Variability in supply and cross-shelf transport of pink shrimp (Farfantepenaeus duorarum) postlarvae into western Florida Bay

The variability in the supply of pink shrimp (Farfantepenaeus duorarum) postlarvae and the transport mechanisms of planktonic stages were investigated with field data and simulations of transport. Postlarvae entering the nursery grounds of Florida Bay were collected for three consecutive years at channels that connect the Bay with the Gulf of Mexico, and in channels of the Middle Florida Keys that connect the southeastern margin of the Bay with the Atlantic Ocean. The influx of postlarvae in the Middle Florida Keys was low in magnitude and varied seasonally and among years. In contrast, the greater postlarval influx occurred at the northwestern border of the Bay, where there was a strong seasonal pattern with peaks in influx from July through September each year. Planktonic stages need to travel up to 150 km eastward between spawning grounds (northeast of Dry Tortugas) and nursery grounds (western Florida Bay) in about 30 days, the estimated time of planktonic development for this species. A Lagrangian trajectory model was developed to estimate the drift of planktonic stages across the SW Florida shelf. The model simulated the maximal distance traveled by planktonic stages under various assumptions of behavior. Simulation results indicated that larvae traveling with the instantaneous current and exhibiting a diel behavior travel up to 65 km and 75% of the larvae travel only 30 km. However, the eastward distance traveled increased substantially when a larval response to tides was added to the behavioral variable (distance increased to 200 km and 85% of larvae traveled 150 km). The question is, when during larval development, and where on the shallow SW Florida shelf, does the tidal response become incorporated into the behavior of pink shrimp.

Double layers in gravity theories

Gravitational double layers, unlike their classical electromagnetic counterparts, are thought to be forbidden in gravity theories. It has been recently shown, however, that they are feasible in, for instance, gravity theories with a Lagrangian quadratic in the curvature. This is surprising with many potential consequences and the possibility of new physical behaviours. While a clear interpretation seems elusive, several lines of research are open. I present the field equations for double layers, the new physical quantities arising, and several explicit examples

Avaliação de ligações entre vigas de perfil I ou H e colunas em perfis tubulares circulares.

Considerando uma nova realidade com o incremento do uso de perfis tubulares, este trabalho apresenta uma análise de ligações soldadas tipo T com perfis tubulares circulares (CHS) para a coluna e perfil I ou H para a viga com flexão no plano, efetuado com base nas normas EC3, CIDECT e a NBR 16239 comparando com o critério de deformação limite, proposto por Lu et al., através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys versão 12.0. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado. Com base nos resultados numéricos avaliados foram traçadas curvas momento-rotação para cada modelo com o objetivo de obter o momento resistente de cada ligação bem como a classificação da ligação quanto a capacidade de rotação, a influência dos parâmetros geométricos em cada modelo e o modo de falha que controlará o dimensionamento da ligação.

Avaliação de ligações entre perfis tubulares em aço submetidas a esforços de flexão.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis na construção civil era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. Considerando uma nova realidade para o uso de perfis tubulares, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo T com perfis tubulares quadrados (SHS) para o banzo e para o montante efetuada com base na norma europeia, Eurocode 3, no CIDECT, na NBR 16239:2013 e ISO 14346 através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Verificou-se a influência do momento atuante no montante no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises através da lei constitutiva tensão versus deformação trilinear de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A nãolinearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado. Os resultados numéricos são avaliados para a ligação em estudo quanto aos modos de falha e a distribuição de tensões. A análise dos momentos resistentes obtidos em comparação com os resultados do modelo numérico, apresentou valores excessivamente a favor da segurança no cálculo utilizando as equações de dimensionamento. Um estudo para fatores de correção das equações de dimensionamento é proposto.

Jato transversal de gotas: simulações por ALE/FEM e efeitos interfaciais.

Um código computacional para escoamentos bifásicos incorporando metodologia híbrida entre oMétodo dos Elementos Finitos e a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária do movimento é usado para simular a dinâmica de um jato transversal de gotas na zona primária de quebra. Os corpos dispersos são descritos por meio de um método do tipo front-tracking que produz interfaces de espessura zero através de malhas formadas pela união de elementos adjacentes em ambas as fases e de técnicas de refinamento adaptativo. Condições de contorno periódicas são implementadas de modo variacionalmente consistente para todos os campos envolvidos nas simulações apresentadas e uma versão modificada do campo de pressão é adicionada à formulação do tipo um-fluido usada na equação da quantidade de movimento linear. Simulações numéricas diretas em três dimensões são executadas para diferentes configurações de líquidos imiscí veis compatíveis com resultados experimentais encontrados na literatura. Análises da hidrodinâmica do jato transversal de gotas nessas configurações considerando trajetórias, variação de formato de gota, espectro de pequenas perturbações, além de aspectos complementares relativos à qualidade de malha são apresentados e discutidos.

Uma Metodologia de Estudo de Simulação Tridimensional de Escoamento Turbulento Estratificado no Reservatório de Plantas Hidrelétricas.

Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada.

Elementos finitos em fluidos dominados pelo fenômeno de advecção: um método semi-Lagrangeano.

Os escoamentos altamente convectivos representam um desafio na simulação pelo método de elementos finitos. Com a solução de elementos finitos de Galerkin para escoamentos incompressíveis, a matriz associada ao termo convectivo é não simétrica, e portanto, a propiedade de aproximação ótima é perdida. Na prática as soluções apresentam oscilações espúrias. Muitos métodos foram desenvolvidos com o fim de resolver esse problema. Neste trabalho apresentamos um método semi- Lagrangeano, o qual é implicitamente um método do tipo upwind, que portanto resolve o problema anterior, e comparamos o desempenho do método na solução das equações de convecção-difusão e Navier-Stokes incompressível com o Streamline Upwind Petrov Galerkin (SUPG), um método estabilizador de reconhecido desempenho. No SUPG, as funções de forma e de teste são tomadas em espaços diferentes, criando um efeito tal que as oscilações espúrias são drasticamente atenuadas. O método semi-Lagrangeano é um método de fator de integração, no qual o fator é um operador de convecção que se desloca para um sistema de coordenadas móveis no fluido, mas restabelece o sistema de coordenadas Lagrangeanas depois de cada passo de tempo. Isto prevê estabilidade e a possibilidade de utilizar passos de tempo maiores.Existem muitos trabalhos na literatura analisando métodos estabilizadores, mas não assim com o método semi-Lagrangeano, o que representa a contribuição principal deste trabalho: reconhecer as virtudes e as fraquezas do método semi-Lagrangeano em escoamentos dominados pelo fenômeno de convecção.

Comportamento estrutural de vigas casteladas em aço inoxidável.

As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança.

Avaliação de ligações tubulares tipo T entre CHS com reforço tipo chapa.

Os perfis tubulares sem costura são utilizados em diversos países, principalmente devido às vantagens associadas à estética a sua elevada resistência à torção, cargas axiais e efeitos combinados. Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda utilizam de forma veemente estas estruturas e possuem produção contínua e industrializada com alto nível de desenvolvimento tecnológico. O Brasil, porém, se limitava praticamente ao uso destes perfis nas coberturas espaciais. Devido ao aumento da utilização desses tipos de estruturas, fez-se necessário o aprofundamento dos estudos com métodos de análise coerentes para utilização de perfis tubulares, principalmente em relação às ligações, pois são consideradas regiões vulneráveis neste tipo de estrutura. Para atender a necessidade de normatização deste procedimento desenvolveu-se uma norma brasileira específica para o dimensionamento de estruturas em perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo T com reforço tipo chapa com perfis tubulares circulares (CHS) para o banzo e para o montante efetuada com base na norma europeia, Eurocode 3, no CIDECT, na NBR 16239:2013 e ISO 14346. Desenvolveu-se no programa Ansys um modelo de elementos finitos para cada tipo de ligação analisada, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. Verificou-se a influência da compressão atuante no montante no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta ligação. A nãolinearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises através da lei constitutiva tensão versus deformação bilinear de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizada. A análise dos esforços resistentes obtidos em comparação com os resultados do modelo numérico, apresentaram valores a favor da segurança no cálculo utilizando as equações de dimensionamento. Por fim um estudo para fatores de correção das equações de dimensionamento foi também proposto.

Watermasses, currents and tides at the Sofala Bank, November 1987

The southern part of the Sofala Bank (in Mozambique) was investigated. A net of closely spaced hydrographic stations were obtained and a current meter mooring consisting of two current meters and a bottom pressure recorder was deployed. High salinity shelf water was observed near shore with a maximum salinity above 36.6 ppt. Both average and tidal currents are discussed. The mean currents are steered by the continental slop and seem to be influenced by the wind. The tides have strong semidiurnal components, with a major axis of 53 cm/s perpendicular to the coast at 60m depth. The possibility that the tides may transport passive drifters with a diurnal vertical migration pattern up to a few kilometers a day is considered.

Simulation of solitary wave impact on coastal structures using weakly compressible and incompressible SPH methods

In this paper, we engage a Lagrangian, particle-based CFD method, named Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) to study the solitary wave motion and its impact on coastal structures. Two-dimensional weakly compressible and incompressible SPH models were applied to simulate wave impacting on seawall and schematic coastal house. The results confirmed the accuracy of both models for predicting the wave surface profiles. The incompressible SPH model performed better in predicting the pressure field and impact loadings on coastal structures than the weakly compressible SPH model. The results are in qualitatively agreement with experimental results. Copyright © 2011 by the International Society of Offshore and Polar Engineers (ISOPE).

