Estágio realizado na OLIVA1925 e orientado pelo Eng.º Sandro Nelson Lemos Pinto / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado no Imperial College London e orientado pelo Prof. Dr. Paul Robinson / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na Fluidinova-Engenharia de Fluidos e orientado pelo Eng.º Renato Gomes de Sousa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Propriedades de equilíbrio e espectroscópicas são determinadas para a mistura líquida CS2/C6H6 na temperatura de 298K e nas frações molares de benzeno iguais a 0,25, 0,50 e 0,75, usando simulação computacional por Dinâmica Molecular. As interações intermoleculares são descritas em relaçãao a todos os átomos por um potencial Lennard-Jones (12/6), com as interações eletrostáticas representadas por quadrupolos pontuais, localizados nos centros de massa das mol´eculas. Um segundo potencial também é considerado, onde a distribuição de cargas na molécula é usada para descrever as interações eletrostáticas. Dados termodinâmicos e propriedades estruturais, descritas através de funções de distribuição radial e de correlação angular, são calculados. Os resultados obtidos com os dois potenciais mostram boa concordância com os dados experimentais. A análise das frações molares locais e das energias internas indica que a mistura líquida CS2/C6H6 apresenta comportamento aproximadamente ideal. As funções de distribuição radial e de correlação angular evidenciam uma configuração preferencialmente paralela entre as moléculas de CS2 e C6H6 a distâncias menores em relação a distância do máximo da função de distribução , correspondente a primeira camada de coordenação . Nesta região, a configuração perpendicularé fracamente favorecida em relação as demais orientações. Funções de correlação temporal da polarizabilidade coletiva e da polarizabilidade molecular, correspondentes aos espalhamentos Rayleigh e Raman, respectivamente, são calculadas a partir do modelo de interação dipolo induzido por dipolo de 1a ordem. As funções de correlação são divididas nas contribuições orientacional, induzida por colisão e cruzada, e nas contribuições dos componentes. Propriedades de equilíbrio como anisotropia efetiva e intensidades integradas são determinadas para as misturas e líquidos puros. Os resultados indicam que a correlação orientacional entre as moléculas de CS2 é a maior responsável pelos espectros Rayleigh e espectros Raman deste componente. A maior participação do benzeno ocorre no espalhamento Raman com uma maior correlação na contribuição induzida por colisão. A separação na escala temporal entre a dinâmica reorientacional e induzida por colisão determinada na simulação é menor em relação ao experimento. Tempos de correlação da contribuição induzida por colisão são maiores nas misturas em relação aos líquidos puros no espalhamento Rayleigh, conforme o experimento, e estão relacionados a contribuições significativas das funções de correlação entre os componentes CS2 e benzeno a tempo longo. Funções de correlação temporal do momento dipolar coletivo são determinadas a partir do modelo dipolo induzido por quadrupolo e analisadas em termos de contribuições isotrópicas, anisotrópicas e cruzadas, como também de contribuições dos componentes. A relação entre estes termos é concordante com os parâmetros moleculares de anisotropia e quadrupolo dos componentes. Os resultados da simulação indicam absorbância de excesso para as misturas em uma ordem semelhante a do experimento. O tempo de correlação maior na mistura de fração molar de benzeno igual a 0,25, também encontrado no experimento, está relacionado a elevada contribuição a tempo longo da função de correlação entre dipolos induzidos em moléculas de CS2 por moléculas de C6H6. Os espectros calculados na simulação e os espectros experimentais do espalhamento de luz despolarizado Rayleigh apresentam boa concordância, validando os modelos de potenciais de interação e de indução usados. No entanto, diferenças são encontradas no infravermelho longínquo. Modi cações no modelo simplificado de indução são propostas.

