O aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) de fontes antropogênicas tem sido visto como uma das principais contribuições para o aquecimento global, ameaçando a vida no planeta. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais GEE e suas fontes geradoras estão relacionadas a processos essenciais à sociedade, como a produção de energia, produtos diversos e transporte. A conversão do CO2 parece ser uma alternativa promissora para reduzir a emissão deste gás na atmosfera. De particular interesse para este estudo, a fotorredução do CO2 a metanol pode contribuir para mitigar o problema dos GEE, gerando um importante insumo da indústria química. Assim, este estudo tem por objetivo utilizar cálculos quanto-mecânicos, como a Teoria do Funcional Densidade, para investigar um caminho para a reação de redução do CO2. A reação de redução do CO2 à ácido fórmico, formaldeído e metanol foi estudada sem a interação com o catalisador e na presença de dióxido de titânio como catalisador. Foi realizada uma comparação de cálculos em diferentes níveis teóricos e diferentes bases, com dados experimentais. Para os cálculos envolvendo o TiO2, foi utilizado o nível B3LYP/6-31G(d,p). Frequências vibracionais também foram calculadas para cada etapa, permitindo a identificação de possíveis estados de transição e estimativa de barreiras de reação (energia potencial). Cálculos de coordenada intrínseca de reação (IRC) foram empregados para confirmar que os estados de transição encontrados, estão relacionados a cada etapa estudada. A comparação da redução do dióxido de carbono a ácido fórmico, com e sem catalisador, mostrou que a presença do dióxido de titânio reduziu em mais de 25,0% a barreira reacional desta etapa

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Dissertação - Vidal Angel Cobos Carrascosa - 2014.pdf: 972757 bytes, checksum: 55272ad11bc2ab41f00a44966fab6cea (MD5) Previous issue date: 2014-06-03 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Abiotic and biotic factors determine the species diversity along environmental gradients, but are not yet determined how these factors modulate changes in richness and ecological (functional) characteristics of communities along environmental gradients related to heterogeneity and amount of resources. There are studies which support that resources heterogeneity and/or resources amount influence the variations of animal diversity, but often, these studies do not distinguish clearly between these effects. On the other hand, species and ecological characteristics that coexist along environmental gradients should be affected by competition, niche overlap and/or environmental filters that influence the richness and functional redundancy (FR) of communities, and a greater niches heterogeneity and amount should promote functional differentiation among species. Because of their importance in ecosystems, their high diversity and close evolutionary relationship with plants at the Neotropics; I chose the arboreal ants as an object of study to test: 1) There is an increase in arboreal ants richness linked to an increase in the heterogeneity and amount of food and structural niches 2) The arboreal ants FR decreases with increasing heterogeneity and decreases with quantity of niches.Samples were taken in 42 plots of 100 m2 forming a heterogeneity and amount of resources gradient at Emas National Park, Mineiros, GO. After sampling and identification of organisms - plants and ants – I take nine functional characteristics measures for ants and a team of experts measured six variables of the community of woody plants. From the plots sampling, I got the ant richness and FR, and described biotic parameters related to heterogeneity and quantity of resources from the characteristics of the vegetation. Using the technique of PCA, I calculated the principal axes of environmental variables for the heterogeneity and amount of resources. These axes were related to arboreal ant richness and FR employing the Akaike criterion. Once the effect of heterogeneity and amount of resources was separated, the richness of ants was explained by the resources amount and the FR by the resources heterogeneity and amount. A greater amount of food and structural niches may encourage the coexistence of a large number of ant species possibly by a decreasing competitive exclusion and an improved distribution of resources among species. An increase in habitat heterogeneity and a decrease in food resources quantity may enable ant species to distinguished functionally, this may cause a decrease in FR; little diversification of structural resources and higheramount of food may promote that environment and competitive exclusion diminish the variety of functional features present in the community. / Os fatores abióticos e bióticos determinam a diversidade de espécies ao longo de gradientes ambientais, porém ainda não está determinado como esses fatores modulam as mudanças da riqueza e características ecológicas (funcionais) das comunidades ao longo de gradientes de heterogeneidade e quantidade de recursos. Existem estudos que apoiam que a heterogeneidade e/ou quantidade recursos influenciam as variações da diversidade animal, mas com frequência, estes estudos não separam com nitidez estes efeitos. Por outro lado, as espécies e características ecológicas que coexistem ao longo de gradientes ambientais devem ser afetadas pela competição, sobreposição de nichos e/ou filtros ambientais que influenciam a riqueza e redundância funcional (RF) das comunidades, e uma maior heterogeneidade e menor quantidadede nichos deve promover a diferenciação funcional das espécies. Devido sua importância nos ecossistemas, sua alta diversidade e a estreita relação evolutiva com as plantas nos Neotrópicos, escolhi as formigas arborícolas como objeto de estudo para testar se: 1) Existe um aumento da riqueza de formigas arborícolas ligado a um aumento na heterogeneidade e quantidade de nichos alimentares e estruturais 2) A RF das formigas arborícolas diminui conforme aumenta a heterogeneidade e diminui a quantidade nichos.Amostrei 42 parcelas de 100 m2que formam um gradiente de heterogeneidade e quantidade de recursosno Parque Nacional das Emas, Mineiros, GO. Após a amostragem e identificação dos organismos - plantas e formigas -, mensureinove características funcionais para as formigas e uma equipe de especialistas mensurou seis variáveis da comunidade das plantas lenhosas. A partir da amostragem das parcelas obtive a riqueza e RF das formigas, e descrevi parâmetros bióticos de heterogeneidade e quantidade de recursos a partir das características da vegetação. Usando a técnica da PCA, calculei os eixos principais das variáveis ambientais para a heterogeneidade e quantidade de recursos. Estes eixos foram relacionados com a riqueza e RF das formigasarborícolas mediante o critério Akaike. Uma vez separado o efeito da heterogeneidade e quantidade de recursos, a riqueza das formigas foi explicada pela quantidade de recursos e a RF pela heterogeneidade e quantidade de recursos. Uma maior quantidade de nichos alimentares e estruturais deve fomentar a coexistência de um maior número de espécies de formigas possivelmente por uma diminuição da exclusão competitiva e uma melhor divisão dos recursos entre as espécies. Um aumento na heterogeneidade do habitat e diminuição da quantidade de recurso alimentar deve permitirque as espécies de formigas se diferenciem funcionalmente, isto pode provocaruma diminuição da RF; pouca diversificação dos recursos estruturais e maior quantidade de alimento pode fomentar que o ambiente e a exclusão competitiva diminuam a variedade de características funcionais presentes na comunidade.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:21:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabio Cavalcanti.pdf: 851218 bytes, checksum: ca9230177f979bdceb15fc9f7340133c (MD5) Previous issue date: 2010-09-30 / Ecological and evolutionary factors may explain the patterns of intrapopulation variability across the geographic distribution of a species. More suitable habitats, in ecological terms, allow the survival of greater number of individuals, which increases the genetic variability in the population, while in less suitable habitats, because of smaller population size, individuals have lower reproductive rate and higher mortality rate, these populations may lead to loss of genetic variability and extinction. In this context, the goal of this study was to use meta-analysis techniques to relate the genetic variables (observed and expected heterozygosity and inbreeding) with the models of potential geographical distribution of nine species of Cerrado plants. In addition, genetic variables were correlated with human occupation at sites where plant species occurred. For this work were used 11 studies, in which genetic data were obtained from literature and the points of occurrence in databases and also the literature. Five species distribution models (Maxent, Mahalanobis, Euclidian, Domain and Bioclim) were used and then