Região do espaço que mais influencia em medidas eletromagnéticas no domínio da frequência: caso de uma linha de corrente sobre um semi-espaço condutor

Localizar em subsuperfície a região que mais influencia nas medidas obtidas na superfície da Terra é um problema de grande relevância em qualquer área da Geofísica. Neste trabalho, é feito um estudo sobre a localização dessa região, denominada aqui zona principal, para métodos eletromagnéticos no domínio da freqüência, utilizando-se como fonte uma linha de corrente na superfície de um semi-espaço condutor. No modelo estudado, tem-se, no interior desse semi-espaço, uma heterogeneidade na forma de camada infinita, ou de prisma com seção reta quadrada e comprimento infinito, na direção da linha de corrente. A diferença entre a medida obtida sobre o semi-espaço contendo a heterogeneidade e aquela obtida sobre o semi-espaço homogêneo, depende, entre outros parâmetros, da localização da heterogeneidade em relação ao sistema transmissor-receptor. Portanto, mantidos constantes os demais parâmetros, existirá uma posição da heterogeneidade em que sua influência é máxima nas medidas obtidas. Como esta posição é dependente do contraste de condutividade, das dimensões da heterogeneidade e da freqüência da corrente no transmissor, fica caracterizada uma região e não apenas uma única posição em que a heterogeneidade produzirá a máxima influência nas medidas. Esta região foi denominada zona principal. Identificada a zona principal, torna-se possível localizar com precisão os corpos que, em subsuperfície, provocam as anomalias observadas. Trata-se geralmente de corpos condutores de interesse para algum fim determinado. A localização desses corpos na prospecção, além de facilitar a exploração, reduz os custos de produção. Para localizar a zona principal, foi definida uma função Detetabilidade (∆), capaz de medir a influência da heterogeneidade nas medidas. A função ∆ foi calculada para amplitude e fase das componentes tangencial (H_x) e normal (H_z) à superfície terrestre do campo magnético medido no receptor. Estudando os extremos da função ∆ sob variações de condutividade, tamanho e profundidade da heterogeneidade, em modelos unidimensionais e bidimensionais, foram obtidas as dimensões da zona principal, tanto lateralmente como em profundidade. Os campos eletromagnéticos em modelos unidimensionais foram obtidos de uma forma híbrida, resolvendo numericamente as integrais obtidas da formulação analítica. Para modelos bidimensionais, a solução foi obtida através da técnica de elementos finitos. Os valores máximos da função ∆, calculada para amplitude de H_x, mostraram-se os mais indicados para localizar a zona principal. A localização feita através desta grandeza apresentou-se mais estável do que através das demais, sob variação das propriedades físicas e dimensões geométricas, tanto dos modelos unidimensionais como dos bidimensionais. No caso da heterogeneidade condutora ser uma camada horizontal infinita (caso 1D), a profundidade do plano central dessa camada vem dada pela relação p_o = 0,17 δ_o, onde p_o é essa profundidade e δ_o o "skin depth" da onda plana (em um meio homogêneo de condutividade igual à do meio encaixante (σ₁) e a freqüência dada pelo valor de w em que ocorre o máximo de ∆ calculada para a amplitude de H_x). No caso de uma heterogeneidade bidimensional (caso 2D), as coordenadas do eixo central da zona principal vem dadas por d_o = 0,77 r₀ (sendo d_o a distância horizontal do eixo à fonte transmissora) e p_o = 0,36 δ_o (sendo p_o a profundidade do eixo central da zona principal), onde r₀ é a distância transmissor-receptor e δ_o o "skin depth" da onda plana, nas mesmas condições já estipuladas no caso 1D. Conhecendo-se os valores de r₀ e δ_o para os quais ocorre o máximo de ∆, calculado para a amplitude de H_x, pode-se determinar (d_o, p_o). Para localizar a zona principal (ou, equivalentemente, uma zona condutora anômala em subsuperfície), sugere-se um método que consiste em associar cada valor da função ∆ da amplitude de H_x a um ponto (d, p), gerado através das relações d = 0,77 r e p = 0,36 δ, para cada w, em todo o espectro de freqüências das medidas, em um dado conjunto de configurações transmissor-receptor. São, então, traçadas curvas de contorno com os isovalores de ∆ que vão convergir, na medida em que o valor de ∆ se aproxima do máximo, sobre a localização e as dimensões geométricas aproximadas da heterogeneidade (zona principal).

