Problemas de otimização se fazem cada vez mais presentes nos mais diversos ramos da Engenharia. Encontrar configurações ótimas para um determinado problema significa, por exemplo, melhorar desempenho, reduzir custos entre outros ganhos. Existem hoje diversas maneiras de atacar um problema de otimização, cada qual com suas particularidades, vantagens e desvantagens. Dentre os métodos de otimização que utilizam gradientes de sensibilidade, o cálculo numérico dos mesmos consiste em uma importante etapa do projeto que, dependendo do problema, pode acarretar em custos computacionais muito elevados inviabilizando a abordagem escolhida. Este trabalho visa desenvolver e apresentar uma nova metodologia para o cálculo desses gradientes de sensibilidade, com base no Método Adjunto. O Método Adjunto é um método amplamente estudado e com diversas aplicações principalmente em Engenharia Aeronáutica. Nesse trabalho, todo o conhecimento prévio é utilizado para a derivação do método para aplicá-lo a escoamentos viscosos e incompressíveis. É desenvolvido também o cálculo do gradiente de sensibilidade com respeito a parâmetros geométricos e não geométricos. Para validar a metodologia proposta são feitas simulações numéricas das equações governantes do escoamento e adjuntas utilizando dois códigos computacionais distintos, SEMTEX e FreeFem++, o primeiro baseado no Método dos Elementos Espectrais e o segundo no Método dos Elementos Finitos, mostrando assim a independência do Método Adjunto na sua formulação contínua em relação a métodos computacionais. Para a validação são cujos gradientes possam ser calculados de outras formas permitindo comparações para calibrar e aperfeiçoar o cálculo do gradiente de sensibilidade. / Optimization problems are widely present in differents fields of Engineering. Finding optimal configurations in a problem means, for example, improving performance, reducing costs, among other achievements. There are several wellknown ways to tackle an optimization problem, each one has its own advantages and disadvantages. Considering the gradient-based optimization methods, the step of their numerical calculation is extremely important, as it may result in huge computational costs, thus making the chosen method impracticable. This work aims to develop and present a new methodology to compute these sensitivity gradients based on the Adjoint Method. The Adjoint Method is a widely studied method with several applications chiefly in A eronautical Engineering. In the present work, all the previous knowledge will be used to derive the equations of the method in order to apply them to viscous incompressible flows. The calculation of the sensitivity gradient, with respect to both geometric and non-geometric paramatersm will be developed as well. To validate the proposed methodology, numerical simulations of the governing and adjoint equations are carried out, using two computational codes called SEMTEX and FreeFem++, the former is based on the Spectral Element Method and the later, on the Finite Element Method, thus showing that the Adjoint Method, in its continuous formulation, is independent of the particular numerical method that is used. In order to validate the algorithm, simple problems are chosen, for which the gradients can be computed by other methods. This choice admits comparison between numerical values of gradients in order to calibrate and improve the methodology proposed.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000390731-Texto+Completo-0.pdf: 810402 bytes, checksum: 7e740a8857f500b653cf08f874d42e7b (MD5) Previous issue date: 2007 / Time domain numerical simulation of the electromagnetic waves propagation in a tridimensional space and its interaction with objects is the crue of the contributions of this work More specifically, the implementation of the Yee´s algorithm was carried out, including techniques to minimize the problems of numerical reflection that occur in the edges at the tridimensional space of simulation. The result of this work is a generic software that simulates in four dimensions (three in space and one in time). This software can handle complex problems (complex geometry and diverse different materials) and is executable in a general purpose computers. In other words, a numerical implementation of an anechoic chamber allows the simulation of the interactions of electromagnetic waves and the objects inside of anechoic chamber. A new programming technique called "variables organization in space plans", t allowed the accomplishment of this work. / O propósito da dissertação é abordar a simulação numérica, no domínio tempo, da propagação no espaço tridimensional de ondas eletromagnéticas e sua interação com objetos. Mais precisamente, foi realizada a implementação do algoritmo de Yee, incluindo técnicas para minimizar os problemas de reflexão numérica que ocorrem nas bordas do espaço tridimensional de simulação. O resultado do trabalho é um software genérico que realiza a simulação em quatro dimensões (três espaciais e uma temporal), executável em computadores de uso geral e preparado para tratar problemas complexos (de geometria complexa, com diversos materiais diferentes). Em outras palavras, tem-se a implementação numérica de uma câmera anecóica, que permite simular as interações de ondas eletromagnéticas e os objetos no interior da câmera anecóica. Foi apresentada uma nova técnica de programação, denominada “organização de variáveis por plano espacial”, que permitiu a realização do trabalho proposto.

