Avaliação de proposições matemáticas para interpretação do comportamento de solos residuais não saturados

Nas últimas décadas, teorias têm sido formuladas para interpretar o comportamento de solos não saturados e estas têm se mostrado coerentes com resultados experimentais. Paralelamente, várias técnicas de campo e de laboratório têm sido desenvolvidas. No entanto, a determinação experimental dos parâmetros dos solos não saturados é cara, morosa, exige equipamentos especiais e técnicos experientes. Como resultado, essas teorias têm aplicação limitada a pesquisas acadêmicas e são pouco utilizados na prática da engenharia. Para superar este problema, vários pesquisadores propuseram equações para representar matematicamente o comportamento de solos não saturados. Estas proposições são baseadas em índices físicos, caracterização do solo, em ensaios convencionais ou simplesmente em ajustes de curvas. A relação entre a umidade e a sucção matricial, convencionalmente denominada curva característica de sucção do solo (SWCC) é também uma ferramenta útil na previsão do comportamento de engenharia de solos não saturados. Existem muitas equações para representar matematicamente a SWCC. Algumas são baseadas no pressuposto de que sua forma está diretamente relacionada com a distribuição dos poros e, portanto, com a granulometria. Nestas proposições, os parâmetros são calibrados pelo ajuste da curva de dados experimentais. Outros métodos supõem que a curva pode ser estimada diretamente a partir de propriedades físicas dos solos. Estas propostas são simples e conveniente para a utilização prática, mas são substancialmente incorretas, uma vez que ignoram a influência do teor de umidade, nível de tensões, estrutura do solo e mineralogia. Como resultado, a maioria tem sucesso limitado, dependendo do tipo de solo. Algumas tentativas têm sido feitas para prever a variação da resistência ao cisalhamento com relação a sucção matricial. Estes procedimentos usam, como uma ferramenta, direta ou indiretamente, a SWCC em conjunto com os parâmetros efetivos de resistência c e . Este trabalho discute a aplicabilidade de três equações para previsão da SWCC (Gardner, 1958; van Genuchten, 1980; Fredlund; Xing, 1994) para vinte e quatro amostras de solos residuais brasileiros. A adequação do uso da curva característica normalizada, proposta por Camapum de Carvalho e Leroueil (2004), também foi investigada. Os parâmetros dos modelos foram determinados por ajuste de curva, utilizando técnicas de problema inverso; dois métodos foram usados: algoritmo genético (AG) e Levenberq-Marquardt. Vários parâmetros que influênciam o comportamento da SWCC são discutidos. A relação entre a sucção matricial e resistência ao cisalhamento foi avaliada através de ajuste de curva utilizando as equações propostas por Öberg (1995); Sällfors (1997), Vanapalli et al., (1996), Vilar (2007); Futai (2002); oito resultados experimentais foram analisados. Os vários parâmetros que influênciam a forma da SWCC e a parcela não saturadas da resistência ao cisalhamento são discutidos.

Discrete Modeling of Granular Media: A NURBS-based Approach

This dissertation is concerned with the development of a new discrete element method (DEM) based on Non-Uniform Rational Basis Splines (NURBS). With NURBS, the new DEM is able to capture sphericity and angularity, the two particle morphological measures used in characterizing real grain geometries. By taking advantage of the parametric nature of NURBS, the Lipschitzian dividing rectangle (DIRECT) global optimization procedure is employed as a solution procedure to the closest-point projection problem, which enables the contact treatment of non-convex particles. A contact dynamics (CD) approach to the NURBS-based discrete method is also formulated. By combining particle shape flexibility, properties of implicit time-integration, and non-penetrating constraints, we target applications in which the classical DEM either performs poorly or simply fails, i.e., in granular systems composed of rigid or highly stiff angular particles and subjected to quasistatic or dynamic flow conditions. The CD implementation is made simple by adopting a variational framework, which enables the resulting discrete problem to be readily solved using off-the-shelf mathematical programming solvers. The capabilities of the NURBS-based DEM are demonstrated through 2D numerical examples that highlight the effects of particle morphology on the macroscopic response of granular assemblies under quasistatic and dynamic flow conditions, and a 3D characterization of material response in the shear band of a real triaxial specimen.

