O processo de dano em materiais quasi-frágeis pode ser caracterizado pela perda de isotropia para certos níveis de carga. A localização de deformações, o efeito cooperativo entre regiões danificadas e a avalanche de rupturas são características particulares na medição do dano neste tipo de material. As características mencionadas criam diferentes formas de dissipação de energia, que não são fáceis de representar utilizando métodos baseados na hipótese dos meios contínuos. No presente trabalho uma versão do Método dos Elementos Discretos Formado por Barras é empregado. Neste método a massa do contínuo é concentrada nos nós, os quais são interconectados por barras sem massa. Essas barras possuem uma lei constitutiva bilinear, que é usada para simular a ruptura da estrutura em estudo. A distribuição dos nós permite formar uma treliça tridimensional regular, e a partir dessa discretização espacial é possível chegar a um sistema de equações de movimento, que é resolvido com um esquema explícito de integração numérica (diferenças finitas centrais). Neste método a fratura e a fragmentação são levadas em conta de forma natural, já que as barras que rompem durante o processo são desativadas, respeitando o balanço energético. É possível introduzir heterogeneidade no modelo considerando as propriedades do material como campos espaciais aleatórios com distribuição de probabilidades de Weibull e comprimento de correlação conhecido. Nessa dissertação, é analisado o processo de dano que aparece em estruturas de geometria simples quando solicitadas até o colapso. Diferentes índices são apresentados para realizar a medição do dano. O desempenho desses índices, e a maneira com que eles ajudam na interpretação da evolução do dano, são discutidos nesse trabalho. / The process of damage in quasi-fragile materials is characterized by loss of isotropy for certain load levels. The strain localization, the cooperative effect between damaged regions and the avalanche of ruptures are particular features in measuring the damage in this kind of material. The mentioned features create different forms of energy dissipation, which are not easy to represent with a continuous approach. In the present work a version of the Lattice Discrete Element Method is employed. In this method the mass of the solid is concentrated on node points, which are interconnected by uniaxial elements. These elements have a bilinear constitutive law, which is used to simulate the rupture of the structure under study. The node distribution allows the formation of a regular three-dimensional lattice, and from this spatial discretization it is possible to arrive at a system of equations of motion, which is solved by an explicit numerical integration scheme (central difference). In this method the fracture and fragmentation are taken into account in a natural manner, since the bars that reached their limit strength during the process are disabled of the system, respecting the energy balance. It is possible to introduce heterogeneity in the model considering the material properties as random fields with spatial Weibull probability distribution and known correlation length. In this dissertation, the damage process, which appears in structures of simple geometry, when they are loaded until collapse, is analysed. Different indexes are presented to perform the measurement of the damage. The performance of those indexes, and the way they help in the interpretation of the damage evolution, are discussed in this paper.

A espessura de cobrimento das armaduras, que se interpõe entre as barras de aço e o ambiente proporcionando proteção contra os agentes agressivos, é fator determinante na durabilidade das estruturas de concreto armado. Embora o emprego do espaçador para assegurar o cobrimento especificado seja normatizado, a regulamentação brasileira não dispõe nenhum método de fixação e distribuição dos dispositivos. Levantamentos in loco efetuados durante esta pesquisa, em obras localizadas em Porto Alegre/RS e Cuiabá/MT, mostraram através de medições em elementos estruturais já executados, que as espessuras de cobrimento estão não conformes com as especificações de projeto. Dentro deste levantamento, os resultados mais preocupantes estão relacionados ao fundo de viga e lajes. Para lajes de concreto armado, notou-se durante a execução, que alguns fatores poderiam influenciar na obtenção deste requisito proposto em norma. Sendo assim, buscou-se testar através de simulação computacional diferentes combinações de variáveis, como por exemplo, a distribuição de