Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Probabilistic methods have been widely used in structural engineering to model uncertainties in loads and structural properties. The subjects of structural reliability analysis, random vibrations, and structural system identification have been extensively developed and provide the basic framework for developing rational design and maintenance procedures for engineering structures. One of the crucial requirements for successful application of probabilistic methods in these contexts is that one must have access to adequate amount of empirical data to form acceptable probabilistic models for the uncertain variables. When this requirement is not met, it becomes necessary to explore alternative methods for uncertainty modeling. Such efforts have indeed been made in structural engineering, albeit to a much lesser extent as compared to efforts expended in developing probabilistic methods. The alternative frameworks for uncertainty modeling include methods based on the use of interval analysis, convex function representations, theory of fuzzy variables, polymorphic models for uncertainties, and hybrid models which combine two or more of alternative modeling frameworks within the context of a given problem. The work reported in this thesis lies in the broad area of research of modeling uncertainties using non-probabilistic and combined non-probabilistic and probabilistic methods. The thesis document is organized into 5 chapters and 6 annexures. A brief overview of alternative frameworks for uncertainty modeling and their mathematical basis are provided in chapter 1. This includes discussion on modeling of uncertainties using intervals and issues related to uncertainty propagation using interval algebra; details of convex function models and relevance of optimization tools in characterizing uncertainty propagation; discussion on fuzzy variables and their relation to intervals and convex functions; and, issues arising out of treating uncertainties using combined probabilistic and non-probabilistic methods. The notion of aleatoric and epistemic uncertainties is also introduced and a brief mention of polymorphic models for uncertainty, which aim to accommodate alternative forms of uncertainty within a single mathematical model, is made. A review of literature pertaining to applications of non-probabilistic and combined probabilistic and non-probabilistic methods for uncertainty modeling in structural engineering applications is presented in chapter 2. The topics covered include: (a) solutions of simultaneous algebraic equations, eigenvalue problems, ordinary differential equations, and the extension of finite element models to include non-probabilistic uncertainties, (b) issues related to methods for arriving at uncertainty models based on empirical data, and (c) applications to problems of structural safety and structural optimization. The review identifies scope for further research into the following aspects: (a) development of methods for arriving at optimal convex function models for uncertain variables based on limited data and embedding the models thus developed into problems of structural safety assessment, and (b) treatment of inverse problems arising in structural safety based design and optimization which takes into account possible use of combined probabilistic and non-probabilistic modeling frameworks. Chapter 3 considers situations when adequate empirical data on uncertain variables is lacking thereby necessitating the use of non-probabilistic approaches to quantify uncertainties. The study discusses such situations in the context of structural safety assessment. The problem of developing convex function and fuzzy set models for uncertain variables based on limited data and subsequent application in structural safety assessment is considered. Strategies to develop convex set models for limited data based on super-ellipsoids with minimum volume and Nataf’s transformation based method are proposed. These models are shown to be fairly general (for instance, approximations to interval based models emerge as special cases). Furthermore, the proposed convex functions are mapped to a unit multi-dimensional sphere. This enables the evaluation of a unified measure of safety, defined as the shortest distance from the origin to the limit surface in the transformed standard space, akin to the notion used in defining the Hasofer- Lind reliability index. Also discussed are issues related to safety assessment when mixed uncertainty modeling approach is used. Illustrative examples include safety assessment of an inelastic frame with uncertain properties. The study reported in chapter 4 considers a few inverse problems of structural safety analysis aimed at the determination of system parameters to ensure a target level of safety and (or) to minimize a cost function for problems involving combined probabilistic and non-probabilistic uncertainty modeling. Development of load and resistance factor design format, in problems with combined uncertainty models, is also presented. We employ super-ellipsoid based convex function/fuzzy variable models for representing non-probabilistic uncertainties. The target safety levels are taken to be specified in terms of indices defined in standard space of uncertain variables involving standard normal random variables and (or) unit hyper-spheres. A class of problems amenable for exact solutions is identified and a general procedure for dealing with more general problems involving nonlinear performance functions is developed. Illustrations include studies on inelastic frame with uncertain properties. A summary of contributions made in the thesis, along with a few suggestions for future research, are presented in chapter 5. Annexure A-F contain the details of derivation of alternative forms of safety measures, Newton Raphson’s based methods for optimization used in solutions to inverse problems, and details of combining Matlab based programs for uncertainty modeling with Abaqus based models for structural analysis.

