An approach to verifying and debugging simulation models governed by ordinary differential equations: Part 2. Residuals analysis and a case study

In Part 1 of this paper a methodology for back-to-back testing of simulation software was described. Residuals with error-dependent geometric properties were generated. A set of potential coding errors was enumerated, along with a corresponding set of feature matrices, which describe the geometric properties imposed on the residuals by each of the errors. In this part of the paper, an algorithm is developed to isolate the coding errors present by analysing the residuals. A set of errors is isolated when the subspace spanned by their combined feature matrices corresponds to that of the residuals. Individual feature matrices are compared to the residuals and classified as 'definite', 'possible' or 'impossible'. The status of 'possible' errors is resolved using a dynamic subset testing algorithm. To demonstrate and validate the testing methodology presented in Part 1 and the isolation algorithm presented in Part 2, a case study is presented using a model for biological wastewater treatment. Both single and simultaneous errors that are deliberately introduced into the simulation code are correctly detected and isolated. Copyright (C) 2003 John Wiley Sons, Ltd.

In situ characterization of stickiness of sugar-rich foods using a linear actuator driven stickiness testing device

A stickiness testing device based on the probe tack test has been designed and tested. It was used to perform in situ characterization of drying hemispherical drops with an initial radius 3.5 mm. Tests were carried out in two drying temperatures, 63 and 95 degreesC. Moisture and temperature histories of the drying drops of fructose, honey, sucrose, maltodextrin and sucrose-maltodextrin mixtures were determined. The rates of moisture evaporation of the fructose solution was the fastest while those of the maltodextrin solution was the lowest. A profile reversal was observed when the temperature profiles of these materials were compared. Different modes of failure were observed during the stickiness tests. Pure fructose and honey solutions remained completely sticky and failed cohesively until the end of drying. Pure sucrose solution remained sticky and failed cohesively until complete crystallization occurred. The surface of the maltodextrin drops formed a skin shortly after the start of drying. It exhibited adhesive failure and reached a state of non-adhesion. Addition of maltodextrin significantly altered the stickiness of sucrose solution. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

On the evaluation of some differential formulations for the pom-pom constitutive model

In recent years, progress has been made in modelling long chain branched polymers by the introduction of the so-called pompom model. Initially developed by McLeish and Larson (1998), the model has undergone several improvements or alterations, leading to the development of new formulations. Some of these formulations however suffer from certain mathematical defects. The purpose of the present paper is to review some of the formulations of the pom-pom constitutive model, and to investigate their possible mathematical defects. Next, an alternative formulation is proposed, which does not appear to exhibit mathematical defects, and we explore its modelling performance by comparing the predictions with experiments in non-trivial rheometric flows of an LDPE melt. The selected rheometric flows are the double step strain, as well as the large amplitude oscillatory shear experiments. For LAOS experiments, the comparison involves the use of Fourier-transform analysis.

A class B switch-mode assisted linear amplifier

A switch-mode assisted linear amplifier (SMALA) combining a linear (Class B) and a switch-mode (Class D) amplifier is presented. The usual single hysteretic controlled half-bridge current dumping stage is replaced by two parallel buck converter stages, in a parallel voltage controlled topology. These operate independently: one buck converter sources current to assist the upper Class B output device, and a complementary converter sinks current to assist the lower device. This topology lends itself to a novel control approach of a dead-band at low power levels where neither class D amplifier assists, allowing the class B amplifier to supply the load without interference, ensuring high fidelity. A 20 W implementation demonstrates 85% efficiency, with distortion below 0.08% measured across the full audio bandwidth at 15 W. The class D amplifier begins assisting at 2 W, and below this value, the distortion was below 0.03%. Complete circuitry is given, showing the simplicity of the additional class D amplifier and its corresponding control circuitry.