Neste trabalho foram desenvolvidas cinco simulações: Moricina no vácuo; moricina em meio fisiológico (água e íons); membrana em meio fisiológico; 1 moricina e 6 moricinas no interior da membrana. O objetivo é avaliar as interações antibiótico – membrana. Para esse estudo foi escolhido um peptídeo catiônico com atividade bactericida já constatada. A membrana adotada é baseada na composição da membrana celular da bactéria E. Coli. A metodologia utilizada foi a Dinâmica Molecular. Os sistemas foram construídos com o software VMD e os cálculos foram desenvolvidos com o software NAMD2. O Campo de Força para os lipídios, os íons e a moricina foi o CHARMM27 e o modelo para água foi TIP3P. O ensemble adotado foi o NpT, com uma pressão de 1 atm e temperatura de 310 K, por ser o mais coerente com o sistema fisiológico. A moricina é um peptídeo α-hélice e por isso o modelo de atuação aplicado foi barrel stave. Em presença do peptídeo se observou a perturbação da estrutura da membrana, o que valida a metodologia. No sistema contendo 6 moricinas o poro formado possibilitou o escoamento de água e íons através da bicamada lipídica, desfazendo o gradiente de concentrações essencial à manutenção da célula bacteriana. / In the present dissertation, five systems have been treated by molecular dynamics computer simulations: isolated moricine, moricine in physiological solution, membrane in physiological solution, a single moricine molecule inserted into the membrane, and an ion channel consisted of six moricine molecules inserted into the membrane. The moricine molecule represents a cationic peptide with known antibiotic activity. The membrane model was chosen to mimic the composition of the celular membrane of E.Coli. Our studies were directed towards the interaction between the antibiotic moricine and the membrane. All the systems were constructed using the VMD software. The simulations have been performed with the NAMD2 package adopting the CHARMM27 force field to the lipides, ions, and the moricine molecule. Water was described by the TIP3P model. The simulations were carried out within the NpT ensemble corresponding to physiological conditions (pressure of 1 atm and a temperature of 310 K). Moricine is a peptide with alpha-helix treated as a barrel stave. The adopted methodology demonstrated a perturbation of the membrane's structure in the presence of the peptide. The system containing six moricine molecules forming a pore within the membrane exhibited a flux of water molecules and ions passing the membrane indicating the antibiotic activity of moricine.

A qualidade de produtos obtidos pelo processo de co-extrusão depende fortemente da estabilidade do escoamento multicamada nas cavidades internas da co-extrusora. Problemas de instabilidades interfaciais levam a distribuições de espessura de camadas não uniforme e, em situações mais drásticas, ao colapso de camadas. A possibilidade de ocorrência deste tipo de defeito pode limitar a escolha dos materiais a serem utilizados e a espessura mínima de cada camada do produto, bem como restringir a janela de processamento para uma determinada combinação de materiais. Na literatura existem diversos trabalhos que analisam a influência das propriedades reológicas dos materiais utilizados na formação destas instabilidades interfaciais. Um dos critérios de analise é o do sinal de TNSD (Total Normal Stress Difference), o qual serve para analisar a possibilidade de ocorrência de instabilidades interfaciais do tipo onda. A utilização deste critério requer o conhecimento das propriedades reológicas elongacionais e de cisalhamento dos materiais envolvidos, bem como a representação do estado de tensões viscoelásticas em cada uma das camadas durante o escoamento. Tendo como foco central a análise da ocorrência de instabilidades interfaciais em co-extrusão, neste trabalho foi realizada uma série de estudos relacionados ao desenvolvimento e aplicação de uma metodologia para realização desta análise em nosso grupo de pesquisa. Estes estudos envolveram os seguintes tópicos: i) adaptação da técnica Fiber-Windup para obtenção de dados de viscosidade elongacional no reômetro rotacional ARES (Advanced Rheometric Expansion System); ii) estimação de parâmetros dos modelos constitutivos utilizados; iii) solução numérica para o estado de tensões em escoamentos multicamada de co-extrusão; iv) análise experimental da ocorrência de instabilidades interfaciais em sistemas bicamadas envolvendo materiais poliestirênicos. A adaptação da técnica Fiber-Windup mostrou reprodutibilidade tendo desempenho comparável ao de outras técnicas. Também foi proposto um método de correção dos dados experimentais, visando melhor utilização destes na estimação de parâmetros de modelos constitutivos. Para a estimação dos parâmetros não-lineares do modelo constitutivo de Leonov multimodal foi