Avaliação da influência do eletrojato equatorial na interpretação de dados magnetotelúrico bidimensionais

O campo magnetotelúrico em regiões equatoriais viola a condição de ondas planas por causa de uma fonte fortemente concentrada na direção E-W na ionosfera, denominada eletrojato equatorial. No presente trabalho, procurou-se analisar a resposta magnetotelúrica de fontes que simulam o efeito do eletrojato equatorial. Foram considerados dois tipos de fontes para simular o eletrojato: uma linha infinita de corrente e uma distribuição gaussiana de densidade de corrente em relação a uma das coordenadas horizontais. A resistividade aparente foi obtida através da relação de Cagniard e comparada com os resultados de ondas planas. É mostrada também a comparação entre a fase da impedância na superfície, para os três tipos de fontes (ondas planas, eletrojato gaussiano e linha de corrente). O problema de meios com heterogeneidades laterais foi resolvido em termos de campos secundários, sendo as equações diferenciais solucionadas através da técnica de elementos finitos bidimensionais. Os resultados mostram que o eletrojato tem pouca influência nas respostas (resistividade aparente e fase) de estruturas geológicas rasas. Entretanto, a influência pode ser considerável nas estruturas profundas (maior que 5000 m), principalmente se suas resistividades são altas (maior que 100 Ω.m). Portanto, a influência do eletrojato equatorial deve ser considerada na interpretação de dados magnetotelúricos de bacias sedimentares profundas ou no estudo da crosta terrestre.

Estudo comparativo das técnicas de elementos finitos e equação integral na modelagem eletromagnética bidimensional

Os métodos numéricos de Elementos Finitos e Equação Integral são comumente utilizados para investigações eletromagnéticas na Geofísica, e, para essas modelagens é importante saber qual algoritmo é mais rápido num certo modelo geofísico. Neste trabalho são feitas comparações nos resultados de tempo computacional desses dois métodos em modelos bidimensionais com heterogeneidades condutivas num semiespaço resistivo energizados por uma linha infinita de corrente (com 1000Hz de freqüência) e situada na superfície paralelamente ao "strike" das heterogeneidades. Após a validação e otimização dos programas analisamos o comportamento dos tempos de processamento nos modelos de corpos retangulares variandose o tamanho, o número e a inclinação dos corpos. Além disso, investigamos nesses métodos as etapas que demandam maior custo computacional. Em nossos modelos, o método de Elementos Finitos foi mais vantajoso que o de Equação Integral, com exceção na situação de corpos com baixa condutividade ou com geometria inclinada.

Inversão conjunta de dados gravimétricos magnéticos e resistivo

Apesar das grandes vantagens decorrentes da interpretação conjunta de dados geofísicos, a aplicação da inversão simultânea destes dados tem sido pouco estudada, principalmente a nível de simulação. Este trabalho foi desenvolvido com intuito de cobrir parte desta deficiência. Neste trabalho, foi utilizado o método dos mínimos quadrados para comparar os resultados obtidos a partir de: a) inversão dos grupos de dados gravimétricos, magnéticos e resistivos tomados separadamente; b) inversão simultânea destes grupos de dados combinados dois a dois; c) inversão simultânea dos três grupos de dados. O trabalho é desenvolvido a partir de dados teóricos onde são simuladas diversas situações geológicas. A comparação dos resultados é efetuada a partir das estimativas dos parâmetros obtidos por cada inversão, pelos desvios padrões de cada parâmetro (inversão gravimetria-magnetometria para o ruído Gaussiano) e pela redução da ambiguidade, manifestada pela dependência das estimativas em relação a aproximação inicial dos parâmetros. Na maioria dos casos estudados as inversões conjuntas dos dados combinados dois a dois apresentam resultados bem superiores àqueles obtidos usando-se apenas um dos grupos de dados isoladamente, seja nas estimativas dos parâmetros, seja na redução da ambiguidade. Por sua vez, a inversão conjunta dos três grupos de dados apresentam resultados semelhantes às inversões dos grupos de dados combinados dois a dois, contudo em alguns casos a inversão conjunta dos três grupos de dados é a única totalmente independente da aproximação inicial. Dados gravimétricos e magnéticos de duas anomalias reais foram invertidos, produzindo sempre curvas estimadas bem ajustadas aos valores observados.

