El vaciado de recipientes y ductos es un proceso frecuente en la operación de sistemas hidráulicos. Empero, salvo en el caso de las grandes protecciones de máquinas (chimeneas de equilibrio o tanques neumáticos) es un tema relativamente poco tratado o que se resuelve a veces en forma superficial, por no decir arbitraria. En el presente trabajo se analiza el fenómeno del vaciado de diferentes sistemas, en cada uno de ellos se determinan los parámetros adimensionales relevantes, a partir de los cuales es posible comprender el fenómeno en cuestión y determinar la correcta aplicabilidad de diferentes modelos que estudian los transientes hidráulicos, ellos son: el modelo cuasiestático, el modelo inercial rígido y el modelo de columna elástica. En cada resolución se han determinado las velocidades experimentadas a lo largo del fenómeno, el itinerario de vaciado y su duración total. A continuación se resumen las consideraciones y resultados obtenidos para los sistemas estudiados. Vaciado de un ducto inclinado: El fenómeno se ha caracterizado a través de parámetros adimensionales asociados a las pérdidas friccionales y singulares. Se han determinado las circunstancias para las cuales el modelo cuasiestático difiere del modelo de columna rígida. También se ha dado validez al uso de un coeficiente de fricción fijo y se ha determinado que el uso del modelo elástico no presenta diferencias significativas frente al modelo de columna rígida. Vaciado de un ducto horizontal: Se ha estudiado la primera fase del vaciado, en la cual se produce una onda o cavidad que avanza hacia aguas arriba. Durante este vaciado parcial, la fracción de líquido vaciada con respecto al volumen total y el ángulo que se forma en la sección de salida del ducto están completamente determinados, los otros parámetros del escurrimiento son constantes y sólo dependen de dicho ángulo y del diámetro del ducto. Vaciado de un tanque cilíndrico de sección constante: Aquí se han determinado las circunstancias necesarias para que la aproximación cuasiestática sea válida, en otras palabras bajo cuales condiciones la fórmula de Torricelli se cumple localmente en función de la razón entre el diámetro del tanque y el orificio de salida por donde se drena el líquido. Vaciado de un tanque de sección variable: El estudio se limitó a tanques verticales de revolución que vierten por el fondo, esto está cerca de los relojes hidráulicos o clepsidras. Como ejemplo, se ha estudiado una parábola de cuarto grado, para la cual la velocidad del vaciado se mantiene notablemente constante. De esta forma, el itinerario puede verse que es una línea recta. Vaciado de dos líneas que convergen a un drenaje común: El problema se ha solucionado con el modelo inercial rígido con un coeficiente de fricción constante. Los parámetros importantes que caracterizan el fenómeno se relacionan con la capacidad de evacuación de la válvula y la fricción en el sistema. Aquí se han mostrando diversos fenómenos que pueden darse en este tipo de drenajes.

