Made available in DSpace on 2016-04-27T18:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose Carlos Brito Silva.pdf: 10582738 bytes, checksum: cf5493c30207a7fbda5b7e5f62e4d477 (MD5) Previous issue date: 2009-10-01 / This research analyzes and seeks to understand the increase in informal activities in general and mobile commerce as a particular case and the conflict between the public and employees of these itinerant trade. This analysis is performed as a result of the dynamics inherent in the capitalist system that is based on socioeconomic contradictions, among them the need to generate a surplus of labor to thus have its disposal an army reserve. In that sense this analysis takes into account the urbanization process as RMSP suffered by one of the promotion of unemployment which had their causes in several variables. The phenomenon of the increase in practice of these activities, named in this study as "independent work", practiced by itinerant workers in trains and other public spaces of RMSP, has widened from the 80's resulting from economic crises that hit the country causing huge recession unemployment and an economy that can be described as the results of politics applied at that moment. This unemployment is particularly accentuated in the 90s resulting from the economic opening process undertaken by the Brazilian Government as a way of integrating the country in the process of globalization. The way this integration, was made, marked by unbridled economic openness, reflected in several aspects of the economy of the country: it has a new territoriality of plants provided by the development of technical-scientific-media informational affectry RMSP mainly because this the most industrialized in the country, it also involves a process of productive restructuring in which the industrial sector loses its economic space and it is substituted by tertiary activities; as a consequence implemented a new model of administrative organization and the production process adopted by enterprises, the model flexible also called post-fordist, requiring a new profile with more and better professional qualifications to perform the tasks, now with a greater degree of complexity and flexibility. These changes reflected directly in the levels of unemployment now reaching ever higher rates. Informal activities in general and labor have become mobile, thus a way to ensure survival for the huge number of unemployed, to consolidate is not as alternatives but rather as a temporary work, by effective work. Just as the growing number of than practitioners in itinerant trade grew the conflicts that came to rely even violently with police actions undertaken. The territory of the CPTM trains as public spaces and great appeal to the trade due to the large flow of passengers, has become one of those places where this picture was reflected socioeconomic and conflict is fierce. This territory, which offers easier to enable practitioners of this activity a condition of legalization of the organization and activities to provide decent conditions for a significant number of workers was the locus chosen in this research as part of the complex and contradictory dynamics of capitalist economy / Esta pesquisa analisa e procura compreender o aumento das atividades informais de maneira geral e do comércio ambulante como um caso específico e os conflitos entre o poder público e esses trabalhadores do comércio ambulante. Esta análise é realizada enquanto resultante de uma dinâmica inerente ao próprio sistema capitalista que se assenta em contradições socioeconômicas, dentre elas a necessidade de geração de um excedente de mão-de-obra para, dessa maneira, ter a sua disposição um exército de reserva. Nesse sentido essa análise leva em consideração o processo de urbanização sofrido pela RMSP como um dos pressupostos de promoção do desemprego que teve suas causas em várias variáveis. O fenômeno do aumento na prática dessas atividades, denominadas nessa pesquisa como trabalho autônomo , praticada pelos trabalhadores ambulantes nos trens e outros espaços públicos da RMSP, se acentuou a partir das décadas de 80 resultantes de crises econômicas que atingiram o Brasil provocando enorme recessão econômica e um desemprego que pode ser caracterizado como conjuntural. Esse desemprego acentua-se de sobremaneira na década de 90 resultante do processo de abertura econômica empreendido pelo Estado brasileiro como forma de integração do País ao processo de globalização. A forma como se deu essa integração, marcada por uma abertura econômica desenfreada, repercutiu em vários aspectos da economia do País: empreendeu-se uma nova territorialidade das plantas industriais proporcionado pelo desenvolvimento dos meios técnico-científico-informacionais atingindo principalmente a RMSP por ser esta a mais industrializada do País; a mesma também passa por um processo de reestruturação produtiva em que perde espaço o caráter industrial e ganham espaço as atividades terciárias; implanta-se um novo modelo de organização administrativa e do processo de produção adotado pelas empresas, o modelo flexível também denominado pós-fordista, que exigem um novo perfil de