The damped and coherently-driven Jaynes-Cummings model

We investigate the influence of a single-mode cavity on the Autler-Townes doublet that arises when a three-level atom is strongly driven by a laser field tuned to one of the atomic transitions and probed by a tunable, weak field coupled to the other transition. We assume that the cavity mode is coupled to the driven transition and the cavity and laser frequencies are equal to the atomic transition frequency. We find that the Autler-Townes spectrum can have one, two or three peaks depending on the relative magnitudes of the Rabi frequencies of the cavity and driving fields. We show that, in order to understand the three-peaked spectrum, it is necessary to go beyond the secular approximation, leading to interesting quantum interference effects. We find that the positions and relative intensities of the three spectral components are affected strongly by the atom-cavity coupling strength g and the cavity damping K. For an increasing g and/or decreasing K the triplet evolves into a single peak. This results in 'undressing' of the system such that the atom collapses into its ground state. We interpret the spectral features in terms of the semiclassical dressed-atom model, and also provide complementary views of the cavity effects in terms of quantum Langevin equations and the fully quantized, 'double -dressing' model.

Temperature dependence of polaronic transport through single molecules and quantum dots

Motivated by recent experiments on electric transport through single molecules and quantum dots, we investigate a model for transport that allows for significant coupling between the electrons and a boson mode isolated on the molecule or dot. We focus our attention on the temperature-dependent properties of the transport. In the Holstein picture for polaronic transport in molecular crystals the temperature dependence of the conductivity exhibits a crossover from coherent (band) to incoherent (hopping) transport. Here, the temperature dependence of the differential conductance on resonance does not show such a crossover, but is mostly determined by the lifetime of the resonant level on the molecule or dot.

Absorption and dispersion by a multiple driven two-level atom

We investigate the absorption and dispersion properties of a two-level atom driven by a polychromatic field. The driving field is composed of a strong resonant (carrier) frequency component and a large number of symmetrically detuned sideband fields (modulators). A rapid increase in the absorption at the central frequency and the collapse of the response of the system from multiple frequencies to a single frequency are predicted to occur when the Rabi frequency of the modulating fields is equal to the Rabi frequency of the carrier field. These are manifestations of the undressing or a disentanglement of the atomic and driving field states, that leads to a collapse of the atom to its ground state. Our calculation permits consideration of the question of the undressing of the driven atom by a multiple-modulated field and the predicted spectra offer a method of observing undressing. Moreover, we find that the absorption and dispersion spectra split into multiplets whose structures depend on the Rabi frequency of the modulating fields. The spectral features can jump between different resonance frequencies by changing the Rabi frequency of the modulating fields or their initial phases, which can have potential applications as a quantum frequency filter.

Discrete element modelling of power draw of tumbling mills

The power required to operate large mills is typically 5-10 MW. Hence, optimisation of power consumption will have a significant impact on overall economic performance and environmental impact. Power draw modelling results using the discrete element code PFC3D have been compared with results derived from the widely used empirical Model of Morrell. This is achieved by calculating the power draw for a range of operating conditions for constant mill size and fill factor using two modelling approaches. fThe discrete element modelling results show that, apart from density, selection of the appropriate material damping ratio is critical for the accuracy of modelling of the mill power draw. The relative insensitivity of the power draw to the material stiffness allows selection of moderate stiffness values, which result in acceptable computation time. The results obtained confirm that modelling of the power draw for a vertical slice of the mill, of thickness 20% of the mill length, is a reliable substitute for modelling the full mill. The power draw predictions from PFC3D show good agreement with those obtained using the empirical model. Due to its inherent flexibility, power draw modelling using PFC3D appears to be a viable and attractive alternative to empirical models where necessary code and computer power are available.

