Mapeamento das regiões radiantes em placas retangulares vibrantes via método dos elementos de contorno com velocidade média e intensidade útil

Em engenharia, a modelagem computacional desempenha um papel importante na concepção de produtos e no desenvolvimento de técnicas de atenuação de ruído. Nesse contexto, esta tese investiga a intensidade acústica gerada pela radiação sonora de superfícies vibrantes. De modo específico, a pesquisa enfoca a identificação das regiões de uma fonte sonora que contribuem efetivamente para potência sonora radiada para o campo afastado, quando a frequência de excitação ocorre abaixo da frequência crítica de coincidência. São descritas as fundamentações teóricas de duas diferentes abordagens. A primeira delas, denominada intensidade supersônica (analítica) é calculada via transformadas de Fourier para fontes sonoras com geometrias separáveis. A segunda, denominada intensidade útil (numérica) é calculada através do método dos elementos de contorno clássico para fontes com geometrias arbitrárias. Em ambas, a identificação das regiões é feita pela filtragem das ondas não propagantes (evanescentes). O trabalho está centrado em duas propostas, a saber. A primeira delas, é a apresentação implementação e análise de uma nova técnica numérica para o cálculo da grandeza intensidade útil. Essa técnica constitui uma variante do método dos elementos de contorno (MEC), tendo como base o fato de as aproximações para as variáveis acústicas pressão e velocidade normal serem tomadas como constantes em cada elemento. E também no modo peculiar de obter a velocidade constante através da média de um certo número de velocidades interiores a cada elemento. Por esse motivo, a técnica recebe o nome de método de elemento de contorno com velocidade média (AVBEMAverage Velocity Boundary Element Method). A segunda, é a obtenção da solução forma fechada do campo de velocidade normal para placas retangulares com oito diferentes combinações de condições contorno clássicas. Então, a intensidade supersônica é estimada e comparada à intensidade acústica. Nos ensaios numéricos, a comparação da intensidade útil obtida via MEC clássico e via AVBEM é mostrada para ilustrar a eficiência computacional da técnica aqui proposta, que traz como benefício adicional o fato de poder ser utilizada uma malha menos refinada para as simulações e, consequentemente, economia significativa de recursos computacionais.

Estimativas a priori para problemas não lineares de condução de calor, com o uso da transformada de Kirchhoff.

Este trabalho apresenta uma estimativa a priori para o limite superior da distribuição de temperatura considerando um problema em regime permanente em um corpo com uma condutividade térmica dependente da temperatura. A discussão é realizada supondo que as condições de contorno são lineares (lei de Newton do resfriamento) e que a condutividade térmica é constante por partes (quando considerada como uma função da temperatura). Estas estimativas consistem em uma ferramenta poderosa que pode prescindir da necessidade de uma simulação numérica cara de um problema de transferência de calor não linear, sempre que for suficiente conhecer o valor mais alto de temperatura. Nestes casos, a metodologia proposta neste trabalho é mais eficaz do que as aproximações usuais que assumem tanto a condutividade térmica quanto as fontes de calor como constantes.

Posicionamento aproximado do estado final para sistemas térmicos descritos pela equação do calor.

Neste trabalho, será considerado um problema de controle ótimo quadrático para a equação do calor em domínios retangulares com condição de fronteira do tipo Dirichlet é nos quais, a função de controle (dependente apenas no tempo) constitui um termo de fonte. Uma caracterização da solução ótima é obtida na forma de uma equação linear em um espaço de funções reais definidas no intervalo de tempo considerado. Em seguida, utiliza-se uma sequência de projeções em subespaços de dimensão finita para obter aproximações para o controle ótimo, o cada uma das quais pode ser gerada por um sistema linear de dimensão finita. A sequência de soluções aproximadas assim obtidas converge para a solução ótima do problema original. Finalmente, são apresentados resultados numéricos para domínios espaciais de dimensão 1.

Análise vibratória de fundações de máquinas sobre estacas.

