Materiais compósitos são conhecidos pela alta resistência mecânica e baixo peso, desempenho superior, resistência à corrosão e baixa densidade. A produção de um material composto possui vários processos com particularidades diferentes. O enrolamento filamentar (Filament Winding) é um processo no qual fibras de reforço contínuas são posicionadas de maneira precisa e de acordo com um padrão predeterminado para compor a forma do componente desejado. As fibras, submetidas à tração, são enroladas continuamente ao redor de um mandril que tem a forma do produto final, em geral utilizando equipamentos automáticos. No final do processo, após a cura da resina, o mandril é geralmente removido. Desta forma, é de fundamental importância que o projetista disponha de recursos computacionais adequados para o cálculo das trajetórias e sequenciamento de posicionamento das fibras. Esse trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de procedimentos matemáticos para cálculo de trajetórias geodésicas no processo de \"Filament Winding\" e implementá-los em um ambiente computacional em linguagem de alto nível Java, considerando-se os casos de revestimento circunferencial, helicoidal e polar. São desenvolvidos dois estudos de caso: tubos cônicos e vasos de pressão, e os resultados apresentados e discutidos, validando os procedimentos e ambiente implementado. / Composite materials are well known by the high strength and low weight, superior performance, resistance to the corrosion and low density. The production of a composite material part involves some processes with different requirements. The filament winding process is an automated process in which continuous reinforcement fibers are lay down in prescribed paths on the surface of a mandrel, which is generally removed after the cure of the resin. In such a way, it is fundamental that the designer uses computational resources for the calculation of the paths and sequence of the fibers. In this work is developed the mathematical procedures for calculation of geodesic trajectories in the Filament Winding process and implements them in a computational environment in high level language Java, considering the circumferential, helical and polar strategies. Two case studies are developed successfully: conical pipes and pressure vessels, and the results presented and discussed, validating the procedures and implemented environment.

A auto-suficiência adquirida pelo Brasil em termos de produção de petróleo representou uma conquista inédita e de extrema importância para o país. As pesquisas e desenvolvimento técnico-científico associados a esse fato impulsionaram a produção oceânica de petróleo e gás para lâminas dágua cada vez maiores, fazendo com que os sistemas oceânicos fossem obrigados a evoluir concomitantemente. Intrinsecamente, os problemas associados aos sistemas de prospecção se tornaram mais desafiadores. Os cabos e tubos submersos normalmente lançados sob configuração de catenária direta e utilizados para essa tarefa possuem importância fundamental para a Engenharia Oceânica e seu estudo é parte da motivação para esta dissertação. Adicionalmente, os avanços computacionais das últimas décadas permitiram que outras áreas do conhecimento experimentassem um desenvolvimento sem precedentes na história da ciência. Dentre elas, destaca-se o Processamento Digital de Imagens. O presente trabalho busca estudar a estática e a dinâmica de linhas sob configuração de catenária, através da identificação geométrica, processamento e análise de imagens digitais, promovendo um ponto de convergência entre a Engenharia Oceânica e o Processamento Digital de Imagens. A fim de caminha nesse sentido, diversos experimentos e simulações foram concebidos e realizados e estão descritos ao longo do presente texto. A metodologia utilizada consiste em extrair informações de um sistema físico, a partir da análise de imagens e vídeos. O principal intuito é a investigação da estática e dinâmica locais de uma linha flexível, na região próxima ao solo, conhecida como TDZ. Em particular, foi possível observar, em um dos experimentos, a ocorrência do fenômeno de compressão dinâmica que foi, então, brevemente discutido. Os resultados obtidos experimentalmente foram confrontados com um sistema comercial de captura de movimentos e com resultados advindos da revisão bibliográfica ou de simulações numéricas, mostrando adequação frente às confrontações realizadas e apresentando o mesmo nível de precisão que o sistema comercial utilizado. Como conseqüência, a metodologia proposta e empregada para as investigações físicas ao longo desta dissertação parece sugerir a extrapolação de seus resultados na concepção de formas pouco invasivas de ensaios físicos e para a análise e desenvolvimento de sistemas oceânicos. / The self-sufficiency acquired by Brazil in terms of oil production represents an unprecedented achievement and it was extremely important for the country. The scientific researches and technical development associated with that fact push the oceanic production of oil and gas to increasing depths, obligating ocean systems to evolve concurrently. As a result, the problems associated with exploration systems have become more challenging. The submerged cables and pipes commonly launched in catenary configuration are crucial for the Offshore Engineering and its study is part of the motivation for this dissertation. In addition, computational advances in the last decades have allowed other areas of knowledge experienced an unprecedented development in the history of science. Among them, one can highlight the Digital Image Processing. This work was concerned with studies about static and dynamic lines in catenary configuration, in a convergence between Offshore Engineering and Digital Image Processing. In order to move towards this direction, several experiments and simulations have been designed and performed and are described throughout this text. The proposed methodology consisted in extract information from a physical system, through processing and analysis of images and/or videos. The main focus was the investigation of local static and dynamic behavior of a flexible line, in the touchdown zone. In particular, it was observed, in one of the experiments, the occurrence of dynamic compression in the line, and this subject was then briefly discussed. The experimental results were compared with a commercial motion capture system and results stemming from the literature or numerical simulations, indicating a fairly good agreement and providing the same level of accuracy with the employed commercial system. As a result, the proposed and used methodology for physical investigations along this work seems to suggest the extrapolation of their results to develop less invasive forms of physical tests and promoting the development of marine systems.