superimposed on a combined basis (i.e Ensemble forecasting). Were performed Pearson correlations between genetic variables and environmental and human occupation. The coefficients of these correlations were matched using a meta-analysis to find a general correlation studies. The correlations between genetic variables with the ecological variable (i.e environmental suitability) and human occupation tended to zero. Although significant values have been obtained with studies of isozymes for the human index (r = 0.57 P = 0.01) related, independent, with the observed heterozygosity. A positive relationship exists between the human and the expected heterozygosity index (r = 0.27, P = 0.01) was found in the relationship between all the studies together. We also found significant values for studies with isoenzymes in ecological indices (r = 0.39, P = 0.04) and human (r = 0.50, P = 0.01) and the distance from the center of the potential distribution species (r = -0.44, P = 0.05) between the expected heterozygosity. The results of the mean effect between heterozygosity and occupation indices suggest that the plants were evaluated in studies with isozymes show a high heterozygosity in places with high human occupation. Due to the occupation of the Cerrado be intense, but recent, and due to plant species have long life cycles of species populations may not yet be genetically structured in this new landscape of the Cerrado. The results of studies with isozymes, correlation between heterozygosity and distance from the center of potential distribution of species have confirmed our predictions. Plants tend to lose more distant genetic variability by having a lower population density. The relationship between habitat suitability and distance from the center indicated a relationship is also negative (r = -0.35, P <0.05), suggesting that adequacy is also lower in peripheral regions. In general, the methodology used to conduct preliminary assessments of the distribution of the population structure of Cerrado plants related to genetic variables proven very useful and practical. / Fatores ecológicos e evolutivos podem explicar os padrões de variabilidade genética intrapopulacional ao longo da distribuição geográfica de uma espécie. Habitats mais adequados, em termos ecológicos, permitem a sobrevivência de uma quantidade maior de indivíduos, o que aumenta a variabilidade genética na população, enquanto que em habitats menos adequados os indivíduos, por possuírem um tamanho populacional menor, apresentam uma menor taxa de reprodução e uma maior taxa de mortalidade, podendo levar estas populações à perda de variabilidade genética e extinção. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi utilizar técnicas de meta-análise para relacionar as variáveis genéticas (heterozigosidade esperada e observada e endogamia) com os modelos de distribuição geográfica potencial de nove espécies de plantas do Cerrado. Além disso, esse trabalho teve como objetivo relacionar as variáveis genéticas com a ocupação humana nos locais de ocorrência das espécies de plantas. Foram utilizados 11 estudos, cujos dados genéticos foram obtidos da literatura e os pontos de ocorrência em bases de dados e também da literatura. Cinco técnicas de modelagem (Maxent, Mahalanobis, Euclidiana, Bioclim e Domain) foram utilizadas e em seguida, de forma combinada foram sobrepostas (i.e Ensamble forecasting). Foram feitas correlações de Pearson entre variáveis genéticas e os índices ecológicos e de ocupação humana. Os coeficientes destas correlações foram combinados usando uma meta-análise para encontrar uma correlação geral dos estudos. A espécie que apresentou a maior distribuição geográfica potencial foi a Solanum lycocarpum com aproximadamente 4.088.960Km2 e a menor foi a Vellozia epidendroides com aproximadamente 69.104 Km2. As correlações entre as variáveis genéticas com a variável ecológica (i.e. adequabilidade ambiental) e a ocupação humana tenderam a zero. Embora valores significativos tenham sido obtidos, com estudos de marcadores isoenzimáticos, para o índice humano (r = 0,57 P = 0,01) relacionados, independentes, com a heterozigosidade observada. Um efeito positivo entre o índice humano e a heterozigosidade esperada (r = 0,27; P = 0,01) foi encontrado na relação entre todos os estudos reunidos. Também foram encontrados valores significativos para os estudos com isoenzimas nos índices ecológico (r = 0,39; P = 0,04) e humano (r = 0,50; P = 0,01) e na distância do centro da distribuição potencial da espécie (r = -0,44; P = 0,05) entre a heterozigosidade esperada. Os resultados do efeito médio entre as heterozigosidades e os índices de ocupação sugerem que as plantas avaliadas nos estudos com marcadores isoenzimáticos apresentam uma alta heterozigosidade em lugares com alto índice de ocupação humana. Devido à ocupação do Cerrado ser intensa, porém recente, e devido às espécies de plantas possuírem ciclos longos de vida as populações das espécies podem ainda não estar estruturadas geneticamente nesta nova paisagem do Cerrado. Os resultados dos estudos, com marcadores isoenzimáticos, de correlação entre as heterozigosidades e a distância do centro de distribuição potencial da espécie corroboraram com as nossas predições. Plantas mais afastada tendem perder a variabilidade genética por possuírem uma menor densidade populacional. A relação entre a adequabilidade de habitat e a distância do centro indicou uma relação também negativa (r = -0,35; P < 0,05), sugerindo que a adequabilidade é também menor nas regiões periféricas. De maneira geral, a metodologia utilizada neste trabalho para a realização de avaliações preliminares da distribuição da estrutura populacional de plantas do Cerrado relacionada às variáveis genéticas demonstrou ser bastante útil e prática.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:23:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Natalia_Torres_.pdf: 1724419 bytes, checksum: 79787de18f11d3cfcea9e5275d3f7129 (MD5) Previous issue date: 2010-11-19 / Recently, Species Distribution Modelling (SDM) has been widely used as base for several types of analyses, including evaluations of climate changing impact on species distribution and conservation strategies settlement. This methodology enables the prediction of potential geographic distribution based on species ecological requirements, extrapolating data from known occurrences to unknown areas. There is a wide variety of methods which presents different capabilities to synthesize the significant relationships between species data and the environmental variables used as preditors. These variations are consequences of a series of factors that influence model s performance, such as species characteristics, the kind and quantity of data available, and the scale of the analyses. In this study we adopted the jaguar as a model to evaluate eleven SDM. It was evaluated the spatial autocorrelation effects between presence records on model s performance, and the relationship between environmental suitability obtained through these methods and jaguar population density. The obtained results were used as a basis for the evaluation of jaguar conservation topics, including analyses of how global climate changing and land use predictions will affect its distribution and evaluation of protected areas system in maintaining suitable areas for species occurrence in the future. It was demonstrated that depending on the model applied, the species data amount can be more influential than the spatial autocorrelation between presence points, and that the expected positive relationship between model-based suitability estimate and jaguar density was found only for four SDM, but always with a low coefficient of determination showing a weak data fitness. The analyses also showed that suitability values inside protected areas are greater than expected by null model, and this difference tend to increase with the global climate change scenario evaluated, demonstrating that it is not expected that environmental suitable areas for jaguars will shift out from the existing protected areas. Considering future predictions, the main conclusion is that some regions which must go through an environmental suitability increase for jaguar occurrence in the future will be converted from natural vegetation to agricultural land, indicating that the opportunities for jaguar s effective conservation actions are daily becoming more restricted, in such a way that the calling for a proactive conservation approach is urgent. / Recentemente, a Modelagem de Distribuição de Espécies (SDM) tem sido amplamente utilizada como base para diversos tipos de análises, incluindo avaliações do impacto de mudanças climáticas na distribuição das espécies e estabelecimento de estratégias de conservação. Essa metodologia possibilita a predição da distribuição geográfica potencial com base nos requerimentos ecológicos dos organismos, extrapolando para áreas desconhecidas a partir de pontos conhecidos. Existe uma grande variedade de métodos que diferem quanto à sua