Solid-state Marx based two-switch voltage modulator for the On-Line Isotope Mass Separator accelerator at the European Organization for Nuclear Research

A new circuit topology is proposed to replace the actual pulse transformer and thyratron based resonant modulator that supplies the 60 kV target potential for the ion acceleration of the On-Line Isotope Mass Separator accelerator, the stability of which is critical for the mass resolution downstream separator, at the European Organization for Nuclear Research. The improved modulator uses two solid-state switches working together, each one based on the Marx generator concept, operating as series and parallel switches, reducing the stress on the series stacked semiconductors, and also as auxiliary pulse generator in order to fulfill the target requirements. Preliminary results of a 10 kV prototype, using 1200 V insulated gate bipolar transistors and capacitors in the solid-state Marx circuits, ten stages each, with an electrical equivalent circuit of the target, are presented, demonstrating both the improved voltage stability and pulse flexibility potential wanted for this new modulator.

Projecto de execução de fundações e estruturas de uma ponte em betão armado pré-esforçado

Este Trabalho refere-se ao Projecto de Execução de Fundações e Estruturas de uma Ponte Rodoviária em betão armado pré-esforçado, realizado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Civil – Especialização em Estruturas, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O Projecto de Execução é composto de Peças Escritas e Peças Desenhadas. Nas Peças Escritas estão incluídos: Memória Justificativa e Descritiva; Cálculos Justificativos e Anexos. A ponte é composta por dois tabuleiros paralelos com 10,28m de largura cada um e afastados entre si de 0,10m. A obra é constituída de 8 tramos; os tramos correntes com 31m de comprimento e os tramos extremos com 25 e 20m de comprimento, perfazendo um comprimento total de 231m. A obra foi parcialmente isolada dos sismos pela introdução, em todos os pilares, de aparelhos de apoio de elevado amortecimento sísmico do tipo HDRB (High Damping Rubber Bearings). Encontram-se particularmente discriminadas e detalhadas neste projecto as seguintes situações: - Cálculo do Pré-esforço e respectivas perdas; - Acção das sobrecargas rodoviárias; - Diferença de comportamento da obra na entrada em serviço e no longo prazo; - Análise sísmica e do isolamento sísmico; - Estudo dos efeitos diferidos: retracção e fluência. Tendo as abordagens de cálculo e as verificações de segurança seguido a regulamentação nacional em vigor, nomeadamente RSA e REBAP, foi no entanto feita uma aproximação às regras do “Capacity Design” previstas no EC8, em que se privilegia a actuação do projectista sobre o comportamento da estrutura, procurando uma resposta não linear da mesma, visando garantir que: - A rotura não ocorrerá nos elementos de fundação; - Nos pilares a dissipação de energia se faz através de rótulas plásticas, evitando-se roturas associadas a esforços transversos. A aplicação destas regras neste Projecto demonstrou haver um agravamento substancial na definição dos esforços a que devem resistir alguns dos componentes da estrutura, designadamente os pilares e as fundações, originando soluções de secções de betão e armaduras bem mais exigentes do que aqueles que resultariam da simples verificação de segurança, pela comparação entre esforços actuante e esforços resistentes “secção a secção”, imposta pela actual regulamentação nacional.

Utilização dos eurocódigos na construção metálica

Os Eurocódigos estruturais são um conjunto de normas técnicas que têm como objectivo abranger o projecto e verificação de qualquer tipo de construção para os países membros da União Europeia. O objectivo deste trabalho é sistematizar todos os procedimentos que estão presentes nos Eurocódigos e que são aplicáveis, de uma forma geral, à construção metálica. Foi feito o desenvolvimento de uma solução estrutural para o caso concreto de uma estrutura metálica de uma ponte rolante com o objectivo de se fazer o levantamento dos normativos estabelecidos para o projecto de estruturas metálicas. Este trabalho foi desenvolvido considerando fundamentalmente três Eurocódigos. O Eurocódigo 0 que estabelece o princípio e bases para o projecto de estruturas, o Eurocódigo 1 que define as acções em estruturas e o Eurocódigo 3 que estabelece as regras gerais, de verificação ao fogo, de projecto de ligações e de verificação à fadiga. O trabalho desenvolvido consistiu em projectar a estrutura metálica da ponte rolante considerada e para tal foram feitos os seguintes passos. - Determinação das acções na estrutura e das situações de projecto; - Projecto da estrutura considerando a verificação de cedência ou deformação excessiva dos seus elementos; - Projecto da estrutura considerando a perda de equilíbrio estático da estrutura; - Projecto da estrutura considerando a verificação da sua resistência ao fogo; - Projecto das ligações aparafusadas; - Verificação da resistência à fadiga.