espaçadores, as características da armadura e o carregamento acidental presente durante a concretagem. Diante dos resultados apresentados pelo estudo computacional, onde um grande percentual de combinações apresenta a plastificação total das barras de aço, testou-se em laboratório alguns conjuntos de variáveis, a fim de mensurar a deformação permanente na malha de armadura. Foi possível constatar que armaduras compostas com diâmetros de 4,2 mm e 5,0 mm, apresentam resultados críticos na obtenção da espessura de cobrimento, independentemente da distribuição dos espaçadores, deformando permanentemente a armadura chegando a um valor de 17,31 mm, e assim, prejudicando diretamente a durabilidade da estrutura de concreto armado. / The cover to reinforcement ensures durability, it is responsible for protecting the armor front the environment aggressive agents. The use of spacers is a recommendation standard, however the regulation does not provide sufficiente methodology of use subsidies. Thus, cover to reinforcement just barely achieved during the structural element execution as show in this research, through surveys conducted in the cities of Porto Alegre/RS and Cuiabá/MT. With that, by computer and experimental simulation, some variables observed during the solid slabs execution, such as armor characteristics, overlays thickness and spacers distribution were tested in different configurations. The results shows that the smaller diameter reinforcements (4,2 and 5,0 mm) create critical situations in relation to overlays obtainment, independent of the configuration, all the reinforcements suffer permanent deformation, reaching 17,31 mm, affecting the performance of the reinforced concrete structure.

Corrida de detritos é um tipo de movimento que se caracteriza por uma massa fluída bastante densa, constituída por lama, água, rochas e outros detritos, capaz de atingir elevadas velocidades e possuir elevado potencial de destruição. Essas características colocam esse tipo de movimento entre os mais catastróficos desastres naturais, com grande potencial de destruição, principalmente quando ocorre em áreas urbanizadas, onde os prejuízos e perdas podem ser enormes. Como apoio para definição de medidas de prevenção ou mitigação desses desastres, as ferramentas computacionais para modelagem desses movimentos têm se mostrado de grande utilidade, sendo que para isso atualmente existem diferentes abordagens. Nesse sentido, o atual trabalho se baseia na aplicação do software RAMMS em um estudo de caso a fim de verificar a aplicabilidade dessa ferramenta no estudo de casos típicos de corridas de massa em condições brasileiras. Este software, desenvolvido pelo órgão suíço WSL, se baseia no modelo de atrito de Voellmy-Salm, que divide a resistência ao cisalhamento em duas parcelas: atrito seco e atrito turbulento, sendo que para cada uma destas parcelas existe um coeficiente característico, sendo, respectivamente, μ e ξ. Neste trabalho é feita a análise de movimentos de massa que ocorreram no Rio de Janeiro no ano de 1996, nos canais dos rios Quitite e Papagaio, em que foi mobilizado cerca de 130.000m³ de material por cerca 1,5 km. Neste trabalho é feita uma retroanálise desses movimentos através do software RAMMS, de modo a se obter a calibração dos parâmetros de atrito do modelo Voellmy-Salm. Para isso foram realizadas diversas simulações dos movimentos de massa, fazendo-se a comparação dos resultados com os dados dos movimentos reais. As análises realizadas possibilitaram a calibração dos parâmetros de atrito do modelo Voellmy-Salm de modo a reproduzir de maneira satisfatória os movimentos ocorridos. Para o coeficiente de atrito seco (μ), os valores obtidos ficaram entre 0,075 para o material mais fino e 0,25 para o material mais grosseiro. Para o coeficiente de atrito turbulento (ξ) o valor obtido também foi variável de acordo com o trecho, entre 150 e 400 m/s², aproximadamente. Também foi observado que ambos os parâmetros apresentam variação ao longo do trecho da corrida. Esses valores podem vir a servir de base para estudos de novos movimentos em condições similares, através do software RAMMS, auxiliando assim em programas para prevenção ou mitigação das consequências relacionadas às corridas de detritos. / Debris flows is a mass movement characterized as a dense fluid, consisting of mud, water, rocks and other debris, which is able to reach high speeds and to have a high destructive potential. These characteristics classify this type of mass movement among the most catastrophic natural disasters, with great