utilizado um procedimento de estimação por etapas e com método estocástico de otimização, obtendo-se ajustes satisfatórios dos dados experimentais. Nos experimentos de co-extrusão foram observadas instabilidades interfaciais do tipo onda, e a ocorrência destas analisadas pelo critério do sinal de TNSD, variável obtida da solução do campo de tensões através de simulações computacionais das condições experimentais. O formato das curvas da quantidade TNSD pareceu refletir o comportamento do estado de tensões normais do escoamento, bem como os efeitos das condições de processamento neste. Porém, o critério de sinal de TNSD pareceu não ser aplicável ao caso estudado, o que, no entanto, pode ser conseqüência do método numérico utilizado para obter o campo de tensões. / The quality of thermoplastic products obtained by co-extrusion process strongly depends of multilayer flow stability in the internal co-extrusion cavities. Interfacial instabilities troubles lead up to thickness non-uniformity layers and, in more drastic situations, to collapsed layers. The occurrence possibility of this type of defect can limit the choice of materials to be used, such as restrict processing window to certain materials matching. In the literature there are a lot of papers analyzing the rheological properties influence of chosen materials in interfacial instabilities occurrence. One analyze criterion is the TNSD-signal (Total Normal Stress Difference), which is used to predict the occurrence of wave type interfacial instabilities. To using this criterion, one needs to know elongational and shear rheological properties of the used materials, such as the viscoelastic stress state presentation in each layers flow. Having as main focus the interfacial instabilities occurrence analysis in co-extrusion, in this work was done a series of researches related to development and application of a methodology to doing this analyze in our work group. This researches involved the topics as follow: i) adaptation of the Fiber Windup technique to obtain elongational viscosity data in ARES (Advanced Rheometric Expansion System) rotational rheometer; ii) parameter estimation of the constitutive models used; iii) numerical solution to the stress state in multilayer co-extrusion flows; iv) experimental analyzes of interfacial instabilities occurrence in bi-layers co-extrusion systems employing polystyrene. The Fiber Windup technique adaptation shown reproducibility, having performance comparable to other techniques. Also was proposed a correction method to experimental data, which aim for their better using in parameter estimation of constitutive models. To the estimation of non-linear parameters of the multimodal Leonov constitutive model, was used a step estimation procedure and optimization stochastic method, with which was obtained satisfactory fitting of experimental data. In the co-extrusion experiments were observed the wave type interfacial instabilities, and their occurrence analyzed by the TNSD-signal criterion, variable obtained from the stress field solution by computational simulations of the experimental conditions. The TNSD curves shape seems to show the normal stress state behavior of flow, as well as the processing conditions effects in this. However, the TNSD-signal criterion seems not be applicable in the studied case, what, yet, can be consequence of the numerical method used to obtain the stress field.

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O objetivo deste trabalho é a definição de um conjunto de roteiros para o ensino de arquitetura de computadores com enfoque em arquiteturas superescalares. O procedimento é baseado em simulação e verificação da influência dos parâmetros arquiteturais dos processadores, em termos funcionais e de desempenho. É dada ênfase a conceitos como memória cache, predição de desvio, execução fora de ordem, unidades funcionais e etc. Através do estudo e avaliação dos parâmetros que constituem estes conceitos, procurava-se através dos roteiros identificar as configurações com melhor desempenho. Para a implementação destes roteiros é dotado o conjunto de ferramentas de simulação SimpleScalar. Este conjunto, além de estar disponibilizado em código aberto na página oficial das ferramentas, traz como vantagem a possibilidade de alteração do código para fins de pesquisa. Este trabalho e os roteiros que o compõem têm como objetivos auxiliar professores e estimular os alunos através de simulações, como forma didática de testar conceitos vistos em sala de aula. Os roteiros são apresentados com os respectivos resultados de simulação e incrementados com comentários e sugestões de um conjunto de perguntas e respostas para que o trabalho possa ter continuidade necessária, partindo da sala de aula para a simulação, busca de respostas e culminando com um relatório final a ser avaliado.

Carbon-dots (C-dots, pontos de carbono) ou Carbon Quantum Dots (CQDs, pontos quânticos de carbono) consistem em uma interessante classe de nanopartículas de carbono, que vêm recebendo grande atenção devido à sua combinação de propriedades como luminescência, excelente biocompatibilidade e dispersabilidade em água. C-dots são nanopartículas quase esféricas, formados por fragmentos de grafeno empilhados, com diâmetros entre 1 à 10 nm, contendo grupos funcionais na superfície. Embora exista um significativo número de estudos experimentais na literatura, ainda há uma ampla discussão sobre os detalhes estruturais destas nanopartículas e seus efeitos nas propriedades óticas apresentadas. Neste trabalho, utilizamos simulações de dinâmica molecular para explorar detalhes da estrutura atômica dos C-dots, propondo estruturas que apresentem características estruturais, morfológicas e de composição conforme observados em experimentos. Para tanto, criamos inicialmente modelos dessas nanopartículas baseados no empilhamento de fragmentos de grafeno funcionalizados nas bordas. Observou-se que após a relaxação estrutural, os fragmentos foram reorientados, levando a um alinhamento turbostrático entre camadas, com espaçamento próximo aos característicos do grafite Em seguida, calculamos a energia de adesão das camadas dos C-dots, para avaliar a estabilidade desses aglomerados, e os resultados mostram que a presença de grupos funcionais oxigenados contribui para uma melhor adesão entre as camadas. Ainda, criamos modelos semelhantes para essas nanopartículas, incluindo átomos próximos as bordas dos nanoflakes utilizando um método hibrido de MC/MD e os resultados mostram reconstrução da superfície devido a formação espontânea de ligações covalentes nas bordas com a presença de pentágonos, hexágonos e defeitos. Usamos também simulações de dinâmica molecular reativa para analisar a formação destas partículas, partindo de fragmentos resultantes da quebra de moléculas orgânicas, conforme observado experimentalmente. Estas simulações mostraram que a estrutura dos C-dots pode ser um pouco mais complexa do que as atualmente propostas, contendo outros tipos de interação entre os nanoflakes de grafeno, que podem afetar significativamente as propriedades do material. / Carbon-dots (C-dots) or Carbon Quantum Dots consist of an interesting class of carbon nanoparticles, which have received great attention due to their combination of properties such as luminescence, excellent biocompatibility and dispersibility in water. C-dots are almost spherical nanoparticles, formed by stacked graphene fragments, with diameters between 1 and 10 nm, containing functional groups on the surface. Although there is a significant number of experimental studies in the literature, there is still a wide discussion about the structural details of these nanoparticles and their effects on the presented optical properties. In this work, we use molecular dynamics simulations to explore details of the atomic structure of C-dots, which are proposed on basis of experimental characterization data available from the literature. We initially created models of these nanoparticles based on the stacking of functionalized graphene fragments at the edges. It was observed that after the structural relaxation, the fragments were reoriented, leading to a turbostratic alignment between layers, with spacing close to the characteristics of the graphite Then, we calculate the adhesion energy of the C-dots layers, to evaluate the stability of these clusters, and the results show that the presence of oxygenated functional groups contributes to a better adhesion between the layers. Furthermore, we have created similar models for these nanoparticles, including atoms near the edges of nanoflakes using a hybrid MC / MD method and the results show the spontaneous surface reconstruction due to the formation of covalent bonds at the edge with the presence of pentagons, hexagons and defects. We also used simulations of reactive molecular dynamics to analyze the initial steps for the formation of these particles, starting from fragments resulting from the breakdown of organic molecules, as observed experimentally. These simulations have shown that the structure of the C-dots may be what more complex than those currently proposed, containing other types of interaction between the graphene fragments, which can significantly affect the properties of the material.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_675_.pdf: 3878369 bytes, checksum: ec70c28cdbe6ac0e117bddd68cb70097 (MD5) Previous issue date: 2003-10-16 / Este trabalho mostra a utilização da teoria de dinâmica de corpos rígidos e da teoria clássica controle para a execução da simulação computacional de robôs e mostra também a utilização da computação gráfica para a apresentação dos resultados da simulação através de uma animação em três dimensões do modelo geométrico do robô simulado. Este trabalho faz uso de teorias e ferramentas da física, matemática, automação e computação para a solução de um problema em robótica: simulação computacional de controle e dinâmica de robôs com apresentação dos resultados através de uma animação gráfica em três dimensões.