profissional com maior e melhor qualificação para executar as tarefas, agora com um maior grau de complexidade e flexibilidade. Essas transformações repercutiram diretamente nos níveis de desemprego que passaram a atingir índices cada vez maiores. As atividades informais em geral e o trabalho ambulante tornaram-se, dessa forma, numa forma de garantir a sobrevivência para esse enorme contingente de desempregados, passando a se consolidarem não como alternativas temporárias e sim como trabalho de fato. Da mesma forma que crescia o número de praticantes no comércio ambulante cresciam os conflitos que passaram a contar inclusive com ações policiais empreendidas violentamente. O território dos Trens da CPTM, enquanto espaços públicos e de grande apelo para o comércio devido ao grande fluxo de passageiros, passou a ser um desses lugares onde este quadro socioeconômico se refletiu e os conflitos se acirraram. Esse território que oferece condições mais fáceis de possibilitar aos praticantes dessa atividade uma condição de organização e legalização da atividade visando proporcionar condições dignas a um número significativo de trabalhadores foi o lócus escolhido nesta pesquisa como uma das partes da complexa e contraditória dinâmica da economia capitalista

É cada vez maior a demanda pela eficiência dos sistemas ferroviários. A confiabilidade do material rodante é um dos fatores de desempenho mais importantes para a eficiência global dos trens de passageiros. Para que índices satisfatórios de confiabilidade, disponibilidade, mantenabilidade e segurança (CDMS) sejam alcançados, deve-se considerar esses fatores desde a elaboração da especificação técnica do material rodante até a operação da frota, incluindo projeto, fabricação, testes, comissionamento e garantia. No presente trabalho foram pesquisados os principais requisitos, normas e boas práticas empregadas na indústria ferroviária mundial para o gerenciamento da confiabilidade em projetos de material rodante, levando-se em conta os aspectos práticos e científicos. Para isso, foram inicialmente apresentadas algumas especificidades do setor ferroviário assim como alguns dos principais tipos de veículos ferroviários e seus sistemas, para que se tenha uma visão geral do contexto em que o trabalho está inserido. Em relação ao gerenciamento de CDMS propriamente dito, são mencionadas as principais tarefas a serem realizadas, de acordo com as referências consultadas. Foi dada uma atenção especial às especificações técnicas de CDMS, levando-se em conta a classificação das falhas e a determinação de parâmetros contratuais. Também foram abordados os aspectos teóricos e práticos das principais ferramentas e métodos de análise de CDMS empregados, tais como alocação de metas, predição de confiabilidade, diagrama de blocos, FMECA, FTA, monitoramento da confiabilidade em campo, etc. / Demand for efficiency in railway systems is increasing through the years. Rolling stock reliability is one of the most important performance factors for the global efficiency of passenger trains. To attain satisfactory reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) figures, these factors must be considered from the elaboration of rolling stock technical specifications up to the operation of the fleet, including design, manufacturing, tests, commissioning and warranty. In the present work a research on main requirements, standards and good practices applied in worldwide railway industry for managing reliability in rolling stock designs was carried out, taking into account practical and scientific aspects. Some specificities of railway industry as well as some of the main railway vehicles types and related systems were presented, so that one can have an overview of the context where this work is inserted. Related to RAMS management, the main tasks to be done are presented, according to the references. Special attention was paid to RAMS technical specifications, considering failure classifications and determination of contractual parameters. The theoretical and practical aspects of the main tools and analysis methods of RAMS applied to the rolling stock design, such as apportionment of targets, reliability predictions, reliability block diagrams, FMECA, FTA, monitoring of field reliability, etc., were also covered.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-10-31T20:55:43Z No. of bitstreams: 1 eggo_pinheiro.pdf: 1913399 bytes, checksum: d95298cbe73fd1e96bc181f116178ffa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T20:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 eggo_pinheiro.pdf: 1913399 bytes, checksum: d95298cbe73fd1e96bc181f116178ffa (MD5) Previous issue date: 2017-07-19 / Freight railways are the major means of transportation of bulk material, such as iron ore from the origin to the destination. Usually for heavy haul railways, the destination is a port. For the last few years there has been a fast growing demand. However, railway infrastructure capacity increasing is very expensive and require a lot of investiment budget. Therefore, an improvement of train scheduling process is needed to ensure the best and efficient use of the current railway. Nevertheless, in