Application of a bounded upwinding scheme to complex fluid dynamics problems

This paper is concerned with an overview of upwinding schemes, and further nonlinear applications of a recently introduced high resolution upwind differencing scheme, namely the ADBQUICKEST [V.G. Ferreira, F.A. Kurokawa, R.A.B. Queiroz, M.K. Kaibara, C.M. Oishi, J.A.Cuminato, A.F. Castelo, M.F. Tomé, S. McKee, assessment of a high-order finite difference upwind scheme for the simulation of convection-diffusion problems, International Journal for Numerical Methods in Fluids 60 (2009) 1-26]. The ADBQUICKEST scheme is a new TVD version of the QUICKEST [B.P. Leonard, A stable and accurate convective modeling procedure based on quadratic upstream interpolation, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 19 (1979) 59-98] for solving nonlinear balance laws. The scheme is based on the concept of NV and TVD formalisms and satisfies a convective boundedness criterion. The accuracy of the scheme is compared with other popularly used convective upwinding schemes (see, for example, Roe (1985) [19], Van Leer (1974) [18] and Arora & Roe (1997) [17]) for solving nonlinear conservation laws (for example, Buckley-Leverett, shallow water and Euler equations). The ADBQUICKEST scheme is then used to solve six types of fluid flow problems of increasing complexity: namely, 2D aerosol filtration by fibrous filters; axisymmetric flow in a tubular membrane; 2D two-phase flow in a fluidized bed; 2D compressible Orszag-Tang MHD vortex; axisymmetric jet onto a flat surface at low Reynolds number and full 3D incompressible flows involving moving free surfaces. The numerical simulations indicate that this convective upwinding scheme is a good generic alternative for solving complex fluid dynamics problems. © 2012.

Hyaluronidase from the venom of the social wasp Polybia paulista (Hymenoptera, Vespidae): Cloning, structural modeling, purification, and immunological analysis

In this study, we describe the cDNA cloning, sequencing, and 3-D structure of the allergen hyaluronidase from Polybia paulista venom (Pp-Hyal). Using a proteomic approach, the native form of Pp-Hyal was purified to homogeneity and used to produce a Pp-specific polyclonal antibody. The results revealed that Pp-Hyal can be classified as a glycosyl hydrolase and that the full-length Pp-Hyal cDNA (1315 bp; GI: 302201582) is similar (80-90%) to hyaluronidase from the venoms of endemic Northern wasp species. The isolated mature protein is comprised of 338 amino acids, with a theoretical pI of 8.77 and a molecular mass of 39,648.8 Da versus a pI of 8.13 and 43,277.0 Da indicated by MS. The Pp-Hyal 3D-structural model revealed a central core (α/β)7 barrel, two sulfide bonds (Cys 19-308 and Cys 185-197), and three putative glycosylation sites (Asn79, Asn187, and Asn325), two of which are also found in the rVes v 2 protein. Based on the model, residues Ser299, Asp107, and Glu109 interact with the substrate and potential epitopes (five conformational and seven linear) located at surface-exposed regions of the structure. Purified native Pp-Hyal showed high similarity (97%) with hyaluronidase from Polistes annularis venom (Q9U6V9). Immunoblotting analysis confirmed the specificity of the Pp-Hyal-specific antibody as it recognized the Pp-Hyal protein in both the purified fraction and P. paulista crude venom. No reaction was observed with the venoms of Apis mellifera, Solenopsis invicta, Agelaia pallipes pallipes, and Polistes lanio lanio, with the exception of immune cross-reactivity with venoms of the genus Polybia (sericea and ignobilis). Our results demonstrate cross-reactivity only between wasp venoms from the genus Polybia. The absence of cross-reactivity between the venoms of wasps and bees observed here is important because it allows identification of the insect responsible for sensitization, or at least of the phylogenetically closest insect, in order to facilitate effective immunotherapy in allergic patients. © 2013 Elsevier Ltd.

