The biological example of vibrissa-type sensors in the animal realm is attributed with impressive sensing capabilities. A recently discovered ability is the surface discrimination task. Preceding research on the topic elaborated certain hypotheses for the functionality of the sensor. The scientific work is predominantly based on an empirical approach closely related to the biological example. Complex and highly nonlinear mechanical interrelations and tribological aspects of the contact frequently remain unconsidered. In the interplay between the properties of the biological example and the desired technical realization of the sensor concept, the present thesis incrementally develops a complex mechanical model. Its purely numerical treatment is based on the finite element method framed in the software package ANSYS. Following three modeling stages, the nonlinear structural model is successively implemented firstly enhancing the contact formulation and secondly including dynamic effects in the computation. The attributes of the biological example like elastic support, pre-curvature and conicity are incorporated and their effects are related to the desired sensor function. Beside the characteristic of the sensor system, elaborated through parameter studies, special emphasis is placed on the determination of the working range and its limiting borderlines as well as the uncovering of problematic aspects of the concept. The complex picture of the static behavior of the sensor system is complemented by a first dynamic calculation in close proximity to an experiment, which is conducted in parallel. The juxtaposition of the outcomes are interpreted and a proposal for a measurement strategy is outlined. / Tesis

O objetivo deste trabalho é a obtenção de uma técnica para a modelagem otimizada de corpos submetidos a fluxos de alta velocidade, como aerofólios em escoamentos transônicos e outras geometrias aerodinâmicas. A técnica é desenvolvida através de expansões em séries de Fourier para um conjunto de equações diferenciais com interrelação com as condições de contorno, sendo uma equação para a parte superior e outra para a parte inferior do aerofólio. O método de integração temporal empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 5 estágios para as equações da quantidade de movimento e na relação de estado para a pressão. Para a aproximação espacial adota-se um esquema em volumes finitos no arranjo co-localizado em diferenças centrais. Utiliza-se dissipação artificial para amortecer as frequências de alta ordem do erro na solução das equações linearizadas. A obra apresenta a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos compressíveis transônicos em torno de perfis aerodinâmicos. Os testes num´ericos são realizados para as geometrias do NACA 0012 e 0009 e asas tridimensionais usando as equações de Euler, para número de Mach igual a 0.8 e ® = 0o. Os resultados encontrados comparam favoravelmente com os dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_7210_Marco Antonio Lages Vieira.pdf: 5668936 bytes, checksum: f1196d57892e1521e6c95b126881cfd1 (MD5) Previous issue date: 2013-10-25 / Um algoritmo numérico foi criado para apresentar a solução da conversão termoquímica de um combustível sólido. O mesmo foi criado de forma a ser flexível e dependente do mecanismo de reação a ser representado. Para tanto, um sistema das equações características desse tipo de problema foi resolvido através de um método iterativo unido a matemática simbólica. Em função de não linearidades nas equações e por se tratar de pequenas partículas, será aplicado o método de Newton para reduzir o sistema de equações diferenciais parciais (EDPs) para um sistema de equações diferenciais ordinárias (EDOs). Tal processo redução é baseado na união desse método iterativo à diferenciação numérica, pois consegue incorporar nas EDOs resultantes funções analíticas. O modelo reduzido será solucionado numericamente usando-se a técnica do gradiente bi-conjugado (BCG). Tal modelo promete ter taxa de convergência alta, se utilizando de um número baixo de iterações, além de apresentar alta velocidade na apresentação das soluções do novo sistema linear gerado. Além disso, o algoritmo se mostra independente do tamanho da malha constituidora. Para a validação, a massa normalizada será calculada e comparada com valores experimentais de termogravimetria encontrados na literatura, e um teste com um mecanismo simplificado de reação será realizado. Palavras chave: pirólise, numérico, algoritmo, gradiente biconjugado, iterativo