O presente estudo foi realizado para verificar a possibilidade de redução do núcleo do reator IEA-R1 do IPEN/CNEN-SP. Cálculos neutrônicos foram desenvolvidos para um conjunto de novas configurações para que, a posteriori, a análise termo-hidráulica e de segurança pudessem ser realizadas. As novas configurações analisadas são menores por diversos motivos, como obter uma melhor utilização do combustível, melhor distribuição dos fluxos de nêutrons, dentre outros. Para que se possa atingir tais configurações, a densidade de Urânio no combustível deve ser aumentada. Neste estudo, combustíveis de U3Si2-Al com 4,8gU/cm3 foram testados e novos núcleos para o reator IEA-R1 foram propostos e discutidos. A análise neutrônica não impõe restrições aos núcleos estudados. A análise termohidráulica mostrou que as margens de segurança e os perfis de temperatura ao longo das placas combustíveis não excedem os limites de projeto. Os coeficientes de temperatura obtidos para os novos núcleos, no caso isotérmico, são todos negativos, conforme desejado. A queima mostrou que núcleos supercompactos não apresentam excesso de reatividade suficiente para o funcionamento dos mesmo, ao se utilizar combustíveis com 4,8gU/cm3. Um APR (Acidente de Perda de Refrigerante) foi simulado para os núcleos remanescentes. A ruptura da fronteira do primário se mostrou o acidente mais crítico, devido ao curto tempo para o esvaziamento completo da piscina do reator. As temperaturas atingidas após o descobrimento foram calculadas e não excedem aquelas cujos valores propiciam empolamento nas placas combustíveis (475 °! a 550 °!), uma vez que se obedeça os tempos de esvaziamento seguro da piscina para as novas configurações. / This study was performed considering prospective candidates for the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor core. Some neutronic calculations were developed for a set of new core configurations to push forward the thermal-hydraulic and safety analysis. The new core configurations will be smaller for several reasons (e.g., better fuel utilization, neutron fluxes and so on). To achieve such smaller arrangements, the U-fuel density has to be increased. In the current study, configurations with 4.8gU/cm3 U3Si2- Al fuels were tested using the software MCNP and a set of new core configurations for the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor has been presented and discussed. The Neutronic analysis imposes no restrictions on the new cores. The Thermal- Hydraulic (TH) analysis showed that the safety margins and the temperature profile through the fuel plate dont exceed the design limits. The isothermal temperature coefficients were calculated being all negative, as desired. The burnup concludes that super compact cores dont have enough excess reactivity to keep the reactor working with 4.8gU/cm3 U3Si2-Al fuels. A LOCA (Loss of Cooling Accident) was simulated for the remaining cores. The border rupture of the primary system was the most critical accident, due to the short time for the complete emptying of the reactor pool. The temperatures reached after this accident were calculated and dont exceed the fuel plates limits (475 °C - 550 °C), once the time for safe emptying are taken into account for the IEA-R1 pool.

The present study focused on evaluating some crash prediction models for two lane highways on Brazilian conditions. Also, the transferability of models was considered, specifically by means of a comparison between Brazil, HSM and Florida. The analysis of two lane highways crash prediction models was promising when the road characteristics were well known and there was not much difference from base conditions. This conclusion was attained regarding the comparison of results for all segments, non-curved segments and curved segments, confirming that a transferred model can be used with caution. In addition, two novel models for Brazilian two-lane highways segments were estimated. The model developed showed better results for non-curved segments in the calibration/validation sample. Thus, for a general analysis purpose of non-curved segments this model is recommended. Finally, there are many factors that could not be measured by these models and reflects road safety various condition. Even so, the study of crash predict models in Brazilian context could provide a better start point in safety road analysis. / O foco desta pesquisa foi avaliar a aplicação de alguns modelos de previsão de acidentes em rodovias de pista simples de três estados brasileiros. Ainda, a transferabilidade destes modelos foi abordada, especificamente por meio de uma comparação entre características do Brasil, Florida e aquelas recomendadas pelo Highway Safety Manual. O uso dos distintos modelos se mostrou promissor para situações nas quais as características da via se mantiveram semelhantes às condições para as quais os modelos foram desenvolvidos. A avaliação foi empreendida para todos os segmentos homogêneos, separados posteriormente segundo a existência de curvas horizontais. Adicionalmente, dois novos modelos foram equacionados para a amostra brasileira. O modelo de previsão de acidentes desenvolvido apresentou melhores medidas de desempenho para segmentos sem curvas horizontais, sendo recomendável para previsão de acidentes em análises preliminares. Por fim, foi constatado que outros fatores não contemplados pelos modelos podem ter impactado as condições de segurança dos locais estudados. Ainda assim, essa pesquisa representa no contexto do Brasil um ponto de partida em análises relacionadas à segurança de rodovias de pista simples.