Tilted and Short Implants Supporting Fixed Prosthesis in an Atrophic Maxilla: A 3D-FEA Biomechanical Evaluation

Purpose: This study compared the biomechanical behavior of tilted long implant and vertical short implants to support fixed prosthesis in an atrophic maxilla. Materials and Methods: The maxilla model was built based on a tomographic image of the patient. Implant models were based on micro-computer tomography imaging of implants. The different configurations considered were M4S, four vertical anterior implants; M4T, two mesial vertical implants and two distal tilted (45°) implants in the anterior region of the maxilla; and M6S, four vertical anterior implants and two vertical posterior implants. Numerical simulation was carried out under bilateral 150N loads applied in the cantilever region in axial (L1) and oblique (45°) (L2) direction. Bone was analyzed using the maximum and minimum principal stress (σmax and σmin), and von Mises stress (σvM) assessments. Implants were analyzed using the σvM. Results: The higher σmax was observed at: M4T, followed by M6S/L1, M6S/L2, M4S/L2, and M4S/L1 and the higher σvM: M4T/L1, M4T/L2 and M4S/L2, M6S/L2, M4S/L1, and M6S/L1. Conclusions: The presence of distal tilted (all-on-four) and distal short implants (all-on-six) resulted in higher stresses in both situations in the maxillary bone in comparison to the presence of vertical implants (all-on-four). © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Indirect georeferencing of terrestrial laser scanning data using control lines

An indirect method for the georeferencing of 3D point clouds obtained with terrestrial laser scanning (TLS) data using control lines is presented. This technique could be used for rapid data acquisition where resources do not permit the use of expensive navigation sensors or the placement of pre-signalised targets. The most important characteristic is the development of a mathematical model based on the principle that the direction vector of the TLS straight line is coplanar with the plane defined by the origin of the TLS system, one endpoint of a control line and the direction vector of the control line in the ground reference coordinate system. The transformation parameters are estimated by minimising the distance between the control lines and their corresponding TLS straight lines. The proposed method was tested using both simulated and real data, and the advantages of this new approach are compared with conventional surveying methods. © 2013 This article is a U.S. Government work and is in the public domain in the USA.

Basic ingredients for mathematical modeling of tumor growth in vitro: Cooperative effects and search for space

Based on the literature data from HT-29 cell monolayers, we develop a model for its growth, analogous to an epidemic model, mixing local and global interactions. First, we propose and solve a deterministic equation for the progress of these colonies. Thus, we add a stochastic (local) interaction and simulate the evolution of an Eden-like aggregate by using dynamical Monte Carlo methods. The growth curves of both deterministic and stochastic models are in excellent agreement with the experimental observations. The waiting times distributions, generated via our stochastic model, allowed us to analyze the role of mesoscopic events. We obtain log-normal distributions in the initial stages of the growth and Gaussians at long times. We interpret these outcomes in the light of cellular division events: in the early stages, the phenomena are dependent each other in a multiplicative geometric-based process, and they are independent at long times. We conclude that the main ingredients for a good minimalist model of tumor growth, at mesoscopic level, are intrinsic cooperative mechanisms and competitive search for space. © 2013 Elsevier Ltd.

Prótese protocolo com barra pré-fabricada: comportamento ósseo variando o tipo de osso e a configuração horizontal do arco mandibular no MEF-3D

Pós-graduação em Odontologia - FOA

Desenvolvimento de Interface gráfica como suporte para soluções numéricas das equações de Maxwell em coordenadas gerais – 3D

Neste trabalho, é implementada uma interface gráfica de usuários (GUI) usando a ferramenta Qt da Nokia (versão 3.0). A interface visa simplificar a criação de cenários para a realização de simulações paralelas usando a técnica numérica Local Nonorthogonal Finite Difference Time-Domain (LN-FDTD), aplicada para solucionar as equações de Maxwell. O simulador foi desenvolvido usando a linguagem de programação C e paralelizado utilizando threads. Para isto, a biblioteca pthread foi empregada. A visualização 3D do cenário a ser simulado (e da malha) é realizada por um programa especialmente desenvolvido que utiliza a biblioteca OpenGL. Para melhorar o desenvolvimento e alcançar os objetivos do projeto computacional, foram utilizados conceitos da Engenharia de Software, tais como o modelo de processo de software por prototipagem. Ao privar o usuário de interagir diretamente com o código-fonte da simulação, a probabilidade de ocorrência de erros humanos durante o processo de construção de cenários é minimizada. Para demonstrar o funcionamento da ferramenta desenvolvida, foi realizado um estudo relativo ao efeito de flechas em linhas de baixa tensão nas tensões transitórias induzidas nas mesmas por descargas atmosféricas. As tensões induzidas nas tomadas da edificação também são estudadas.