Modelagem 2,5D por elementos finitos dos efeitos da topografia do terreno sobre dados obtidos com o método eletromagnético a multifrequência

Este trabalho consiste em realizar a modelagem, via elementos finitos (EF) 2,5D, do efeito da topografia do terreno sobre dados obtidos com o método eletromagnético a multi-frequência (EMMF). Este método usa como fonte uma grande espira quadrada de corrente elétrica com centenas de metros de lado, e como receptores, bobinas posicionadas na horizontal em alinhamento com o transmissor. A subsuperfície é representada por heterogeneidades bidimensionais imersas em um meio horizontalmente estratificado. A formulação, partindo das equações de Maxwell, é desenvolvida a partir da separação do campo eletromagnético em primário (campos no hospedeiro multi-estratificado) e secundário (diferença entre o campo total e o primário). O domínio discretizado é descrito por uma malha não estruturada, com elementos triangulares. Para calcular as componentes derivadas da solução de elementos finitos, em um determinado nó da malha, foi usada a média aritmética das derivadas das funções bases de EF em torno daquele nó. O código de modelagem construído permite quantificar e analisar como os gradientes topográficos influenciam as medidas dos campos eletromagnéticos gerados. A aplicação é a avaliação dessas influências sobre a componente radial do campo da espira na superfície terrestre, que é a componente empregada no método eletromagnético a multi-frequência (EMMF).

Modeling heat transfer in die milling

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

Desenvolvimento de uma metodologia numérica para escoamentos viscoelásticos não-isotérmicos

Pós-graduação em Matematica Aplicada e Computacional - FCT

Two-and tridimensional analysis of periapical repair after endodontic surgery

Objective The aim of this study was to evaluate repair after endodontic surgery using two- and tridimensional imaging methods. Materials and methods Periapical radiographs and cone beam computed tomography (CBCT) were performed before the surgeries and after 48 h (baseline), 4 months, and 8 months. The area (square millimeters) of periapical lesions in CBCT and in radiographs was compared regarding the percentage of repair. In the CBCT, multiple areas were converted to volume. Repeated-measures analyses and paired t tests (α=0.05) were used to compare the methods. Correlation coefficients were calculated between the periods of evaluation within the CBCT volumetric analysis. Bland-Altman plots were used to compare the methods, based on the 95 % limits of agreement for the difference of the means. Results Baseline showed a larger lesion volume (192.54 mm3 ) than 4-month (79.79 mm3 ) and 8-month (47.51 mm3 ) periods. No differences were found in the percentage of repair in the first 4 months and after 8 months. The volumetric analysis showed a higher percentage of repair when the first and last 4 months were compared. No differences were found in the percentage of repair by area in the CBCTs. Repair of 73 % was obtained after 8 months. Similar results were observed by the Bland-Altman agreement analyses. Conclusions The percentage of repair varied after 8 months, when lower values were obtained by volumetric evaluation. Clinical relevance Considering the outcome at follow-up periods over 4 months, tridimensional evaluation by CBCT is more capable of determining the absence of periapical bone repair than conventional two-dimensional radiographs. Therefore, the use of CBCT would be suggested only for more complex cases with slower evolution of repair or for the association of factors that make prognosis difficult after surgery.