O objetivo deste trabalho é a obtenção de uma técnica para a modelagem otimizada de corpos submetidos a fluxos de alta velocidade, como aerofólios em escoamentos transônicos e outras geometrias aerodinâmicas. A técnica é desenvolvida através de expansões em séries de Fourier para um conjunto de equações diferenciais com interrelação com as condições de contorno, sendo uma equação para a parte superior e outra para a parte inferior do aerofólio. O método de integração temporal empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 5 estágios para as equações da quantidade de movimento e na relação de estado para a pressão. Para a aproximação espacial adota-se um esquema em volumes finitos no arranjo co-localizado em diferenças centrais. Utiliza-se dissipação artificial para amortecer as frequências de alta ordem do erro na solução das equações linearizadas. A obra apresenta a solução de escoamentos bi e tridimensionais de fluidos compressíveis transônicos em torno de perfis aerodinâmicos. Os testes num´ericos são realizados para as geometrias do NACA 0012 e 0009 e asas tridimensionais usando as equações de Euler, para número de Mach igual a 0.8 e ® = 0o. Os resultados encontrados comparam favoravelmente com os dados experimentais e numéricos disponíveis na literatura.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:20:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo256_1.pdf: 3245994 bytes, checksum: 1cf42fe311af6260c4edb6d106a68f36 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Diversos recursos são utilizados nas escolas no processo de ensino do Sistema de Numeração Decimal. Entretanto, apesar do uso de diferentes recursos, ainda se observam dificuldades por parte das crianças no que se refere à compreensão do SND. Com o objetivo de contribuir para o ensino da matemática e, reconhecendo o papel que as tecnologias podem exercer no processo de ensino e de aprendizagem, apresentamos um novo recurso que pode auxiliar o professor e os estudantes no estudo do SND. Assim, esta dissertação é constituída de duas partes. Na primeira parte analisamos softwares existentes para trabalhar com o SND e, a partir destas análises buscamos desenvolver um software que superasse lacunas observadas em outros softwares no trabalho com o SND. A segunda parte da pesquisa foi desenvolver um estudo de intervenção em que comparávamos o uso deste software desenvolvido com outros recursos já utilizados, o ábaco de madeira e os jogos de matemática informatizados no ensino do SND. Neste estudo 21 crianças do 3º. Ano participaram, sendo distribuídas, a partir de um pré-teste, em três grupos de intervenção distintos. O primeiro grupo trabalhou com o software, o segundo com o ábaco de madeira e o terceiro grupo com jogos digitais. Após a intervenção, todas as crianças participaram de um pós-teste. Todas as entrevistas, tanto do pré-teste, como as intervenções, como o pós-teste, foram feitas individualmente. Os resultados indicaram melhores desempenhos entre as crianças que participaram do grupo Software, seguido do grupo que trabalhou com o ábaco. Também se observou efeito motivador dos recursos digitais (o software e os jogos), que incentivava as crianças a quererem usar mais o computador. Entretanto, chamamos atenção especial para o papel do pesquisador em todos os grupos propondo questões e incentivando a reflexão por parte das crianças. Concluímos constatando que o software desenvolvido parece ter avançado em relação a outros recursos digitais existentes, ainda que também precise de maiores refinamentos. De toda forma, o estudo reforça o papel de recursos tecnológicos no processo de ensino e de aprendizagem

Orientador: Nivaldo Lemos Coppini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T19:24:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mastelari_Niederauer_M.pdf: 6110207 bytes, checksum: 0dbe522c515d6ce6c583839fff7a5d47 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Graças aos recentes desenvolvimentos de materiais e geometrias para ferramentas de usinagem e dos projetos de máquinas ferramentas, foi possível provocar drásticas reduções nos tempos e custos denominados diretos do processo. Desta forma, tempos e custos indiretos passaram a representar a grande parcela destes fatores na composição final da produção e composição dos custos industriais finais. Reduzir tais tempos e custos tomou-se, portanto, uma tarefa imposta pelas circunstâncias reinantes em qualquer indústria moderna. Tempos e custos indiretos relativamente altos são dispendiosos na realização de programas CNC. Este trabalho tem como objetivo abranger este problema através do desenvolvimento de um sistema para Edição/simulação de programas CN específico para ambientes de manufatura semi-integrado, utilizando linguagem técnica, com interface amigável e interativa... O sistema é constituído pelo editor, que foi desenvolvido utilizando programação lógica na linguagem Prolog e pelo Simulador que foi desenvolvido em Pascal usando conceitos de programação orientada a objeto. O programa foi desenvolvido para ser utilizado em microcomputadores padrão IBM-PC. O sistema foi testado em simulações com peças, gerando código correto e sua simulação apresentou detalhamento superior ao do comando da máquina. O uso de uma interface amigável e de pós-processadores mostrou-se uma forma rápida e eficiente de gerar programas CN para centros de torneamento, além de possibilitar a ampliação de seu uso para a grande variedade de Comandos numéricos disponíveis no mercado / Abstract: Due to the recent development of the materiaIs and geometries used in machine tools and projecting and constructing tool