Simulação de perfis nucleares de poço em formações complexas

A identificação e descrição dos caracteres litológicos de uma formação são indispensáveis à avaliação de formações complexas. Com este objetivo, tem sido sistematicamente usada a combinação de ferramentas nucleares em poços não-revestidos. Os perfis resultantes podem ser considerados como a interação entre duas fases distintas: • Fase de transporte da radiação desde a fonte até um ou mais detectores, através da formação. • Fase de detecção, que consiste na coleção da radiação, sua transformação em pulsos de corrente e, finalmente, na distribuição espectral destes pulsos. Visto que a presença do detector não afeta fortemente o resultado do transporte da radiação, cada fase pode ser simulada independentemente uma da outra, o que permite introduzir um novo tipo de modelamento que desacopla as duas fases. Neste trabalho, a resposta final é simulada combinando soluções numéricas do transporte com uma biblioteca de funções resposta do detector, para diferentes energias incidentes e para cada arranjo específico de fontes e detectores. O transporte da radiação é calculado através do algoritmo de elementos finitos (FEM), na forma de fluxo escalar 2½-D, proveniente da solução numérica da aproximação de difusão para multigrupos da equação de transporte de Boltzmann, no espaço de fase, dita aproximação P₁, onde a variável direção é expandida em termos dos polinômios ortogonais de Legendre. Isto determina a redução da dimensionalidade do problema, tornando-o mais compatível com o algoritmo FEM, onde o fluxo dependa exclusivamente da variável espacial e das propriedades físicas da formação. A função resposta do detector NaI(Tl) é obtida independentemente pelo método Monte Carlo (MC) em que a reconstrução da vida de uma partícula dentro do cristal cintilador é feita simulando, interação por interação, a posição, direção e energia das diferentes partículas, com a ajuda de números aleatórios aos quais estão associados leis de probabilidades adequadas. Os possíveis tipos de interação (Rayleigh, Efeito fotoelétrico, Compton e Produção de pares) são determinados similarmente. Completa-se a simulação quando as funções resposta do detector são convolvidas com o fluxo escalar, produzindo como resposta final, o espectro de altura de pulso do sistema modelado. Neste espectro serão selecionados conjuntos de canais denominados janelas de detecção. As taxas de contagens em cada janela apresentam dependências diferenciadas sobre a densidade eletrônica e a fitologia. Isto permite utilizar a combinação dessas janelas na determinação da densidade e do fator de absorção fotoelétrico das formações. De acordo com a metodologia desenvolvida, os perfis, tanto em modelos de camadas espessas quanto finas, puderam ser simulados. O desempenho do método foi testado em formações complexas, principalmente naquelas em que a presença de minerais de argila, feldspato e mica, produziram efeitos consideráveis capazes de perturbar a resposta final das ferramentas. Os resultados mostraram que as formações com densidade entre 1.8 e 4.0 g/cm³ e fatores de absorção fotoelétrico no intervalo de 1.5 a 5 barns/e^-, tiveram seus caracteres físicos e litológicos perfeitamente identificados. As concentrações de Potássio, Urânio e Tório, puderam ser obtidas com a introdução de um novo sistema de calibração, capaz de corrigir os efeitos devidos à influência de altas variâncias e de correlações negativas, observadas principalmente no cálculo das concentrações em massa de Urânio e Potássio. Na simulação da resposta da sonda CNL, utilizando o algoritmo de regressão polinomial de Tittle, foi verificado que, devido à resolução vertical limitada por ela apresentada, as camadas com espessuras inferiores ao espaçamento fonte - detector mais distante tiveram os valores de porosidade aparente medidos erroneamente. Isto deve-se ao fato do algoritmo de Tittle aplicar-se exclusivamente a camadas espessas. Em virtude desse erro, foi desenvolvido um método que leva em conta um fator de contribuição determinado pela área relativa de cada camada dentro da zona de máxima informação. Assim, a porosidade de cada ponto em subsuperfície pôde ser determinada convolvendo estes fatores com os índices de porosidade locais, porém supondo cada camada suficientemente espessa a fim de adequar-se ao algoritmo de Tittle. Por fim, as limitações adicionais impostas pela presença de minerais perturbadores, foram resolvidas supondo a formação como que composta por um mineral base totalmente saturada com água, sendo os componentes restantes considerados perturbações sobre este caso base. Estes resultados permitem calcular perfis sintéticos de poço, que poderão ser utilizados em esquemas de inversão com o objetivo de obter uma avaliação quantitativa mais detalhada de formações complexas.