Les robots à tubes concentriques deviennent de plus en plus populaires dans la communauté de la robotique médicale. Dans cette thèse, un état de l’art général des travaux existants et qui couvre les thématiques de recherche en robots à tubes concentriques (RTC) est présenté dans un premier temps. Les modélisations géométrique (directe et inverse) et cinématique des RTC sont détaillées car elles servent de base pour les contributions de cette thèse. La première contribution consiste en une étude de concept d’utilisation des RTCs pour la résection des tumeurs profondes situées au niveau du lobe frontal du cérveau. ‘Grid searching’a été utilisée comme méthode d’optimisation pour la conception des tubes des RTCs. Cette méthode permet d’éviter le problème crucial de présélection des coefficients de pondération, cette pondération étant nécessaire dans toutes les méthodes de scalarisation existantes dans la litérature. La méthode de ‘grid searching’ utilisée dans ce travail permet la sélection des paramères optimaux avec l’aide d’une illustration graphique de la distribution des résultats de calcul concernant les critères de séléction. La stabilité élastique due aux interactions destubes en flexion et en torsion est incluse dans les critères de séléction et est évaluée avec une nouvelle approche introduite dans ce travail. La deuxième contribution de cette thèse repose sur la synthèse d’une loi de commande qui permet de faire face aux incertitudes cinématiques dans le contrôle de mouvement des RTCs. L’étude réalisée a montré qu’un contrôle au niveau des couples moteurs avec un retour dans l’espace opérationnel et une matrice Jacobienne approchée, ce contrôle assure une robustesse en présence des incertitudes cinématiques au niveau de la matrice Jacobienne et permet d’obtenir des bonnes performances de contrôle en terme d’erreur de poursuite. / Concentric Tube Robots (CTR) are becoming more and more popular in medical robotics community. In this thesis, a general literature survey on existing works covering the research topics of CTR is first presented. The kinematics of CTR is more specifically detailed since it is the basics of the main contributions of this thesis. The first contribution is a concept study of exploiting CTR for resection of deep brain tumors located at the frontal lobe. Grid searching has been used as the optimization method for the CTR tubes design. This method allows to avoid the crucial problem of weights preselection which is required in all scalarizationmethods existing in literature. Instead, the grid searching method used in this work allows to choose the optimal parameters with the help of graphical illustration of calculation results distribution with respect to the selection criteria. The elastic stability dues to the bending and torsion interaction between tubes is considered and evaluated with a new approach introduced in this work. The second contribution then is to deal with the kinematic uncertainties in motion control of CTR. The proposed control method designed at the actuator level shows that the control design of actuator input with task-space feedback and approximate Jacobian matrix provides robustness in handling inaccuracy in kinematic model and maintains good control performance at the same time.