potential for destruction especially when it occurs in urban areas, where losses can be enormous. Computational tools to model these movements have proved to be very useful as support for studies of preventive or mitigation measures for such disasters and there are a number of different approaches currently. The current work is based on the application of RAMMS software in a case study to verify the applicability of this tool on the study of cases under Brazilian conditions. The software was developed by the Swiss agency WSL and is based on the Voellmy-Salm friction model, which divides the shear resistance into two portions: dry friction and turbulent friction, and for each of these portions assumes a characteristic coefficient, μ and ξ, respectively. In this work the analysis of the debris flows that occurred in the Quitite and Papagaio streams, Rio de Janeiro, 1996, which mobilized about 130.000m³ of material for about 1.5 km. Back analysis of these movements were performed using the software RAMMS to obtain calibration parameters for the friction model of Voellmy-Salm. For this purpose, several simulations of mass movements were performed allowing the comparison of the results with data from real movements. These analyzes had allowed the parameters calibration of the Voellmy-Salm friction model which reproduced satisfactorily the movements. For the coefficient of dry friction (μ), the values obtained were between 0.075, for fine material, and 0.25, for coarse material. For the turbulent friction coefficient (ξ) the values were also variable between 150 and 400 m/s, approximately, according to the geometric segment studied. It was also observed that both parameters changed along the stretch. These values may be used as a base for studies of new movements in similar conditions using RAMMS software and can help in prevention or mitigation of debris flows.

Este trabalho é parte da cooperação internacional BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa em Tecnologia de Fabricação) do projeto "Investigation and improvement of a manufacturing process chain from cold drawing processes to induction hardening – reducing dimensional changes and distortion" (Investigação e Melhoramento de uma Rota do Processo de Trefilação Combinada e Endurecimento por Indução para Minimização de Distorções e Mudanças de Forma) e está diretamente relacionado ao tema de estudo. As tensões residuais são aquelas presentes em um material quando não há atuação de forças externas ou presença de gradientes de temperatura, podendo gerar distorções de forma e empenamentos. Elas podem atuar de forma benéfica, para o caso de possuírem sentido contrário ao da carga de trabalho; ou maléfica, no caso do seu sinal ser o mesmo da carga aplicada em regime, o que gera, por exemplo, redução da vida em fadiga. Com a evolução dos softwares de modelagem e simulação numérica dos últimos 40 anos, a simulação computacional tem se mostrado uma importante ferramenta para prever o comportamento, as características geométricas e os parâmetros (velocidade, força, etc) dos processos de fabricação. Neste trabalho, foram simuladas numericamente através do método de elementos finitos as tensões residuais geradas durante a trefilação de barras redondas de aço AISI 1045, os resultados numéricos foram comparados com medições de tensões residuais via difração de nêutrons e com equações fornecidas pela literatura para avaliação de forças e deformações. Foram criados três modelos axissimétricos (mecânico axissimétrico, mecânico axissimétrico com fieira elástica, termomecânico axissimétrico) e outro tridimensional mecânico com o objetivo de reproduzir o processo de fabricação. Os parâmetros que alimentaram o software foram adquiridos de processos industriais em uso corrente e na literatura, dentre eles: o coeficiente de atrito do processo, a curva tensão-deformação das barras, as dimensões das barras e a velocidade de trefilação. A necessidade do conhecimento prévio do valor do coeficiente de atrito como um dado de entrada para o software impôs a realização de simulação computacional para o ensaio do anel, criando uma curva de calibração posteriormente confrontada com os resultados experimentais do mesmo ensaio. A curva de escoamento do material foi obtida através de ensaio de tração e as tensões residuais foram medidas via difração de nêutrons e comparadas com os resultados simulados. O modelo que indicou maior aproximação com os valores de força teórica foi escolhido para a variação de alguns parâmetros como: taxas de deformação, ângulos de fieira e configuração geométrica das reduções para se estimar a influência destes na geração de tensões residuais. A comparação entre os resultados de força e deformação analíticos e numéricos demonstrou que os modelos desenvolvidos descrevem corretamente o processo. Observou-se uma grande diferença entre os resultados de tensões residuais simulados e medidos via difração de nêutrons para o centro das barras na direção axial, principal responsável pelo surgimento de tensões residuais, que podem ser originados de erros da medição experimental e da não consideração de importantes fenômenos físicos que ocorrem no comportamento do material como o efeito Bauschinger e a anisotropia do material. A magnitude das tensões residuais na direção axial aumenta com o aumento do semi-ângulo de fieira; e as taxas de deformação não modificaram significativamente os resultados, demonstrando não afetar em grande escala o desenvolvimento das tensões residuais. O modelo com duas reduções de feira mostrou-se o que gera menores gradientes de tensão residual, diminuindo os valores compressivos no centro da barra, sendo este o sugerido como melhoramento do processo. / This work is part of international cooperation BRAGECRIM (Brazil-German Initiative for Research in Manufacturing Technology) of the project "Investigation and improvement of the manufacturing process chain from cold drawing to induction hardening processes - Reducing dimensional changes and distortion" is directly related to the topic of this study. Residual stresses are those present in a material when there is no action of external forces or presence of temperature gradients, it may lead distortions of form and warping. They can act in a beneficial way, in case they have opposite direction of the loading, or evil, in case your signal is the same under the applied stresses, which generates, for example, reduction of life in fadigue. The evolution of software modeling and numerical simulation of the last 40 years, computer simulation has become an important tool to predict the behavior, geometric characteristics and parameters (speed, strength, etc.) of manufacturing processes. In this work, the residual stresses generated during the drawing of round bars of steel AISI 1045 were numerically simulated using the finite element method, the numerical results were compared with measurements of residual stresses via neutron diffraction and equations given in the literature for evaluating forces and deformations. It was carried out three axisymmetric models (mechanical axisymmetric, axisymmetric with elastic die, thermomechanical axisymmetric) and other three-dimensional mechanical aiming to replicate the manufacturing process. The parameters that fed the software were acquired from industrial processes in current use and literature, among them: the coefficient of friction of the process, the stress-strain curve of the bars, the dimensions of the bars and wire drawing speed. The necessity of knowing the coefficient of friction as an input for the software imposed the implementation of computer simulation to ring test, to create a calibration curve to compare with the experimental results of the same test. The flow curve of the material was taken by tensile test and the residual stresses were measured via neutron diffraction and compared with the simulated results. The model that indicated closer values with theoretical force was chosen for the variation of some parameters such: strain rates, die angle and geometric configuration of the reductions to estimate their influence on the generation of residual stresses. The comparison between the results of theric force and deformation and numerical models developed showed that the models correctly describe the process. There was a big difference between the results of simulated and measured residual stresses via neutron diffraction in the center of the bars to the axial direction, the main responsible to the level of residual stresses, which can be derived from errors in the experimental measurement and the for not consider important physical phenomena occurring in the material behavior as the Bauschinger effect and anisotropy of the material. The magnitude of residual stresses in the axial direction increases with increasing die angle, and the strain rate did not change significantly the results showing no affect on a large field development of residual stresses. The model with two reductions showed lower gradients of residual stress, low compressive values in the center of the bar, which is suggested as a process improvement.

Este trabalho situa-se nas áreas de Sistemas Multiagentes e Geoprocessamento. Em Sistemas Multiagentes, a especificação de um sistema pode ser realizada através da modelagem do ambiente, agentes, mecanismos de interação e organização dos agentes envolvidos. Um aspecto pouco explorado, porém extremamente importante, é a modelagem e representação do ambiente em que os agentes estão situados e através do qual irão interagir. Por outro lado, o Geoprocessamento sempre enfatizou a representação de fenômenos espaciais de forma estática. No entanto, alguns fenômenos espaciais são inerentemente dinâmicos e as representações estáticas não os capturam de forma adequada. Assim, o foco principal deste trabalho é fornecer uma arquitetura, baseada em Sistemas Multiagentes, para a criação e execução de simulações na área de Geoprocessamento. Uma característica importante é a utilização de dados vetoriais, provenientes de um Banco de Dados Geográficos, na geração da representação espacial do ambiente e das entidades existentes nas simulações. Com esta forma de representação contínua e precisa, é possível criar modelos mais próximos da realidade, representando adequadamente um maior número de características. Além disto, a arquitetura permite a representação de fenômenos espaço-temporais dinâmicos, uma necessidade da área de Geoprocessamento. Focando no desenvolvimento das funcionalidades da arquitetura proposta, foi realizada uma análise das características positivas, negativas e das necessidades de algumas das principais plataformas para criação e execução de simulações baseadas em agentes. Considerando os resultados desta análise, foram criadas a arquitetura proposta e suas funcionalidades. Além disto, neste trabalho é apresentado o protótipo implementado, no qual foram realizados estudos de caso de diferentes cenários, objetivando avaliar e demonstrar o uso das funcionalidades desenvolvidas. / This work is situated in the intersection of two areas: Multi-Agent Systems and Geocomputing. In Multi-Agent Systems, the specification of a system can be achieved by the modelling of environment, agents, mechanisms of interaction and organization of the agents. Although being a very important aspect, the modelling and representation of the environment has not been yet fully explored. On the other hand, Geocomputing has always focused in the static representation of spatial phenomena. However, some spatial phenomena are dynamic on time and space and usual representation adopted in Geocomputing do not capture them well. The aim of this work is to provide an architecture, based on Multi-Agent Systems, for the development and execution of Geocomputing simulations. A very important feature of the proposed architecture is the use of vectorial data, from a Geographic Database, for the representation of the environment and the spatial entities that exist in it. Using this continuous and accurate representation form, it is possible to develop more realistic models, representing appropriately geographic features. Moreover, this architecture allows the representation of dynamic phenomena in time and space, an old need of the Geocomputing area. Focusing on the development of the features of this architecture, an analysis of some related works was realized. The development of this architecture and its features was done based on the results of this analysis. Moreover, a prototype was presented in this work, in which some case studies of different scenes were performed, aiming at the evaluation and demonstration of the developed model and its features.

Fizemos um estudo teórico sistemático e criterioso para entender o papael das moléculas de água na estabilização da geometria de alfa-ciclodextrina (alfa-CD) em solução aquosa. Adicionalmente, analisamos a confiabilidade dos campos de força clássicos amplamente utilizados e a aplicabilidade de geometrias otimizadas com cálculos quânticos, através de comparação com resultados experimentais. Inicialmente realizamos otimizações de geometria da alfa-CD isolada utilizando os métodos clássicos AMBER, OPLS e MM2 e os métodos quânticos Hartree-Fock (HF), AM1 e PM3. Dentre as 42 geometrias encontradas, identificamos a mais estável obtida com métodos clássicos (AMBER) e com método quântico (HF). Através de comparação de propriedades estruturais dessas duas geometrias com os dados experimentais, observamos que elas são muito próximas e que diferem basicamente pelo tamanho da cavidade, abertura do cone e conformação das hidroxilas primárias. Na geometria AMBER essas hidroxilas são todas (-)gauche enquanto que na HF há duas hidroxilas na conformação trans provocadas pela formação de ligações de hidrogênio intramoleculares e com isso dando uma estabilidade maior para essa geometria de cerca de 2 kcal/mol. Utilizando simulações computacionais com método de Monte Carlo, analisamos a solvatação dessas duas geometrias em água. Verificamos que a geometria AMBER, embora tendo um dipolo menor, interage mais fortemente com a água por cerca de 21 kcal/mol. Isso é decorrência de 6 ligações de hidrogênio a mais que essa geometria faz com a água em comparação com a geometria HF. Analisamos também o caráter hidrofóbico da cavidade e calculamos a densidade interna na geometria HF e 0.33 g/cm POT.3 enquanto que na cavidade da geometria AMBER essa densidade é 0.46 g/cm POT.3. O efeito hidrofóbico provocado pela cavidade em ambas as geometrias é bastante forte, sendo na geometria HF um pouco maior. Para finalizar nossa análise, ) realizamos simulações com Teoria de Perturbação Termodinâmica (PT) e calculamos a variação de energia livre entre essas duas geometrias em solução aquosa. Encontramos que a geometria AMBER é mais estável em água por cerca de 20 kcal/mol. Como a entropia é dada por ( alfaF-alfaE)/T, temos que a variação da entropia entre os dois estados é desprezível. Assim verificamos que dentre os métodos teóricos utilizados para otimização de geometria, o campo de força clássico AMBER foi o que melhor descreveu a geometria da alfa-CD / Theoretical study of the structural stability and hydrophilic solvation of \'alpha\'-cyclodextrin

