Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2013-11-04T17:42:53Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2013_07.pdf: 2195595 bytes, checksum: cd3bc8ec1ed139577c939ef3ad656a75 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-11-04T17:42:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_mestrado_ien_2013_07.pdf: 2195595 bytes, checksum: cd3bc8ec1ed139577c939ef3ad656a75 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é simular campos eletromagnéticos utilizando o Método dos Elementos Finitos. Mesmo nos casos mais acadêmicos de simulação numérica da eletrostática e da magnetostática dificuldades aparecem quando o elemento finito nodal é utilizado. A modelagem de campos vetoriais com funções escalares, principalmente em materiais heterogêneos, podem não apresentar os melhores resultados. Com o objetivo de resolver estes problemas, dois tipos de técnicas são experimentadas: o uso de remalhagem adaptativa para elementos finitos nodais e a utilização de elemento finito de aresta que assegura a continuidade dos componentes tangenciais. Na análise numérica são abordados alguns problemas eletromagnéticos simples tais como os guias de onda imersos em materiais homogêneos e heterogêneos, materiais ferromagnéticos submetidos a uma densidade de campo magnética constante ou ainda sujeitos a uma densidade de corrente. No caso dos guias de onda, os campos são discretizados utilizando o método dos elementos finitos nodais e de arestas enquanto nos outros utiliza-se unicamente o elemento nodal. Aborda-se também a possibilidade de utilização da remalhagem adaptativa baseada em vários indicadores de erro.

Orientador : Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:23:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BravoRoger_LeonardoLorenzo_D.pdf: 9758028 bytes, checksum: 8397616c7678b1b613e1954f4b68c480 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Modelos eficientes de simulação para a análise da propagação de pulsos ultracurtos, através de dispositivos de óptica integrada de geometria planar e cilíndrica, são apresentados em detalhe. Os modelos resolvem as equações de onda escalares, associadas às polarizações transversais elétrica (TE) e magnética (TM), levando em conta efeitos espaço-temporais, utilizando a técnica da variação lenta da envoltória dos respectivos campos. Esta técnica consiste em remover a onda portadora, calculando-se apenas a envoltória dos campos, garantindo assim a diminuição do esforço computacional. Todos os modelos desenvolvidos utilizam o Método de Elementos Finitos, bem como camadas absorventes do tipo perfeitamente casadas (perfectly matched layers, P ML), para simular a continuidade do domínio de discretização truncado. Os modelos aqui propostos são apresentados pela primeira vez, mostrando a grande eficiência dos mesmos em aplicações com meios lineares, com perdas, meios difrativos, dispersivos e não lineares do tipo Kerr / Abstract: Efficient finite-element formulations for the simulation of ultrashort optical pulses propagating down planar and cylindrical geometries are thoroughly presented. These numerical propagators capable to take into account spatial and temporal effects, are to the best of the author's knowledge original. They solve the scalar transverse electric (TE) and magnetic (TM) wave equations using the well known slow wave approach and incorporate perfectly matched layers (PML) at the truncated boundaries. Their effectiveness and higher performance over other similar approaches are clearly demonstrated through key simulations, which include Kerr-type of nonlinear effects, absorption (losses), diffraction, refraction, and dispersion / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador : Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:28:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rached_MichelZamboni_D.pdf: 9040842 bytes, checksum: ddb152e6021ef4b96efb2146e09c2b40 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho de tese, realizamos um estudo teorico sistematico das chamadas Ondas Localizadas (ou Ondas Não Difrativas), bem como suas possiveis aplicações em optica, abrangendo feixes e pulsos. Os resultados são enumerados a seguir: (I) Um metodo matematico simples foi desenvolvido, unificando os diferentes tipos de ondas - subluminais, luminais e superluminais - possibilitando a obtenção de novas soluções localizadas para a equação de onda, em particular para as equações de Maxwell, incluindo aquelas com energia finita; (II) Um metodo de focalização espaço-temporal foi desenvolvido com o uso de superposições continuas de pulsos tipo X de diferentes velocidades; (III) Foram obtidas as primeiras soluções localizadas em meios guiados - guias metalicos ocos e coaxiais; (IV) Foram obtidas as primeiras soluções analiticas descrevendo pulsos não difrativos e não dispersivos em meios materiais, usando-se superposições de feixes de Bessel com diferentes angulos de axicon; (V) Ainda em meios materiais, foi mostrado que pulsos tipo X com chirp, com angulo de axicon fixo, podem ser eficientes no controle conjunto da difração e dispersão; (VI) Um metodo, para o modelamento longitudinal de intensidade de um campo optico, foi desenvolvido a partir de superposições apropriadas de feixes de Bessel de mesma frequencia, por'em com diferentes