Determinação da viscosidade de misturas assimétricas em alta pressão usando regras de mistura

O conhecimento de propriedades de transporte de misturas a diferentes pressões e temperaturas é importante em projetos, operação, controle e otimização de processos industriais. Nestes processos, frequentemente, o fluido é uma mistura binária ou multicomponente de hidrocarbonetos, como fluidos de petróleo. Propriedades experimentais de misturas, especialmente, a viscosidade absoluta como função de temperatura e pressão, podem fornecer importantes informações sobre o comportamento do fluido em diferentes composições e são usadas no desenvolvimento de modelos e correlações e na caracterização de misturas complexas. Diversas regras de mistura têm sido propostas na literatura para cálculo de viscosidade de misturas. Estas regras de mistura preveem o comportamento da mistura à pressão atmosférica usando propriedades dos componentes puros. Porém, em diversas aplicações é necessário estimar a viscosidade de misturas a altas pressões. Neste estudo, foram avaliadas regras de mistura comumente usadas como Refutas, Fator de Mistura, Índice de Mistura, Grunberg e Nissan, Kendall-Monroe e Eyring bem como Aditividade Molar, usando dados de viscosidade experimental de misturas em altas pressões. Inicialmente, foram realizadas medidas de viscosidade absoluta para a mistura altamente assimétrica de ciclohexano e n-hexadecano na faixa de temperatura entre (318,15 a 413,15) K e pressões até 62,053 MPa e, para este sistema, um modelo foi proposto para cálculo dos componentes puros para dada temperatura e pressão. Além disso, dados experimentais de viscosidade de trinta misturas cujos componentes diferem em forma, tamanho ou flexibilidade foram selecionados na literatura e modelados empregando-se regras de mistura. As viscosidades das misturas foram estimadas a partir de dados de viscosidade experimental dos componentes puros medidos nas mesmas temperaturas e pressões. A altas pressões, Refutas, Fator de Mistura e Índice de Mistura apresentaram os melhores resultados para todos os sistemas estudados. Mesmo para moléculas bastante assimétricas, Refutas, Fator de Mistura e Índice de Mistura podem ser usados.

Optical intrinsically fuzzy mathematical morphology for gray-scale image processing

Intrinsically fuzzy morphological erosion and dilation are extended to a total of eight operations that have been formulated in terms of a single morphological operation--biased dilation. Based on the spatial coding of a fuzzy variable, a bidirectional projection concept is proposed. Thus, fuzzy logic operations, arithmetic operations, gray-scale dilation, and erosion for the extended intrinsically fuzzy morphological operations can be included in a unified algorithm with only biased dilation and fuzzy logic operations. To execute this image algebra approach we present a cellular two-layer processing architecture that consists of a biased dilation processor and a fuzzy logic processor. (C) 1996 Optical Society of America

Fuzzy reasoning morphological operators and their optical implementation

Fuzzy-reasoning theory is widely used in industrial control. Mathematical morphology is a powerful tool to perform image processing. We apply fuzzy-reasoning theory to morphology and suggest a scheme of fuzzy-reasoning morphology, including fuzzy-reasoning dilation and erosion functions. These functions retain more fine details than the corresponding conventional morphological operators with the same structuring element. An optical implementation has been developed with area-coding and thresholding methods. (C) 1997 Optical Society of America.

FUZZY SOLID SETS FOR MATHEMATICAL MORPHOLOGY AND OPTICAL IMPLEMENTATION

Fuzzy sets in the subject space are transformed to fuzzy solid sets in an increased object space on the basis of the development of the local umbra concept. Further, a counting transform is defined for reconstructing the fuzzy sets from the fuzzy solid sets, and the dilation and erosion operators in mathematical morphology are redefined in the fuzzy solid-set space. The algebraic structures of fuzzy solid sets can lead not only to fuzzy logic but also to arithmetic operations. Thus a fuzzy solid-set image algebra of two image transforms and five set operators is defined that can formulate binary and gray-scale morphological image-processing functions consisting of dilation, erosion, intersection, union, complement, addition, subtraction, and reflection in a unified form. A cellular set-logic array architecture is suggested for executing this image algebra. The optical implementation of the architecture, based on area coding of gray-scale values, is demonstrated. (C) 1995 Optical Society of America

Fuzzy inferring mathematical morphology and optical implementation

Fuzzification is introduced into gray-scale mathematical morphology by using two-input one-output fuzzy rule-based inference systems. The fuzzy inferring dilation or erosion is defined from the approximate reasoning of the two consequences of a dilation or an erosion and an extended rank-order operation. The fuzzy inference systems with numbers of rules and fuzzy membership functions are further reduced to a simple fuzzy system formulated by only an exponential two-input one-output function. Such a one-function fuzzy inference system is able to approach complex fuzzy inference systems by using two specified parameters within it-a proportion to characterize the fuzzy degree and an exponent to depict the nonlinearity in the inferring. The proposed fuzzy inferring morphological operators tend to keep the object details comparable to the structuring element and to smooth the conventional morphological operations. Based on digital area coding of a gray-scale image, incoherently optical correlation for neighboring connection, and optical thresholding for rank-order operations, a fuzzy inference system can be realized optically in parallel. (C) 1996 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Optimization of the multiwavelength erbium-doped fiber laser in a unidirectional cavity without an isolator

A highly uniform multiwavelength erbium-doped fiber ring laser with an intracavity sine phase modulator is demonstrated. The flat output spectrum is achieved by optimizing the cavity structure, modulation amplitude, and frequency of the sine phase modulator. Fifteen lasing lines with wavelength spacing of 0.9 nm appear simultaneously and stably with power differences less than 2 dB and side-mode suppression ratio higher than 32 dB. In addition, the proposed cavity can support unidirectional operation without optical isolators. An output power difference of about 20 dB is realized between the counterclockwise and clockwise directions, which is almost independent of the pump power and lasing wavelengths. (c) 2005 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Distortion of beam shape by a rotating double-prism wide-angle laser beam scanner

We describe the rigorous results of a wide-angle laser beam scanner, obtained with the help of the vector refraction theory. Using the rigorous results, the distortion of the beam shape is discussed. The distortion to the beam varies with the different relative angles of double prisms. The scanner expands the beam in some directions while it contracts the beam in other directions. According to the conservation of energy, the distribution of the laser intensity is changed as well. (c) 2006 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

The effect of the rotating double-prism wide-angle laser beam scanner on the beam shape

In this paper, we describe a wide-angle laser beam scanner and the rigorous result of the wide-angle laser beam scanner was obtained with the help of the vector refraction theory. Using the rigorous results, the distortion of the beam shape was discussed. The distortion of the beam shape is varying with the different relative angles of the double prisms. According to the conservation of the energy, the distribution of the laser intensity is changed too. (c) 2005 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Otimização multimodal através de novas técnicas baseadas em clusterização nebulosa

Neste trabalho, é proposta uma nova família de métodos a ser aplicada à otimização de problemas multimodais. Nestas técnicas, primeiramente são geradas soluções iniciais com o intuito de explorar o espaço de busca. Em seguida, com a finalidade de encontrar mais de um ótimo, estas soluções são agrupadas em subespaços utilizando um algoritmo de clusterização nebulosa. Finalmente, são feitas buscas locais através de métodos determinísticos de otimização dentro de cada subespaço gerado na fase anterior com a finalidade de encontrar-se o ótimo local. A família de métodos é formada por seis variantes, combinando três esquemas de inicialização das soluções na primeira fase e dois algoritmos de busca local na terceira. A fim de que esta nova família de métodos possa ser avaliada, seus constituintes são comparados com outras metodologias utilizando problemas da literatura e os resultados alcançados são promissores.