some situations it is overwhelmingly complex to solve, an NP-hard problem. Since all the previous work provided on the Train Timetable Problem is usually only applied locally to a single railway, this work provides a public base benchmark of test railways built by heuristcs. Moreover, this work deals with the train timetabling problem applied to mixed traffic railways with both cargo trains and passenger trains sharing the same resources with different priorities. It is proposed a new mathematical model extended from literature previous work intended to avoid infeasible solutions instead reparing or discarding on these cases. This model contains additional support for parallel multi-track for several railway’s signaling system approaches context as well as overtaking on it without deadlocks possibility. This model considers trains in current position and future departure planned. To achieve an improved train scheduling is applied the Evolutionary Clustering Search (ECS) with multi heuristics approaches and a modified mutation operator of Genetic Algorithm as component of ECS. The experiments shows ECS outperforms almost all tests scenario and the modified mutation operator strongly improve the results / Ferrovias de trens de carga são os principais meios de transporte de materiais, tais como minério de ferro, da sua origem até o seu destino. Geralmente para ferrovias de transporte pesado, o destino é o porto. Nos últimos anos, a demanda de produção tem aumentado assim como o uso da ferrovia para transportá-la, no entanto, a expansão da sua infraestrutura requer um grande investimento. Assim, um planejamento de circulação de trens mais efetivo que maximize a capacidade de tráfego se faz necessária. No entanto, em algumas situações a sua otimização é bastante complexa para ser executada, um problema NP-Difícil. Embora todo trabalho elaborado nesse tema é geralmente aplicado localmente em uma única ferrovia, este trabalho provê uma base genérica de ferrovias gerado por heurísticas. Além disso, esta dissertação lida com o problema de circulação de trens aplicado a ferrovias mistas envolvendo trens de carga assim como trens de passageiros compartilhando o mesmo recurso e com diferentes prioridades. É proposto um novo modelo matemático estendido de um trabalho existente na literatura que procura evitar conflitos ao invés de permitir soluções inviáveis, sendo necessário reparação delas ou descarte. Este modelo lida com uma quantidade variável de linhas em locais de parada compatível com várias abordagens de sistema de sinalização disponíveis, assim como considera ultrapassagens de forma a evitar deadlocks, da mesma forma que trata contextos de trens em circulação como planejados para realizar a otimização. Para encontrar boas soluções, ao planejamento de circulação de trens é aplicado uma abordagem do Evolutionary Clustering Search (ECS) com múltiplas heurísticas, e um operador de mutação modificado do Algoritmo Genético como componente do ECS. Os experimentos computacionais mostraram que o ECS superou quase todos os cenários de teste e o operador de mutação modificado melhorou significativamente os resultados finais.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2630968 bytes, checksum: 7ccfc1bc157dd97f0df36f85ac84db1a (MD5) Previous issue date: 2008-06-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Currently, urban centres are more and more subject to vibration induced by traffic, because of its increasing volume. Among the vibration effects are damage to buildings. In this study, the effects of the vibration produced by suburban trains in buildings was investigated, by taking a railway line with mixed passenger and cargo traffic as a (typical) case study. Measurements were taken, aiming to identify the vibration levels in buildings adjacent to the railway line and which presented visible cracks in their surfaces. The results obtained revealed that vibration levels produced by passenger trains were below the limits which could potentially cause damage. However, simulations performed in order to estimate the vibration levels induced by freight trains evidenced the occurrence of levels greater than those acceptable for the type of buildings investigated. / Atualmente, os centros urbanos estão mais sujeitos à vibração induzida por tráfego, em virtude do aumento do volume deste. Dentre os efeitos da vibração, estão os danos em edificações. Neste estudo, foram investigados os efeitos da vibração produzida pelo tráfego de trens suburbanos em edificações, tomandose como caso (típico) de estudo uma linha férrea com tráfego misto de passageiros e de carga. Medições foram realizadas, visando identificar os níveis de vibração em edificações adjacentes à linha férrea e que apresentavam fissuração visível em suas fachadas. Os resultados obtidos mostraram que os níveis de vibração produzidos pelo tráfego de trens de passageiros apresentaram-se abaixo dos limites que potencialmente causariam dano. Todavia, simulações realizadas para estimar os níveis de vibração induzidos por trens de carga evidenciaram a ocorrência de níveis superiores aos aceitáveis para o tipo de edificações investigadas.

