Comportamento dinâmico de suspensão eletromecânica: análise da resposta devido ao amortecimento e à rigidez não linear

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Bispectral and trispectral characterization of transition to chaos in the Duffing oscillator

Higher-order spectral (bispectral and trispectral) analyses of numerical solutions of the Duffing equation with a cubic stiffness are used to isolate the coupling between the triads and quartets, respectively, of nonlinearly interacting Fourier components of the system. The Duffing oscillator follows a period-doubling intermittency catastrophic route to chaos. For period-doubled limit cycles, higher-order spectra indicate that both quadratic and cubic nonlinear interactions are important to the dynamics. However, when the Duffing oscillator becomes chaotic, global behavior of the cubic nonlinearity becomes dominant and quadratic nonlinear interactions are weak, while cubic interactions remain strong. As the nonlinearity of the system is increased, the number of excited Fourier components increases, eventually leading to broad-band power spectra for chaos. The corresponding higher-order spectra indicate that although some individual nonlinear interactions weaken as nonlinearity increases, the number of nonlinearly interacting Fourier modes increases. Trispectra indicate that the cubic interactions gradually evolve from encompassing a few quartets of Fourier components for period-1 motion to encompassing many quartets for chaos. For chaos, all the components within the energetic part of the power spectrum are cubically (but not quadratically) coupled to each other.

First-passage time of Duffing oscillator under combined harmonic and white-noise excitations

The first-passage time of Duffing oscillator under combined harmonic and white-noise excitations is studied. The equation of motion of the system is first reduced to a set of averaged Ito stochastic differential equations by using the stochastic averaging method. Then, a backward Kolmogorov equation governing the conditional reliability function and a set of generalized Pontryagin equations governing the conditional moments of first-passage time are established. Finally, the conditional reliability function, and the conditional probability density and moments of first-passage time are obtained by solving the backward Kolmogorov equation and generalized Pontryagin equations with suitable initial and boundary conditions. Numerical results for two resonant cases with several sets of parameter values are obtained and the analytical results are verified by using those from digital simulation.

Avaliação de Correlações e Equações de Estado para Determinação de Fatores de Compressibilidade de Gás Natural

O fator de compressibilidade (Z) de gás natural é utilizado em vários cálculos na engenharia de petróleo (avaliação de formações, perda de carga em tubulações, gradiente de pressão em poços de gás, cálculos de balanço de massa, medição de gás, compressão e processamento de gás). As fontes mais comuns de valores de Z são medições experimentais, caras e demoradas. Essa propriedade também é estimada por correlações empíricas, modelos baseados no princípio dos estados correspondentes ou equações de estado (EOS). Foram avaliadas as capacidades das EOS de Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Patel-Teja (PT), Patel-Teja-Valderrama (PTV), Schmidt-Wenzel (SW), Lawal-Lake-Silberberg (LLS) e AGA-8 para previsão desta propriedade em aproximadamente 2200 pontos de dados experimentais. Estes pontos foram divididos em quatro grupos: Grupo 1 (Presença de frações C7+, Grupo 2 (temperaturas inferiores a 258,15 K), Grupo 3 (pressões superiores a 10000 kPa) e Grupo 4 (pressões inferiores a 10000 kPa). Os cálculos utilizando as equações de estado sob diferentes esquemas de previsão de coeficientes binários de interação foram cuidadosamente investigados. Os resultados sugerem que a EOS AGA-8 apresenta os menores erros para pressões de até 70000 kPa. Entretanto, observou-se uma tendência de aumento nos desvios médios absolutos em função das concentrações de CO2 e H2S. As EOS PTV e a EOS SW são capazes de predizer o fator de compressibilidade (Z) com desvios médios absolutos entre os valores calculados e experimentais com precisão satisfatória para a maioria das aplicações, para uma variada faixa de temperatura e pressão. Este estudo também apresenta uma avaliação de 224 métodos de cálculo de Z onde foram utilizadas 8 correlações combinadas com 4 regras de mistura para estimativa de temperaturas e pressões pseudorreduzidas das amostras, junto com 7 métodos de caracterização das propriedades críticas da fração C7+, quando presente na composição do gás. Em função dos resultados são sugeridas, para diferentes tipos de sistemas, as melhores combinações de correlações com regras de mistura capazes de predizer fatores de compressibilidade (Z) com os menores erros absolutos médios relativos