Problemas de otimização se fazem cada vez mais presentes nos mais diversos ramos da Engenharia. Encontrar configurações ótimas para um determinado problema significa, por exemplo, melhorar desempenho, reduzir custos entre outros ganhos. Existem hoje diversas maneiras de atacar um problema de otimização, cada qual com suas particularidades, vantagens e desvantagens. Dentre os métodos de otimização que utilizam gradientes de sensibilidade, o cálculo numérico dos mesmos consiste em uma importante etapa do projeto que, dependendo do problema, pode acarretar em custos computacionais muito elevados inviabilizando a abordagem escolhida. Este trabalho visa desenvolver e apresentar uma nova metodologia para o cálculo desses gradientes de sensibilidade, com base no Método Adjunto. O Método Adjunto é um método amplamente estudado e com diversas aplicações principalmente em Engenharia Aeronáutica. Nesse trabalho, todo o conhecimento prévio é utilizado para a derivação do método para aplicá-lo a escoamentos viscosos e incompressíveis. É desenvolvido também o cálculo do gradiente de sensibilidade com respeito a parâmetros geométricos e não geométricos. Para validar a metodologia proposta são feitas simulações numéricas das equações governantes do escoamento e adjuntas utilizando dois códigos computacionais distintos, SEMTEX e FreeFem++, o primeiro baseado no Método dos Elementos Espectrais e o segundo no Método dos Elementos Finitos, mostrando assim a independência do Método Adjunto na sua formulação contínua em relação a métodos computacionais. Para a validação são cujos gradientes possam ser calculados de outras formas permitindo comparações para calibrar e aperfeiçoar o cálculo do gradiente de sensibilidade. / Optimization problems are widely present in differents fields of Engineering. Finding optimal configurations in a problem means, for example, improving performance, reducing costs, among other achievements. There are several wellknown ways to tackle an optimization problem, each one has its own advantages and disadvantages. Considering the gradient-based optimization methods, the step of their numerical calculation is extremely important, as it may result in huge computational costs, thus making the chosen method impracticable. This work aims to develop and present a new methodology to compute these sensitivity gradients based on the Adjoint Method. The Adjoint Method is a widely studied method with several applications chiefly in A eronautical Engineering. In the present work, all the previous knowledge will be used to derive the equations of the method in order to apply them to viscous incompressible flows. The calculation of the sensitivity gradient, with respect to both geometric and non-geometric paramatersm will be developed as well. To validate the proposed methodology, numerical simulations of the governing and adjoint equations are carried out, using two computational codes called SEMTEX and FreeFem++, the former is based on the Spectral Element Method and the later, on the Finite Element Method, thus showing that the Adjoint Method, in its continuous formulation, is independent of the particular numerical method that is used. In order to validate the algorithm, simple problems are chosen, for which the gradients can be computed by other methods. This choice admits comparison between numerical values of gradients in order to calibrate and improve the methodology proposed.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 390731.pdf: 810402 bytes, checksum: 7e740a8857f500b653cf08f874d42e7b (MD5) Previous issue date: 2007-03-30 / O prop?sito da disserta??o ? abordar a simula??o num?rica, no dom?nio tempo, da propaga??o no espa?o tridimensional de ondas eletromagn?ticas e sua intera??o com objetos. Mais precisamente, foi realizada a implementa??o do algoritmo de Yee, incluindo t?cnicas para minimizar os problemas de reflex?o num?rica que ocorrem nas bordas do espa?o tridimensional de simula??o. O resultado do trabalho ? um software gen?rico que realiza a simula??o em quatro dimens?es (tr?s espaciais e uma temporal), execut?vel em computadores de uso geral e preparado para tratar problemas complexos (de geometria complexa, com diversos materiais diferentes). Em outras palavras, tem-se a implementa??o num?rica de uma c?mera anec?ica, que permite simular as intera??es de ondas eletromagn?ticas e os objetos no interior da c?mera anec?ica. Foi apresentada uma nova t?cnica de programa??o, denominada organiza??o de vari?veis por plano espacial, que permitiu a realiza??o do trabalho proposto.