A análise de fundações sob solicitações dinâmicas é algo sempre presente em projetos na área industrial. É um campo pouco explorado na área de engenharia geotécnica, onde existem relativamente poucas informações no Brasil, de maneira geral. O método mais comum de realizar essas análises é a simplificação de modelos estruturais a partir do uso de molas. Sabe-se que esses coeficientes de reação têm uma variação relativamente grande e que esse enfoque de projeto pode, em alguns casos, mostrar-se contra a segurança ou levar a superdimensionamentos desnecessários. Verifica-se, então, a necessidade de uma avaliação mais criteriosa, utilizando a interação solo x estrutura, onde as molas comumente utilizadas nas análises vibratórias convencionais são substituídas pela rigidez real do solo quando concebido como um meio contínuo, através de sua discretização pelo método dos elementos finitos. A presente dissertação analisa o problema através do módulo de dinâmica do programa Plaxis 2D. Neste tipo de análise, além da modelagem do solo como um meio contínuo, torna-se possível introduzir condições de contorno específicas ao problema em estudo, múltiplas camadas de solo, sejam horizontais ou inclinadas, além da introdução de amortecedores capazes de evitar a reflexão espúria das ondas incidentes nos limites da malha de elementos finitos e assim modelar mais adequadamente a perda de energia por radiação. A presente dissertação compara medições experimentais e soluções eficientes de métodos vibratórios clássicos com a resposta obtida pelo MEF, mostrando resultados bastante satisfatórios tanto pelos métodos clássicos quanto pelo MEF.

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.

O mau humor na TPM: uma interpretação do feminino

Em O mau humor da TPM: uma interpretação do feminino propomos mostrar como são construídas algumas representações do feminino a partir da sua relação com a menstruação e discutir alguns significados culturais acerca dos transtornos de humor derivado de uma síndrome comumente conhecida como a tensão pré-menstrual. A partir de um recorte teórico do corpo e do olhar médico sobre este enquanto objetos das ciências sociais, isto é, como construções sociais, e tendo como orientação os estudos feministas, analisamos dois tipos de discursos circulantes acerca da menstruação, localizados nas camadas médias cariocas, no início do século XXI, que dizem representar ou dialogar com este corpo hormonal. Estes seguem duas direções diferentes: o primeiro discurso analisado é um livro de um médico, no formato de literatura de auto-ajuda, voltado para a discussão da inteligência hormonal; que pretende ser um modelo de subjetivação do feminino, baseado no olhar médico-científico. Este propõe um controle sobre o corpo, organizando o feminino a partir de idéias essencializadas as quais universalizam os corpos e tratam das descrições desse feminino como pré-determinadas por condições localizadas no corpo Natural. O segundo é um conjunto de entrevistas realizadas com bancárias, que registram o feminino subjetivado. Estes discursos sobre a vivência do feminino, apesar de também articularem descrições corporais enraizadas na biologia e nas ciências médicas, revelam ainda outros significados culturais representativos, destacando assim a importância dos estudos que privilegiam o agenciamento do sujeito na construção social de gênero, no caso desses femininos.

Formação de nanopadrões em superfícies por sputtering iônico: Estudo numérico da equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky.

Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência.

Análise da evolução termomecânica da Bacia do Amazonas

Os dados geológicos e geofísicos escolhidos para o tema de estudo pertencem a Bacia do Amazonas, na região centro-norte do Brasil. A Bacia do Amazonas é uma bacia intracratônica com cerca de 500.000 km. A mesma está limitada ao norte pelo Escudo das Guianas e ao sul pelo Escudo Brasileiro. O limite oeste com a Bacia do Solimões é marcado pelo Arco de Purus, ao passo que o Arco de Gurupá constitui seu limite leste. Possui características inerentes a uma bacia intracratônica paleozóica, com uma longa história evolutiva, marcada por discordâncias expressivas e com uma cunha sedimentar relativamente rasa se comparada às bacias cretáceas brasileiras, o que levanta controvérsia a respeito da suficiência do soterramento para a eficiência de geração de hidrocarboneto. Podem ser reconhecidas nos 5000 m do preenchimento sedimentar da Bacia do Amazonas, duas seqüências de primeira ordem: uma paleozóica, intrudida por diques e soleiras de diabásio, na passagem do Triássico para o Jurássico, e uma mesozóica-cenozóica que representam um aspecto importante na evolução térmica da matéria orgânica que ocorre na primeira seqüência. Com relação à exploração de petróleo, apesar do fomento exploratório ocorrido nos últimos anos, a bacia ainda é considerada pouco explorada sendo sua maior reserva a da província de Urucu. Um dos fatores que dificultam bastante a exploração desta bacia assim como a bacia do Solimões a oeste é o acesso restrito, pois estão situadas em áreas remotas e florestadas, de difícil acesso, com muitas reservas indígenas e florestais, o que causa restrições logísticas, operacionais e legais. O efeito térmico das intrusões ígneas é considerado como o responsável pelo acréscimo de calor necessário à maturação da matéria orgânica e conseqüente geração de hidrocarbonetos. Este trabalho contribui com a reconstrução da história térmica desta bacia a partir da modelagem das variáveis termais e da história de soterramento. Para isso, foram utilizados modelos consagrados na literatura, que permitem, de forma simples, a estimativa do fluxo térmico através do embasamento e da seqüência sedimentar. Na análise da influência de intrusões ígneas na estrutura térmica da bacia, o modelo bidimensional desenvolvido pelo método de diferenças finitas se mostrou apropriado. Utilizou-se o fluxo térmico basal calculado nas condições de contorno da modelagem da influência térmica das ígneas. Como resultado obteve-se a estruturação térmica da bacia e a historia maturação de suas rochas geradoras

Condições de contorno tipo albedo para cálculos globais de reatores nucleares com o modelo de dois grupos de energia na formulação de transporte SN em geometria bidimensional cartesiana

Os eventos de fissão nuclear, resultados da interação dos nêutrons com os núcleos dos átomos do meio hospedeiro multiplicativo, não estão presentes em algumas regiões dos reatores nucleares, e.g., moderador, refletor, e meios estruturais. Nesses domínios espaciais não há geração de potência nuclear térmica e, além disso, comprometem a eficiência computacional dos cálculos globais de reatores nucleares. Propomos nesta tese uma estratégia visando a aumentar a eficiência computacional dessas simulações eliminando os cálculos numéricos explícitos no interior das regiões não-multiplicativas (baffle e refletor) em torno do núcleo ativo. Apresentamos algumas modelagens e discutimos a eficiência da aplicação dessas condições de contorno aproximadas tipo albedo para uma e duas regiões nãomultiplicativas, na formulação de ordenadas discretas (SN) para problemas de autovalor a dois grupos de energia em geometria bidimensional cartesiana. A denominação Albedo, palavra de origem latina para alvura, foi originalmente definida como a fração da luz incidente que é refletida difusamente por uma superfície. Esta denominação latina permaneceu como o termo científico usual em astronomia e, nesta tese, este conceito é estendido para reflexão de nêutrons. Estas condições de contorno tipo albedo SN não-convencional substituem aproximadamente as regiões de baffle e refletor no em torno do núcleo ativo do reator, desprezando os termos de fuga transversal no interior dessas regiões. Se o problema, em particular, não possui termos de fuga transversal, i.e., trata-se de um problema unidimensional, então as condições de contorno albedo, como propostas nesta tese, são exatas. Por eficiência computacional entende-se a análise da precisão dos resultados numéricos em comparação com o tempo de execução computacional de cada simulação de um dado problema-modelo. Resultados numéricos considerando dois problemas-modelo com de simetria são considerados para ilustrar esta análise de eficiência.