numeros de onda longitudinais / Abstract: In this thesis work we perform a thorough theoretical study of the so-called Localized Waves (or Non-diffracting Waves), as well as of their possible applications in Optics, considering both Localized beams and Localized pulses. Our main results are the following: (I) We have developed a simple mathematical method, unifying the different classes of localized waves ¿ subluminal, luminal and superluminal ¿, which allowed obtaining a host of new Soliton-like Solutions to the wave equations and in particular to Maxwell equations, including those with finite energy; all our solutions being expressed in closed form;(II) We have found out a method for the space-time focusing of our Localized Waves, by continuous superpositions of X-shaped pulses with different velocities, that is, with different ¿axicon angles¿; let us recall that the X-shaped waves resulted to represent the most typical, and useful, superluminal waves; (III) We have constructed for the first time Localized Solutions propagating rigidly along guides: namely, along empty waveguides or coaxial cables; (IV) We have discovered the first analytical solutions describing non-diffractive and non-dispersive pulses travelling in material (dispersive) media, by exploiting suitable superpositions of Bessel beams with different axicon angles. (V) Still for material media, we have shown that chirped X-shaped pulses (even with fixed axicon angle) can be constructed, which simultaneously resist both diffraction and dispersion; (VI) Finally, a method has been carried out for the longitudinal design of the Localized Wave intensity, by having recourse to appropriate superposition of Bessel beams with the same frequency, but, this time, with different longitudinal wavenumbers / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Leonardo de Souza Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-24T05:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Venturini_FredericoPina_M.pdf: 3741789 bytes, checksum: 799bd673fdd878f0b75e06381064ce35 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Apresentamos neste trabalho a formulação do método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) para a análise das características de propagação de estruturas dielétricas planares bidimensionais (guia slab e acoplador direcional). Uma solução direta das equações de Maxwell dependentes do tempo é procurada, substituindo-se as derivadas parciais contidas nos operadores diferenciais por diferenças finitas. Para isso é necessário realizar inicialmente a discretização espacial e temporal do problema, em células e passos discretizados de tempo, respectivamente, obtendo-se as equações de diferenças finitas que simularão a propagação da onda desejada. A formulação foi desenvolvida para análise de materiais lineares não dispersivos. É feito inicialmente um estudo teórico das características das estruturas analisadas e do método FDTD, apresentando-se em seguida os resultados obtidos nas simulações realizadas / Abstract: In this a finite-difference time-domain method formulation to the analysis of propagation characteristics in bidimensional dielectric planar structures (slab waveguide and directional coupler) is presented. A direct solution of Maxwell¿s equations is searched, replacing the partial derivative enclosed in the differential operators by finite differences. To reach this solution it is necessary to discretize space and time, in the form of space cells and time steps, respectively, to obtain the finite difference equations that will simulate the wave propagation desired. The formulation was developed to analyze linear nondispersive materials. The theoretical aspects involved in the analysis of the structures and the FDTD method are initially discussed and then the results obtained in the simulations are presented. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Métodos sem malha constituem uma classe de métodos numéricos usualmente aplicados na solução de equações diferenciais parciais (PDE). A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a usada nos métodos de elementos finitos. Esta característica pode ser bastante útil quando se esta modelando estruturas móveis, situação onde geralmente se necessita de um processo de reconstrução da malha. Este trabalho apresenta soluções para alguns dos principais aspectos encontrados na modelagem de dispositivos eletromagnéticos através do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method. Problemas como descontinuidade de materiais, domínios periódicos, imposição de condições de contorno essenciais, acoplamento entre as equações de campo e de circuito e modelagem de movimento são tratados nesta tese. Problemas de eletromagnetismo com materiais descontínuos constituem uma situação muito comum e são a causa de alguns problemas para os métodos sem malha. Geralmente esta característica leva a oscilações espúrias nas curvas do campo elétrico e magnético. Para se resolver este tipo de problema é proposta a utilização de funções de peso especiais na implementação do método. O uso de funções de peso especiais também permitira que a imposição das vii condições de contorno essenciais seja feita de maneira similar ao Método de Elementos Finitos. Este tipo de função propiciara também a simplificação da formulação variacional e do código computacional. Uma nova abordagem para o tratamento de problemas com fronteiras periódicas é proposta, fazendo uso de funções de peso especiais e na manipulação do sistema de equações. Este trabalho também apresenta um método que permite o acoplamento entre equações de circuito e do campo magnético no domínio do tempo para o EFGM. Para tal, uma maquina de indução trifásica é usada como exemplo, sendo apresentadas suas equações acopladas entre campo magnético e circuito magnético e circuito elétrico. Como etapa final do trabalho uma abordagem de modelagem do movimento desta maquina elétrica é proposta.