É cada vez maior a demanda pela eficiência dos sistemas ferroviários. A confiabilidade do material rodante é um dos fatores de desempenho mais importantes para a eficiência global dos trens de passageiros. Para que índices satisfatórios de confiabilidade, disponibilidade, mantenabilidade e segurança (CDMS) sejam alcançados, deve-se considerar esses fatores desde a elaboração da especificação técnica do material rodante até a operação da frota, incluindo projeto, fabricação, testes, comissionamento e garantia. No presente trabalho foram pesquisados os principais requisitos, normas e boas práticas empregadas na indústria ferroviária mundial para o gerenciamento da confiabilidade em projetos de material rodante, levando-se em conta os aspectos práticos e científicos. Para isso, foram inicialmente apresentadas algumas especificidades do setor ferroviário assim como alguns dos principais tipos de veículos ferroviários e seus sistemas, para que se tenha uma visão geral do contexto em que o trabalho está inserido. Em relação ao gerenciamento de CDMS propriamente dito, são mencionadas as principais tarefas a serem realizadas, de acordo com as referências consultadas. Foi dada uma atenção especial às especificações técnicas de CDMS, levando-se em conta a classificação das falhas e a determinação de parâmetros contratuais. Também foram abordados os aspectos teóricos e práticos das principais ferramentas e métodos de análise de CDMS empregados, tais como alocação de metas, predição de confiabilidade, diagrama de blocos, FMECA, FTA, monitoramento da confiabilidade em campo, etc. / Demand for efficiency in railway systems is increasing through the years. Rolling stock reliability is one of the most important performance factors for the global efficiency of passenger trains. To attain satisfactory reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) figures, these factors must be considered from the elaboration of rolling stock technical specifications up to the operation of the fleet, including design, manufacturing, tests, commissioning and warranty. In the present work a research on main requirements, standards and good practices applied in worldwide railway industry for managing reliability in rolling stock designs was carried out, taking into account practical and scientific aspects. Some specificities of railway industry as well as some of the main railway vehicles types and related systems were presented, so that one can have an overview of the context where this work is inserted. Related to RAMS management, the main tasks to be done are presented, according to the references. Special attention was paid to RAMS technical specifications, considering failure classifications and determination of contractual parameters. The theoretical and practical aspects of the main tools and analysis methods of RAMS applied to the rolling stock design, such as apportionment of targets, reliability predictions, reliability block diagrams, FMECA, FTA, monitoring of field reliability, etc., were also covered.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2018-08-09T18:45:01Z No. of bitstreams: 1 Francisco Moraes Gomes.pdf: 3240990 bytes, checksum: 17659c72fed5b3faf44d712b20b24e39 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:45:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Francisco Moraes Gomes.pdf: 3240990 bytes, checksum: 17659c72fed5b3faf44d712b20b24e39 (MD5) Previous issue date: 2017-06-23 / The aim of this research is to study the potential association between the reduction in electricity consumption in Line 2 – Green of the São Paulo Subway and the change of the Train Control System from the "fixed block" type to the "moving block" type. This study is necessary because the transport sector is one of the biggest consumers of energy and the energy is one of the highest costs of the metro system, so that any reduction must be studied and understood. Most of the previous studies published on energy efficiency at subways and trains are simulation studies, there is a few literature based on empirical data. The statistical approach was chosen because there is no installed equipment to directly measure this influence, since there are only measures of consumption at the entrances of the System and there is no individual measurement of each train. Part of the data used was obtained via official communication channels of the company, another part was obtained directly from the operational reports and other data was extracted from the capture of the communications between the trains and centralized control system. Several variables that can influence the consumption of the line and also the train speed profiles in the periods just before and after the System change have been verified. The study of the relationships among these variables was done and the multivariate regression analysis was performed. The results of the regression generated an equation model with significance for the variables: type of system, proportion of useof the fleets used and the number of trips made. In the regression process, the stepwise method was used and some variables were withdrawn when verifying that they had multicollinearity. The data extracted from the communication protocol were not used in the regression, but they did allow verifying an evidence of improvement in the speed profiles and also a reduction in the number of stops that the train made in the route, indicating a smaller interference between the train movements with the new system. The calculated savings obtained by the new system was around 2.8%, rising to about 7.8% on average when the new fleet was included, which only uses the "moving block" system. / Esta pesquisa tem por objetivo estudar a potencial associação da ocorrência de queda no consumo de energia elétrica na Linha 2-Verde do Metrô de São Paulo com a troca do Sistema de Controle dos Trens do tipo “bloco fixo” para o tipo “bloco