No último século, houve grande avanço no entendimento das interações das radiações com a matéria. Essa compreensão se faz necessária para diversas aplicações, entre elas o uso de raios X no diagnóstico por imagens. Neste caso, imagens são formadas pelo contraste resultante da diferença na atenuação dos raios X pelos diferentes tecidos do corpo. Entretanto, algumas das interações dos raios X com a matéria podem levar à redução da qualidade destas imagens, como é o caso dos fenômenos de espalhamento. Muitas abordagens foram propostas para estimar a distribuição espectral de fótons espalhados por uma barreira, ou seja, como no caso de um feixe de campo largo, ao atingir um plano detector, tais como modelos que utilizam métodos de Monte Carlo e modelos que utilizam aproximações analíticas. Supondo-se um espectro de um feixe primário que não interage com nenhum objeto após sua emissão pelo tubo de raios X, este espectro é, essencialmente representado pelos modelos propostos anteriormente. Contudo, considerando-se um feixe largo de radiação X, interagindo com um objeto, a radiação a ser detectada por um espectrômetro, passa a ser composta pelo feixe primário, atenuado pelo material adicionado, e uma fração de radiação espalhada. A soma destas duas contribuições passa a compor o feixe resultante. Esta soma do feixe primário atenuado, com o feixe de radiação espalhada, é o que se mede em um detector real na condição de feixe largo. O modelo proposto neste trabalho visa calcular o espectro de um tubo de raios X, em situação de feixe largo, o mais fidedigno possível ao que se medem em condições reais. Neste trabalho se propõe a discretização do volume de interação em pequenos elementos de volume, nos quais se calcula o espalhamento Compton, fazendo uso de um espectro de fótons gerado pelo Modelo de TBC, a equação de Klein-Nishina e considerações geométricas. Por fim, o espectro de fótons espalhados em cada elemento de volume é somado ao espalhamento dos demais elementos de volume, resultando no espectro total espalhado. O modelo proposto foi implementado em ambiente computacional MATLAB® e comparado com medições experimentais para sua validação. O modelo proposto foi capaz de produzir espectros espalhados em diferentes condições, apresentando boa conformidade com os valores medidos, tanto em termos quantitativos, nas quais a diferença entre kerma no ar calculado e kerma no ar medido é menor que 10%, quanto qualitativos, com fatores de mérito superiores a 90%. / The understanding of the interactions between radiation and matter advanced considerably in the last century. This understanding was needed by several applications, such as the use of X-rays in diagnostic imaging. In diagnostic applications, the image is created by the contrast resulting from the X-ray attenuation by the different body tissues. However, some interactions between the X-rays with the matter may reduce the quality of the images obtained in diagnostic imaging, as is the case of the scattering phenomenon. There are several modeling approaches to estimate the spectral distribution of photons scattered through a barrier, as in the case of a broad beam hitting a spectrometer detector. For instance, there are approaches that use Monte Carlo methods and approaches that use analytical approximations. Assuming a primary spectrum that does not interact with any object after its issuance by the X -ray tube, this spectrum is essentially represented by the previously proposed models. However, considering a broad beam of X-rays interacting with an object, the radiation to be detected by a spectrometer is now composed of the primary beam attenuated by the added material, and a scattered radiation fraction. The sum of these two contributions becomes part of the resulting beam. This sum of attenuated primary beam with the scattered radiation beam is what is measured in a real detector in broad beam condition. The model proposed in this work aims to simulate the spectrum of an x-ray tube in wide beam situation, the most reliable possible to what is measured in real conditions. In this work we propose the discretisation of the volume of interaction into small volume elements, which are used to calculate the Compton scattering. The spectrum of the photon spreading in each volume element is added to other volume elements, resulting in the spectrum of the whole barrier. The proposed model was implemented in MATLAB®, a computational environment. We evaluate the model by comparing the computational results with results from physical experiments. The model we propose was capable of creating accurate distribution of the spectrum spreading, under different conditions and in different experiments. The model results were close to the results obtained by experimental evaluation, both quantitatively, such as the difference smaller than 10% between the simulated air kerma and the measured air kerma obtained in the experimental evaluation, and qualitatively.