Estimativa do erro de discretização analítico na solução de equações diferenciais utilizando o Método de Volumes Finitos

As análises de erros são conduzidas antes de qualquer projeto a ser desenvolvido. A necessidade do conhecimento do comportamento do erro numérico em malhas estruturadas e não-estruturadas surge com o aumento do uso destas malhas nos métodos de discretização. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi criar uma metodologia para analisar os erros de discretização gerados através do truncamento na Série de Taylor, aplicados às equações de Poisson e de Advecção-Difusão estacionárias uni e bidimensionais, utilizando-se o Método de Volumes Finitos em malhas do tipo Voronoi. A escolha dessas equações se dá devido a sua grande utilização em testes de novos modelos matemáticos e função de interpolação. Foram usados os esquemas Central Difference Scheme (CDS) e Upwind Difference Scheme(UDS) nos termos advectivos. Verificou-se a influência do tipo de condição de contorno e a posição do ponto gerador do volume na solução numérica. Os resultados analíticos foram confrontados com resultados experimentais para dois tipos de malhas de Voronoi, uma malha cartesiana e outra triangular comprovando a influência da forma do volume finito na solução numérica obtida. Foi percebido no estudo que a discretização usando o esquema CDS tem erros menores do que a discretização usando o esquema UDS conforme literatura. Também se percebe a diferença nos erros em volumes vizinhos nas malhas triangulares o que faz com que não se tenha uma uniformidade nos gráficos dos erros estudados. Percebeu-se que as malhas cartesianas com nó no centróide do volume tem menor erro de discretização do que malhas triangulares. Mas o uso deste tipo de malha depende da geometria do problema estudado

Comparação do Gasto energético de repouso obtido pela calorimetria indireta com as equações de predição em pacientes idosos em tratamento crônico de hemodiálise

Assim como na população geral, as necessidades energéticas diárias dos pacientes em tratamento crônico de hemodiálise (HD) podem ser calculadas multiplicando-se o gasto energético de repouso (GER) pelo nível de atividade física. Até o momento, não há estudos que avaliaram se as equações de predição são precisas para se estimar o GER de idosos em HD. O objetivo do presente estudo foi avaliar a concordância entre o GER obtido pela calorimetria indireta e as equações de predição de Harris&Benedict, Schofield e a proposta pelo documento da Organização Mundial de Saúde de 1985 (FAO 1985) nos pacientes idosos em HD. Tratou-se de um estudo transversal, onde foi avaliado o GER de 57 pacientes idosos não institucionalizados (> 60anos) em tratamento crônico de HD mensurado pela calorimetria indireta e comparado com as equações de predição de Harris&Benedict, Schofield e FAO 1985.A concordância entre o GER medido e as equações foi realizada pelo coeficiente de correlação intraclasse e pela análise de Bland-Altman. Neste estudo pode-se observar que o GER estimado pelas 3 equações foi significantemente maior do que o obtido pela calorimetria indireta. Um grau de reprodutibilidade moderado foi observado entre a calorimetria indireta e as equações. A superestimação foi o principal erro observado, sendo presente na metade dos pacientes. A subestimação foi vista em aproximadamente em 10 % dos pacientes. Com base nesses achados podemos concluir que as 3 equações tiveram uma performance similar ao estimar o GER. E estas podem ser utilizadas para calcular o GER de idosos em HD, na medida em que os nutricionistas reconheçam seus possíveis erros, principalmente quando as equações de predição subestimam o GER medido.