habilidade de sintetizar relações significativas entre a ocorrência das espécies e as variáveis ambientais preditivas adotadas. Essas diferenças se devem a uma série de fatores que influenciam o desempenho desses modelos, como por exemplo, as características da espécie, o tipo e quantidade de dados disponíveis e a escala das análises. Neste trabalho, adotamos a onça-pintada como espécie modelo para a avaliação de onze métodos de SDM. Foram analisados os efeitos da autocorrelação espacial entre pontos de presença na performance dos modelos, e avaliada a relação entre estimativas de adequabilidade climática obtidas por esses métodos e dados de densidade populacional de onça-pintada. Os resultados obtidos serviram como base para a avaliação de aspectos da conservação da espécie, incluindo análises de como mudanças climáticas globais e do uso do solo afetarão a sua distribuição e avaliação da eficiência do sistema de áreas protegidas em manter áreas adequadas para a ocorrência da espécie no futuro. Foi demonstrado que dependendo do método, a quantidade de dados da espécie pode influenciar mais os resultados do que a própria autocorrelação espacial entre os pontos de presença, e que a relação positiva esperada entre a adequabilidade climática e densidade populacional foi encontrada para apenas quatro dos métodos, mas sempre com fraco ajuste dos dados. De acordo com as análises, as áreas protegidas apresentam maior adequabilidade do que o esperado se elas fossem aleatoriamente selecionadas, e a eficiência dessas não será comprometida no futuro em relação à manutenção dessa adequabilidade. Em termos de predições futuras, a principal conclusão é que algumas das regiões que devem passar por um incremento da adequabilidade climática para a onça-pintada no futuro serão convertidas de ambientes naturais para agricultura ou pastagem, demonstrando que as oportunidades para ações efetivas de conservação da onça-pintada estão a cada dia se tornando mais restritas, sendo urgente a necessidade de estratégias pró-ativas de conservação da espécie.

En el presente trabajo se estudia el papel de las moléculas orgánicas, de los átomos de Ge y de los aniones fluoruro, F-, en la síntesis de materiales zeolíticos mediante el uso de técnicas computacionales basadas en mecánica molecular y métodos químico cuánticos. El estudio de los distintos términos energéticos que componen la energía total del sistema permite analizar el papel de los cationes pentametonio, hexametonio, heptametonio y octametonio en la síntesis de las estructuras EUO, ITH, IWR e IWW puramente silíceas. La substitución isomórfica de Si por Ge es estudiada en las estructuras AST, ASV, BEA, BEC, ISV, ITH, IWR, IWW y se analizan los términos energéticos implicados en dicha substitución. Además, se analizan los factores que puedan estar implicados en la localización preferencial de los átomos de Ge en las unidades D4R (Double Four Membered Ring). Finalmente, se analiza la variación de la estabilidad termodinámica de las estructuras BEA, BEC e ISV con diversos contenidos en Ge. La localización y papel del anión fluoruro en las Si,F-zeolitas es estudiado mediante el análisis de los factores implicados en la distribución del anión fluoruro en la red de las estructuras IFR, ITH, STF y STT pura sílice. Posteriormente, se estudió la distribución del anión fluoruro en las estructuras IFR, ITH, STF y STT en presencia de las moléculas orgánicas utilizadas como ADEs orgánicos en la síntesis de las zeolitas pura sílice. El conocimiento adquirido en el estudio del anión fluoruro fue utilizado para analizar la distribución del F en la estructura IWR, cuya distribución no es totalmente conocida experimentalmente. La localización de los átomos de Ge en las unidades D4R es estudiada mediante la simulación del espectro de RMN de 19F combinando técnicas de química computacional basadas en potenciales interatómicos y de primeros principios. Inicialmente se realizó el estudio de la metodología que permita una adecuada descripción de las señales observadas experiment / Pulido Junquera, MA. (2006). Estudio computacional de las Si, Ge, F-zeolitas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1867 / Palancia