O processo de isolação elétrica por implantação de prótons é estudado para os casos do semicondutor GaAs e de estruturas DBR - Distributed Bragg Reflectors - de AlGaAs. A obtenção da energia crítica de implantação em camadas DBR de dispositivos VCSELs, Vertical Cavity Surface Emmiting Lasers, é exemplificada. Medidas da evolução da resistência destas estruturas com a dose de prótons irradiada, tanto para amostras tipo-n quanto para tipo-p, revelaram comportamentos qualitativamente semelhantes para os transportes eletrônicos paralelo e perpendicular às heterojunções. O mesmo valor de dose de limiar para isolação pode ser usado em ambos os casos. A estabilidade térmica da isolação de camadas DBR é estimada em ~150oC. O uso de um modelo simples de conservação de carga é sugerido para a simulação do processo de isolação por implantação em semicondutores, empregando como entrada a distribuição de níveis introduzidos pela irradiação. A comparação dos resultados dessa simulação com dados experimentais para o caso específico do GaAs revela que os modelos de defeitos previamente associados a antisítios na literatura não são suficientes para descrever a isolação. Os dados obtidos até então sobre a estrutura de níveis introduzida pela implantação com prótons também não reproduzem completamente o comportamento observado. Um sistema para medidas de Espectroscopia de Transientes de Níveis Profundos (DLTS) foi desenvolvido para a realização de experimentos visando identificar os níveis responsáveis pela isolação e determinar seus parâmetros relevantes. Quatro contribuições principais foram observadas em GaAs tipo-n (n1, n2, n3 e n4) implantado com prótons, e outras cinco para GaAs tipo-p (p1, p2, p3, p4 e p5). O nível p1, com energia aparente de 0,05 eV e secção de choque de captura de lacunas de 1x10-16 cm2, havia sido identificado previamente em amostras irradiadas com elétrons, mas pela primeira vez foi medido em amostras GaAs tipo-p implantadas com prótons. Medidas de variação de taxas de emissão com o campo elétrico foram realizadas em n1, n2, n3, p1, p2 e p3. O efeito Poole-Frenkel foi identificado como o responsável pelo comportamento observado em p2. Já para n3 e n1, mostrou-se que o responsável é o efeito de tunelamento auxiliado por fônons. O nível p3 não apresentou variação considerável em sua taxa de emissão com o campo; enquanto que os níveis n2 e p1revelaram comportamentos que indicam a presença de ambos os efeitos (Poole-Frenkel e tunelamento auxiliado por fônons). Esses dados, combinados com informações sobre as taxas de introdução obtidas a partir dos espectros DLTS, nos levam a parâmetros para os defeitos introduzidos pela implantação que conseguem descrever, de maneira aceitável, a curva de isolação experimental para doses menores que aproximadamente o dobro da dose de limiar, sugerindo que vacâncias de arsênio e anti-sítios de GaAs desempenhem um papel importante nesta etapa do processo. / The electrical isolation by proton implantation process is studied for the specific cases of AlGaAs Distributed Bragg Reflectors (DBR) and bulk GaAs. The critical implant energy evaluation is exemplified for AlGaAs DBR layers on Vertical Cavity Surface Emmiting Lasers devices. Sheet resistance measurements as a function of the proton fluence on both p-type and n-type samples presented similar behaviors for the electronic transports parallel and perpendicular to the heterojunctions. The same dose threshold value can be used in both cases. The DBR structures isolation thermal stability is estimated as ~150oC. A simple charge neutrality calculation is employed to simulate the implant isolation process in semiconductors using as input data on the deep levels introduced during irradiation. For the case of bulk GaAs, comparison between simulation results and experimental sheet resistance versus dose curves pointed out that models previously suggested for anti-site defects are not able, by their own, to reproduce the actual isolation behavior. Simulation using information previously obtained on proton implant related deep levels also didn’t reproduce the experimental curves. A Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) system was developed in order to properly identify the deep levels introduced by proton implantation and obtain the relevant parameters regarding each one of these levels. Four main contributions were measured in n-type proton bombarded GaAs (n1, n2, n3 and n4), and other five in p-type samples (p1, p2, p3, p4 and p5). p1 level, with 0.05 eV apparent energy and 1x10-16 cm2 apparent capture cross section, was measured for the first time in proton implanted GaAs. Electric field related emission rate enhancement measurements were carried out on n1, n2, n3, p1, p2 and p3. Poole-Frenkel effect was identified as the responsible for the behavior obtained for p2. Concerning the cases of n3 and n1, the effect responsible for the measured emission rate enhancement was found to be the phonon assisted tunneling. Level p3 presented no appreciable emission rate enhancement with the electric field, and levels n2 and p1 revealed behaviors pointing out the presence of both Poole-Frenkel and phonon assisted tunneling effects. Introduction rates of the measured levels were also obtained. All these data and other previous information on defects in proton bombarded GaAs could then be compiled together, producing a more complete and accurate input for the simulation, which leads to results reproducing the experimental curve in an acceptable manner for doses lower than twice the threshold value. This result points to a very active participation of As vacancies and GaAs in the GaAs implant isolation process.