Aplicação dos métodos eletromagnéticos VLF e HLEM na prospecção hidrogeológica no município de São Domingos do Araguaia-PA

Inserido no convênio de cooperação firmado entre a Fundação Nacional de Saúde e a Universidade Federal do Pará, através do Departamento de Geofísica e do Curso de Pós-Graduação em Geofísica, este trabalho tem como objetivo o mapeamento geológico com a aplicação dos métodos eletromagnéticos VLF e HLEM, visando o estudo hidrogeológico do Município de São Domingos do Araguaia no Sudeste do Estado do Pará. Também, estudamos o desempenho quantitativo do método VLF, no que diz respeito a prospecção de água subterrânea. Primeiramente, analisamos a resposta VLF, através dos parâmetros da elipse de polarização (inclinação e elipsidade), de diferentes situações geológicas possíveis de serem encontradas no local de estudo e voltadas a hidrogeologia. Também, avaliamos a influência que os parâmetro físicos do modelo exercem na anomalia, utilizando para estas finalidades modelagem numérica por elemento finito. A análise quantitativa foi realizada através de ajuste, por tentativa e erro, com curvas teóricas obtidas da simulação de modelos idealizados na interpretação qualitativa, a qual fizemos com o auxilio da técnica de filtragem de Fraser e com perfís do método HLEM. Os resultados mostraram a existência de feições estruturais de "trends" N-S e NE-SW, que correlacionadas à geologia regional são falhas normais e de transferências, respectivamente. Com base nesses resultados, foram selecionados alguns locais com maiores probabilidades de sucesso na captação de água subterrânea através de poços.

Irrigação com duas qualidades de água e tipos de fertilizações no solo e em cana-de-açúcar

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Otimização dinâmica de rotores com eixos em compósito

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Simplificação de malhas visando representações em multirresolução

The representation of real objects in virtual environments has applications in many areas, such as cartography, mixed reality and reverse engineering. The generation of these objects can be performed through two ways: manually, with CAD (Computer Aided Design) tools, or automatically, by means of surface reconstruction techniques. The simpler the 3D model, the easier it is to process and store it. However, this methods can generate very detailed virtual elements, that can result in some problems when processing the resulting mesh, because it has a lot of edges and polygons that have to be checked at visualization. Considering this context, it can be applied simplification algorithms to eliminate polygons from resulting mesh, without change its topology, generating a lighter mesh with less irrelevant details. The project aimed the study, implementation and comparative tests of simplification algorithms applied to meshes generated through a reconstruction pipeline based on point clouds. This work proposes the realization of the simplification step, like a complement to the pipeline developed by (ONO et al., 2012), that developed reconstruction through cloud points obtained by Microsoft Kinect, and then using Poisson algorithm

Simulação computacional por elementos finitos de múltiplas fissuras em sólidos usando técnica de fragmentação da malha

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise dinâmica em vigas compostas com amortecimento utilizando o método dos elementos espectrais e elementos finitos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência do formato do rebordo alveolar sagital em reabilitações com associação de prótese parcial removível de extremidade livre e implante ósseo integrado

The association of mandibular distal extension removable partial dentures with an osteointegrated implant is a treatment option at hasn't been fully explored by modern rehabilitation dentistry yet. The objective of this study is to evaluate, by means of the bidimensional method of finite elements, the distribution of tension on the structures supporting the distal extension removable partial denture (DERPD), associated to a 10.0 x 3.75 mm osteointegrated implant with an ERA retention system, in alveolar ridges of different shapes. Eight models were created, representing, from a sagittal perspective: Model A (MA) – a half arch with a horizontal ridge without posterior support, with the presence of the lower left canine, and a conventional DERPD, with metallic support in the incisal aspect of this canine, as replacement for the first and second pre-molars and the first and second molars of the lower left half arch; Model B (MB) – similar to MA, but different because of the presence of a 3.75 x 10.00 mm implant with an associated ERA retention system in the posterior region of the DERPD base; Model C (MC) - similar to MA, however with a distally ascending ridge format; Model D (MD) – similar to MC, but different because there is an implant associated to a retention system; Model E (ME) - similar to MA, however with a distally descending ridge format; Model F (MF) – similar to ME, but ditfferent in the sense that there is an implant with an associated ERA retention system; Model G (MG) – similar to MA, however with a distally descending-ascending ridge format; Model H (MH) – similar to MG, but different in the sense that there is an implant with an associated ERA retention system. The finite element program ANSYS 9.0 was used to load the models with vertical forces of 50 N, on each cuspid tip. The format of distal descending edge (ME and MF) was that presented worse results, so in the models with conventional RPD as in the models with RPD associated to the implant and ERA system of retention, for the structures gingival mucosa and tooth support. 1) the distally descending ridge presented the most significant stress in the model with the conventional RPD (ME) or with a prosthesis associated to an implant (MF) and 2) the horizontal ridge (MB) provided more relief to the support structures, such as the tooth and the spongy bone, when there was an implant associated to an ERA retention system. The incorporation of the implants with the ERA system retention, in the posterior area of the toothless edge, it promotes larger stability and retention to PPREL, improving the patient's masticatory acting and, consequently, its comfort and function.

Implementação de um sistema eletrônico para avaliar a distribuição da força na região plantar de pacientes

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Complex modal analysis of a vertical rotor through finite element method

Natural frequencies were analyzed (axial, torsional and flexural) and frequency response of a vertical rotor with a hard disk at the edge through the classical and complex modal analysis. The mathematical modeling was based on the theory of Euler-Bernoulli beam. The equation that rules the movement was obtained through the Lagrangian formulation. The model considered the effects of bending, torsion and axial deformation of the shaft, besides the gravitational and gyroscopic effects. The finite element method was used to discretize the structure into hollow cylindrical elements with 12 degrees of freedom. Mass, stiffness and gyroscopic matrices were explained consistently. This type of tool, based on the use of complex coordinates to describe the dynamic behavior of rotating shaft, allows the decomposition of the system in two submodes, backward and forward. Thus, it is possible to clearly visualize that the orbit and direction of the precessional motion around the line of the rotating shaft is not deformed. A finite element program was developed using Matlab ®, and numerical simulations were performed to validate this model.