[pt] Esta dissertação debruça-se sobre a obra teórica do historiador francês Michel de Certeau (1925 - 1986), interessando-se particularmente pela maneira como o autor articula a psicanálise à pesquisa e ao discurso da história. O argumento consiste em evidenciar aquilo que as afirmações de Certeau acerca da natureza da linguagem devem à teoria psicanalítica, notadamente à obra de Freud revisitada pelo psicanalista francês Jacques Lacan. Assumir tal abordagem do fenômeno da linguagem permite a Certeau questionar a relação do texto historiográfico com a realidade, assim como atrelar à sua reflexão teórica uma concepção de historicidade inspirada pelo tempo freudiano. Ressalta-se também o enraizamento na teoria psicanalítica da renitente crítica do autor quanto à incidência impensada da Instituição no discurso histórico, mas também no próprio discurso psicanalítico. Suas preocupações epistemológicas e éticas unem-se no conceito de ficção teórica, pensado junto a Freud. / [en] This dissertation studies the theoretical approach of history proposed by the French historian Michel de Certeau (1925 - 1986), focusing on the way the author introduces some psychoanalytic concepts in his argument. The most important between the concepts chosen is the approach of language developed within the reading of Freud by the French psychoanalyst Jaques Lacan, which allows the historian to question the supposed ties attaching history s methods and discourse to a certain conception of reality. This leads Michel de Certeau to a reflection on the incidence of a sort of freudian time in the act of writing history. On the basis of this development is Certeau s critics of the role played by institutions in the construction of knowledge and identity, for which elaboration he also convokes psychoanalysis. Certeau s epistemic and ethical concerns are assembled in the concept of theoretical fiction, brought up by a long length study of Freud s work.

Quadratic curvature terms are commonly introduced in the action as first-order corrections of General Relativity, and, in this thesis, we investigated their impact on the most simple isolated objects, that are the static and spherically symmetric ones. Most of the work has been done in the context of Stelle's theory of gravity, in which the most general quadratic contractions of curvature tensors are added to the action of General Relativity without a cosmological constant. We studied this theory's possible static, spherically symmetric and asymptotically flat solutions with both analytical approximations and numerical methods. We found black holes with Schwarzschild and non-Schwarzschild nature, naked singularities which can have either an attractive or repulsive gravitational potential in the origin, non-symmetric wormholes which connects an asymptotically flat spacetime with an asymptotically singular one, and non-vacuum solutions modeled by perfect fluids with different equations of state. We described the general geometrical properties of these solutions and linked these short-scale behaviors to the values of the parameters which characterize the gravitational field at large distances. We studied linear perturbations of these solutions, finding that most are unstable, and presented a first attempt to picture the parameter space of stable solutions. We also studied the Thermodynamics of black holes and described their evaporation process: we found that either evaporation leads black holes to unstable configurations, or the predictions of quadratic gravity are unphysical. We also considered the possibility of generalizing Stelle's theory by removing the dependence from the only mass-scale present by including a new dynamical scalar field, making the theory scale invariant. Having a more complex theory, we did not investigate exotic solutions but limited ourselves to the impact of the new additional degrees of freedom on known analytical solutions. It was already known that in a cosmological setting this theory admits a transition between two de Sitter configurations; we analyzed the same problem in the context of static and spherically symmetric solutions and found a transition between two Schwarzschild-de Sitter configurations. In order to do that, we studied both linear perturbations and the semiclassical approximation of the path integral formulation of Euclidean quantum gravity. At last, we tried to extract some phenomenological signatures of the exotic solutions. In particular, we investigated the shadow of an object on background free-falling light, and a possible way of determining the behavior close to the origin using mass measurements that rely on different physical processes. We show that, whenever these measurements are applied to the case of compact stars, in principle it could be possible to distinguish solutions where different equations of state describe the fluid.