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As fontes radioativas seladas em desuso, descartadas como rejeito radioativo, constituem uma parcela dos rejeitos radioativos que merece atenção especial, por sua atividade possuir potencial para causar doses de radiação elevadas, em indivíduos inadvertidamente expostos. Já é significativo o volume desses rejeitos. Manter essas fontes armazenadas em depósitos provisórios, indefinidamente, seria transferir o problema às futuras gerações. O presente estudo propõe o uso de indicadores de segurança complementares à dose e risco para o desenvolvimento de uma metodologia de avaliação da segurança de depósitos finais destinados à deposição de fontes radioativas seladas que demonstre que o isolamento será suficientemente seguro pelo tempo necessário para obter a licença da instalação, com custo acessível aos países em desenvolvimento. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho é aplicada a metodologia da Análise Probabilística de Segurança nível 1 ao reator IEA-R1. Inicialmente são descritos os eventos iniciadores de acidentes identificados no reator para duas categorias: perda de vazão e perda de refrigerante primário. Dentre eles foram escolhidos dois eventos iniciadores para análise mais detalhada do acidente e obtenção da estimativa da freqüência de danos ao núcleo devido a sua ocorrência. Foram selecionados os seguintes eventos iniciadores: bloqueio de canal de refrigeração (maior probabilidade) e perda de refrigerante por grande ruptura da tubulação do circuito primário (maiores consequências). Para modelar a evolução do acidente a partir da ocorrência do evento iniciador e da atuação ou não dos sistemas de segurança utilizou-se Árvore de Eventos. Através de Árvore de Falhas, também foi avaliada a confiabilidade dos seguintes sistemas: sistema de desligamento do reator, isolamento da piscina, sistema de resfriamento de emergência (SRE) e sistema elétrico. Como resultados foram obtidas as estimativas das frequências de danos ao núcleo do reator e as probabilidades de falha dos sistemas analisados. As freqüências de danos ao núcleo mostraram-se dentro das margens esperadas, sendo da mesma ordem de grandeza que os encontrados para reatores similares. As confiabilidades dos sistemas de desligamento do reator, de isolamento da piscina e do SRE foram satisfatórias para as condições em que estes sistemas foram exigidos. Todavia, para o sistema elétrico seria recomendável uma análise para verificar a possibilidade de modernização a fim de aumentar a sua confiabilidade. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Software Product Line Engineering (SPLE) has been proven to reduce development and maintenance costs, improving the time-to-market, and increasing the quality of product variants developed from a product family via systematic reuse of its core assets. SPLE has been successfully used in the development of safety-critical systems, especially in automotive and aerospace domains. Safety-critical systems have to be developed according to safety standards, which demands safety analysis, Fault Tree Analysis (FTA), and assurance cases safety engineering artefacts. However, performing safety analysis, FTA, and assurance case construction activities from scratch and manually for each product variant is time-consuming and error-prone, whereas variability in safety engineering artefacts can be automatically managed with the support of variant management techniques. As safety is context-dependent, context and design variation directly impact in the safety properties changing hazards, their causes, the risks posed by these hazards to system safety, risk mitigation measures, and FTA results. Therefore, managing variability in safety artefacts from different levels of abstraction increases the complexity of the variability model, even with the support of variant management techniques. To achieve an effective balance between benefits and complexity in adopting an SPLE approach for safety-critical systems it is necessary to distinguish between reusable safety artefacts, whose variability should be managed, and those that should be generated from the reused safety artefacts. On the other hand, both industry and safety standards have recognized the use of model-based techniques to support safety analysis and assurance cases. Compositional safety analysis, design optimization, and model-based assurance cases are examples of techniques that have been used to support the generation of safety artefacts required to achieve safety certification. This thesis aims to propose a model-based approach that integrates model-based development, compositional safety analysis, and variant management techniques to support the systematic reuse and generation of safety artefacts in safety-critical software product line engineering. The approach contributes to reduce the effort and costs of performing safety analysis and assessment