Edge reinforced circular elastic inclusions in cylindrical shells

The effect of having an edge reinforcement around a circular elastic inclusion in a cylindrical shell is studied. The influence of various parameters of the reinforcement such as area of cross section and moment of inertia on the stress concentrations around the inclusion is investigated. It is found that for certain inclusion parameters it is possible to get an optimum reinforcement, which gives minimum stress concentration around the inclusion. The effect of moment of inertia of the reinforcement of SCF is found to be negligible. The results are plotted in a non-dimensional form and a comparison with flat plate results is made which show the curvature effect. In the limiting case of a rigid reinforcement the results tend to those of a rigid circular inclusion. Results are also presented for different values of μe the ratio of extensional rigidity of shell to that of the inclusion.

Model exact low-lying states and spin dynamics in ferric wheels: Fe-6 to Fe-12

Using an efficient numerical scheme that exploits spatial symmetries and spin parity, we have obtained the exact low-lying eigenstates of exchange Hamiltonians for ferric wheels up to Fe-12. The largest calculation involves the Fe-12 ring which spans a Hilbert space dimension of about 145x10(6) for the M-S=0 subspace. Our calculated gaps from the singlet ground state to the excited triplet state agree well with the experimentally measured values. Study of the static structure factor shows that the ground state is spontaneously dimerized for ferric wheels. The spin states of ferric wheels can be viewed as quantized states of a rigid rotor with the gap between the ground and first excited states defining the inverse of the moment of inertia. We have studied the quantum dynamics of Fe-10 as a representative of ferric wheels. We use the low-lying states of Fe-10 to solve exactly the time-dependent Schrodinger equation and find the magnetization of the molecule in the presence of an alternating magnetic field at zero temperature. We observe a nontrivial oscillation of the magnetization which is dependent on the amplitude of the ac field. We have also studied the torque response of Fe-12 as a function of a magnetic field, which clearly shows spin-state crossover.

Micro-satellite angular rate estimation using second-order sliding mode observer

Development of computationally efficient and accurate attitude rate estimation algorithm using low-cost commercially available star sensor arrays and processing unit for micro-satellite mission is presented. Our design reduces the computational load of least square (LS)-based rate estimation method while maintaining the same accuracy compared to other rate estimation approaches. Furthermore, rate estimation accuracy is improved by using recently developed fast and accurate second-order sliding mode observer (SOSMO) scheme. It also gives robust estimation in the presence of modeling uncertainties, unknown disturbances, and measurement noise. Simulation study shows that rate estimation accuracy achieved by our LS-based method is comparable with other methods for a typical commercially available star sensor array. The robustness analysis of SOSMO with respect to measurement noise is also presented in this paper. Simulation test bench for a practical scenario of satellite rate estimation uses moment-of-inertia variation and environmental disturbances affecting a typical micro-satellite at 500km circular orbit. Comparison studies of SOSMO with 1-SMO and pseudo-linear Kalman filter show that satisfactory estimation accuracy is achieved by SOSMO.

Estudo do processo de fabricação de perfis híbridos pultrudidos

A realização deste trabalho teve como principal objectivo proceder ao projecto e realização de dois sistemas de produção de perfis pultrudidos híbridos a acoplar aos equipamentos de pultrusão já instalados na ALTO – PERFIS PULTRUDIDOS, Lda. A realização de perfis pultrudidos híbridos visa melhorar as características de isolamento térmico e acústico dos tubos habitualmente feitos por pultrusão, incrementando simultaneamente a sua resistência, através da melhoria do momento de inércia do perfil, sem que haja um aumento significativo do peso do conjunto. O projecto teve como base de trabalho dois sistemas de produção completamente distintos: (a) a existência de barras de cortiça e de poliuretano (pré-formas) sobre as quais se vai efectuar a pultrusão de um tubo que abraça as barras e (b) o uso de resíduos de pultrusão como forma de enchimento dos tubos, durante o seu processo produtivo. Estes equipamentos foram projectados e parcialmente fabricados, antevendo-se que os mesmos entrem em funcionamento muito brevemente.