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-03-05T18:15:55Z No. of bitstreams: 1 160461.pdf: 1554810 bytes, checksum: 6ecfaf581b44d39d1b24b83e7bc258e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-05T18:15:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 160461.pdf: 1554810 bytes, checksum: 6ecfaf581b44d39d1b24b83e7bc258e0 (MD5) Previous issue date: 1984-02 / A fim de assegurar que as tubulações·e equipamentos dos oleodutos não estejam submetidos a pressões superiores as admissíveis, faz-se necessária a análise dos transientes hidráulicos. Este trabalho, apresenta o programa de computador (TRANSH), desenvolvido pelo autor para calcular os transientes hidráulicos determinísticos de oleodutos.; As equações diferenciais parciais hiperbólicas que regem o fenômeno foram transformadas em equações diferenciais ordinárias através do método das características. Utilizando-se diferenças finitas, transforma-se, finalmente, as equações diferenciais ordinárias em equações algébricas, apropriadas para a programação de computadores digitais. O programa desenvolvido modela os equipamentos normalmente utilizados na indústria do petróleo para o transporte de fluidos (bombas, válvulas de bloqueio e retenção, válvulas de alívio, tanques, etc.). Problemas práticos de engenharia, analisados pelo TRANSH, foram apresentados no trabalho, exemplificando o uso do programa de computador desenvolvido. / In order to ensure that the piping and equipment of oil pipelines are not exposed to inadmissible pressures it is necessary to analyse hydraulic transients. The present work presents a computer program (TRANSH), developed by the author for calculating the hydraulic transients relevant to oil pipelines. The hyperbolic partial differential equations which govern this phenomenum were transformed into ordinary differential equations via the method of characteristics. Using finite differences these ordinary differential equations are then transformed into algebric equations which may be solved on a computer. The program developed here models equipments usually found in the petrol industry for transporting fluids (pumps, block valves, check valves, relief valves, tanks, etc.). To demonstrate the use of TRANSH program it was presented analysis of 2 (two) practical engineering problems.

Medidas de tempo de vôo, em cinco diferentes temperaturas, foram realizadas em enxofre ortorrômbico para vários campos elétricos, tanto positivos como negativos. O trânsito dos portadores negativos foi mais extensivamente analisado e para baixas intensidades de luz, isto é, o caso do sinal fraco, os seguintes fatos foram verificados; a) não foi detectada dependência da mobilidade com o campo elétrico; b) a razão da corrente no tempo t para a corrente inicial mostrou não ser uma função universal do tempo, (isto é, independente do campo aplicado). Transporte dispersivo, discernível através da dependência da mobilidade com o campo elétrico, foi detectado pelo fato a. Contudo, para o transporte não dispersivo nós devemos esperar que a corrente normalizada leve a uma função universal do tempo, somente dependente do tempo de captura e, eventualmente, do tempo de soltura dos portadores, contrário ao que foi encontrado em b. A parte principal desta tese foi dedicada a testar nossos resultados com modelos existentes e o efeito esperado da falha das suposições nos resultados. Nós fomos então levados a um novo modelo, o qual explicou razoavelmente os resultados; a luz joga portadores, não só no canal normal de condução, mas também em um nível extra, confinado à região superficial, caracterizado por uma mobilidade dependente da profundidade. Soluções numéricas foram obtidas para confirmar a validade das soluções analíticas aproximadas obtidas. Um modelo aproximado foi desenvolvido para explicar o efeito do campo elétrico na extração de portadores da zona iluminada / Time off light measurements, in five different temperatures, were carried out in orthorhombic sulphur for various electric fields, both positive and negative. The transit of negative carriers were more thoroughly analyzed and at low light intensities, that is, the small signal case, the following facts were well established; a) no electric field dependence of the mobility was