Surface diffusion of strongly adsorbing vapors in activated carbon by a differential permeation method

Conventional methods to determine surface diffusion of adsorbed molecules are proven to be inadequate for strongly adsorbing vapors on activated carbon. Knudsen diffusion permeability (B-k) for strongly adsorbing vapors cannot be directly estimated from that of inert gases such as helium. In this paper three models are considered to elucidate the mechanism of surface diffusion in activated carbon. The transport mechanism in all three models is a combination of Knudsen diffusion, viscous flow and surface diffusion. The collision reflection factor f (which is the fraction of molecules undergoing collision to the solid surface over reflection from the surface) of the Knudsen diffusivity is assumed to be a function of loading. It was found to be 1.79 in the limit of zero loading, and decreases as loading increases. The surface diffusion permeability increases sharply at very low pressures and then starts to decrease after it has reached a maximum (B(mum)s) at a threshold pressure. The initial rapid increase in the total permeability is mainly attributed to surface diffusion. Interestingly the B(mum)s for all adsorbates appear at the same volumetric adsorbed phase concentration, suggesting that the volume of adsorbed molecules may play an important role in the surface diffusion mechanism in activated carbon. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Pseudo-randomness of round-off errors in discretized linear maps on the plane

We analyze the sequences of round-off errors of the orbits of a discretized planar rotation, from a probabilistic angle. It was shown [Bosio & Vivaldi, 2000] that for a dense set of parameters, the discretized map can be embedded into an expanding p-adic dynamical system, which serves as a source of deterministic randomness. For each parameter value, these systems can generate infinitely many distinct pseudo-random sequences over a finite alphabet, whose average period is conjectured to grow exponentially with the bit-length of the initial condition (the seed). We study some properties of these symbolic sequences, deriving a central limit theorem for the deviations between round-off and exact orbits, and obtain bounds concerning repetitions of words. We also explore some asymptotic problems computationally, verifying, among other things, that the occurrence of words of a given length is consistent with that of an abstract Bernoulli sequence.

Aproximação numérica – analítica para a modelagem da conversão termoquímica de combustíveis sólidos

Um algoritmo numérico foi criado para apresentar a solução da conversão termoquímica de um combustível sólido. O mesmo foi criado de forma a ser flexível e dependente do mecanismo de reação a ser representado. Para tanto, um sistema das equações características desse tipo de problema foi resolvido através de um método iterativo unido a matemática simbólica. Em função de não linearidades nas equações e por se tratar de pequenas partículas, será aplicado o método de Newton para reduzir o sistema de equações diferenciais parciais (EDP’s) para um sistema de equações diferenciais ordinárias (EDO’s). Tal processo redução é baseado na união desse método iterativo à diferenciação numérica, pois consegue incorporar nas EDO’s resultantes funções analíticas. O modelo reduzido será solucionado numericamente usando-se a técnica do gradiente bi-conjugado (BCG). Tal modelo promete ter taxa de convergência alta, se utilizando de um número baixo de iterações, além de apresentar alta velocidade na apresentação das soluções do novo sistema linear gerado. Além disso, o algoritmo se mostra independente do tamanho da malha constituidora. Para a validação, a massa normalizada será calculada e comparada com valores experimentais de termogravimetria encontrados na literatura, , e um teste com um mecanismo simplificado de reação será realizado.

Testes para verificar a igualdade de parâmetros e a identidade de modelos de regressão não-linear em dados de experimento com delineamento em blocos casualizados

Considerou-se o ajustamento de equações de regressão não-linear e o teste da razão de verossimilhança, com aproximações pelas estatísticas qui-quadrado e F, para testar as hipóteses de igualdade de qualquer subconjunto de parâmetros e de identidade dos modelos para dados com repetições provenientes de experimento com delineamento em blocos completos casualizados. Concluiu-se que as duas aproximações podem ser utilizadas, mas a aproximação pela estatística F deve ser preferida, principalmente para pequenas amostras.

Atributos físicos de um Latossolo Vermelho correlacionados linear e espacialmente com a consorciação de guandu com milheto

O sistema cultivo mínimo, por possibilitar pouca movimentação de solo, menor número de operações agrícolas sem incorporação dos resíduos vegetais, apresenta vantagens em razão do menor custo de preparo e da redução das perdas de solo e água. No ano agrícola de 2006/2007, na Fazenda de Ensino e Pesquisa da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, SP, Brasil - FEIS/UNESP, situada nas condições do Cerrado Brasileiro, objetivou-se analisar a produtividade de massa de matéria seca da consorciação de forragem (guandu+milheto) (MSF), em função de atributos físicos do solo, tais como resistência à penetração (RP), umidade gravimétrica (UG), umidade volumétrica (UV) e densidade do solo (DS) nas profundidades de 0,0-0,10 m; 0,10-0,20 m e 0,20-0,30 m. Para tanto, foi instalado um ensaio, contendo 117 pontos amostrais, em um Latossolo Vermelho distroférrico, sob pivô central, numa área experimental de 1600 m² sob cultivo mínimo. A análise estatística constou de análise descritiva inicial dos atributos e análise das correlações lineares simples entre eles, e, finalmente, de análise geoestatística. Do ponto de vista da correlação espacial, o atributo que mais bem explica a produtividade de massa de matéria seca da consorciação é a densidade do solo na camada de 0,20-0,30 m, com uma correlação inversa, indicando que as espécies se desenvolvem bem em solos adensados.