Os tubos de Geradores de Vapor em Reatores Nucleares do tipo PWR são submetidos a diferentes níveis de tensões e carregamento em altas temperaturas, reduzindo sua vida útil devido o surgimento de defeitos e corrosão. A inspeção por Correntes Parasitas é um ensaio não destrutivo usado para diagnosticar defeitos de corrosão e descontinuidades na superfície externa e interna em tubos de trocadores de calor. Esses tubos estão sujeitos a danos por diferentes mecanismos de degradação mecânica e química, tais como trincas por fadiga e corrosão sob tensão. Os sinais de inspeção por Correntes Parasitas são afetados por diferentes ruídos dificultando sua análise pelo inspetor. Esse trabalho apresenta os resultados da análise dos sinais de Correntes Parasitas usando a Transformada de Hilbert-Huang (THH) funcionando como filtro de ruídos (De-noising), como uma técnica alternativa de processamento e análise de sinais. A Transformada de Hilbert-Huang teve esse nome atribuído pela agência espacial norte-americana (NASA) para o resultado da reunião de dois processos, um método de decomposição empiricamente modal (Empirical Mode Decomposition EMD), seguido da análise espectral de Hilbert (Hilbert Spectral Analysis HSA). Os sinais de inspeção por correntes parasitas possuem características de transiente, não estacionário e não linear. A transformada de Hilbert-Huang aplicada neste trabalho forneceu dois recursos alternativos em processamento de sinais; o pré-processamento que funcionou como filtro de ruídos, e outro de análise de sinais, responsável pela identificação das características tempo-frequência-energia do sinal. / The nuclear power plant steam generator tubes are subjected to different levels of stress and loading at high temperatures, reducing its lifetime due to the development of defects and corrosion. The Eddy Current Testing (ECT) is a nondestructive testing used to diagnose defects of corrosion and discontinuities in the inner and outer surface of heat exchanger tubes. These tubes are subject to failure by different mechanisms of chemical and mechanical degradation such as fatigue and stress corrosion crack. The ECT signals are affected by different noises making the analysis a difficult task to the inspector. This dissertation presents the results of the main characteristics from the ECT signals using the Hilbert-Huang Transform (HHT) as an alternative method for the processing and signal analysis. The Hilbert-Huang Transform has its name given by the American National Aeronautics and Space Administration, NASA, as the result of Empirical Mode Decomposition (EMD) and the Hilbert Spectral Analysis (HSA) methods. The Eddy Current signals are transient, nonstationary and nonlinear. The Hilbert-Huang Transform applied in this work provided two alternative proceedings in signal processing, one in signal pre-processing acting as noise filter (De-noising) and another as signal analysis, which identifies the characteristics of signal time-frequency-energy.

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental sobre a ocorrência do atraso de vaporização no escoamento de misturas de fluidos refrigerantes em tubos capilares adiabáticos, com o intuito de aprimorar modelos de simulação do desempenho desse componente do ciclo de refrigeração previamente desenvolvidos. Foi realizada uma série de levantamentos experimentais para o R410A, uma mistura quase azeotrópica composta de 50% de HFC 32 e 50% de HFC 125 em base mássica, utilizando a unidade laboratorial para estudo de tubos capilares do Laboratório de Máquinas Térmicas do PMEEPUSP. Os sensores de temperatura foram posicionados adequadamente ao longo do tubo capilar, com maior concentração na região onde o atraso de vaporização tende a ocorrer, de forma a permitir uma determinação acurada do ponto onde se inicia a mudança de fase para diversas condições operacionais e geométricas. Primeiramente foram realizados estudos para caracterização de alguns parâmetros geométricos, como a medição dos diâmetros dos tubos capilares e a determinação das curvas de fator de atrito em função do n° de Reynolds para cada tubo capilar. A seguir foram realizados 27 ensaios, nos quais se obteve um total de 44 pontos experimentais, caracterizando o efeito de vários parâmetros geométricos e operacionais na diferença de pressão de saturação e no comprimento do trecho metaestável. Os dados obtidos foram correlacionados com os parâmetros experimentais no intuito de obter uma correlação para previsão da diferença de pressão de saturação no escoamento do R 410A em tubos capilares adiabáticos. A correlação obtida prevê 67% dos valores experimentais dentro da faixa de ± 26,4%, com um erro médio de 3,2%, resultado semelhante a outros trabalhos existentes na literatura. / This work presents the results of an experimental study on the occurrence of the delay of vaporization in the flow of refrigerant blends in adiabatic capillary tubes in order to improve previously developed models that simulate this component of refrigeration cycle. Experiments were carried out for R410A, a near azeotropic mixture composed of 50% of HFC 32 and 50% of HFC 125 on mass basis, using the capillary tubes laboratorial unit of the Mechanical Engineering Department of University of São Paulo. The temperature sensors was properly positioned along the capillary tubes, concentrated in the region where the delay of vaporization is expected to happen, to allow an accurate determination of the flashing point inception for a several operational conditions and geometries. Preliminary studies for characterization of some geometric parameters like capillary tubes diameters and determination of friction factor curves as function of the Reynolds number were performed. A total of 44 experimental points, collected from 27 runs, allowed the characterization of the effect of geometric and operational parameters on the underpressure of vaporization and metastable length. A correlation was developed for predicting the underpressure of vaporization as function of operational parameters and capillary tube geometry. The obtained correlation predicts 67% of experimental data within a ± 26,4% range, with an average error of 3,2%. This result is similar to other works in the literature.