Neste trabalho desenvolvemos rotinas computacionais em Python para o cálculo de propriedades dinâmicas (espectros de fotocorrente e absorção) de heteroestruturas semicondutoras baseadas em Dinâmica Quântica. Em uma primeira etapa do desenvolvimento do projeto, a formulação baseada na evolução temporal das soluções da equação de Schrödinger dependente do tempo foi aplicada a sistemas com soluções analíticas conhecidas ou com resultados já reportados na literatura. Devido à excelente concordância entre nossos dados e aqueles já conhecidos, em uma etapa seguinte, foram calculadas as energias de transição observadas em espectros de fotoluminescência para poços quânticos de InGaAs/GaAs, crescidos por MBE, levando-se em conta os efeitos de tensão e segregação de átomos de índio. Na continuidade do projeto, especial atenção foi dada ao desenvolvimento de estratégias para calcular os espectros de absorção e fotocorrente para dispositivos do Estado Sólido. O conjunto de resultados apresentados neste trabalho demonstra que a metodologia desenvolvida é precisa e pode ser utilizada com baixo custo computacional para o modelamento de heteroestruturas semicondutoras mais complexas, que servem de base para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos. / In this work we developed computational routines in Python for the calculation of the dynamic properties (spectrum of photocurrent and absorption) of semiconductor heterostructures based on Quantum Dynamics Theory. In a first stage of the development of the project the formulation based on the time evolution of the solutions of the time dependent Schrödinger equation was applied to systems with known analytical solutions or results already reported in the literature. Due to the excellent agreement between our data and those already known, in the next stage the transition energies observed in photoluminescence spectra for InGaAs/GaAs quantum wells, grown by MBE, were calculated taking into account the effects of stress and segregation of indium atoms. In the continuity of the project, special attention was given to the development of strategies to calculate absorption and photocurrent spectra for solid state devices. The set of results presented in this work demonstrates that the methodology developed is accurate and can be used with low computational cost for the modeling of more complex semiconductor heterostructures, which are used for the development of optoelectronic devices.