móvel”. Este estudo se mostra necessário, pois o setor de transporte é um dos maiores consumidores de energia e a energia é um dos maiores custos do sistema metroviário, de forma que qualquer redução deve ser estudada e compreendida. A maioria dos estudos anteriores publicados sobre eficiência energética em metrôs e trens são estudos de simulação, havendo pouca literatura baseada em dados empíricos. A abordagem estatística foi escolhida porque não há equipamentos instalados para se medir diretamente essa influência, pois apenas há medida de consumo somente na entrada de energia do Sistema, e não medição individual de cada trem. Parte dos dados utilizados foi obtida via canais oficias de comunicação da companhia, outra parte foi obtida diretamente dos relatórios operacionais e outros dados foram extraídos da captura das comunicações entre os trens e sistema de controle centralizado. Foram verificadas diversas variáveis que podem influir no consumo da linha e também os perfis de velocidades dos trens nos períodos imediatamente anteriores e posteriores a troca do Sistema. Foi realizado o estudo das relações entre essas variáveis e feita análise por regressão multivariada. Os resultados da regressão geraram um modelo de equação com significância para as variáveis: tipo de sistema, proporção de uso uma das frotas e a quantidade de viagens realizadas. No processo de regressão foi usado o método stepwise e algumas variáveis foram retiradas ao verificar que apresentavam multicolinearidade. Os dados extraídos do protocolo de comunicação não foram usados na regressão, mas por meio deles foi possível verificar indícios de melhoria nos perfis de velocidade e também uma redução na quantidade de paradas que o trem realizava no percurso, indicando uma menor interferência entre as movimentações dos trens com o novo sistema. A economia calculada obtida pelo novo sistema ficou em torno de 2,8%, subindo para cerca de 7,8% em média ao se incluir a nova frota, a qual só utiliza o sistema de "bloco móvel".

Este trabalho apresenta o estudo dos efeitos dinâmicos de duas pontes ferroviárias para trens de carga pesada e trens de alta velocidade considerando a interação veículo-estrutura. O estudo centrou-se principalmente no desenvolvimento de uma metodologia iterativa para a simulação do fenômeno de interação. Em seguida, a metodologia desenvolvida foi utilizada para analisar a ponte Suaçuí (Brasil) e a ponte Antuã (Portugal), e para realizar um estudo paramétrico para avaliar o comportamento não linear da interface via-estrutura de algumas tipologias de pontes ferroviárias. A fim de entender os princípios básicos que governam a resposta dinâmica do sistema veículo-estrutura, foi realizada uma revisão das formulações analíticas e os conceitos básicos de interação veículo-estrutura. A partir das formulações analíticas desenvolveu-se uma metodologia para a resolução de problemas dinâmicos de interação, aproveitando as ferramentas de modelagem do programa ABAQUS por meio do programa MATLAB. A validação do aplicativo foi realizada comparando as respostas de exemplos simples analisados com programas de referência. A principal vantagem desta metodologia é a flexibilidade na seleção dos métodos de resolução do problema dinâmico, permitindo inclusive a incorporação de não linearidades tanto no modelo do veículo quanto da ponte. Utilizando a capacidade de simulação do aplicativo para problemas não lineares foi realizado um estudo paramétrico para verificar os parâmetros que mais influenciam no comportamento não linear da interface via-estrutura e uma aplicação prática para avaliar o desempenho de algumas tipologias de pontes ferroviárias. Para a análise dinâmica da ponte Suaçuí e Antuã desenvolveram-se modelos numéricos tridimensionais de elementos finitos no programa ABAQUS. As propriedades dos materiais das pontes, assim como as propriedades dinâmicas dos veículos foram determinadas a partir de técnicas de calibração numéricas, experimentais e da literatura. A calibração dos modelos numéricos foi realizada utilizando metodologias iterativas baseadas em técnicas de otimização, tais como os algoritmos genéticos. Na falta de dados experimentais das irregularidades, estas foram geradas a partir de funções de densidade espectral de potência. A validação dos modelos numéricos da ponte envolveu a comparação dos resultados numéricos, obtidos da análise de interação, e os resultados experimentais, encontrados nos ensaios dinâmicos sob ação de tráfego. Os resultados da comparação mostraram que os modelos numéricos conseguem reproduzir com boa aproximação as respostas medidas experimentalmente. Finalmente, são realizadas simulações das pontes sob ação de tráfego para diferentes velocidades de circulação dos veículos, a fim de verificar a segurança estrutural da ponte e da via, além do conforto dos passageiros. / This research presents the study of the dynamic effects of two railway bridges for heavy axle load trains and high speed trains considering the vehicle-structure interaction. The study was mainly focused on the development of an iterative method for simulating the interaction phenomenon. The developed methodology was used to investigate the Suaçuí railway bridge (Brazil) and the Antuã railway bridge (Portugal), and to carry out a parametric study to evaluate the non-linear behavior of the trackstructure interface of some typologies of railway bridges. In order to understand the basic principles that govern the dynamic response of the vehicle-structure system, a review of the analytical formulations and the basics of the vehicle-structure interaction were performed. Based on the analytical formulations a methodology for solving dynamic interaction problems was developed, taking advantage of modeling tools of the ABAQUS software managed from MATLAB. The validation of the methodology was carried out by comparing responses of simple examples analyzed with reference