacements in the structure. A computer program was developed for the calculation process, using the computer language Fortran Power Station 90 and pre and post-processors in Visual Basic 6.0 for a Windows environment. Finally, some examples are presented to check the validity of the employed calculus process

A análise de segunda ordem global de edifícios é indispensável nos dias atuais, em que as estruturas são cada vez mais esbeltas. No mercado, há diversos sistemas computacionais que realizam essa análise, e alguns dos novos engenheiros estruturais podem não saber os conceitos em que ela se baseia. Portanto, este trabalho pretende: avaliar os efeitos de segunda ordem em edifícios por meio dos coeficientes \'gama\'z e FAVt, este desenvolvido pela TQS, e por meio do processo P-Delta; mostrar como este processo P-Delta funciona e como o sistema computacional CAD/TQS o considera; e analisar também os esforços de segunda ordem calculados a partir dos de primeira ordem multiplicados por O,95 \'gama\'z. Em relação à avaliação da estabilidade global, serão comparados os resultados obtidos com os parâmetros \'alfa\', \'gama\'z, FAVt e RM2M1, este último gerado a partir do processo P-Delta. Pretende-se, assim, fornecer subsídios para que os novos engenheiros tenham condições de atuar com base conceitual bem fundamentada, tanto na escolha do método quanto na análise dos resultados. / The overall second-order analysis of buildings is essential nowadays, in which the structures are each time more slender. In the market, there are several computer systems that perform this analysis, and some new structural engineers can not know the concepts on which it rests. Therefore, this study aims: to evaluate the second-order effects in buildings making use of the coefficients \'gama\'z and FAVt, this developed by TQS, and using P-Delta process; to show how this P-Delta process works and how the computer system CAD/TQS considers it; and also analyze the second order efforts obtained from the first-order ones multiplied by O,95 \'gama\'z. Regarding the evaluation of overall stability, will be compared the results obtained with the parameters \'alfa\', \'gama\'z, FAVt, and RM2M1, the latter generated from the P-Delta process. It is intended, therefore, to provide subsidies for new engineers to be able to work with well-founded conceptual base, both in the choice of method and analysis of results.

São descritas as recomendações da Norma Brasileira NBR-6118/1978 e do Código Modelo do Comité Euro-internacional du Béton CEB-1990 para a verificação da estabilidade de pilares esbeltos de concreto armado com seção variável submetidos à flexão normal composta, empregando-se a teoria do método geral. Para a obtenção dos momentos de segunda ordem são descritos os métodos de Engesser-Vianello e da integração numérica das curvaturas das seções transversais ao longo do pilar. Para a determinação do momento fletor absorvido pelas seções em função da curvatura proveniente da flexão do pilar sob a ação de uma força normal, desenvolvem-se as expressões para seções retangulares e circulares (cheias e vazadas) com base nas relações de tensão-deformação dos materiais segundo a norma e o código supracitados. Apresenta-se também um programa para microcomputador, elaborado em linguagem PASCAL, destinado à verificação da estabilidade de pilares com opção de adoção dos critérios da NBR-6118/1978 ou do CEB-1190. Não foram abordados os efeitos decorrentes de vibrações, fazendo-se apenas a descrição dos métodos de consideração dos efeitos decorrentes da deformação lenta. / The recommendations of Brazilian Code NBR-6118/1978 and Comité Euro-Internacional du Béton Model Code CEB-1990 are described, for stability verification of concrete slender columns with variable cross sections, subjected to axial load and bending moment, using the exact method. To obtain the second order bending moments, the Engesser-Vianello method and the numeric integration of the cross section curvatures along the longitudinal axial of column method are described. To obtain of bending moment supported by the cross sections due to curvature resultant of the column flexure under axialload, expressions for rectangular and circular (full and hollow) cross sections are developed, using stress-strain relations for materials proposed by model codes above mentioned. It\'s also presented a software written in PASCAL language for microcomputer and destined to column stability verification, with option to adopt the NBR-6118/1978 or CEB-1990 model code recommendations. Effects due to vibrations were nor included. Methods to take in account creep effects were described.

Os processos de produção de arte eletrônica contemporânea (pós-anos 1990) são discutidos sob a ótica da cibernética de segunda ordem, cujos princípios consideram o observador durante a observação dos sistemas, analisando como circular a relação entre observador e observado. A metodologia empregada baseia-se na Teoria Fundamentada nos Dados, cujo argumento emerge do entrecruzamento do arcabouço teórico sobre o assunto com as informações coletadas através de observações, conversas e entrevistas. A análise se desenvolve em três capítulos, todos atravessados pela exploração das relações entre acidente e controle no campo da arte eletrônica. No primeiro capítulo levamos em consideração os aspectos conceituais e estruturais da produção artística em questão. No segundo, exploramos as relações que se tecem entre agentes criativos durante o processo, observando tal produção enquanto sistema social pautado em conversações. No terceiro, vislumbramos a experiência criativa coletiva enquanto possibilidade de construção de espaços de conhecimento, e arriscamos uma auto-crítica sobre o que apreendemos sobre o processo de produção da arte eletrônica. Nossas considerações finais trazem nossa apreensão para as relações entre a arte eletrônica e a arquitetura, apontado para o caráter utópico de nossos argumentos. / The production processes on contemporary media art (post-1990\'s) are discussed through the second order cybernetics perspective, whose principles study the observer and observed as a circular motion. The research methodology is based on the Grounded Theory. The argument emerges by blending together the theoretical framework on the subject with the information collected through observations, conversations and interviews. The analysis is developed in three chapters, all interrelated exploring the relationships between accident and control in the media art field. In the first chapter the conceptual structure of this artistic production is analyzed. In the second chapter, we explore the relationships that emerge between creative agents during the process, observing such production as a social system being ruled by conversation. In the third chapter, picturing the collective creative experience as means to the construction of knowledge spaces, we apply to the architectural field what we learned about the production process of media art. Our final conclusions bring our perception to the relations between media art and architecture leading to the utopian character of our arguments.