Caracterização de perfis pultrudidos Híbridos

A pultrusão é uma técnica já sobejamente conhecida de produção de perfis de secção constante, tais como barras, cantoneiras, perfis estruturais ou tubos, em materiais compósitos de matriz polimérica. A necessidade de, em determinadas aplicações, utilizar perfis que proporcionem melhor isolamento térmico, melhor isolamento acústico ou possuam um momento de inércia ligeiramente superior, sem que o peso próprio seja significativamente afectado, levou à produção de perfis pultrudidos híbridos, com núcleos baseados em pré-formas ou na alimentação contínua de resíduos. Realizados os protótipos seguindo as metodologias acima descritas, urge verificar se as propriedades dos perfis híbridos correspondem às expectativas inicialmente neles depositadas, através de testes destrutivos e não-destrutivos. Assim, foram realizados testes à tracção, à compressão e à flexão, no intuito de verificar os ganhos conseguidos e poder analisar o valor-acrescentado trazido por estes novos perfis em termos estruturais. Estes valores, depois de devidamente validados, permitirão a sua inserção em bases de dados agregadas a programas de cálculo estrutural, que efectuam de forma automática o dimensionamento de estruturas baseadas em perfis desta natureza. Complementarmente, foram realizados testes de isolamento térmico e acústico, com vista a quantificar a melhoria conseguida nestas propriedades, extremamente importantes em determinados tipos de aplicações ligadas à construção civil e obras públicas.

Direct-on-line axial flux permanent magnet synchronous generator static and dynamic performance

In distributed energy production, permanent magnet synchronous generators (PMSG) are often connected to the grid via frequency converters, such as voltage source line converters. The price of the converter may constitute a large part of the costs of a generating set. Some of the permanent magnet synchronous generators with converters and traditional separately excited synchronous generators couldbe replaced by direct-on-line (DOL) non-controlled PMSGs. Small directly networkconnected generators are likely to have large markets in the area of distributed electric energy generation. Typical prime movers could be windmills, watermills and internal combustion engines. DOL PMSGs could also be applied in island networks, such as ships and oil platforms. Also various back-up power generating systems could be carried out with DOL PMSGs. The benefits would be a lower priceof the generating set and the robustness and easy use of the system. The performance of DOL PMSGs is analyzed. The electricity distribution companies have regulations that constrain the design of the generators being connected to the grid. The general guidelines and recommendations are applied in the analysis. By analyzing the results produced by the simulation model for the permanent magnet machine, the guidelines for efficient damper winding parameters for DOL PMSGs are presented. The simulation model is used to simulate grid connections and load transients. The damper winding parameters are calculated by the finite element method (FEM) and determined from experimental measurements. Three-dimensional finite element analysis (3D FEA) is carried out. The results from the simulation model and 3D FEA are compared with practical measurements from two prototype axial flux permanent magnet generators provided with damper windings. The dimensioning of the damper winding parameters is case specific. The damper winding should be dimensioned based on the moment of inertia of the generating set. It is shown that the damper winding has optimal values to reach synchronous operation in the shortest period of time after transient operation. With optimal dimensioning, interferenceon the grid is minimized.

Estudo Experimental do Momento de Inércia de uma Placa

Neste trabalho, mostra-se um caminho diferente para se estudar o momento de inércia de um corpo em rotação. Descreve-se um experimento que permite estabelecer como a inércia de uma placa depende de sua massa e geometria, em que se determina parâmetros como os expoentes e a constante da tradicional equação do momento de inércia de uma placa, a partir de medidas de corrente elétrica. Para isso escolhe-se quatro placas de massa diferentes, mantendo-se em duas delas as mesmas dimensões, enquanto que nas outras duas uma das dimensões é o dobro da outra. Os resultados obtidos reforçam a idéia de que o sistema e o procedimento de medida utilizado podem ser uma alternativa em realizar esta prática nos laboratórios de ensino.

Estudo experimental do momento de inércia de um cone

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

NUCLEAR ALIGNMENT - CLASSICAL DYNAMIC-MODEL FOR THE U-238 U-238 SYSTEM

Dynamical properties of the U-238-U-238 system at the classical turning point, specifically the distance of closest approach, the relative orientations of the nuclei, and deformations have been studied at the sub-Coulomb energy of E(lab) = 6.07 MeV/nucleon using a classical dynamical model with a variable moment of inertia. Probability of favorable alignment for anomalous positron-electron pair emission through vacuum decay is calculated. The calculated small favorable alignment probability value of 0.116 is found to be enhanced by about 16% in comparison with the results of a similar study using a fixed moment of inertia as well as the results from a semiquantal calculation reported earlier.