programs. The main advantage of this methodology is the flexibility in the selection of the methods for solving the dynamic problem, even allowing the incorporation of nonlinearities in the vehicle and bridge model. Using the capability of the developed program for modeling nonlinear problems it was carried out a parametric study to determine the parameters that influence in the non-linear behavior of the track-structure interface and a practical application to evaluate the performance of some typologies of railway bridges. For dynamic analysis of the Suaçuí and Antuã railway bridge threedimensional numerical finite element models in ABAQUS program were developed. Material properties of the bridges, as well as the dynamic properties of the vehicles were determined through numerical and experimental calibration techniques and from the literature. The calibration of numerical models was performed using iterative methodologies based on optimization techniques, such as genetic algorithms. In absence of experimental data irregularities of the Suaçuí bridge, these were generated using spectral density functions. The validation of numerical models of the bridges involved the comparison of numerical results obtained from the interaction analysis with experimental results obtained from dynamic tests under traffic loads. The results of comparison showed that the numerical models were capable to reproduce with good accuracy the responses experimentally measured. Finally simulations of the bridges under traffic loads were performed for different vehicle speeds in order to evaluate the structural and track safety and passenger comfort.

A presente tese se refere a três principais objetivos. Um objetivo foi desenvolver um código de simulação numérica direta para simulação de ondas de instabilidade em um escoamento de Poiseuille plano. O outro objetivo foi analisá-Io através do Método das Soluções Manufaturadas (MMS), e por fim, um terceiro objetivo foi estudar o regime não-linear da evolução de trens de ondas modulados em um escoamento de Poiseuille plano. O código resolve numericamente, com diferenças finitas de ordem de precisão alta e métodos pseudo espectrais, as equações de Navier-Stokes tri-dimensionais e incompressíveis numa formulação vorticidade-velocidade. O MMS é um método de verificação de código mais completo que os normalmente usados, por exemplo, comparação com teoria de estabilidade linear. O código usa diferenças finitas de ordem alta de precisão, mas com diferentes ordens em diferentes regiões do domínio. O MMS é pouco utilizado neste tipo de código. Concluiu-se que estes códigos em geral não operam na chamada faixa assintótica de erro. Na faixa de trabalho, a ordem do erro varia no domínio computacional de forma consistente com os métodos numéricos empregados. Isto permite, entre outras coisas, a otimização do esquema numérico. Após os testes de verifição, simulações numéricas dos trens de ondas foram realizadas. A análise dos resultados foi feita através das teorias de instabilidade primária e secundária e teoria fracamente não-linear. Foi estudado um trem de ondas modulado numa região do diagrama de instabilidade onde vários estudos para ondas mono cromáticas foram realizados. Os resultados sugeriram que nesta região o regime não-linear de transição dos trens de ondas modulados é governado pela instabilidade tipo-K. Com a redução da amplitude inicial de perturbação um cenário mais complexo, que pode estar envolvendo outros mecanismos, foi observado. Casos mais próximos ao primeiro ramo do diagrama também foram estudados. Nesta região a teoria linear prevê ondas tri-dimensionais sendo as mais instáveis, fato que poderia favorecer a ocorrência da chamada transição oblíqua. Os resultados indicaram que o trem de ondas modulado se divide em duas regiões que tendem-se afastar uma da outra. Apesar de estar associado com a instabilidade linear, este comportamento não havia sido antecipado na literatura. Neste cenário, para trens de ondas modulados isolados, o regime não-linear não pode ser correlacionado claramente com nenhum dos cenários clássicos de transição. Neste contexto transição oblíqua pode estar restrito a situações que envolvem a interação entre trens de ondas modulados. / The current thesis had three objectives. The first objective was to develop a code of direct numerical simulation (DNS) to simulation of waves of instability in a plane Poiseuille flow. The other main objective was to analyze it through the method of manufactured solutions (MMS). Finally, a third objective was to study the nonlinear regime of spanwise modulated wavetrains in a plane Poiseuille flow. Using high-order finite differences and pseudo-spectral methods, the DNS code solved the incompressible three-dimensional Navier-Stokes equations in a vorticity-velocity formulation. The MMS is a verification method more complete than the others more often used, for example, comparison with linear stability theory. The code used different high-order finite differences in different regions of the domain. The MMS has been little used for this type of code. It was concluded that these codes generally do not operate in the so-called errar asymptotic range. In the working range, the observed arder changes in the computational domain in a manner consistent with the numerical methods employed. This allows, among other things, optimization of the numerical scheme. After testing, numerical simulations of the wavetrains were performed. The analysis of the results was made based on the primary and secondary instability theories and weakly non-linear theory. A modulated wavetrain was studied in a region of the stability diagram where several studies for monochromatic waves were performed. The results suggested that in this region the non-linear regime of transition of the modulation wavetrain is governed by the K-type instability. With the reduction of the magnitude of the initial disturbance, a more complex scenario, which may involve other mechanisms, was observed. Cases near the first branch of the instability diagram were also studied. In this region, the linear theory predicts tri-dimensional waves are the most unstable, a fact that could lead to the so-called oblique transition. The results indicated that the modulated wavetrain divided into two regions, which tend move further from each other. Despite being associated with the linear instability, this behavior was not anticipated in the literature. In this scenario, for isolated modulated wavetrains, the non-linear system could not be clearly correlated with any of the classic scenarios of transition. In this context, oblique transition may perhaps to situations involving the interaction between modulated wavetrains.