Optimal control with stochastic PDE constraints and uncertain controls

The optimal control of problems that are constrained by partial differential equations with uncertainties and with uncertain controls is addressed. The Lagrangian that defines the problem is postulated in terms of stochastic functions, with the control function possibly decomposed into an unknown deterministic component and a known zero-mean stochastic component. The extra freedom provided by the stochastic dimension in defining cost functionals is explored, demonstrating the scope for controlling statistical aspects of the system response. One-shot stochastic finite element methods are used to find approximate solutions to control problems. It is shown that applying the stochastic collocation finite element method to the formulated problem leads to a coupling between stochastic collocation points when a deterministic optimal control is considered or when moments are included in the cost functional, thereby forgoing the primary advantage of the collocation method over the stochastic Galerkin method for the considered problem. The application of the presented methods is demonstrated through a number of numerical examples. The presented framework is sufficiently general to also consider a class of inverse problems, and numerical examples of this type are also presented. © 2011 Elsevier B.V.

Statistics and dynamics of turbulence-flame alignment in premixed combustion

The geometric alignment of turbulent strain-rate structures with premixed flames greatly influences the results of the turbulence-flame interaction. Here, the statistics and dynamics of this alignment are experimentally investigated in turbulent premixed Bunsen flames using high-repetition-rate stereoscopic particle image velocimetry. In all cases, the statistics showed that the most extensive principal strain-rate associated with the turbulence preferentially aligned such that it was more perpendicular than parallel to the flame surface normal direction. The mean turbulence-flame alignment differed between the flames, with the stronger flames (higher laminar flame speed) exhibiting stronger preferential alignment. Furthermore, the preferential alignment was greatest on the reactant side of the mean flame brush. To understand these differences, individual structures of fluid-dynamic strain-rate were tracked through time in a Lagrangian manner (i.e., by following the fluid elements). It was found that the flame surface affected the orientation of the turbulence structures, with the majority of structures rotating as they approached the flame such that their most extensive principal strain-rate was perpendicular to the flame normal. The maximum change in turbulent structure orientation was found to decrease with the strength of the structure, increase with the strength of the flame, and exhibit similar trends when the structure strength and flame strength were represented by a Karlovitz number. The mean change in orientation decreased from the unburnt to burnt side of the flame brush and appears to be influenced by the overall flame shape. © 2011 The Combustion Institute.

Characteristics of blood flow in microchannels and relevant impact on modelling blood behaviour in biochip separators

This paper reports a perspective investigation of computational modelling of blood fluid in microchannel devices as a preparation for future research on fluid-structure interaction (FSI) in biofluid mechanics. The investigation is carried out through two aspects, respectively on physical behaviours of blood flow in microchannels and appropriate methodology for modelling. The physics of blood flow is targeted to the challenges for describing blood flow in microchannels, including rheology of blood fluid, suspension features of red blood cells (RBCs), laminar hydrodynamic influence and effect of surface roughness. The analysis shows that due to the hyperelastic property of RBC and its comparable dimension with microchannels, blood fluid shows complex behaviours of two phase flow. The trajectory and migration of RBCs require accurate description of RBC deformation and interaction with plasma. Following on a discussion of modelling approaches, i.e. Eulerian method and Lagrangian method, the main stream modelling methods for multiphase flow are reviewed and their suitability to blood flow is analysed. It is concluded that the key issue for blood flow modelling is how to describe the suspended blood cells, modelled by Lagrangian method, and couple them with the based flow, modelled by Eulerian method. The multiphase flow methods are thereby classified based on the number of points required for describing a particle, as follows: (i) single-point particle methods, (ii) mutli-point particle methods, (iii) functional particle methods, and (iv) fluid particle methods. While single-point particle methods concentrate on particle dynamic movement, multipoint and functional particle methods can take into account particle mechanics and thus offer more detailed information for individual particles. Fluid particle methods provide good compromise between two phases, but require additional information for particle mechanics. For furthermore detailed description, we suggest to investigate the possibility using two domain coupling method, in which particles and base flow are modelled by two separated solvers. It is expected that this paper could clarify relevant issues in numerical modelling of blood flow in microchannels and induce some considerations for modelling blood flow using multiphase flow methods. © 2012 IEEE.

The interaction of elasticity and rocking in flexible structures allowed to uplift

Numerous structures uplift under the influence of strong ground motion. Although many researchers have investigated the effects of base uplift on very stiff (ideally rigid) structures, the rocking response of flexible structures has received less attention. Related practical analysis methods treat these structures with simplified 'equivalent' oscillators without directly addressing the interaction between elasticity and rocking. This paper addresses the fundamental dynamics of flexible rocking structures. The nonlinear equations of motion, derived using a Lagrangian formulation for large rotations, are presented for an idealized structural model. Particular attention is devoted to the transition between successive phases; a physically consistent classical impact framework is utilized alongside an energy approach. The fundamental dynamic properties of the flexible rocking system are compared with those of similar linear elastic oscillators and rigid rocking structures, revealing the distinct characteristics of flexible rocking structures. In particular, parametric analysis is performed to quantify the effect of elasticity on uplift, overturning instability, and harmonic response, from which an uplifted resonance emerges. The contribution of stability and strength to the collapse of flexible rocking structures is discussed. © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.