Determinação de integrais primeiras liouvillianas em equações diferenciais ordinárias de segunda ordem

Nesta Tese desenvolvemos várias abordagens "Darbouxianas"para buscar integrais primeiras (elementares e Liouvillianas) de equações diferenciais ordinárias de segunda ordem (2EDOs) racionais. Os algoritmos (semi-algoritmos) que desenvolvemos seguem a linha do trabalho de Prelle e Singer. Basicamente, os métodos que buscam integrais primeiras elementares são uma extensão da técnica desenvolvida por Prelle e Singer para encontrar soluções elementares de equações diferenciais ordinárias de primeira ordem (1EDOs) racionais. O procedimento que lida com 2EDOs racionais que apresentam integrais primeiras Liouvillianas é baseado em uma extensão ao nosso método para encontrar soluções Liouvillianas de 1EDOs racionais. A ideia fundamental por tras do nosso trabalho consiste em que os fatores integrantes para 1-formas polinomiais geradas pela diferenciação de funções elementares e Liouvillianas são formados por certos polinômios denominados polinômios de Darboux. Vamos mostrar como combinar esses polinômios de Darboux para construir fatores integrantes e, de posse deles, determinar integrais primeiras. Vamos ainda discutir algumas implementações computacionais dos semi-algoritmos.

Um algoritmo em paralelo para solução de equações diferenciais evolutivas

Este trabalho que envolve matemática aplicada e processamento paralelo: seu objetivo é avaliar uma estratégia de implementação em paralelo para algoritmos de diferenças finitas que aproximam a solução de equações diferenciais de evolução. A alternativa proposta é a substituição dos produtos matriz-vetor efetuados sequencialmente por multiplicações matriz-matriz aceleradas pelo método de Strassen em paralelo. O trabalho desenvolve testes visando verificar o ganho computacional relacionado a essa estratégia de paralelização, pois as aplicacações computacionais, que empregam a estratégia sequencial, possuem como característica o longo período de computação causado pelo grande volume de cálculo. Inclusive como alternativa, nós usamos o algoritmo em paralelo convencional para solução de algoritmos explícitos para solução de equações diferenciais parciais evolutivas no tempo. Portanto, de acordo com os resultados obtidos, nós observamos as características de cada estratégia em paralelo, tendo como principal objetivo diminuir o esforço computacional despendido.

Imagem de um Conselho Profissional: um estudo utilizando equações estruturais

O estudo e medição da imagem, especialmente de um Conselho Profissional são essenciais para auxiliar os gestores destas instituições a tomarem decisões. Como não há uma escala válida e confiável que permita a medição da imagem corporativa de um Conselho Profissional, o presente trabalho busca confirmar, através do método de Modelagem de Equações Estruturais MEE, o modelo hipotético proposto por Peres (2004) e Carvalho (2009) que tomam por base o estudo de Folland, Peacock e Pelfrey (1991) que conclui que a imagem corporativa é composta por dois fatores e a percepção desta imagem impacta na avaliação de seu desempenho. Os resultados obtidos na pesquisa demonstram, com grande segurança estatística, que o modelo proposto é consistente, tem ótimo ajuste, e pode ser aplicado em futuras amostras semelhantes.

Análise espectral das equações de transporte de nêutrons na formulação de ordenadas discretas em meios multiplicativos

É presentada nesta dissertação uma análise espectral das equações de transporte de nêutrons, independente do tempo, em geometria unidimensional e bidimensional, na formulação de ordenadas discretas (SN), utilizando o modelo de uma velocidade e multigrupo, considerando meios onde ocorrem o fenômeno da fissão nuclear. Esta análise espectral constitui-se na resolução de problemas de autovalores e respectivos autovetores, e reproduz a expressão para a solução geral analítica local das equações SN (para geometria unidimensional) ou das equações nodais integradas transversalmente (geometria retangular bidimensional) dentro de cada região homogeneizada do domínio espacial. Com a solução geral local determinada, métodos numéricos, tais como os métodos de matriz de resposta SN, podem ser derivados. Os resultados numéricos são gerados por programas de computadores implementados em MatLab, versão 2012, a fim de verificar a natureza dos autovalores e autovetores correspondentes no espaço real ou complexo.

Implementação paralela de um código de elementos finitos em 2D para as Equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis com transporte de escalares.

O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados.

Validade cruzada de equações de predição da aptidão cardiorrespiratória sem testes de exercício em idosos

O condicionamento cardiorrespiratório pode ser caracterizado como sendo um dos componentes da aptidão cardiorrespiratória, estando diretamente associado aos níveis de saúde e qualidade de vida. Existem formas diversas para se avaliar os níveis de condicionamento cardiorrespiratório durante a realização de exercícios, tanto de forma direta como indireta. Foi realizado um estudo do tipo transversal contando com idosos voluntários acima dos 60 anos, admitidos entre março de 2005 e abril de 2008, todos participantes do Projeto Idosos em Movimento Mantendo a Autonomia (IMMA), coordenado pelo Laboratório de Atividade Física e Promoção da Saúde (LABSAU) do Instituto de Educação Física e Desportos da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (IEFD-UERJ) e implementado em parceria com a Universidade Aberta da Terceira Idade (UnATI-UERJ) com o objetivo de realizar a validação cruzada de equações para estimativa da ACR sem exercícios em amostra de idosos brasileiros. Portanto, esta pesquisa identificou evidências para se estimar a aptidão cardiorrespiratória através de um método sem exercícios apresentando baixo custo e risco a saúde dos idosos, desta forma, não necessitando a utilização de locais específicos e com equipamentos como bicicletas e esteiras ergométricas e também não havendo a necessidade de profissionais especializados na aplicação dos referidos testes

Os conhecimentos supostos disponíveis na transição entre o ensino médio e superior: a noção de sistemas de equações lineares

Nossa pesquisa sobre as diferentes possibilidades de tratamento da noção de sistemas de equações lineares na transição entre o Ensino Médio e Superior. O referencial teórico escolhido é a noção de níveis de conhecimento esperados dos estudantes conforme definição de Robert (1997) apoiado das abordagens teóricas em termos de quadro de Douady (1984), de pontos de vista de Rogalski (1995) e complementado pela teoria antropológica do didático de Bosch e Chevallard (1999), que permite analisar as diferentes relações institucionais esperadas existentes assim como as relações pessoais desenvolvidas pelos estudantes em função das anteriores. Observamos que apesar da coerência entre as relações institucionais esperadas e existentes, os resultados obtidos pelos estudantes nas macroavaliações, tanto no Ensino Médio como no Ensino Superior, não correspondem às expectativas.

Estimação robusta em modelos lineares de equações simultâneas

Os Modelos de Equações Simultâneas (SEM) são modelos estatísticos com muita tradição em estudos de Econometria, uma vez que permitem representar e estudar uma vasta gama de processos económicos. Os estimadores mais usados em SEM resultam da aplicação do Método dos Mínimos Quadrados ou do Método da Máxima Verosimilhança, os quais não são robustos. Em Maronna e Yohai (1997), os autores propõem formas de “robustificar” esses estimadores. Um outro método de estimação com interesse nestes modelos é o Método dos Momentos Generalizado (GMM), o qual também conduz a estimadores não robustos. Estimadores que sofrem de falta de robustez são muito inconvenientes uma vez que podem conduzir a resultados enganadores quando são violadas as hipóteses subjacentes ao modelo assumido. Os estimadores robustos são de grande valor, em particular quando os modelos em estudo são complexos, como é o caso dos SEM. O principal objectivo desta investigação foi o de procurar tais estimadores tendo-se construído um estimador robusto a que se deu o nome de GMMOGK. Trata-se de uma versão robusta do estimador GMM. Para avaliar o desempenho do novo estimador foi feito um adequado estudo de simulação e foi também feita a aplicação do estimador a um conjunto de dados reais. O estimador robusto tem um bom desempenho nos modelos heterocedásticos considerados e, nessas condições, comporta-se melhor do que os estimadores não robustos usados no estudo. Contudo, quando a análise é feita em cada equação separadamente, a especificidade de cada equação individual e a estrutura de dependência do sistema são dois aspectos que influenciam o desempenho do estimador, tal como acontece com os estimadores usuais. Para enquadrar a investigação, o texto inclui uma revisão de aspectos essenciais dos SEM, o seu papel em Econometria, os principais métodos de estimação, com particular ênfase no GMM, e uma curta introdução à estimação robusta.