Este trabalho versa sobre desenvolver a habilidade de “reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos” (BRASIL, 2009, p.8) de uma forma menos tradicional. O objetivo foi abordar o conteúdo de acústica utilizando instrumentos musicais (violão, guitarra, flauta, xilofone, lira...). A partir de ondas estacionárias em tubos sonoros e cordas vibrantes, foram elucidados os conceitos de altura, intensidade e timbre, relacionando com os conceitos básicos de ondas – frequência, comprimento de onda, amplitude, velocidade de propagação das ondas em cordas de diferentes densidades lineares, entre outros. Também foram trabalhadas notas musicais e conceitos bem básicos de formação de acordes. A proposta foi aplicada com os dois nonos anos de um colégio particular bastante tradicional de Novo Hamburgo: o Colégio Marista Pio XII. Nesta fase final do Ensino Fundamental, o colégio disponibiliza aos seus alunos cinco períodos de Ciências da Natureza, distribuídos em: um de Biologia, dois de Física e dois de Química. A ideia é que fossem trabalhadas Competências e Habilidades comuns aos componentes curriculares, por meio de sequências didáticas. O trabalho foi aplicado em um total de seis encontros, cada um com duração de 50 min. Alguns desses períodos foram dedicados a aulas puramente expositivas, outros deles com aulas expositivas dialogadas, com a utilização de uma espiral de caderno, uma guitarra, um cavaquinho, instrumentos de sopro e do computador, onde interpretamos as frequências fundamentais emitidas pela vibração das cordas e do ar em tubos sonoros com o software Spectrogram1. Como referencial teórico, utilizamos a teoria sócio-interacionista de Vygotsky e alguns conceitos de alfabetização científica. A discussão e o manuseio de instrumentos musicais em pequenos grupos fizeram com que os alunos interagissem entre si e com o professor, favorecendo a construção do conhecimento e a interação de signos. A partir dessas interações aluno - instrumentos musicais, professor - aluno e aluno – aluno, o objetivo era abrir espaço para questionamentos, discussões e reflexões, de maneira que o conhecimento fosse sintetizado por todos. Como referência para o planejamento de ensino, construção do significado das aulas e análise das interações, utilizamos uma ferramenta analítica de Mortimer e Scott (2002). / This work is about developing the ability to "recognize characteristics or properties of wave or oscillatory phenomena, relating them to their uses in different contexts "(BRASIL, 2009, p.8), in a less traditional way. The objective was to approach the content of acoustics using musical instruments (guitar, electric guitar, flute, xylophone, lyre ...). From stationary waves in sound tubes and vibrating strings, concepts of height, intensity and timbre, were elucidated, relating them to the basic concepts of waves - frequency, wavelength, amplitude, velocity of wave propagation in strings of different linear densities, among others. Musical notes and basic concepts of chord formation were also seen. The proposal was applied with two groups of nineth graders from a very traditional private school in Novo Hamburgo: Marista Pio XII school. In this final phase of elementary school, the school offers its students five classes of Science a week, distributed in one of Biology, two of Physics and two of Chemestry. The idea was work with common skills to these curricular components, through didactic sequences. The work was applied out in a total of six classes, each lasting 50 min. Some of these were devoted to purely expository presentation, others with dialogic lectures, with the use of the spiral of a notebook, a guitar, another small kind of guitar, wind instruments and a computer where we interpret the fundamental frequencies emitted by the vibration of the strings and air in sound tubes with the Spectrogram software2. As a theoretical reference, we use Vygotsky's socio-interactionist theory and some concepts of scientific literacy. The discussion and manipulation of musical instruments in small groups led the students to interact with each other and with the teacher, favoring the construction of knowledge and interaction. From these student - musical instruments, teacher - student and student – student interactions, the objective is to open space for questions, discussions and reflections, so that knowledge was synthesized by all. As a reference for teaching planning, construction of meaning and interaction analysis, l we used an analytical tool by Mortimer and Scott (2002).

Thesis. 1977. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Mechanical Engineering. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Vita. / Bibliography: p. 200-205. / by Roger D. Kamm. / Ph.D.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1981. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING / Includes bibliographical references. / by Scott Roger Shepard. / M.S.

Thesis. 1975. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Mechanical Engineering. / Vita. / Bibliography: leaves 76-78. / Ph.D.

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1980. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Michael E. McClurken. / Ph.D.