detected, b) the ratio of the current at a time t to the initial current was found not to be a universal function of the time (that is, independent of the applied field). Dispersive transport, discernible through its field dependent electron mobility, is ruled out by a. However, for non dispersive transport, we should expect the normalized current to lead to a universal function of time, only dependent of the trapping and, eventually, de-trapping times of the carriers, contrary to what was found in b. The main part of this thesis was devoted to test our results with the existing models and the expected effect of the breakdown of the simplified assumptions on the results. We were thus lead to a new model, which reasonable explained the results: light put carriers, not only in the normal conduction channel, but also in an extra level, confined to the surface region, characterized by a depth dependent mobility. Computer solution were carried out to confirm the validity of approximate analytic solutions thus obtained. An approximate model was also developed to explain the effect of the electronic field on the extraction of carriers from the illuminated zone

Esta tese explora a potencialidade da radiação roveniente de um laser de gás carbônico para iniciar a combustão-modelo de substâncias simples oxigenadas com o bjetivo de estabelecer algumas das reações elementares relevantes ao processo de combustão. Esta tese é baseada no fato de que espécies intermediárias são geradas frequentemente em estados eletrônicos excitados no pulso do laser. O decaimento destas espécies em função do tempo foi observado pelas medidas de emissão por meio de uma fotomultiplicadora acoplada a filtros de interferência de banda estreita e, registrado em um osciloscópio de 100 MHz cuja base de tempo é gatilhada pelo laser de CO2. A evolução temporal do sinal de emissão foi analisada por um modelo cinético que compreende: 1) um processo de de pseudo-primeira ordem resultante por excitação multifotônica vibracional de colisões moduladas, e 2) decaimento através de emissão espontânea, reações químicas ou supressão radiativa. A cinética resultante das curvas experimentais foi obtida por um método de ajuste de curvas por simulação em um microcomputador. Os sistemas químicos estudados nesta tese compreendem o metanol, etanol, n-propanol, n-butanol e o éter dietílico. A eficiência na formação de C2, CH e OH foi estabelecida pela medida da intensidade e o tempo de subida da quimiluminescência determinado de acordo com o procedimento mencionado acima. A análise das curvas de subida e descida foram estudadas com o precursor puro e na presença de Ar, O2, NO, H2, Cl2, CH4 e C2H6, utilizando nestes casos pressões relativamente altas para garantir um número elevado de colisões. Nos sistemas em mistura com ar ou O2 as espécies emissivas CH e OH apresentam um prolongamento do tempo de decaimento, em geral não-exponencial. Ao mesmo tempo a intensidade relativa dos sinais de quimiluminescência atinge um máximo, sendo particularmente significativa para a espécie OH a uma determinada pressão de oxigênio. Misturas de etanol com O2/Ar resultam para a espécie OH num aumento no valor da vida média radiativa, enquanto que em misturas com CO, C2H6 e propileno (C3H6) é observado uma diminuição significativa. No caso de CO este comportamento é assumido como sendo de processos de relaxação, tendo-se para os dois últimos um processo de abstração de hidrogênio por parte da espécie OH. A presença de um inibidor de reações de radicais livres, NO, tem pouco efeito nos valores das constantes das espécies estudadas. Entretanto, a emissão da espécie OH foi totalmente suprimida em misturas do precursor com Cl2. Neste caso a observação de CH3CL por cromatografia em fase gasosa sugere que reações químicas de alguns dos fragmentos primários inibem o adicional bombeamento pelo laser. Um modo particular de se interpretar o possivel mecanismo de formação das espécies transientes, foi desenvolvido através do cálculo teórico RRKM dos principais processos primários aventados para a decomposição por excitação multifotônica vibracional da molécula de etanol. O cálculo RRKM foi modelado para a eliminação de H2O, processo majoritário a pressões baixas, e diferentes processos de cisões que passam a ter importância a intensidades elevadas de laser. O cálculo teórico mostra claramente que a eliminação de H2O é o canal preferido a baixas energias de excitação, sendo rapidamente reposto pelos outros canais a valores maiores de energia. Um efeito similar é observado para a decomposição unimolecular completa em função da pressão, onde a pressões elevadas, os processos de cisão com produção de radicais livres são dominantes como conseqüência da desativação das moléculas com energia mínima antes que sofram reação química. / This thesis explores the use of a CO2 laser to initiate combustion type reactions in a number of simple oxygen containing organic compounds. This method offers a potential