Projecto e implementação de um sistema de alimentação para um transformador de alta tensão

Neste trabalho pretende-se estudar, dimensionar e implementar experimentalmente de um sistema de alimentação para transformadores de alta tensão a alta frequência. Este sistema será constituído por dois elementos principais, um rectificador monofásico em ponte totalmente controlado e por um inversor de tensão. Inicialmente realizou-se um estudo sobre as diferentes topologias possíveis para o rectificador considerando diferentes tipos de carga. Realizou-se, também, um estudo sobre o circuito de geração dos impulsos de disparo dos tiristores, executado com base num circuito integrado TCA 785, dimensionou-se os elementos constituintes do circuito de disparo, e de um sistema de controlo da tensão de saída do rectificador. Posteriormente estudou-se o funcionamento do inversor de tensão, definindo-se os modos de operação e dimensionou-se um circuito ressonante tendo em conta os parâmetros construtivos do transformador que se pretende utilizar. Finalmente procedeu-se à implementação prática dos sistemas previamente dimensionados e simulados e à apresentação dos respectivos resultados.

Surprises of the transformer as a coupled oscillator system

We study a system of two RLC oscillators coupled through a variable mutual inductance. The system is interesting because it exhibits some peculiar features of coupled oscillators: (i) there are two natural frequencies; (ii) in general, the resonant frequencies do not coincide with the natural frequencies; (iii) the resonant frequencies of both oscillators differ; (iv) for certain choices of parameters, there is only one resonant frequency, instead of the two expected.

A model updating technique based on FRFs for damped structures

Model updating methods often neglect that in fact all physical structures are damped. Such simplification relies on the structural modelling approach, although it compromises the accuracy of the predictions of the structural dynamic behaviour. In the present work, the authors address the problem of finite element (FE) model updating based on measured frequency response functions (FRFs), considering damping. The proposed procedure is based upon the complex experimental data, which contains information related to the damped FE model parameters and presents the advantage of requiring no prior knowledge about the damping matrix structure or its content, only demanding the definition of the damping type. Numerical simulations are performed in order to establish the applicability of the proposed damped FE model updating technique and its results are discussed in terms of the correlation between the simulated experimental complex FRFs and the ones obtained from the updated FE model.

Modelling a Rotating Shaft as an Elastically Restrained Bernoulli-Euler Beam

Industrial rotating machines may be exposed to severe dynamic excitations due to resonant working regimes. Dealing with the bending vibration, problem of a machine rotor, the shaft - and attached discs - can be simply modelled using the Bernoulli-Euler beam theory, as a continuous beam subjected to a specific set of boundary conditions. In this study, the authors recall Rayleigh's method to propose an iterative strategy, which allows for the determination of natural frequencies and mode shapes of continuous beams taking into account the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, including different stiffness coefficients at the right and the left end sides. The algorithm starts with the exact solutions from Bernoulli-Euler's beam theory, which are then updated through Rayleigh's quotient parameters. Several loading cases are examined in comparison with the experimental data and examples are presented to illustrate the validity of the model and the accuracy of the obtained values.

Transformador para fonte de alta-tensão contínua

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Avaliação experimental do comportamento dinâmico de um edifício do século XIX: aplicação à calibração de modelos numéricos

Trabalho de Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Estudo numérico e experimental sobre o comportamento dinâmico de um edifício

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Conceção e construção de um simulador de controlo de vibrações

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica