Non-Linear Unsteady Aerodynamic Response Approximation Using Multi-Layer Functionals

Non-linear functional representation of the aerodynamic response provides a convenient mathematical model for motion-induced unsteady transonic aerodynamic loads response, that accounts for both complex non-linearities and time-history effects. A recent development, based on functional approximation theory, has established a novel functional form; namely, the multi-layer functional. For a large class of non-linear dynamic systems, such multi-layer functional representations can be realised via finite impulse response (FIR) neural networks. Identification of an appropriate FIR neural network model is facilitated by means of a supervised training process in which a limited sample of system input-output data sets is presented to the temporal neural network. The present work describes a procedure for the systematic identification of parameterised neural network models of motion-induced unsteady transonic aerodynamic loads response. The training process is based on a conventional genetic algorithm to optimise the network architecture, combined with a simplified random search algorithm to update weight and bias values. Application of the scheme to representative transonic aerodynamic loads response data for a bidimensional airfoil executing finite-amplitude motion in transonic flow is used to demonstrate the feasibility of the approach. The approach is shown to furnish a satisfactory generalisation property to different motion histories over a range of Mach numbers in the transonic regime.

Flows of Bingham Materials Through Ideal Porous Media: an Experimental and Theoretical Study

The flow of Bingham liquids through porous media has been studied. Experiments have been performed to determine the flow rate / pressure drop relationship for the flow of a grease of Binghamian rheological behavior through an array of rods of circular cross section. The yield stress and plastic viscosity of the grease have been determined with the aid of a controlled stress rotational rheometer. To investigate a wider range of the flow parameters, the mass and momentum conservation equations have been solved numerically, in conjunction with the generalized Newtonian constitutive law and the bi-viscosity model. The finite volume method has been employed to obtain the numerical solution. These numerical results also yielded a flow rate / pressure drop relationship, which is in very good agreement with the experimental results. A capillaric theory has been developed to determine an analytical relationship between the flow rate and pressure drop for flows of Bingham liquids through porous media. It is shown that the predictions of this theory are in good agreement with the experimental and numerical results.

A Well Stated Time Domain Integral Representation for Elastodynamic Analysis and Applications

This article discusses three possible ways to derive time domain boundary integral representations for elastodynamics. This discussion points out possible difficulties found when using those formulations to deal with practical applications. The discussion points out recommendations to select the convenient integral representation to deal with elastodynamic problems and opens the possibility of deriving simplified schemes. The proper way to take into account initial conditions applied to the body is an interesting topict shown. It illustrates the main differences between the discussed boundary integral representation expressions, their singularities and possible numerical problems. The correct way to use collocation points outside the analyzed domain is carefully described. Some applications are shown at the end of the paper, in order to demonstrate the capabilities of the technique when properly used.

Modeling of the Fluid-Structure Interaction in Inelastic Piping Systems

In many engineering applications, compliant piping systems conveying liquids are subjected to inelastic deformations due to severe pressure surges such as plastic tubes in modern water supply transmission lines and metallic pipings in nuclear power plants. In these cases the design of such systems may require an adequate modeling of the interactions between the fluid dynamics and the inelastic structural pipe motions. The reliability of the prediction of fluid-pipe behavior depends mainly on the adequacy of the constitutive equations employed in the analysis. In this paper it is proposed a systematic and general approach to consistently incorporate different kinds of inelastic behaviors of the pipe material in a fluid-structure interaction analysis. The main feature of the constitutive equations considered in this work is that a very simple numerical technique can be used for solving the coupled equations describing the dynamics of the fluid and pipe wall. Numerical examples concerning the analysis of polyethylene and stainless steel pipe networks are presented to illustrate the versatility of the proposed approach.

Detection of Horizontal Two-Phase Flow Patterns Through a Neural Network Model

One of the main problems related to the transport and manipulation of multiphase fluids concerns the existence of characteristic flow patterns and its strong influence on important operation parameters. A good example of this occurs in gas-liquid chemical reactors in which maximum efficiencies can be achieved by maintaining a finely dispersed bubbly flow to maximize the total interfacial area. Thus, the ability to automatically detect flow patterns is of crucial importance, especially for the adequate operation of multiphase systems. This work describes the application of a neural model to process the signals delivered by a direct imaging probe to produce a diagnostic of the corresponding flow pattern. The neural model is constituted of six independent neural modules, each of which trained to detect one of the main horizontal flow patterns, and a last winner-take-all layer responsible for resolving when two or more patterns are simultaneously detected. Experimental signals representing different bubbly, intermittent, annular and stratified flow patterns were used to validate the neural model.

An Inspection System to Identify Fatigue Damage on Steel-Bridge Structures

Crack formation and growth in steel bridge structural elements may be due to loading oscillations. The welded elements are liable to internal discontinuities along welded joints and sensible to stress variations. The evaluation of the remaining life of a bridge is needed to make cost-effective decisions regarding inspection, repair, rehabilitation, and replacement. A steel beam model has been proposed to simulate crack openings due to cyclic loads. Two possible alternatives have been considered to model crack propagation, which the initial phase is based on the linear fracture mechanics. Then, the model is extended to take into account the elastoplastic fracture mechanic concepts. The natural frequency changes are directly related to moment of inertia variation and consequently to a reduction in the flexural stiffness of a steel beam. Thus, it is possible to adopt a nondestructive technique during steel bridge inspection to quantify the structure eigenvalue variation that will be used to localize the grown fracture. A damage detection algorithm is developed for the proposed model and the numerical results are compared with the solutions achieved by using another well know computer code.

Análise matemática e biológica dos modelos de estimativa de perdas de rendimento na cultura devido à interferência de plantas daninhas

As plantas daninhas acarretam reduções no rendimento das culturas agrícolas. Os modelos matemáticos de estimativa de perda de rendimento na cultura devido à interferência dessas plantas podem ser instrumentos úteis à tomada de decisão de manejo. Se for possível prever as perdas de rendimento, será possível decidir se é viável ou não a aplicação de uma medida de controle. Há na literatura vários modelos matemáticos empíricos de regressão lineares, não-lineares e polinomiais usados para estimar as perdas de rendimento devido às plantas daninhas. O presente trabalho teve como objetivo apresentar uma análise dos modelos matemáticos presentes na literatura utilizados para estimar as perdas de rendimento que as plantas daninhas acarretam à cultura, considerando o ajuste matemático às observações e a descrição biológica do comportamento dessas perdas.

Diferenciação de espécies daninhas aquáticas pela análise multivariada de caracteres estruturais foliares

Algumas espécies de plantas aquáticas têm-se tornado problemáticas em reservatórios hidrelétricos no Brasil, devido a sua grande capacidade de reprodução. O objetivo destes trabalho foi diferenciar Brachiaria mutica, Brachiaria subquadripara, Panicum repens, Eichhornia crassipes, Heteranthera reniformis, Typha ubulata e Enhydra anagallis, utilizando-se 19 caracteres estruturais quantitativos do limbo foliar, que se relacionassem com a penetração e translocação de herbicidas. Amostras do terço médio do limbo foram fixadas em FAA 50, cortadas transversalmente em micrótomo com 8 mm de espessura e coradas com azul-de-toluidina. Foram quantificados (%) os seguintes caracteres estruturais da nervura central (NC) e da região internervural (IN): epidermes adaxial e abaxial, feixe vascular, bainha do feixe vascular, esclerênquima, parênquima e lacunas do aerênquima, além da espessura da folha, do número de estômatos e do número de tricomas nas faces adaxial e abaxial. Os 19 caracteres estruturais foram submetidos à Análise de Agrupamento e Análise de Componentes Principais. Houve a formação de três grupos principais: grupo 1 B. mutica, B. subquadripara e P. repens (Poaceae); grupo 2 E. crassipes e H. reniformis (Pontederiaceae) e E. anagallis (Asteraceae); e grupo 3 apenas T. subulata (Typhaceae). Os caracteres com maior poder discriminatório foram: porcentagem de epiderme adaxial (IN); porcentagem de epiderme abaxial; feixe vascular; bainha do feixe vascular; esclerênquima e lacunas do aerênquima (NC e IN); espessura da folha e número de estômatos das faces adaxial e abaxial. Concluiu-se que os caracteres estruturais quantitativos permitiram diferenciar essas espécies daninhas aquáticas em fase vegetativa.

Composição química de macrófitas aquáticas flutuantes utilizadas no tratamento de efluentes de aqüicultura

Os objetivos deste trabalho foram avaliar a composição química de duas espécies de macrófitas aquáticas flutuantes (Eichhornia crassipes e Pistia stratiotes), utilizadas no tratamento de efluentes de aqüicultura, e inferir as possibilidades de aproveitamento desses vegetais. E. crassipes apresentou os maiores conteúdos de cálcio (1,51%), magnésio (3.916,67 mg kg-1), manganês (1.233,33 mg kg-1), zinco (81,83 mg kg-1), ferro (5.425,00 mg kg¹) e cobre (25,83 mg kg-1). Na biomassa de P. stratiotes foram obtidos os maiores valores de matéria mineral (18,95%), fósforo (0,38%), nitrogênio (2,40%), proteína bruta (15,02%) e aminoácidos, à exceção de ácido aspártico e triptofano.

Desenvolvimento da tiririca (Cyperus rotundus) influenciado pela presença e ausência de palha de cana-de-açúcar e herbicida

O trabalho objetivou avaliar o desenvolvimento de Cyperus rotundus plantado em diferentes profundidades na ausência e presença de imazapic e palha da cana-de-açúcar. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, analisado em esquema fatorial do tipo 2 x 2 x 6, constituindo-se de 24 tratamentos representados pela palha (2 níveis); herbicida (2 níveis) e profundidades de plantio dos tubérculos (6 níveis). Os tratamentos foram constituídos por 25 tubérculos plantados a: 0, 2, 4, 6, 8 e 10 cm de profundidade, com e sem a aplicação de imazapic (110 g ha-1), na condição de presença e ausência de camada de palha de cana-de-açúcar (15 t ha-1). Concluiu-se que o crescimento das manifestações epígeas foi inibido pelo herbicida somente até aos 60 dias após aplicação (DAA), na ausência e na presença da camada da palha. Nas raízes, a quantidade e viabilidade dos tubérculos foram reduzidas nos tratamentos com ausência da palha e profundidade de plantio mais superficial, na presença ou ausência da aplicação de imazapic.

Efeitos da adubação fosfatada nas relações de interferência inicial entre plantas de milho (Zea mays) e de tiririca (Cyperus rotundus)

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da adubação fosfatada nas relações de interferência inicial entre plantas de milho e de tiririca. Para isso, foi montado um experimento em vasos de 90 L, preenchidos com substrato constituído por areia, terra e substrato Plantmax®. Os tratamentos constaram de combinações de colonização dos vasos por milho e/ou por tiririca nas densidades iniciais de 25 e 50 tubérculos por vaso; essas situações de colonização foram estabelecidas em três condições de adubação fosfatada adicional: 0, 100 e 300 ppm de fósforo. No campo, os vasos foram dispostos no delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições. As relações de interferência entre plantas de milho e de tiririca foram alteradas pela fertilização fosfatada do solo. O milho teve excelente aproveitamento do enriquecimento do solo pelo fósforo e interferiu mais decisivamente sobre a tiririca nos vasos bem fertilizados com esse elemento. Nessas condições, o milho reduziu drasticamente a resposta da tiririca à fertilização fosfatada, em termos de crescimento da parte aérea. A interferência da tiririca reduziu a altura das plantas de milho, a expansão da área foliar e o acúmulo de matéria seca na parte aérea.

Interferências mútuas entre a cultura do milho, espécies forrageiras e plantas daninhas em um sistema de consórcio: II - implicações sobre as espécies forrageiras

Esta pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar as conseqüências da utilização de um sistema de consórcio sobre o crescimento e a conseqüente produção final de massa fresca das plantas forrageiras intercaladas à cultura do milho. Os tratamentos resultaram da combinação entre três níveis do fator espécies forrageiras (Brachiaria decumbens, Brachiaria brizantha e Panicum maximum) e três níveis do fator plantas daninhas (Ipomoea grandifolia corda-de-viola, Amaranthus hybridus caruru-roxo e Digitaria horizontalis capim-colchão). Acrescentou-se, também, uma testemunha absoluta, ou seja, as espécies forrageiras crescendo sem a cultura do milho e sem plantas daninhas. Durante a condução do experimento, avaliou-se a área foliar (cm² por planta), a massa seca (g por planta) e o acúmulo total final de massa fresca (t ha-1) das espécies forrageiras quando submetidas aos diferentes tratamentos. De forma geral, B. decumbens foi a forrageira menos eficiente quanto à habilidade de competição interespecífica, P. maximum foi a espécie que mais produziu massa fresca, enquanto B. brizantha foi a mais competitiva com as plantas daninhas, podendo-se inferir que estas foram as espécies menos prejudicadas pelo sistema adotado. Como conclusão geral, a pesquisa demonstrou a viabilidade da utilização do sistema de consórcio.