Regressão linear com duplo truncamento na distribuição da variável dependente

Do problema do ajuste de uma regressão linear, quando a distribuição da variável dependente tem duplo truncamento, utilizando a função de máxima verossimilhança e um processo iterativo.

Análise multivariada: um exemplo usando modelo log-linear

Apresenta-se de forma resumida análise multivariada de dados categóricos, usando modelo log-linear para a situação de uma tabela de contingência 2 x 2 x 2.

Ordenação de populações em amplas classes de nível de saúde, segundo um indicador abrangente definido por uma função discriminante linear

Utilizando a função discriminante linear, propõe-se um indicador de nível de saúde abrangente de vários indicadores usuais, a saber: o coeficiente de mortalidade geral (CMG), indicador quantificado de Guedes (IG), esperança de vida ao nascer (EV), coeficiente de natalidade (CN), coeficiente de mortalidade infantil (CMI) e coeficiente de mortalidade por doenças transmissíveis (CMDT). Para a padronização dos dois últimos, foi proposta e utilizada uma população padrão mediana; para sua formação, cada grupo etário concorre com a mediana das percentagens de participação desse grupo na composição da população de cada um dos 44 países estudados. A análise crítica das equações de funções discriminantes obtidas com a técnica passo a 2895 2060 1000 passo ascendente (stepwise), mostrou que o valor: Z = 2895/CMI + 2060/CN + 1000/CMDTp, pode ser utilizado como indicador abrangente, permitindo a ordenação de países em amplas classes de nível de saúde.

Simulação numérica do comportamento de lajes: aplicação do método dos elementos finitos a problemas tridimensionais de elasticidade linear usando o freeFEM++

O presente trabalho entende a dedução das Equações de Compatibilidade, Equilíbrio, bem como as Leis Constitutivas, de modo a resolver numericamente problemas de Elasticidade Linear formulados para Lajes de Betão. A solução numérica é obtida usando o Método dos Elementos Finitos, implementado em freeFEM++, e comparada com os resultados conseguidos no SAP2000 e com os dados tabelados nas Tabelas de Barès, validando-se desta forma os modelos implementados através do freeFEM++.

Sistema de movimentação linear extensível com accionamentos electromecânicos sincronizados

Esta dissertação tem como objectivo estudar uma solução mecânica e eléctrica que permita anular o tempo de uma operação de não produção numa linha de prensagem instalada numa fábrica de indústria automóvel, a Autoeuropa. No início desta dissertação começa-se por encontrar uma solução de movimentadores telescópicos compatíveis com as restrições de espaço, os requisitos de sincronismo entre ambos e os objectivos de anulação do tempo de não operação. Seguidamente passou-se a uma fase de modelação do sistema mecânico, para permitir estudar o comportamento dinâmico do sistema proposto. Encontrado o movimentador mecânico adequado e feita a sua modelação foram estudadas possíveis soluções para o accionar, bem como formas de o controlar. Este sistema multimáquina foi estudado com dois tipos de máquinas eléctricas e métodos de controlo devido a necessitar de uma dinâmica bastante rápida, com exigência de grande sincronismo entre os dois movimentadores separados, e ainda com vista a tentar explorar a possibilidade de ter menor número de variadores electrónicos do que de máquinas eléctricas. Para tal recorreu-se ao ambiente Matlab para modelar e simular todo o sistema proposto nas suas variantes. Por fim são extraídas diversas conclusões, procurando-se clarificar a viabilidade da ideia e escolher a melhor opção de accionamento. No caso estudado, como o objectivo futuro é aplicar a solução proposta num ambiente industrial definido, há que ter em atenção não só a melhor opção técnica mas também o preço.