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEduardoCoppoliFinal30ago2011.pdf: 3181243 bytes, checksum: 92f18a357bb128aeb133a3854958d1e9 (MD5) Previous issue date: 2011-10-27 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Métodos sem malha constituem uma classe de métodos numéricos usualmente aplicados na solução de equações diferenciais parciais (PDE). A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a usada nos métodos de elementos finitos. Esta característica pode ser bastante útil quando se esta modelando estruturas móveis, situação onde geralmente se necessita de um processo de reconstrução da malha. Este trabalho apresenta soluções para alguns dos principais aspectos encontrados na modelagem de dispositivos eletromagnéticos através do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method. Problemas como descontinuidade de materiais, domínios periódicos, imposição de condições de contorno essenciais, acoplamento entre as equações de campo e de circuito e modelagem de movimento são tratados nesta tese. Problemas de eletromagnetismo com materiais descontínuos constituem uma situação muito comum e são a causa de alguns problemas para os métodos sem malha. Geralmente esta característica leva a oscilações espúrias nas curvas do campo elétrico e magnético. Para se resolver este tipo de problema é proposta a utilização de funções de peso especiais na implementação do método. O uso de funções de peso especiais também permitira que a imposição das vii condições de contorno essenciais seja feita de maneira similar ao Método de Elementos Finitos. Este tipo de função propiciara também a simplificação da formulação variacional e do código computacional. Uma nova abordagem para o tratamento de problemas com fronteiras periódicas é proposta, fazendo uso de funções de peso especiais e na manipulação do sistema de equações. Este trabalho também apresenta um método que permite o acoplamento entre equações de circuito e do campo magnético no domínio do tempo para o EFGM. Para tal, uma maquina de indução trifásica é usada como exemplo, sendo apresentadas suas equações acopladas entre campo magnético e circuito magnético e circuito elétrico. Como etapa final do trabalho uma abordagem de modelagem do movimento desta maquina elétrica é proposta.

Orientador: Cesar José Bonjuani Pagan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T02:16:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TrindadedeOliveira_Murilo_M.pdf: 8021703 bytes, checksum: 3faa29c4fb8fec84d66f98a7389ed1b5 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Nesta dissertação propomos a análise de uma idealização estabelecida dentro da teoria eletromagnética. A partir de Um Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo, James C. Maxwell expõe alguns conceitos físicos relativos ao aterramento elétrico em condutores. Assim, ele estima que a presença de um fio condutor que estabelece a conexão entre um corpo condutor e outro, ou mesmo ao terra elétrico, perturba as características do sistema envolvido (carga, potencial e campo elétrico). Desse modo, Maxwell preconiza que para sistemas teóricos ou idealizados, quão indefinidamente fino seja o fio, indefinidamente menor será a perturbação gerada. A contextualização de uma idealização física dentro do ensino da teoria eletromagnética, especialmente para um curso de engenharia, é necessária no intuito de enfatizar as diferenças entre modelos reais e teóricos, uma vez também que os estudantes destes cursos devem estar interessados no desenvolvimento prático dos conceitos apreendidos em sala de aula. Nesse sentido, quando tratamos do método das imagens, especificamente para o problema de uma carga na presença de um condutor esférico aterrado, temos a oportunidade de explorar os limites de um modelo teórico, delimitando quais nuances podem aproximá-lo de uma aplicação no mundo real. Em vista disso, notamos que a maioria dos livros didáticos usados no ensino do eletromagnetismo, quando lidam com o problema do aterramento da esfera, simplesmente negligenciam a questão suscitada por Maxwell, de modo a transformar o problema em um exercício puramente matemático, sem necessidade de explicar os fundamentos físicos que sustentam a solução do problema. Portanto, o intuito do presente trabalho é desenvolver um modelo cuja solução defina o comportamento físico para ambos os casos (levando em consideração ou não a existência da conexão da esfera com o terra elétrico), bem como verificar os limites deste modelo teórico / Abstract: In this work, we propose the analysis about an idealized established within electromagnetic theory. From A Treatise on Electricity and