Interferências mútuas entre a cultura do milho, espécies forrageiras e plantas daninhas em um sistema de consórcio: III - implicações sobre as plantas daninhas

O objetivo desta pesquisa foi avaliar as conseqüências da adoção de um sistema de consórcio com culturas forrageiras sobre a infestação e a produção de massa seca e área foliar de três espécies daninhas, na cultura do milho. Os tratamentos resultaram da combinação entre quatro níveis do fator plantas forrageiras (Brachiaria decumbens, Brachiaria brizantha, Panicum maximum e ausência de forrageira) e três níveis do fator plantas daninhas (Ipomoea grandifolia corda-de-viola, Amaranthus hybridus caruru-roxo e Digitaria horizontalis capim-colchão). Durante a condução do experimento foram avaliadas a área foliar, a massa seca e a densidade das plantas daninhas quando submetidas à convivência com a associação do milho e espécies forrageiras. De forma geral, o sistema de produção que envolve a associação de uma cultura forrageira com a cultura do milho reduz a infestação e suprime o crescimento de plantas daninhas no sistema; B. decumbens foi a forrageira que menos reduziu a infestação de plantas daninhas; a espécie B. brizantha foi a forrageira mais eficiente em reduzir a infestação de corda-de-viola, mas não suprimiu o crescimento do caruru-roxo; e a forrageira P. maximum foi a espécie que mais reduziu o crescimento do caruru-roxo e a área foliar do capim-colchão.

Potencial alelopático de soluções de solo cultivado com Brachiaria brizantha: efeitos sobre a germinação de gramíneas forrageiras e plantas daninhas de pastagens

O objetivo desta pesquisa foi obter informações que possam favorecer o entendimento da atuação dos compostos alelopáticos sobre o banco de sementes do solo e sobre a seleção de plantas invasoras e indicar espécies que favoreçam a renovação dos pastos. Assim, soluções de solo de uma área de pastagem de Brachiaria brizantha cv. Marandu formada há mais de cinco anos foram extraídas para avaliar os efeitos alelopáticos dessa espécie sobre a germinação, a dormência de sementes e o vigor de plântulas de B. brizantha cv. Marandu, Panicum maximum cv. Tanzânia, Sida rhombifolia e Peschiera fuchsiaefolia. O experimento foi instalado e conduzido no Laboratório de Matologia do Departamento de Produção Vegetal da FCA/UNESP - campus de Botucatu-SP. O substrato de germinação foi umedecido com 12 mL dos seguintes tratamentos: solução do solo de uma área cultivada com B. brizantha; solução do solo de uma área sem B. brizantha (mata nativa); água destilada; solução de polietilenoglicol com potencial osmótico idêntico ao da solução do solo sob B. brizantha; e solução de polietilenoglicol com potencial osmótico idêntico ao da solução de solo de uma mata nativa. A porcentagem de sementes normais, mortas, anormais e dormentes de B. brizantha não foi influenciada por nenhuma das soluções testadas, o que evidencia a não-ocorrência de efeito auto-alelopático. Foram verificados possíveis efeitos alelopáticos negativos sobre a porcentagem e velocidade de germinação de P. maximum cv. Tanzânia e sobre o crescimento radicular de S. rhombifolia. Esta última também se mostrou sensível ao efeito alelopático da solução de solo de mata, que promoveu redução no crescimento radicular. P. fuchsiaefolia não foi afetada por nenhuma das soluções testadas.

Consórcio entre feijão e Brachiaria brizantha sob doses reduzidas de graminicida

Objetivou-se neste trabalho avaliar a viabilidade do consórcio entre os cultivares de feijão BRS Valente e Diamante Negro com Brachiaria brizantha cv. MG5, submetidos a doses reduzidas de fluazifop-p-butil. Utilizou-se um esquema de parcelas subdivididas, tendo na parcela principal dois cultivares de feijão (Diamante Negro e BRS Valente) consorciados com B. brizantha e na subparcela as doses de fluazifop-p-butil (0, 15, 30, 45, 60 e 75 g ha-1), no delineamento em blocos casualizados com quatro repetições. B. brizantha e os cultivares de feijão foram avaliados também em monocultivo, utilizando capina manual. Foram determinados o estande final, a produtividade de grãos, o peso de 100 sementes, o número de vagens por planta e de sementes por vagem dos cultivares de feijão. B. brizantha foi coletada aos 25 dias após a colheita do cultivar BRS Valente, avaliando-se a biomassa seca da parte aérea e a altura do dossel. Os cultivares de feijão BRS Valente e Diamante Negro semeados na safra das águas não foram afetados pelo consórcio com B. brizantha; o cultivar BRS Valente (1,80 t ha-1) mostrou-se mais adequado a essa época de plantio em relação ao Diamante Negro (1,31 t ha-1). O feijoeiro foi altamente competitivo com B. brizantha, ocasionando redução no acúmulo de biomassa seca da forrageira de 50% em relação a B. brizantha em monocultivo. Comparada ao consórcio sem aplicação de herbicida, a dose de 15 g ha-1 do fluazifop-p-butil reduziu em 12 e 13% a biomassa seca e a altura do dossel da forrageira, respectivamente. A partir de 21 g ha-1 de fluazifop-p-butil a forrageira mostrou-se altamente sensível ao herbicida, apresentando acúmulo de biomassa extremamente reduzido.