Quenching in a non-ideal mechanical system and the Averaging Method

In this paper, for the first time, a quenching result in a non-ideal system is rigorously obtained. In order to do this a new mechanical hypothesis is assumed, it means that the moment of inertia of the rotating parts of the energy source is big. From this is possible to use the Averaging Method. © 2012 American Institute of Physics.

Variáveis canônicas não singulares e o movimento rotacional de satélites artificiais

Pós-graduação em Física - FEG

Mapeamento do relevo do embasamento de bacias sedimentares através da inversão gravimétrica vinculada

Apresentamos três novos métodos estáveis de inversão gravimétrica para estimar o relevo de uma interface arbitrária separando dois meios. Para a garantia da estabilidade da solução, introduzimos informações a priori sobre a interface a ser mapeada, através da minimização de um (ou mais) funcional estabilizante. Portanto, estes três métodos se diferenciam pelos tipos de informação físico-geológica incorporados. No primeiro método, denominado suavidade global, as profundidades da interface são estimadas em pontos discretos, presumindo-se o conhecimento a priori sobre o contraste de densidade entre os meios. Para a estabilização do problema inverso introduzimos dois vínculos: (a) proximidade entre as profundidades estimadas e verdadeiras da interface em alguns pontos fornecidas por furos de sondagem; e (b) proximidade entre as profundidades estimadas em pontos adjacentes. A combinação destes dois vínculos impõe uma suavidade uniforme a toda interface estimada, minimizando, simultaneamente em alguns pontos, os desajustes entre as profundidades conhecidas pelas sondagens e as estimadas nos mesmos pontos. O segundo método, denominado suavidade ponderada, estima as profundidades da interface em pontos discretos, admitindo o conhecimento a priori do contraste de densidade. Neste método, incorpora-se a informação geológica que a interface é suave, exceto em regiões de descontinuidades produzidas por falhas, ou seja, a interface é predominantemente suave porém localmente descontínua. Para a incorporação desta informação, desenvolvemos um processo iterativo em que três tipos de vínculos são impostos aos parâmetros: (a) ponderação da proximidade entre as profundidades estimadas em pontos adjacentes; (b) limites inferior e superior para as profundidades; e (c) proximidade entre todas as profundidades estimadas e um valor numérico conhecido. Inicializando com a solução estimada pelo método da suavidade global, este segundo método, iterativamente, acentua as feições geométricas presentes na solução inicial; ou seja, regiões suaves da interface tendem a tornar-se mais suaves e regiões abruptas tendem a tornar-se mais abruptas. Para tanto, este método atribui diferentes pesos ao vínculo de proximidade entre as profundidades adjacentes. Estes pesos são automaticamente atualizados de modo a acentuar as descontinuidades sutilmente detectadas pela solução da suavidade global. Os vínculos (b) e (c) são usados para compensar a perda da estabilidade, devida à introdução de pesos próximos a zero em alguns dos vínculos de proximidade entre parâmetros adjacentes, e incorporar a informação a priori que a região mais profunda da interface apresenta-se plana e horizontal. O vínculo (b) impõe, de modo estrito, que qualquer profundidade estimada é não negativa e menor que o valor de máxima profundidade da interface conhecido a priori; o vínculo (c) impõe que todas as profundidades estimadas são próximas a um valor que deliberadamente viola a profundidade máxima da interface. O compromisso entre os vínculos conflitantes (b) e (c) resulta na tendenciosidade da solução final em acentuar descontinuidades verticais e apresentar uma estimativa suave e achatada da região mais profunda. O terceiro método, denominado mínimo momento de inércia, estima os contrastes de densidade de uma região da subsuperfície discretizada em volumes elementares prismáticos. Este método incorpora a informação geológica que a interface a ser mapeada delimita uma fonte anômala que apresenta dimensões horizontais maiores que sua maior dimensão vertical, com bordas mergulhando verticalmente ou em direção ao centro de massa e que toda a massa (ou deficiência de massa) anômala está concentrada, de modo compacto, em torno de um nível de referência. Conceitualmente, estas informações são introduzidas pela minimização do momento de inércia das fontes em relação ao nível de referência conhecido a priori. Esta minimização é efetuada em um subespaço de parâmetros consistindo de fontes compactas e apresentando bordas mergulhando verticalmente ou em direção ao centro de massa. Efetivamente, estas informações são introduzidas através de um processo iterativo inicializando com uma solução cujo momento de inércia é próximo a zero, acrescentando, em cada iteração, uma contribuição com mínimo momento de inércia em relação ao nível de referência, de modo que a nova estimativa obedeça a limites mínimo e máximo do contraste de densidade, e minimize, simultaneamente, os desajustes entre os dados gravimétricos observados e ajustados. Adicionalmente, o processo iterativo tende a "congelar" as estimativas em um dos limites (mínimo ou máximo). O resultado final é uma fonte anômala compactada em torno do nível de referência cuja distribuição de constraste de densidade tende ao limite superior (em valor absoluto) estabelecido a priori. Estes três métodos foram aplicados a dados sintéticos e reais produzidos pelo relevo do embasamento de bacias sedimentares. A suavidade global produziu uma boa reconstrução do arcabouço de bacias que violam a condição de suavidade, tanto em dados sintéticos como em dados da Bacia do Recôncavo. Este método, apresenta a menor resolução quando comparado com os outros dois métodos. A suavidade ponderada produziu uma melhoria na resolução de relevos de embasamentos que apresentam falhamentos com grandes rejeitos e altos ângulos de mergulho, indicando uma grande potencialidade na interpretação do arcabouço de bacias extensionais, como mostramos em testes com dados sintéticos e dados do Steptoe Valley, Nevada, EUA, e da Bacia do Recôncavo. No método do mínimo momento de inércia, tomou-se como nível de referência o nível médio do terreno. As aplicações a dados sintéticos e às anomalias Bouguer do Graben de San Jacinto, California, EUA, e da Bacia do Recôncavo mostraram que, em comparação com os métodos da suavidade global e ponderada, este método estima com excelente resolução falhamentos com pequenos rejeitos sem impor a restrição da interface apresentar poucas descontinuidades locais, como no método da suavidade ponderada.