Magnetism, James C. Maxwell presents some physical concepts related to electrical conductors grounded. In this direction, he estimates that the presence of a straight metallic wire which establishes the connection between a conducting body and another, or even to electrical ground, disturbs the properties of the system involved (charge, potential and electric field). Thus, Maxwell preconize for theoretical or idealized systems, how indefinitely thin is the wire, indefinitely lower is the disturbance created. The context of a physical idealization into the teaching of electromagnetic theory, especially for an engineering degree is required in order to emphasize the differences between real and theoretical models, since the students of these courses should be also interested in the practical development of the concepts learned in the classroom. In this sense, when we discussed the method of images, specifically to the problem of a charge point charge in the presence of a grounded conducting sphere, we have the opportunity to explore the limits of a theoretical model, outlining which nuances can approach it to a real world application. In view of this, we note that most of the textbooks used in teaching electromagnetism, when deals with the problem of grounded sphere, they simply neglect the issue raised by Maxwell. In order to transform the problem into a purely mathematical exercise, without to explain the physical foundations that support the solution of the problem. Therefore, the aim of this work is to develop a model whose solution defines the physical behavior for both cases (taking into account or not the existence of a connection of the sphere with the electrical ground), and to verify the limits of this theoretical model / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de modelos computacionais para analisar a resposta eletromagnética de ferramentas de perfilagem LWD/MWD em formações geofísicas arbitrárias. Essa modelagem envolve a determinação precisa de campos eletromagnéticos em regiões tridimensionais (3D) complexas e, conseqüentemente, a solução de sistemas lineares não-hermitianos de larga escala. A modelagem numérica é realizada através da aplicação do método dos volumes finitos (FVM) no domínio da freqüência. Desenvolvem-se dois modelos computacionais, o primeiro válido em regiões isotrópicas e o segundo considerando a presença de anisotropias no meio. As equações de Maxwell são resolvidas através de duas formulações distintas: formulação por campos e formulação por potenciais vetor e escalar. A discretização por volumes finitos utiliza um esquema de grades entrelaçadas em coordenadas cilíndricas para evitar erros de aproximação de escada da geometria da ferramenta. Os modelos desenvolvidos incorporam quatro técnicas numéricas para aumentar a eficiência computacional e a precisão do método. As formulações por campos e por potenciais vetor e escalar são comparadas em termos da taxa de convergência e do tempo de processamento em cenários tridimensionais. Os modelos foram validados e testados em cenários tridimensionais complexos, tais como: (i) poços horizontais ou direcionais; (ii) formações não homogêneas com invasões de fluído de perfuração; (iii) formações anisotrópicas e (iv) poços excêntricos. Motivado pela flexibilidade dos modelos e pelos resultados numéricos obtidos em diferentes cenários tridimensionais, estende-se a metodologia para analisar a resposta de ferramentas LWD que empregam antenas inclinadas em relação ao eixo da ferramenta. Tais ferramentas podem prover dados com sensibilidade azimutal, assim como estimativas da anisotropia da formação, auxiliando o geodirecionamento de poços direcionais e horizontais. / [en] The main objective of this work is to develop computational models to analyze electromagnetic logging-while-drilling tool response in arbitrary geophysical formations. This modeling requires the determination of electromagnetic fields in three- dimensional (3-D) complex regions and consequently, the solution of large scale non-hermitian systems. The numerical modeling is done by using Finite Volume Methods (FVM) in the frequency domain. Both isotropic and anisotropic models are developed. Maxwell's equations are solved by using both the field formulation and the coupled vector-scalar potentials formulation. The proposed FVM technique utilizes an edge-based staggered-grid scheme in cylindrical coordinates to avoid staircasing errors on the tool geometry. Four numerical techniques are incorporated in the models in order to increase the computational efficiency and the accuracy of the method. The field formulation and the coupled vector-scalar potentials formulation are compared in terms of their accuracy, convergence rate, and CPU time for three-dimensional environments. The models were validated and tested in 3-D complex environments, such as:(i) horizontal and directional boreholes; (ii) multilayered geophysical formations including mud-filtrate invasions; (iii) anisotropic formations and (iv)eccentric boreholes. The methodology is extended to analyze LWD tools that are constructed with the transmitters and/or receivers tilted with respect to the axis of the drill collar. Such tools can provide improved anisotropy measurements and azimuthal sensitivity to benefit geosteering.