A presente tese se refere a três principais objetivos. Um objetivo foi desenvolver um código de simulação numérica direta para simulação de ondas de instabilidade em um escoamento de Poiseuille plano. O outro objetivo foi analisá-Io através do Método das Soluções Manufaturadas (MMS), e por fim, um terceiro objetivo foi estudar o regime não-linear da evolução de trens de ondas modulados em um escoamento de Poiseuille plano. O código resolve numericamente, com diferenças finitas de ordem de precisão alta e métodos pseudo espectrais, as equações de Navier-Stokes tri-dimensionais e incompressíveis numa formulação vorticidade-velocidade. O MMS é um método de verificação de código mais completo que os normalmente usados, por exemplo, comparação com teoria de estabilidade linear. O código usa diferenças finitas de ordem alta de precisão, mas com diferentes ordens em diferentes regiões do domínio. O MMS é pouco utilizado neste tipo de código. Concluiu-se que estes códigos em geral não operam na chamada faixa assintótica de erro. Na faixa de trabalho, a ordem do erro varia no domínio computacional de forma consistente com os métodos numéricos empregados. Isto permite, entre outras coisas, a otimização do esquema numérico. Após os testes de verifição, simulações numéricas dos trens de ondas foram realizadas. A análise dos resultados foi feita através das teorias de instabilidade primária e secundária e teoria fracamente não-linear. Foi estudado um trem de ondas modulado numa região do diagrama de instabilidade onde vários estudos para ondas mono cromáticas foram realizados. Os resultados sugeriram que nesta região o regime não-linear de transição dos trens de ondas modulados é governado pela instabilidade tipo-K. Com a redução da amplitude inicial de perturbação um cenário mais complexo, que pode estar envolvendo outros mecanismos, foi observado. Casos mais próximos ao primeiro ramo do diagrama também foram estudados. Nesta região a teoria linear prevê ondas tri-dimensionais sendo as mais instáveis, fato que poderia favorecer a ocorrência da chamada transição oblíqua. Os resultados indicaram que o trem de ondas modulado se divide em duas regiões que tendem-se afastar uma da outra. Apesar de estar associado com a instabilidade linear, este comportamento não havia sido antecipado na literatura. Neste cenário, para trens de ondas modulados isolados, o regime não-linear não pode ser correlacionado claramente com nenhum dos cenários clássicos de transição. Neste contexto transição oblíqua pode estar restrito a situações que envolvem a interação entre trens de ondas modulados. / The current thesis had three objectives. The first objective was to develop a code of direct numerical simulation (DNS) to simulation of waves of instability in a plane Poiseuille flow. The other main objective was to analyze it through the method of manufactured solutions (MMS). Finally, a third objective was to study the nonlinear regime of spanwise modulated wavetrains in a plane Poiseuille flow. Using high-order finite differences and pseudo-spectral methods, the DNS code solved the incompressible three-dimensional Navier-Stokes equations in a vorticity-velocity formulation. The MMS is a verification method more complete than the others more often used, for example, comparison with linear stability theory. The code used different high-order finite differences in different regions of the domain. The MMS has been little used for this type of code. It was concluded that these codes generally do not operate in the so-called errar asymptotic range. In the working range, the observed arder changes in the computational domain in a manner consistent with the numerical methods employed. This allows, among other things, optimization of the numerical scheme. After testing, numerical simulations of the wavetrains were performed. The analysis of the results was made based on the primary and secondary instability theories and weakly non-linear theory. A modulated wavetrain was studied in a region of the stability diagram where several studies for monochromatic waves were performed. The results suggested that in this region the non-linear regime of transition of the modulation wavetrain is governed by the K-type instability. With the reduction of the magnitude of the initial disturbance, a more complex scenario, which may involve other mechanisms, was observed. Cases near the first branch of the instability diagram were also studied. In this region, the linear theory predicts tri-dimensional waves are the most unstable, a fact that could lead to the so-called oblique transition. The results indicated that the modulated wavetrain divided into two regions, which tend move further from each other. Despite being associated with the linear instability, this behavior was not anticipated in the literature. In this scenario, for isolated modulated wavetrains, the non-linear system could not be clearly correlated with any of the classic scenarios of transition. In this context, oblique transition may perhaps to situations involving the interaction between modulated wavetrains.