Mapeamento de uma interface separando dois meios homogêneos através da reconstituição gravimétrica compacta: aplicação a dados do LEPLAC-IV

O problema do mapeamento de uma interface separando dois meios homogêneos tem sido tradicionalmente resolvido através da continuação para baixo da anomalia gravimétrica observada. Este procedimento requer a utilização de um filtro passa-baixa ou de um parâmetro de amortecimento, que tendem a diminuir a resolução do relevo estimado da interface. Além disso, o uso da continuação para baixo implica supor (desnecessariamente) que a interface é uma superfície harmônica. Desta forma, a utilização da continuação para baixo é restrita a interfaces que apresentam um relevo suave relativamente à sua profundidade média. As restrições impostas pela continuação para baixo do campo gravimétrico são reduzidas na técnica de inversão proposta para este estudo, cujo objetivo é mapear a interface crosta-manto baseada na incorporação de informações a priori sobre o mínimo momento de inércia da fonte causadora, em relação a um eixo de concentração de massa pré-estabelecido e coincidente com o topo da fonte anômala. Além da introdução de informações sobre o mínimo momento, foi incluída também a possibilidade de haver variação lateral e em profundidade de densidade em setores previamente estabelecidos, o que permite estender a aplicação desta técnica a situações geológicas mais complexas que envolvam a reconstituição de corpos justapostos, que sejam de diferentes naturezas, tais como aqueles presentes em zonas de transição crustal. O método de inversão apresentado foi avaliado em testes usando dados sintéticos e os resultados obtidos mostraram a eficiência desta técnica em recuperar corpos alongados horizontalmente, que apresentem como topo ou base, interfaces arbitrárias a serem mapeadas. Foi também constatada a eficácia do método em reconstituir corpos que comportem variação lateral de densidade que pudessem retratar situações em que se deseja investigar a natureza do embasamento em regiões de transição crustal. Com base nos resultados destes testes, a técnica foi então empregada na inversão gravimétrica de cinco perfis do LEPLAC IV que cruzam a região oceânica adjacente à margem continental sudeste brasileira. Os resultados desta aplicação permitiram inferir a natureza dos corpos que constituem o arcabouço estrutural da região onde encontram-se inseridas a Dorsal de São Paulo e a Zona de Fratura de Porto Alegre, assim como mapear a Moho subjacente.

Potenciais periódicos: aplicação à espectroscopia do benzeno

Pós-graduação em Física - FEG