Modelagem e imageamento 2.5D no domínio do tempo através de diferenças finitas

A modelagem 2.5D consiste em simular a propagação do campo de ondas em 3D em meios com simetria de translação em uma direção. Nesta tese esta abordagem é formulada para meios elásticos e anisotrópicos com classe de simetria arbitrária e a geometria de aquisição não precisa coincidir com um plano de simetria do meio. A migração por reversão no tempo do campo de ondas é formulada e implementada através de diferenças finitas 2.5D. Para reduzir os efeitos de retro-espalhamento e melhorar a recuperação da amplitude dos eventos migrados, propomos uma nova condição de imagem para migração reversa no tempo baseada na análise assintótica da condição de imagem clássica por correlação cruzada. Experimentos numéricos indicam que a migração reversa no tempo 2.5D com a nova condição de imagem proposta, melhora a resolução da imagem em relação à migração reversa no tempo 2D e reduz acentuadamente os ruídos causados por retro-espalhamento.

Migração FD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexa

A implementação convencional do método de migração por diferenças finitas 3D, usa a técnica de splitting inline e crossline para melhorar a eficiência computacional deste algoritmo. Esta abordagem torna o algoritmo eficiente computacionalmente, porém cria anisotropia numérica. Esta anisotropia numérica por sua vez, pode levar a falsos posicionamentos de refletores inclinados, especialmente refletores com grandes ângulos de mergulho. Neste trabalho, como objetivo de evitar o surgimento da anisotropia numérica, implementamos o operador de extrapolação do campo de onda para baixo sem usar a técnica splitting inline e crossline no domínio frequência-espaço via método de diferenças finitas implícito, usando a aproximação de Padé complexa. Comparamos a performance do algoritmo iterativo Bi-gradiente conjugado estabilizado (Bi-CGSTAB) com o multifrontal massively parallel solver (MUMPS) para resolver o sistema linear oriundo do método de migração por diferenças finitas. Verifica-se que usando a expansão de Padé complexa ao invés da expansão de Padé real, o algoritmo iterativo Bi-CGSTAB fica mais eficientes computacionalmente, ou seja, a expansão de Padé complexa atua como um precondicionador para este algoritmo iterativo. Como consequência, o algoritmo iterativo Bi-CGSTAB é bem mais eficiente computacionalmente que o MUMPS para resolver o sistema linear quando usado apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para aproximações de grandes ângulos, métodos diretos são necessários. Para validar e avaliar as propriedades desses algoritmos de migração, usamos o modelo de sal SEG/EAGE para calcular a sua resposta ao impulso.

Migração FFD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexa

Implementações dos métodos de migração diferença finita e Fourier (FFD) usam fatoração direcional para acelerar a performance e economizar custo computacional. Entretanto essa técnica introduz anisotropia numérica que podem erroneamente posicionar os refletores em mergulho ao longo das direções em que o não foi aplicado a fatoração no operador de migração. Implementamos a migração FFD 3D, sem usar a técnica do fatoração direcional, no domínio da frequência usando aproximação de Padé complexa. Essa aproximação elimina a anisotropia numérica ao preço de maior custo computacional buscando a solução do campo de onda para um sistema linear de banda larga. Experimentos numéricos, tanto no modelo homogêneo e heterogêneo, mostram que a técnica da fatoração direcional produz notáveis erros de posicionamento dos refletores em meios com forte variação lateral de velocidade. Comparamos a performance de resolução do algoritmo de FFD usando o método iterativo gradiente biconjugado estabilizado (BICGSTAB) e o multifrontal massively parallel direct solver (MUMPS). Mostrando que a aproximação de Padé complexa é um eficiente precondicionador para o BICGSTAB, reduzindo o número de iterações em relação a aproximação de Padé real. O método iterativo BICGSTAB é mais eficiente que o método direto MUMPS, quando usamos apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para maior ângulo de abertura do operador, mais termos da série são requeridos no operador de migração, e neste caso, a performance do método direto é mais eficiente. A validação do algoritmo e as propriedades da evolução computacional foram avaliadas para a resposta ao impulso do modelo de sal SEG/EAGE.

Influência do número e inclinação dos implantes para a ancoragem de prótese fixa em maxila atrófica: estudo comparativo com elementos finitos 3D

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Representação e armazenamento de dados cadastrais 3D em banco de dados geográficos

Pós-graduação em Ciências Cartográficas - FCT

3D stability orbits close to 433 Eros using an effective polyhedral model method

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Bifurcations Leading to Nonlinear Oscillations in a 3D Piecewise Linear Memristor Oscillator

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

Modeling of piezoelectric energy harvesting considering the dependence of the rectifier circuit

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)