As aplicações aeroespaciais estão frequentemente associadas a escoamentos compressíveis com altíssimos números de Reynolds. No entanto, existem no contexto aeroespacial importantes aplicações que envolvem escoamentos compressíveis a Reynolds relativamente baixos. Entre eles se destacam o escoamento em pás de turbina a gás e ao redor de dispositivos de alta sustentação como eslates e flapes em grandes ângulos de ataque. Pode-se destacar também o processo de combustão supersônica que está intimamente ligado e é fortemente beneficiado pelo presente estudo. Nas aplicações aerodinâmicas em baixos números de Reynolds frequentemente uma parcela significativa do escoamento se apresenta no regime de transição para turbulência, ou nos estágios iniciais do escoamento turbulento. O objetivo do presente projeto é a simulação numérica direta de escoamentos compressíveis transicionais com desenvolvimento de um código para simulação em três dimensões de escoamentos alto subsônicos. O escoamento a ser estudado no projeto é a evolução linear e não linear de trens de onda e pacotes de onda em uma camada de mistura compressível. A solução das equações de Navier-Stokes é obtida através do método das diferenças finitas. As derivadas espaciais são resolvidas através de um método compacto de sexta ordem, enquanto que as derivadas temporais são resolvidas através do método de Runge-Kutta de quarta ordem. Os métodos de aproximação foram modificados para trabalhar com malhas não uniformes visando refinar a malha em pontos em que o fenômeno ocorre e, consequentemente, reduzir o custo computacional. A investigação numérica inicia-se com a análise da taxa de amplificação dos trens de ondas fortemente modulados em regime linear. Os resultados obtidos foram comparados favoravelmente com a teoria linear. Os testes foram estendidos para a análise não linear, e consequentemente, foi possível reproduzir os fenômenos clássicos de instabilidade hidrodinâmica através da evolução dos trens de ondas oblíquos. / Aerospace applications are frequently associated with compressible flows at relatively high Reynolds number. Nevertheless important applications involve compressible flows at relatively low Reynolds number in the aerospace context. Among them, the flow on gas turbine blades and high lift devices such as slats and flaps at high angle of attack are particulary important. Besides, progress in aeroespace research is dependent on developing more efficient propulsion systems. In aerodynamic applications at low Reynolds number, often a substancial portion of the flow is in the transition regime, or in the initial stages of a turbulent flow. The objective of the present study is the Direct Numerical Simulation of three-dimensional transition of compressible flows in a mixing layer. Inspired on the worked devoted to modulated waves, the current work investigates the linear and nonlinear temporal evolution of wavetrains in this phenomenon. The Navier-Stokes equations were solved with a sixth-order compact finite-difference schemes. The time integration was performed by a fourth-order Runge-Kutta scheme. Moreover, the methods to solve the spatial derivatives were modified to work with non-uniform grids. This technique was implemented with the objective to improve the resolution of the grid where the phenomenon occurs and to reduce the computational cost. The numerical investigation starts with an analysis of the growth rate of the wavetrains in linear regime to verify the numerical code. The results compared favourably with linear theory. Tests were also performed in the nonlinear regime to simulate the oblique wavetrains and it was possible to reproduce the classical hydrodynamic instability phenomena.