O impacto do preparo, da cerâmica e do contato oclusal na distribuição de tensões em facetas

Pós-graduação em Odontologia Restauradora - ICT

Finite-difference calculation of donor energy levels in a spherical quantum dot subject to a magnetic field

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Dynamic analysis for different finite element models of beams with viscoelastic damping layer

Many new viscoelastic materials have been developed recently to help improve noise and vibration levels in mechanical structures for applications in automobile and aeronautical industry. The viscoelastic layer treatment applied to solid metal structures modifies two main properties which are related to the mass distribution and the damping mechanism. The other property controlling the dynamics of a mechanical system is the stiffness that does not change much with the viscoelastic material. The model of such system is usually complex, because the viscoelastic material can exhibit nonlinear behavior, in contrast with the many available tools for linear dynamics. In this work, the dynamic behavior of sandwich beam is modeled by finite element method using different element types which are then compared with experimental results developed in the laboratory for various beams with different viscoelastic layer materials. The finite element model is them updated to help understand the effects in the damping for various natural frequencies and the trade-off between attenuation and the mass add to the structure.

Solução das equações de Navier-Stokes e da equação de transporte por um método de elementos finitos estabilizado pela técnica de separação baseada na característica

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

A novel self consistent calculation approach for the capacitance-voltage characteristics of semiconductor quantum wire transistors based on a split-gate configuration

Purpose - The purpose of this paper is to develop an efficient numerical algorithm for the self-consistent solution of Schrodinger and Poisson equations in one-dimensional systems. The goal is to compute the charge-control and capacitance-voltage characteristics of quantum wire transistors. Design/methodology/approach - The paper presents a numerical formulation employing a non-uniform finite difference discretization scheme, in which the wavefunctions and electronic energy levels are obtained by solving the Schrodinger equation through the split-operator method while a relaxation method in the FTCS scheme ("Forward Time Centered Space") is used to solve the two-dimensional Poisson equation. Findings - The numerical model is validated by taking previously published results as a benchmark and then applying them to yield the charge-control characteristics and the capacitance-voltage relationship for a split-gate quantum wire device. Originality/value - The paper helps to fulfill the need for C-V models of quantum wire device. To do so, the authors implemented a straightforward calculation method for the two-dimensional electronic carrier density n(x,y). The formulation reduces the computational procedure to a much simpler problem, similar to the one-dimensional quantization case, significantly diminishing running time.

A NEW METHOD TO QUANTIFY X-RAY SUBSTRUCTURES IN CLUSTERS OF GALAXIES

We present a new method to quantify substructures in clusters of galaxies, based on the analysis of the intensity of structures. This analysis is done in a residual image that is the result of the subtraction of a surface brightness model, obtained by fitting a two-dimensional analytical model (beta-model or Sersic profile) with elliptical symmetry, from the X-ray image. Our method is applied to 34 clusters observed by the Chandra Space Telescope that are in the redshift range z is an element of [0.02, 0.2] and have a signal-to-noise ratio (S/N) greater than 100. We present the calibration of the method and the relations between the substructure level with physical quantities, such as the mass, X-ray luminosity, temperature, and cluster redshift. We use our method to separate the clusters in two sub-samples of high-and low-substructure levels. We conclude, using Monte Carlo simulations, that the method recuperates very well the true amount of substructure for small angular core radii clusters (with respect to the whole image size) and good S/N observations. We find no evidence of correlation between the substructure level and physical properties of the clusters such as gas temperature, X-ray luminosity, and redshift; however, analysis suggest a trend between the substructure level and cluster mass. The scaling relations for the two sub-samples (high-and low-substructure level clusters) are different (they present an offset, i. e., given a fixed mass or temperature, low-substructure clusters tend to be more X-ray luminous), which is an important result for cosmological tests using the mass-luminosity relation to obtain the cluster mass function, since they rely on the assumption that clusters do not present different scaling relations according to their dynamical state.

Numerical simulation of drop impact and jet buckling problems using the eXtended Pom-Pom model

This work presents numerical simulations of two fluid flow problems involving moving free surfaces: the impacting drop and fluid jet buckling. The viscoelastic model used in these simulations is the eXtended Pom-Pom (XPP) model. To validate the code, numerical predictions of the drop impact problem for Newtonian and Oldroyd-B fluids are presented and compared with other methods. In particular, a benchmark on numerical simulations for a XPP drop impacting on a rigid plate is performed for a wide range of the relevant parameters. Finally, to provide an additional application of free surface flows of XPP fluids, the viscous jet buckling problem is simulated and discussed. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.