Peak profiles in X-ray Diffraction (XRD) patterns from nanocrystalline materials are affected by static and dynamic disorder which is specific of the size and shape of the nanocrystalline domains. Owing to their intrinsic differences, the two types of disorder can be separated, providing independent information from the modelling of the XRD patterns. In the present thesis a model for the static strain created by the nanoparticle surface is proposed. The model is built within the frame of the Whole Powder Pattern Modelling (WPPM) approach for XRD line profile analysis, developed at the University of Trento in the past 20 years. The WPPM approach is decribed in details. Based on a complex Fourier Transform of the diffraction profiles, the model leads to general equations to be used with the WPPM approach to represent the distorted atomic configuration with respect to the reference bulk one. The model was also implemented in TOPAS, a commercial and very popular software, developing a specific macro allowing a larger community of users to benefit of this new opportunity of studying nanocrystalline materials. The thesis work also extended to a more traditional and general description of strain broadening of XRD peak profiles, involving invariant forms under the Laue group symmetry operations of the material under study. As for the dynamic strain, the fundamentals of the Thermal Diffuse Scattering (TDS) contribution to the peak profiles are reviewed. Starting from the original work of B.E. Warren, the theory is generalized to account for surface effects, leading to a particular model developed recently at the University of Trento. This model was thoroughly reviewed and corrected. To test the model a parallel computer code in C was written, exploiting Molecular Dynamics simulations for obtaining reliable and independent estimates of static and dynamic disorder in nanocrystals.

The mechanics of impacts is not yet well understood due to the complexity of materials behaviour under extreme stress and strain conditions and is thus of challenge for fundamental research, as well as relevant in several areas of applied sciences and engineering. The involved complex contact and strain-rate dependent phenomena include geometrical and materials non-linearities, such as wave and fracture propagation, plasticity, buckling, and friction. The theoretical description of such non-linearities has reached a level of advance maturity only singularly, but when coupled -due to the severe mathematical complexity- remains limited. Moreover, related experimental tests are difficult and expensive, and usually not able to quantify and discriminate between the phenomena involved. In this scenario, computational simulation emerges as a fundamental and complementary tool for the investigation of such otherwise intractable problems. The aim of this PhD research was the development and use of computational models to investigate the behaviour of materials and structures undergoing simultaneously extreme contact stresses and strain-rates, and at different size and time scales. We focused on basic concepts not yet understood, studying both engineering and bio-inspired solutions. In particular, the developed models were applied to the analysis and optimization of macroscopic composite and of 2D-materials-based multilayer armours, to the buckling-governed behaviour of aerographite tetrapods and of the related networks, and to the crushing behaviour under compression of modified honeycomb structures. As validation of the used approaches, numerical-experimental-analytical comparisons are also proposed for each case.

Apresentamos um modelo matemático geral, baseado na teoria de Cosserat para estruturas flexíveis unidimensionais, em regime de deslocamentos finitos e sujeitas a restrições unilaterais. Ao modelo geral agregamos a hipótese de inextensibilidade e, desprezando os efeitos do cisalhamento e das forças inerciais, formulamos o problema variacionalmente tanto na forma cinemática quanto em Lagrangiano Aumentado. Para esta última formulação, construímos aproximações por elementos finitos de Galerkin e utilizamos um algoritmo do tipo Uzawa para a solução do problema aproximado. Apresentamos estudos numéricos com o intuito de avaliar a formulação, validar o algoritmo de solução e exemplificar possíveis aplicações práticas do modelo. Buscando viabilizar uma análise numérica, realizamos uma linearização consistente do modelo geral apresentado anteriormente, produzindo um modelo em regime de pequenos deslocamentos e deformações, descrito no espaço tridimensional. Para este problema, introduzimos uma aproximação por elementos finitos mistos estabilizados, adicionando à formulação de Galerkin formas residuais de mínimos quadrados provenientes das equações de equilíbrio. Provamos que esta formulação atende às condições suficientes para existência e unicidade de solução, independente da esbeltez da estrutura. Apresentamos estimativas de erro indicando taxas de convergência e resultados numéricos comprovando tais taxas. Apresentamos algumas aplicações dos modelos ao estudo de estabilidade de dutos aquecidos e enterrados, na análise da estabilidade de armaduras de risers e umbilicais e, na área biológica, apontamos as possibilidades de suas utilizações na modelagem de moléculas de ADN.