Diante do moderno paradigma de projeto otimizado de grandes sistemas de engenharia, este trabalho apresenta um ambiente de projeto que inclui uma série de inovações que permitem otimizar problemas multidisciplinares utilizando colaboração remota pela Internet. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos nesse sentido, o que motivou uma parceria internacional entre o Departamento de Engenharia Naval da Universidade de São Paulo e a Ecole Centrale de Nantes. O objetivo desta parceria foi unir a experiência brasileira em projetos de sistemas complexos de engenharia com a experiência francesa em otimização multidisciplinar. Sendo este trabalho fruto de uma colaboração internacional, é importante ter em mente a obrigação existente para que a pesquisa desenvolvida atenda a ambas as expectativas. O objetivo é, a um só tempo, viabilizar a integração de subsistemas conhecidos em um ambiente de projeto que permita a otimização multidisciplinar de sistemas complexos de engenharia e desenvolver contribuições pontuais relevantes no uso de superfícies de resposta, projeto distribuído e no desenvolvimento de estratégias de otimização multidisciplinares. O relatório apresentará uma descrição do problema, seguida da revisão bibliográfica sobre os principais assuntos envolvidos na pesquisa. A descrição do trabalho desenvolvido ocupará os dois próximos capítulos. No primeiro, o trabalho é apresentado privilegiando a visão global do sistema e a integração dos diferentes subsistemas desenvolvidos em um enfoque claramente influenciado pela tradicional visão sistêmica da Engenharia Naval. No capítulo seguinte as principais contribuições pontuais desenvolvidas são detalhadas ao estilo Francês. Por fim é apresentada a aplicação deste trabalho em diversos problemas matemáticos e de engenharia. / Facing the modern paradigm of optimized projects of large engineering systems, this research work presents a project environment that includes a series of innovations that allow the optimization of multidisciplinary problems using remote collaboration through the internet. Many research works have been done around this subject, which have motivated an international partnership between the Departamento de Engenharia Naval da Universidade de Sao Paulo and Ecole Centrale de Nantes. The objective of this partnership was mix the Brazilian expertise in design of engineering systems with the French expertise in multidisciplinary optimization. Being the result of an international collaboration, it is important to keep in mind the existing compromise to fulfill both expectations. The objective is altogether to make the integration of known systems viable in a project environment that allows multidisciplinary optimization of complex engineering systems with the creation of focused contributions that are relevant on the use of response surfaces, design collaborative and on the development of strategies of multidisciplinary optimization. The report will present a description of the problem, followed by a bibliographic revision about the main issues involved in the research. The description of the work is covered on the two following chapters. On the first one, the work approaches a global view of the system and the integration of different developed sub-systems under a perspective clearly influenced by the traditional systemic vision of Naval Engineering. On the next chapter, the main punctual contributions are detailed in the French style. Finally, the application of this work is presented in several mathematical and engineering problems.

Diante do moderno paradigma de projeto otimizado de grandes sistemas de engenharia, este trabalho apresenta um ambiente de projeto que inclui uma série de inovações que permitem otimizar problemas multidisciplinares utilizando colaboração remota pela Internet. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos nesse sentido, o que motivou uma parceria internacional entre o Departamento de Engenharia Naval da Universidade de São Paulo e a Ecole Centrale de Nantes. O objetivo desta parceria foi unir a experiência brasileira em projetos de sistemas complexos de engenharia com a experiência francesa em otimização multidisciplinar. Sendo este trabalho fruto de uma colaboração internacional, é importante ter em mente a obrigação existente para que a pesquisa desenvolvida atenda a ambas as expectativas. O objetivo é, a um só tempo, viabilizar a integração de subsistemas conhecidos em um ambiente de projeto que permita a otimização multidisciplinar de sistemas complexos de engenharia e desenvolver contribuições pontuais relevantes no uso de superfícies de resposta, projeto distribuído e no desenvolvimento de estratégias de otimização multidisciplinares. O relatório apresentará uma descrição do problema, seguida da revisão bibliográfica sobre os principais assuntos envolvidos na pesquisa. A descrição do trabalho desenvolvido ocupará os dois próximos capítulos. No primeiro, o trabalho é apresentado privilegiando a visão global do sistema e a integração dos diferentes subsistemas desenvolvidos em um enfoque claramente influenciado pela tradicional visão sistêmica da Engenharia Naval. No capítulo seguinte as principais contribuições pontuais desenvolvidas são detalhadas ao estilo Francês. Por fim é apresentada a aplicação deste trabalho em diversos problemas matemáticos e de engenharia. / Facing the modern paradigm of optimized projects of large engineering systems, this research work presents a project environment that includes a series of innovations that allow the optimization of multidisciplinary problems using remote collaboration through the internet. Many research works have been done around this subject, which have motivated an international partnership between the Departamento de Engenharia Naval da Universidade de Sao Paulo and Ecole Centrale de Nantes. The objective of this partnership was mix the Brazilian expertise in design of engineering systems with the French expertise in multidisciplinary optimization. Being the result of an international collaboration, it is important to keep in mind the existing compromise to fulfill both expectations. The objective is altogether to make the integration of known systems viable in a project environment that allows multidisciplinary optimization of complex engineering systems with the creation of focused contributions that are relevant on the use of response surfaces, design collaborative and on the development of strategies of multidisciplinary optimization. The report will present a description of the problem, followed by a bibliographic revision about the main issues involved in the research. The description of the work is covered on the two following chapters. On the first one, the work approaches a global view of the system and the integration of different developed sub-systems under a perspective clearly influenced by the traditional systemic vision of Naval Engineering. On the next chapter, the main punctual contributions are detailed in the French style. Finally, the application of this work is presented in several mathematical and engineering problems.