Análise da influência de variantes do método de solução de escoamentos utilizando os métodos de elementos finitos com compressibilidade artificial e pseudo-características

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

NUMERICAL AND ANALYTICAL VERIFICATION OF A MULTISCALE COMPUTATIONAL MODEL FOR IMPACT PROBLEMS IN HETEROGENEOUS VISCOELASTIC MATERIALS WITH EVOLVING DAMAGE

Composites are engineered materials that take advantage of the particular properties of each of its two or more constituents. They are designed to be stronger, lighter and to last longer which can lead to the creation of safer protection gear, more fuel efficient transportation methods and more affordable materials, among other examples. This thesis proposes a numerical and analytical verification of an in-house developed multiscale model for predicting the mechanical behavior of composite materials with various configurations subjected to impact loading. This verification is done by comparing the results obtained with analytical and numerical solutions with the results found when using the model. The model takes into account the heterogeneity of the materials that can only be noticed at smaller length scales, based on the fundamental structural properties of each of the composite’s constituents. This model can potentially reduce or eliminate the need of costly and time consuming experiments that are necessary for material characterization since it relies strictly upon the fundamental structural properties of each of the composite’s constituents. The results from simulations using the multiscale model were compared against results from direct simulations using over-killed meshes, which considered all heterogeneities explicitly in the global scale, indicating that the model is an accurate and fast tool to model composites under impact loads. Advisor: David H. Allen

Analysis of elastic functionally graded materials under large displacements via high-order tetrahedral elements

The purpose of this study is to present a position based tetrahedral finite element method of any order to accurately predict the mechanical behavior of solids constituted by functionally graded elastic materials and subjected to large displacements. The application of high-order elements makes it possible to overcome the volumetric and shear locking that appears in usual homogeneous isotropic situations or even in non-homogeneous cases developing small or large displacements. The use of parallel processing to improve the computational efficiency, allows employing high-order elements instead of low-order ones with reduced integration techniques or strain enhancements. The Green-Lagrange strain is adopted and the constitutive relation is the functionally graded Saint Venant-Kirchhoff law. The equilibrium is achieved by the minimum total potential energy principle. Examples of large displacement problems are presented and results confirm the locking free behavior of high-order elements for non-homogeneous materials. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

A generalized finite element method with global-local enrichment functions for confined plasticity problems

The main feature of partition of unity methods such as the generalized or extended finite element method is their ability of utilizing a priori knowledge about the solution of a problem in the form of enrichment functions. However, analytical derivation of enrichment functions with good approximation properties is mostly limited to two-dimensional linear problems. This paper presents a procedure to numerically generate proper enrichment functions for three-dimensional problems with confined plasticity where plastic evolution is gradual. This procedure involves the solution of boundary value problems around local regions exhibiting nonlinear behavior and the enrichment of the global solution space with the local solutions through the partition of unity method framework. This approach can produce accurate nonlinear solutions with a reduced computational cost compared to standard finite element methods since computationally intensive nonlinear iterations can be performed on coarse global meshes after the creation of enrichment functions properly describing localized nonlinear behavior. Several three-dimensional nonlinear problems based on the rate-independent J (2) plasticity theory with isotropic hardening are solved using the proposed procedure to demonstrate its robustness, accuracy and computational efficiency.

Relationship between global structural parameters and Enzyme Commission hierarchy: Implications for function prediction

In protein databases there is a substantial number of proteins structurally determined but without function annotation. Understanding the relationship between function and structure can be useful to predict function on a large scale. We have analyzed the similarities in global physicochemical parameters for a set of enzymes which were classified according to the four Enzyme Commission (EC) hierarchical levels. Using relevance theory we introduced a distance between proteins in the space of physicochemical characteristics. This was done by minimizing a cost function of the metric tensor built to reflect the EC classification system. Using an unsupervised clustering method on a set of 1025 enzymes, we obtained no relevant clustering formation compatible with EC classification. The distance distributions between enzymes from the same EC group and from different EC groups were compared by histograms. Such analysis was also performed using sequence alignment similarity as a distance. Our results suggest that global structure parameters are not sufficient to segregate enzymes according to EC hierarchy. This indicates that features essential for function are rather local than global. Consequently, methods for predicting function based on global attributes should not obtain high accuracy in main EC classes prediction without relying on similarities between enzymes from training and validation datasets. Furthermore, these results are consistent with a substantial number of studies suggesting that function evolves fundamentally by recruitment, i.e., a same protein motif or fold can be used to perform different enzymatic functions and a few specific amino acids (AAs) are actually responsible for enzyme activity. These essential amino acids should belong to active sites and an effective method for predicting function should be able to recognize them. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.