tool to isolate and establish some of the elementary reactions responsible for the initial steps of combustion reactions. The core of the thesis is based on the fact that transient chemical species are generated in electronically excited states by the laser pulse. The time dependent behavior of this species has been observed by measuring the emission on a fast photomultiplier provided with narrow band filtres, and recording it on a 100 MHz oscilloscope triggered by the laser pulse. The time evolution of the emission signal has been analyzed by a kinetic model which includes: 1) an ill-defined pseudo-first arder process as a consequence of collisionally modulated multiphoton vibrational excitation, and 2) decay through spontaneous emission, chemical reaction ar radiative quenching. The resulting kinetics were fitted to the experimental curves by computer simulation. The chemical systems covered in this thesis include methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol and diethyl ether. Under pulsed CO2 laser radiation, the efficiency of formation of C2, CH and OH have been established by intensity measurements and the rise time for chemiluminescence determined according to the procedure mentioned above. Emission rise times and decays were studied for the neat systems and in the presence of Ar, O2, NO, H2, CH4, and C2H6 at pressures for which collisional processes are important. Emission from the CH and OH species are sustained for longer times in the presence of air or O2 and the decay becomes distincly non-exponential. There is also a significant intensity effect which is particularly noticeable for OH which reaches a maximum at a given oxygen pressure. Mixtures af ethanol with O2/Ar result in longer lifetimes for OH whereas in mixtures with CO, C2H6 and C3H6 a significant decrease is observed. In the case af CO, this behavior is assumed ta be due to relaxation processes, while in the latter cases hydrogen abstraction by OH is presumably responsible for the decrease. The presence of the well known scavenger NO had little effect on the rate constants used to describe the emission process. On the other hand, OH emission was completely quenchend in mixtures of the precursor with Cl2. In this case, the observation of CH3Cl by gas chromatography suggests that chemical reaction of some of the primary dissociation fragments inhibits further laser pumping. An attempt to understand the possible mechanism for the formatiun of the transient species was developed through the use of an RRKM calculation of the primary dissociation processes of ethanol under multiphoton excitation. The RRKM calculations were modelled for the H2O elimination, the main process at low pressures, and different bond scission processes which may become important at higher laser intensities. The theoretical calculation clearly shows that H2O elimination is the preferred pathway at lower excitation energies but is rapidly replaced by the other channels at higher energy contents. A similar effect is observed for the complete unimolecular decomposition as a function of pressure, where at the higher pressures, the bond scission processes yielding free radicals are dominant as a consequence of the deactivation of the molecules with threshold energies before they can undergo chemical reaction.

Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2017-06-02T17:42:13Z No. of bitstreams: 1 dissertação mestrado ien 2017 Leonardo Pires Paredes.pdf: 1945248 bytes, checksum: e30353409ff7aa4dedadcf5f5b0b0a9c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T17:42:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertação mestrado ien 2017 Leonardo Pires Paredes.pdf: 1945248 bytes, checksum: e30353409ff7aa4dedadcf5f5b0b0a9c (MD5) Previous issue date: 2017-05 / Este trabalho visa destacar a necessidade de um estudo para o cálculo das rampas de variação de reatividade indispensáveis e possíveis para atender as condições operacionais reais demandadas por um submarino nuclear em suas diversas fases de operação. Em função das exigências operativas e manobras imprescindíveis em determinadas situações táticas, grandes variações de potência na propulsão são requeridas. Como estas súbitas e severas mudanças na propulsão são oriundas da potência térmica de origem nuclear, os operadores do reator devem conhecer quais as respostas e que variações de reatividade são necessárias para atender à cada demanda de velocidade solicitada. É importante destacar que estas intervenções neutrônicas são condicionadas, não somente pela requisição oriunda na propulsão, mas fundamentalmente pela imperiosa necessidade de garantir a integridade do núcleo e sustentabilidade da reação em cadeia considerando os fenômenos e efeitos complexos, não-lineares e retroalimentados envolvidos. Considerando os aspectos destacados, esta dissertação apresenta como resultados o desenvolvimento, a validação e avaliação do código computacional SiTONP (Simulador de Transientes Operacionais Nucleares para Propulsão), utilizado para simulação de transientes operacionais que atendam as demandas táticas de um submarino, e os estudos de alguns casos simulados. Esse código foi desenvolvido nesse trabalho em linguagem de programação C, tendo como base as teorias de cinética de reatores e o cálculo dos efeitos de realimentação, além de ter como base o código SIRER utilizado para cálculo de transientes de acidente. Como resultado, são feitas algumas simulações hipotéticas e é realizada uma análise de como o comportamento do reator influencia a operação do submarino. Dessa maneira, conclui-se que o programa SiTONP gera resultados consistentes e reais para diversos parâmetros nucleares que possam vir a apoiar uma análise do comportamento do reator real do projeto, a luz da doutrina de combate naval, criando ferramentas de apoio que venham viabilizar a operação do submarino dentro dos diversos cenários táticos e estratégicos que possam requerer seu emprego. / The work presented highlights the need for the study to determine the reactivity variation ramps necessary and possible to meet the real operational conditions required by a nuclear submarine in this several operating stages. In accordance with the operational requirements and essential maneuvers in certain tactical situations, large power variations in the propulsion are demanded. As these sudden and severe changes in propulsion come from the thermal power of nuclear origin, the nuclear island operators must know what kind of answers and reactivity variations are necessary to meet each requested demand speed. It should be noted that these reactivity inserts are conditioned, not only by the propulsion requests, but fundamentally by the imperative need to ensure the core integrity and the chain reaction sustainability considering the complex, nonlinear and retro-feeding phenomena and effects involved. Considering the highlights, this dissertation presents as results the development, validation and evaluation of the SiTONP (Operational Nuclear Transient Simulator for Propulsion) computational code, used to simulate operational transients that meet the tactical demands of a submarine, and the studies of some simulated cases. This code was developed in this work in C programming language and based on reactor kinetics theories and the calculation of feedback effects, in addition to being based on the SIRER code, used to calculate accident transients. As a result, we did some hypothetical simulations and an analysis is made of how the behavior of the reactor influences the operation of the submarine. In this way, it can be concluded that the SiTONP program is able to generate consistent and real results for several nuclear parameters that may support an analysis of the behavior of the real reactor of the submarine project, in the light of the naval combat doctrine, creating support tools that will make feasible the operation of the submarine within the various tactical and strategic scenarios that may require its use.

[pt] Os medidores de pH existentes no mercado indicam valores confiáveis, dentro de uma incerteza declarada para cada modelo fabricado. Entretanto, normalmente, não é citada a especificação em termos do tempo necessário para alcançar estes valores, devido ao tempo de resposta do instrumento. Esta dissertação de mestrado tem como objetivo desenvolver uma metodologia teórico-experimental para avaliar o desempenho do transdutor em condições transientes, indicando alguns valores típicos para medidores comerciais, e sua resposta na medição de pH, a partir do modelo testado em uma reação experimental, sendo o mesmo simulado em outras reações químicas para diferentes velocidades de reação.Através deste modelo qualificado, foram avaliados os erros devidos às respostas permanentes e transientes, mostrando em que condições o medidor de pH pode ser usado, a partir da comparação entre valores de pH real e valores de pH registrados pelo medidor, levando em consideração a temperatura e o tempo de reação. / [en] The electrochemical analysers available in the market assert trustworthy values applicable in a specific uncertainty range, which varies depending on the unit`s model.Nevertheless, rarely is given any information on the time necessary to reach these values, which depend on the answer of the instrument. This Master`s dissertation aims to develop an experimental theoretical methodology to evaluate the performance of the transducer in transient conditions, and obtain some typical values for commercial analysers, and its answer in the pH measurements in simulated chemical reactions in various reaction velocities. Through the qualified model, the errors due to the permanent and transient answers were evaluated, establishing the conditions pH electronic units can be used, in a pre-set controlled error, from the comparison between real pH values and displayed pH values in the analysers, considering the temperature and the reaction time.

[pt] Mais de três décadas atrás, Przemieniecki introduziu uma formulação para análise de elementos de barra e treliça baseada em uma expansão em série de freqüências. Recentemente esta formulação foi generalizada para análise de sistemas elásticos submetidos a carregamento qualquer e deslocamentos iniciais. Baseado no método da superposição modal, um sistema acoplado, com equações diferenciais de movimento de alta ordem, é transformado em um sistema desacoplado com equações diferenciais de segunda ordem, que pode ser resolvido por qualquer método conhecido na literatura. A motivação para este desenvolvimento é o Método Híbrido dos Elementos de Contorno, que tem sido desenvolvido para problemas dependentes do tempo e problemas dependentes da freqüência. Esta formulação, assim como a introduzida por Pian para o Método dos Elementos Finitos, obtém uma matriz de rigidez utilizando apenas integrais de contorno, para um domínio de forma qualquer contendo vários graus de liberdade. O uso de termos com freqüências de alta ordem melhora muito a precisão numérica. A análise modal de um problema dinâmico, conforme se apresenta, é aplicável a qualquer formulação de elementos finitos, em geral, desde que a matriz de rigidez generalizada possa ser obtida. Este trabalho é uma tentativa de consolidação da formulação teórica proposta, em que se faz uso de integrais exclusivamente no contorno, com a discussão de diversos casos particulares e a conseqüente avaliação numérica: estruturas restringidas ou não; consideração de deslocamentos e velocidades iniciais, tanto em termos de valores nodais quanto de campos prescritos no domínio (incluindo deslocamentos de corpo rígido); deslocamentos forçados dependentes do tempo; forças de massa dependentes do tempo; cálculo de resultados em pontos internos. Vários exemplos acadêmicos para problemas de potencial bidimensionais ilustram este trabalho. / [en] More than three decades ago, Przemieniecki introduced a formulation for the free vibration analysis of bar and beam elements based on a power series of frequencies. Recently, this formulation was generalized for the analysis of the dynamic response of elastic systems submitted to arbitrary nodal loads as well as initial displacements. Based on the mode-superposition method, a set of coupled, higher-order differential equations of motion is transformed into a set of uncoupled second order differential equations, which may be integrated by means of standard procedures. Motivation for this theoretical achievement is the hybrid boundary element method, which has been developed for time-dependent as well as frequency-dependent problems. This formulation, as a generalization of Pian`s previous achievements for finite elements, yields a stiffness matrix for which only boundary integrals are required, for arbitrary domain shapes and any number of degrees of freedom. The use of higher-order frequency terms drastically improves numerical accuracy. The introduced modal assessment of the dynamic problem is applicable to any kind of finite element for which a generalized stiffness matrix is available. The present work is an attempt of consolidating this boundary- only theoretical formulation, in which a series of particular cases are conceptually outlined and numerically assessed: Constrained and unconstrained structures; initial displacements and velocities as nodal values as well as prescribed domain fields (including rigid body movement); forced time-dependent displacements; time-dependent body forces; evaluation of results at internal points. Several academic examples for 2D problems of potential illustrate the formulation.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertationDRGolbert_versao_final.pdf: 9706339 bytes, checksum: 45a86747e8469ad89e82dc19d8322037 (MD5) Previous issue date: 2009-03-25 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / The goal of this work is to study de modeling of incompressible fluid flows through the Lattice-Boltzmann method (LBM). In this class of methods the equations based on mesoscopic kinetics allow us to model the macro-continuum behavior of the fluid dynamics. Therefore, a theoretical study of the LBM is performed including the analyses of different equilibrium distributions, lattice models, its relationships with the Boltzmann equation as well as its asymptotic approximation to the Navier-Stokes equations. On the other hand, aspects related to the imposition of boundary conditions are also studied, identifying adequate procedures to the problems here presented. Posteriorly, a detailed study of numerical nature about the performance of the LBM in the computational simulation of fluid flows is developed, involving stationary and transient problems, for cases in 2D and 3D. Once we have insight on the main characteristics of the model, techniques for the tuning of LBM's parameters are introduced with the purpose of attaining consistent and reliable results, according to the physical conditions of the problems under consideration. These techniques are employed with emphasis in 3D time dependent problems, whose characteristics are similar to those found in the blood flow modeling in arteries. / O objetivo deste trabalho é estudar a modelagem do escoamento de fluidos incompressíveis mediante o método de Lattice-Boltzmann (LBM). Nesta classe de métodos as equações baseadas na cinética mesoscópica nos permitem modelar o comportamento macro-contínuo da dinâmica de fluidos. Desta forma, realiza-se um estudo teórico do LBM incluindo a análise de diferentes distribuições de equilíbrio, modelos de lattice, suas relações com a equação de Boltzmann assim como sua aproximação assintótica às equações de Navier-Stokes. Por outro lado, estudam-se os aspectos relacionados à imposição de condições de contorno identificando procedimentos adequados para os problemas aqui tratados. Posteriormente, realiza-se um estudo detalhado de caráter numérico sobre o desempenho do LBM na simulação computacional de escoamentos de fluidos, envolvendo problemas estacionários e transientes, para casos em 2D e 3D. A partir do conhecimento das características do modelo, desenvolvem-se técnicas para efetuar a calibração dos parâmetros do LBM visando à obtenção de resultados coerentes e confiáveis de acordo às condições físicas do problema. Estas técnicas são empregadas com ênfase em problemas 3D dependentes do tempo, e cujas características são similares às encontradas na modelagem do escoamento sanguíneo em artérias.

Desenvolve-se um método para estimar os parâmetros de uma rede hidráulica a partir de dados observados de cargas hidráulicas transientes. Os parâmetros físicos da rede como fatores de atrito, rugosidades absolutas, diâmetros e a identificação e quantificação de vazamentos são as grandezas desconhecidas. O problema transiente inverso é resolvido utilizando uma abordagem indireta que compara os dados disponíveis de carga hidráulica transiente observados com os calculados através de um método matemático. O Método Transiente Inverso (MTI) com um Algoritmo Genético (AG) emprega o Método das Características (MOC) na solução das equações do movimento para escoamento transiente em redes de tubos. As condições de regime permanente são desconhecidas. Para avaliar a confiabilidade do MTI-AG desenvolvido aqui, uma rede-exemplo é usada para os vários problemas de calibração propostos. O comportamento transiente é imposto por duas manobras distintas de uma válvula de controle localizada em um dos nós da rede. Analisam-se, ainda, o desempenho do método proposto mediante a variabilidade do tamanho do registro transiente e de possíveis erros de leitura nas cargas hidráulicas. Ensaios numéricos realizados mostram que o método é viável e aplicável à solução de problema inverso em redes hidráulicas, sobretudo recorrendo-se a poucos dados observados e ao desconhecimento das condições iniciais de estado permanente. Nos diversos problemas de identificação, as informações transientes obtidas da manobra mais brusca produziu estimações mais eficientes. / A method for estimation of parameters of existing hydraulic networks on the basis of observed transients pressures. Such parameters include pipe friction factors or absolute roughness, their diameters and the leakage locations and discharges. The inverse transient problem in terms of unknown parameters is solved through an indirect calibration procedure, which compares the calculated and observed hydraulic heads. The search method for optimal parameters employs the Method of Characteristics for the solution equations of transient motions in pipes and Genetic Algorithms. The initial conditions in the state of equilibrium are supposed unknown and the observed transient behavior of the network is in response to a valve maneuver composed of partial closure and reestablishment of flow in a pipe. In order to validate the transient calibration method, an example network is used to test various proposed calibration problems. The results show that the proposed method can be used with confidence for determination of various kinds of parameters. The transient inverse method is capable of network calibration using transient data collected at few locations in response to a quick valve maneuver.