Neste trabalho e apresentado um estudo, via teoria de massa efetiva multibanda autoconsistente de heteroestruturas de semicondutores magnéticos diluídos, generalizada para incluir parâmetros de diferentes materiais. A interacao magnética e descrita por um modelo de campo médio baseado no mecanismo de troca indireta, com a possibilidade de inclusão de diferentes íons magnéticos. As equacoes de massa efetiva são resolvidas de forma autoconsistente com o auxílio da equacao de Poisson. As interacoes de spin-órbita e de troca-correlacao, na aproximacao de densidade local, são incluídas no cálculo. O método e aplicado para o estudo das estruturas de bandas e densidades de carga com separacao por spin do portador de heteroestruturas com dopagem tipo-n e tipo-p, variando a geometria dos pocos magnéticos e também o período da super-rede, as densidades de portadores e as concentracoes de íons magnéticos. Solucoes autoconsistentes da equacao de massa efetiva são encontradas para o oxido semicondutor (Zn,Co)O. Será mostrada a separacao de portadores por spin em funcao dos parâmetros variados, simulando diversas concentracoes possíveis, utilizadas em sistemas descritos na literatura, e será analisado o comportamento dos perfis de potencial. Usando os dados obtidos, um diagrama de fases será traçado com base na polarizacao total ou parcial dos portadores, e o seu comportamento será discutido. Também serão mostradas as estruturas de bandas, os perfis de potencial e as distribuicoes de carga do semicondutor (GaMn)As, variando as densidades de portadores e a direcao do campo magnético intrínseco, gerado pela dopagem com íons magnéticos. Os resultados obtidos neste trabalho podem servir de guia para futuras experiências e para o desenvolvimento de dispositivos com semicondutores magnéticos diluídos baseados em (Zn,Co)O e (Ga,Mn)As. Os métodos aqui descritos são gerais e podem ser utilizados para outros materiais. / This work presents a self-consistent multiband effective mass theory applied to diluted magnetic semiconductor heterostructures, generalized to include parameters of different ma- terials. The magnetic interaction is described by a mean-field approximation based on indirect- exchange mecanism, with the possibility of inclusion of different magnetic ions. The effective mass equations are solved self-consistently with the help of the Poisson equation. Spin-orbit and exchange-correlation interactions are included in the simulation in the local density appro- ximation. The method is used to study band structures and charge densities separated by spin in n- and p-type heterostructures. The magnetic well\'s geometry, the superlattice period, the carrier density and the magnetic ion concentration are changed. Self-consistent solutions of the effective mass equation are found for the semiconductor oxide (Zn,Co)O. Charge separation by spin will be show in function of the variation of the simulation parameters, simulating several ion concentrations and charge densities used in systems described in literature, and the potenti- als profiles will be analised. Using the data obtained a phase diagram will be plotted, based on the carrier total or partial carrier polarization, and a model for the behavior of the phase diagram will be discussed. It will also be shown band structures, potential profiles and charge densities of the (Ga,Mn)As semiconductor, varying it carrier density and the direction of the intrinsic magnetic field, generated by the magnetic ions that doped the heterostructure. The results ob- tained in this work can be used as a guide in future experiences and development of devices with diluted magnetic semiconductors based on (Zn,Co)O and (Ga,Mn)As. The methods here described are general and can be used for other materials.

A utilização de clusters de computadores na simulação de redes neurais biologicamente realistas desponta como uma solução para atender aos recentes estudos nesta área que estão desenvolvendo modelos biologicamente detalhados de células nervosas e sistemas neurais, modelos que estão se tornando cada vez mais complexos e consequentemente exigem um maior grau de processamento computacional para sua simulação. Este trabalho teve como objetivo testar e avaliar o desempenho do cluster do Laboratório de Sistemas Neurais - SisNe na execução de uma simulação de uma rede de larga-escala de neurônios modelados segundo o formalismo de Hodgkin-Huxley, que pode ser tida como um protótipo das simulações realizadas de modo geral utilizando o neuro-simulador GENESIS em sua versão paralela PGENESIS. Utilizando de ajustes no hardware e principalmente de uma otimização do software utilizado no cluster foi possível melhorar o seu desempenho consideravelmente, provando que o uso de um cluster com uma simulação paralela é viável para o estudo de redes neurais biologicamente realistas. / The use of computer clusters for simulations of biologically realistic neural networks promises to be a solution to support recent studies in this field, which are based on nervous cell models with increasing levels of realism and complexity that demand large processing power to be implemented. The objective of this work is to test and evaluate the performance of the cluster of the Laboratório de Sistemas Neurais (SisNe) in running a program that simulates a large-scale network of Hodgkin-Huxley like neurons, which can be seen as a generic prototype of realistic network models run under PGENESIS - the parallel version of the GENESIS neurosimulator. Via hardware adjustments and principally optimizations in the software utilized in the cluster it was possible to considerably improve the initial cluster performance, showing that the use of a cluster together with parallel programming is a viable alternative for biologically realistic neural network simulations.