Nesta tese desenvolveram-se projetos e modelos de indutores planares para circuitos integrados de radiofrequência nas arquiteturas espiral e cross para as tecnologias CMOS AMS 0,35 ?m e IBM 0,13 ?m, visando representar o desempenho destes na faixa de frequências de corrente contínua até 90% da frequência de ressonância. A modelagem empregada utiliza um circuito elétrico equivalente com nove elementos para representar indutores, para o qual é apresentado um processo para extração dos valores dos seus componentes a partir de dados simulados ou medidos. Foi apresentada uma versão estendida da arquitetura cross original, mais flexível e tratável por algoritmos, com uma indutância 25% maior que a arquitetura espiral de mesma área. Utilizou-se planejamento de experimentos para elaborar conjuntos de amostras de indutores com dimensões geométricas variadas nas arquiteturas e tecnologias estudadas, para os quais desenvolveu-se um conjunto de algoritmos específicos para o projeto dos indutores a partir de suas dimensões. A simulação eletromagnética do layout de cada amostra gerou os resultados empregados no desenvolvimento do processo de extração dos valores dos componentes do circuito equivalente, os quais foram relacionados às dimensões geométricas dos indutores através de equações de projeto elaboradas por meio de análise de regressão multivariada e modelos lineares generalizados. Tanto o processo de extração dos valores dos componentes, como as equações de projeto foram validados estatisticamente pela comparação dos resultados das simulações dos respectivos circuitos equivalentes com os resultados das simulações eletromagnéticas dos layouts dos indutores em cada arquitetura e tecnologia, demonstrando a correspondência entre estes. Discrepâncias observadas em alta frequência entre os resultados de simulação eletromagnética dos indutores e seus respectivos circuitos equivalentes são associados a limitações do modelo de circuito usado, que não considera os fenômenos de correntes de Foucault (correntes de turbilhonamento) e efeito pelicular. O processo de modelagem desenvolvido, devido a sua generalidade, pode ser aplicado ao desenvolvimento de outros modelos de circuito elétrico para indutores, ou mesmo para modelagem de outros componentes passivos para circuitos integrados, como capacitores, resistores e transformadores. / In this thesis were developed designs and models for planar inductors for radiofrequency integrated circuits in the spiral and cross architectures for AMS 0.35 ?m and IBM 0.13 ?m CMOS technologies, aiming to represent the inductors performance in the frequency range of direct current up to 90% of resonant frequency. The employed modeling used an equivalent circuit for inductors with nine elements, for which a process for extracting the values of its components from simulated or measured data is presented. An extended version of the original cross architecture was presented, more flexible and treatable by algorithms, with an inductance 25% larger than the spiral architecture of the same area. Design of experiments was used to elaborate sets of inductor samples with different geometric dimensions in the studied architectures and technologies. Algorithms were developed to design the layout of each inductor considering its architecture and specific dimensions. The layout electromagnetic simulation of each sample generated the results used in the process developed for extracting the values of the components of the equivalent circuit model, which were related to the geometric dimensions of the inductors through design equations elaborated by multivariate regression analysis and generalized linear models. Both the component extraction process and the design equations were statistically validated by comparing the simulation results of the respective equivalent circuit models with the results of the electromagnetic simulations of the inductor layouts in each architecture and technology, demonstrating matching between them. Observed discrepancies at high frequency between the electromagnetic simulation results for the inductors and their respective equivalent circuits are associated with limitations of the circuit model used, which does not consider eddy currents and skin effect phenomena. The modeling process developed, due to its generality, can be applied to the development of other electric circuit models for inductors, or even to model other passive components for integrated circuits, such as capacitors, resistors and transformers.

Este trabalho propõe uma solução inovadora para o amortecimento de vibrações laterais indesejadas em máquinas rotativas através da conversão de energia cinética em energia elétrica por meio de um dispositivo eletromagnético passivo de colheita de energia, com o mínimo de geração de torque reativo. Para atingir estes objetivos, foram descritas e avaliadas as três principais técnicas de coleta de energia vibratória (piezelétrica, eletrostática e eletromagnética) juntamente com análises qualitativas das equações de eletromagnetismo e pelo Método dos Elementos Finitos. Um protótipo que consiste em um conjunto de ímãs permanentes anexos ao rotor e um conjunto de bobinas no estator demonstrou experimentalmente uma diminuição da amplitude de vibração em até 6,8%, na região de velocidades críticas, com geração não significativa de torque. Estes resultados foram obtidos experimentalmente mantendo-se os enrolamentos independentes entre si. / In this work, it is proposed a novel damping solution for undesired lateral vibrations in rotating machines by converting kinetic energy into electrical energy through a passive electromagnetic energy harvesting device, with minimal generation of reactive torque. In order to achieve these goals, it is described and evaluated the three main vibration energy harvesting techniques (piezoelectric, electrostatic and electromagnetic) along with qualitative analysis of electromagnetic equations and nite element analysis (FEA). Furthermore, a prototype consisting of a set of permanent magnets attached to the rotor and a set of coils attached to the stator showed a decrease in the amplitude of vibration up to 6,8% in the range of critical velocities, with non-signicant torque generation. Such results were obtained experimentally with independent-circuit coils.