machines, it was possible to incite a drastic reducing of the named direct process time and cost'. So, the indirect time and cost became the main parcel of such factors on the final composition of production and on the composition of final industrial costs. Reducing those time and costs had became a definitive matler from the modem actual industries circumstances. Indirect higher time and costs, as a matler of fact, increase expansiveness in achieving CNC programs. The present work aims to comprehend such a matler by developing a system to Edit/Simulate specific NC programs for semiintegrated manufacture environrnents, making use of technical, interactive and closely language interface. The system is created by the Editor and it was developed using the logical programming Prolog language and so as using the Simulator that was developed in PASCAL guided programming concepts applied to objects. The whole program was developed to be used in IBM-PC microcomputers standard. The system was tested in appliance simulation creating correct codes, and their simulation has presented superior detailness than the machine commands. The used of such a closely interface and postprocessors showed a fast and efficient way of generating CN programs to tuming centers and further of making possible to amplify their use in a great variety of numeric commands usually found everywhere / Mestrado / Engenharia de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Jaime Szajner / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-24T10:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_FlaviaMariaGuerrade_M.pdf: 9706570 bytes, checksum: c527a7c8b699acc78bbcc288ad86f01e (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho tem como proposta a utilização de uma fresadora CNC para a prototipagem de placas de circuito impresso. Deseja-se realizar a remoção mecânica de uma fina camada de cobre ao longo do contorno de cada trilha individual a fim de isolá-Ia eletricamente do restante do cobre da placa. O objetivo final deste estudo é a geração automática das instruções de usinagem da máquina-ferramenta a partir dos dados gráficos fornecidos por um CAD de projeto de circuitos impressos. A intenção não é a de substituir os métodos convencionais de fabricação, como os métodos químicos abrasivos e os de eletrodeposição seletiva de cobre, mas apresentar uma técnica complementar para a prototipagem rápida e econômica de placas de circuito impresso. Concluída a etapa de testes, deve-se partir para a fabricação da placa definitiva pelos métodos convencionais. As máquinas-ferramenta de controle numérico executam movimentos automáticos, precisos e consistentes, de acordo com as instruções contidas no programa de usinagem previamente elaborado, sem a necessidade de intervenções por parte do operador. No presente caso, essas instruções são geradas automaticamente pelo pós-processador implementado. Conceitos gerais a respeito do controle numérico e de máquinas-ferramenta são apresentados. O algoritmo do pós-processador e a sua implementação são descritos. Restrições impostas pelas dimensões físicas da ferramenta de corte são discutidas. Os resultados obtidos na etapa de usinagem são apresentados e mostram a viabilidade da técnica de prototipagem proposta...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The purpose of this study is to employ a numerically controlled milling machine in the fabrication of printed circuit board (PCB) prototypes. The CNC machine tool must remove a narrow strip of copper from the boundary of each pad and trace, therefore electrically isolating the circuit elements from the rest of the copper foil. The aim is to generate machining instructions automatically from a plotter output file, generated by a CAD system for PCB layout design. This proposed method brings the development and test cyc1es c1oser together. Mechanical etching is presented as a complement to conventional PCB fabrication methods, as chemical etching and selective electrodeposition, not as a substitute. CNC machine tools perform automatic, precise and consistent movements, according to the commands specified in the machining program. In this study, these instructions are automatically generated by the post-processor in discussion. General concepts regarding numerical control and machine tools are presented. The post-processor algorithm and its implementation are described. Restrictions imposed by the physical dimensions of the cutting tool are discussed. Results obtained in the machining stage confirm the viability of the proposed prototyping technique...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabajo analiza la circulación oceánica en los Golfos Norpatagónicos, una región del Mar Argentino que es ampliamente reconocida por la alta tasa de productividad y biodiversidad del ecosistema. El estudio está orientado fundamentalmente a una exploración sistemática de los procesos físicos que controlan la circulación mediante el empleo de un modelo numérico tridimensional de alta resolución. El análisis físico del problema progresa mediante una sucesión de experimentos numéricos de complejidad creciente, comienza con el estudio de un modelo de densidad constante (barotrópico) forzado por mareas y vientos y finaliza con el caso más complejo que incluye estratificación en la columna de agua generada por flujos de calor y humedad en la superficie. El resultado más importante que surge de este trabajo es que el forzante de mareas contribuye significativamente a la circulación residual en escalas submareales, tanto en el modelo homogéneo como en el estratificado. Los resultados del modelo homogéneo muestran que la interacción no-lineal entre la onda de marea y la topografía de fondo conduce a la formación de diversos patrones robustos de circulación residual: giros de cuenca, vórtices batimétricos y cuadupolos costeros, formados por vórtices de recirculación en las bocas del GSJ y GN. Con la excepción de los meses de invierno, cuando los vientos son más intensos, la respuesta del océano barotrópico está completamente dominada por la circulación ciclónica residual inducida por la marea. Se requiere un viento de gran intensidad y dirección adecuada (p.e. desde el Norte) para romper este patrón. Los resultados del modelo estratificado también muestran la profunda influencia de la marea en modelar el ciclo anual de circulación dentro del Golfo San Matías. La circulación general está dominada por un intenso giro ciclónico (compuesto de dos giros de recirculación) durante el verano y giros menores anticiclónicos en la costa sudoeste y al Norte de Península Valdés. El incremento de la circulación ciclónica entre Octubre y Febrero es producido por la interacción de la marea con la estratificación (generada por los flujos de calor) en la presencia de topografía variable. Como resultado de esta circulación cerrada, en verano el Golfo se halla prácticamente aislado de la plataforma externa. De Marzo a Setiembre con la erosión de la estratificación, el subgiro norte decae y gradualmente reduce su tamaño hasta ser absorbido por el subgiro sur. Simultáneamente el sector Oeste del Golfo es ocupado por un giro anticilónico. La inclusión del forzante de viento no modifica sustancialmente la estructura e intensidad del los giros de verano pero intensifica tanto los giros anticiclónicos como ciclónicos durante el otoñoinvierno. El Golfo Nuevo responde de manera similar, pero en este caso hay un sólo giro ciclónico durante todo el año que se intensifica en verano y se reduce en extensión espacial en invierno con la aparición de un débil giro anticiclónico en la costa oeste. Las corrientes residuales en el Golfo San José están dominadas por un intenso dipolo durante todo el año. Aunque fue inicializado con densidad constante en la horizontal, el modelo es además capaz de capturar la estructura e intensidad observada de los principales frentes térmicos en la plataforma externa y dentro del Golfo San Matías. / This dissertation analyses the oceanic circulation of the Norpatagonian Gulfs, a region of the Argentinean Sea that has long been recognized for the high productivity and biodiversity of the ecosystem. The study aims towards a systematic exploration of the physical processes that control the circulation using a high resolution three dimensional numerical model. To facilitate the dynamical understanding of the results our experimental strategy was to start with a constant density (barotropic) model forced by tides and winds, and to progress to a more complex case including density stratification generated by surface fluxes of heat and humidity. The main result that stems from the numerical experiments is that tidal forcing significantly contributes to the overall subtidal residual circulation both in the homogenous and stratified models. The barotropic model shows that the nonlinear interaction between the oscilating tide and bottom topography leads to the formation of several robust residual circulation patterns: basin gyres, bathymetric vortices and coastline cuadrupoles, whichs are formed by recirculating eddies at mouths of SJG and GN. With the exception of the winter months, when the winds are stronger, the barotropic ocean response is completely dominated by the cyclonic tidal residual. It is necessary to have a strong wind in the northerly or westerly direction to break that pattern. The results of the stratified model also shows the profound influence of the tides in shaping the annual cycle of the circulation inside San Matias Gulf. The overall circulation pattern is dominated by a strong cyclonic gyre (composed by two recirculating sub-gyres) during summer with smaller anticyclonic gyres on the southwest coast and north of Valdes Peninsula. The spinup of the cyclonic circulation between October and February is caused by the interaction of the tides and stratification (generated by surface heat fluxes) in the presence of variable topography. As a result of this closed circulation the Gulf is almost isolated from the shelf during summer. From March to September the stratification is eroded and the northern subgyre spins down and gradually shrinks in size being absorbed by the southern subgyre. Simultaneously, the western sector of the Gulf is occupied by an anticyclonic gyre. The inclusion of wind forcing does not substantially modified the structure and intensity of the summer gyres but strengthens both the cyclonic and anticyclonic circulation during fall-winter. There is a similar oceanic response in Nuevo Gulf, but in this case there is only one year-round cyclonic gyre that intensifies in summer and is reduced in spatial extension in winter with the appearence of a weak anticyclonic gyre in the western coast. The residual currents are dominated by a strong year-round dipole in San Jose Gulf. Being initialized with horizontally constant density, the model is also able to capture the oberved structure and intensity of main thermal fronts in the outer shelf and inside San Matias Gulf.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática / En esta tesis definimos dos adaptaciones no-lineales del análisis de componentes principales, para el estudio de la variabilidad de datos conformados por medidas de probabilidad y por imágenes. En el Capitulo 2 introducimos el método de análisis de componentes principales geodésico (ACPG) en el espacio de medidas de probabilidad en la línea real, con segundo momento finito, dotado de la métrica de Wasserstein. Apoyándonos en la estructura pseudo-riemanniana del espacio de Wasserstein, definimos el ACPG basado en adaptaciones del ACP a variedades, propuestas en la literatura. En este contexto, el ACPG se define por medio de un problema de minimización sobre el espacio conformado por los subconjuntos geodésicos del espacio de Wasserstein. Usando argumentos de compacidad y de gama-convergencia, establecemos la consistencia del método, demostrando que el ACPG converge a su contraparte poblacional, cuando el tamaño de la muestra crece a infinito. Discutimos las ventajas de este método, respecto a un ACP funcional estándar de medidas de probabilidad en el espacio de Hilbert de funciones a cuadrado integrable. Con el fin de mostrar los beneficios de este procedimiento para el análisis de datos, exhibimos algunos ejemplos ilustrativos en un modelo estadístico simple. En el Capitulo 3 describimos el método de análisis de componentes principales geométrico (ACP geométrico) para analizar los modos principales de variación geométrica de un conjunto de imágenes. En este contexto proponemos modelar la variabilidad geométrica de las imágenes, respecto a un patrón medio de referencia, por medio de un operador de deformación parametrizado por un espacio de Hilbert. El ACP geométrico consta de dos etapas: (1) registro de imágenes usando un operador de deformación y (2) ACP estándar en los parámetros asociados a las deformaciones. La consistencia del procedimiento es analizada en el contexto de un modelo estadístico de patrón deformable, con una doble asíntota, donde el número de observaciones tiende a infinito y el ruido aditivo converge a cero. Para destacar los beneficios de este procedimiento, describimos un algoritmo y su aplicación a algunos experimentos numéricos con imágenes reales.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resultados e conclusoes.pdf: 472056 bytes, checksum: c1292d32ce76370a06e53954042acc70 (MD5) Previous issue date: 2005-06-22 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A numerical method is presented to solve single species population dynamics problems, with focus on the spread if invading organisms. This problem is mathematically modeled by a non-linear advection-diffusion-reaction transport equation, which is numerically solved by a finite element methodology. Some examples are conducted, showing the stability and accuracy of the proposed methodology. The role of the weak and strong Alee effects is analyzed on the spread of a single species invading organism in a one-dimensional domain. In this case the population dynamics describes propagation of traveling population fronts that represent either single-species invasion or single-species retreat. Some scenarios are investigated so as to evaluate the interaction of traveling population fronts under different parameter values, allowing to derive numerically whether they can reverse or block the species invasion. / Uma solução numérica é presentada para resolver problemas da dinâmica populacional de uma única espécie, com ênfase na dispersão de um organismo invasor. Este problema é matematicamente modelado por uma equação de transporte não linear de advecção-difusão-reação e resolvido numericamente usando o método de elementos finitos. Os exemplos apresentados demonstram a estabilidade e precisão da metodologia proposta. A influência do efeito Allee forte e fraco é analisada na dispersão de uma espécie de organismo invasor em um domínio uni-dimensional. Neste caso a dinâmica populacional descreve a propagação de frentes populacionais que representam a invasão ou o recuo da espécie. Alguns cenários são investigados para avaliar a interação da frente de ondas populacionais para diferentes valores de parâmetros indicando numéricamente quando é possível reverter ou bloquear a invasão de espécies.