Analysis and simulation of combustion oscillations in a laboratory spray combustor

The unstable combustion that can occur in combustion chambers is a major problem for aeroengines and ground-based industrial gas turbines. Nowadays, CFD provides a flexible, low cost tool to supplement direct measurement. This paper presents simulations of combustion oscillations in a liquid-fuelled experimental rig at the University of Cambridge. Linear acoustic theory was used to describe the acoustic waves propagating upstream and downstream of the combustion zone and to develop inlet and outlet boundary conditions just upstream and downstream of the combustion region enabling the CFD calculation to be efficiently concentrated on the combustion zone. A combustion oscillation was found to occur with its predicted frequency in good agreement with experimental measurements. More details about the unstable combustion can be obtained from the simulation results. The approach developed here is expected to provide a powerful tool for the design and operation of stable combustion systems. Copyright © 2009 by ASME.

Microstructural optimization of cellular acoustic materials

A microstructure based acoustic model is introduced, which can be used to optimize the microstructure of cellular materials and thus to obtain their optimal acoustic property. This acoustic model is an unsteady one which is appropriate in the limit of low Reynolds numbers. The model involves three elements. This first involves the propagation of acoustic waves passing the cylinders whose axes are aligned parallel to the direction of propagation. The second model relates to the propagation of acoustic waves passing the cylinders whose axes are aligned perpendicular to the direction of propagation. In both cases the interaction between adjacent cylinders is taken into account by considering the effect of polygonal periodic boundary conditions. As these two models are linear they are combined to give the characteristics of propagation at arbitrary incidence. The third model involves propagation passing spheres in order to represent the joints. Heat transfer is also included. These three models are then used to expand the design space and calculate the optimum cell structure for desired acoustic performance in a number of different applications. Moreover, the application fields are also analyzed.

A statistical model of climates in the southwestern United States

EXTRACT (SEE PDF FOR FULL ABSTRACT): We describe an empirical-statistical model of climates of the southwestern United States. Boundary conditions include sea surface temperatures, atmospheric transmissivity, and topography. Independent variables are derived from the boundary conditions along 1000-km paths of atmospheric circulation. ... Predictor equations are derived over a larger region than the application area to allow for the increased range of paleoclimate. This larger region is delimited by the autocorrelation properties of climatic data.

Investigation of the losses in the stator duct spacers of large A.C. motors using the A -ip 3-D eddy current formulation

This paper describes how the A -if) formulation may be applied to determine the losses in the stator duct spacers of large a.c. motors. The model is described in terms of its geometry and boundary conditions. The novel aspects of the application of the formulation to this problem are explained. These include the modelling of fixed currents sources (the stator windings), the location of the necessary cut surfaces and the determination of their magnetic scalar potential differences, and the implementation of periodic boundary conditions for vector variables. Results are presented showing how the duct spacer losses vary with load, and with the relative permeability of the spacer material. The effects of modelling iron nonlinearity, of both the spacer and the steel laminations, are also illustrated. © 1996 IEEE.

On the domain decomposition and transmission line modelling finite element method for time-domain induction motor analysis

This paper demonstrates how a finite element model which exploits domain decomposition is applied to the analysis of three-phase induction motors. It is shown that a significant gain in cpu time results when compared with standard finite element analysis. Aspects of the application of the method which are particular to induction motors are considered: the means of improving the convergence of the nonlinear finite element equations; the choice of symmetrical sub-domains; the modelling of relative movement; and the inclusion of periodic boundary conditions. © 1999 IEEE.

A discrete dislocation analysis of fatigue crack growth

Cyclic loading of a plane strain mode I crack under small scale yielding is analyzed using discrete dislocation dynamics. The dislocations are all of edge character, and are modeled as line singularities in an elastic solid. At each stage of loading, superposition is used to represent the solution in terms of solutions for edge dislocations in a half-space and a non-singular complementary solution that enforces the boundary conditions, which is obtained from a linear elastic, finite element solution. The lattice resistance to dislocation motion, dislocation nucleation, dislocation interaction with obstacles and dislocation annihilation are incorporated into the formulation through a set of constitutive rules. An irreversible relation between the opening traction and the displacement jump across a cohesive surface ahead of the initial crack tip is also specified, which permits crack growth to emerge naturally. It is found that crack growth can occur under cyclic loading conditions even when the peak stress intensity factor is smaller than the stress intensity required for crack growth under monotonic loading conditions; however below a certain threshold value of ΔKI no crack growth was seen.