for a particular product variant, since such analysis is performed from the reused safety artefacts. Thus, variant-specific fault trees, Failure Modes and Effects Analysis (FMEA), and assurance case artefacts required to achieve safety certification can be automatically generated with the support the model-based safety analysis and assurance case construction techniques. / Engenharia de Linha de Produtos de Software (ELPS) contribui para a redução dos custos de desenvolvimento e de manutenção, a melhoria do time-to-market, e o aumento da qualidade de produtos desenvolvidos a partir de uma família de produtos por meio do reuso sistemático dos ativos principais da linha de produtos. A ELPS vem sendo utilizada com sucesso no desenvolvimento de sistemas embarcados críticos, especificamente nos domínios de sistemas automotivos e aeroespaciais. Sistemas embarcados críticos devem ser desenvolvidos de acordo com os requisitos definidos em padrões de segurança, que demandam a produção de artefatos de análise de segurança, árvores de falhas e casos de segurança. Entretanto, a realização de atividades de análise de segurança, análise de árvores de falhas e construção de casos de segurança de forma manual para cada produto de uma linha de produtos é uma tarefa demorada e propensa a erros. O gerenciamento de variabilidade em artefatos de análise de segurança pode ser automatizado com o apoio de técnicas de gerenciamento de variabilidades. Em virtude de safety ser uma propriedade dependente de contexto, a variabilidade no projeto e contexto inerente uma linha de produtos software impacta na definição de propriedades de segurança do sistema, modificando as ameaças à segurança do sistema, suas causas e riscos, medidas de mitigação aplicáveis, e resultados de análise de árvore de falhas. Dessa forma, gerenciar variabilidades em artefatos relacionados à safety em diferentes níveis de abstração aumenta a complexidade do modelo de variabilidade mesmo com o apoio de técnicas de gerenciamento de variabilidades. Para alcançar o equilíbrio eficaz entre os benefícios e a complexidade da adoção de uma abordagem de ELPS para o desenvolvimento de sistemas embarcados críticos é necessário fazer a distinção entre artefatos de safety reusáveis, em que a variabilidade deve ser gerenciada, e artefatos de safety que devem ser gerados a partir de artefatos reusáveis. Por outro lado, tanto a indústria quanto os padrões de segurança têm reconhecido o uso de técnicas dirigidas a modelos para apoiar a análise segurança e a construção de casos de segurança. Técnicas de análise de segurança composicional e otimização de projeto, e de construção de casos de segurança dirigido a modelos vêm sendo utilizadas para apoiar a geração de artefatos de safety requeridos para certificação. O objetivo desta tese é a proposta de uma abordagem dirigida a modelos que integra técnicas de desenvolvimento dirigido a modelos, análise de segurança composicional e otimização de projeto, e construção de casos de segurança dirigido a modelos para apoiar o reuso sistemático e a geração de artefatos de safety em engenharia de linhas de produtos de sistemas embarcados críticos. A abordagem proposta reduz o esforço e os custos de análise e avaliação de segurança para produtos de uma linha de produtos, uma vez que tal análise é realizada a partir de artefatos de safety reusados. Assim, artefatos como análises de árvores de falhas e de modos de falha e efeitos, e casos de segurança requeridos para certificação podem ser gerados automaticamente com o apoio de técnicas dirigidas a modelos.

This work deals with the and preemptive road users behaviour safety analysis problem. Safety analysis is based on a processing of road users trajectories obtained from processed aerial videos captured by drons. A system for traffic conflicts detection from spatial-temporal data is presented in this work. The standard approach for pro-active traffic conflict indicators evaluation was extended by simulating traffic objects movement in the scene using Ackerman steering geometry in order to get more accurate results.

Component failures can result in catastrophic behaviors in safety critical embedded systems, sometimes resulting in loss of life. Component failures can be treated as off nominal behaviors (ONBs) with respect to the components and sub systems involved in an embedded system. A lot of research is being carried out to tackle the problem of ONBs. These approaches are mainly focused on the states (i.e., desired and undesired states of a system at a given point of time to detect ONBs). In this paper, an approach is discussed to detect component failures and critical components of an embedded system. The approach is based on fault tree analysis (FTA), applied to the requirements specification of embedded systems at design time to find out the relationship between individual component failures and overall system failure. FTA helps in determining both qualitative and quantitative relationship between component failures and system failure. Analyzing the system at design time helps in detecting component failures and critical components and helps in devising strategies to mitigate component failures at design time and improve overall safety and reliability of a system.