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Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:41Z No. of bitstreams: 1 Italo Cristiano Nievinski Lima.pdf: 1065147 bytes, checksum: e0f9d96a3e61a91cdd17cf175473ff42 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Italo Cristiano Nievinski Lima.pdf: 1065147 bytes, checksum: e0f9d96a3e61a91cdd17cf175473ff42 (MD5) Previous issue date: 2018-10-04 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro This thesis presents the parallel implementations of the preconditioners BILUk, ISchur and Parainv for the solution of sparse linear systems using Krylov methods in different parallel architectures. One of the preconditioners, Parainv, is an original proposition of sparse factorized approximate inverse, with a massively parallel setup, whose performance is analyzed and compared with other relevant preconditioners, obtaining positive results. Esta tese apresenta as implementações paralelas dos precondicionadores BILUk, ISchur e Parainv para a solução de sistemas lineares esparsos utilizando métodos de Krylov em diferentes arquiteturas paralelas. Um dos precondicionadores, Parainv, é uma proposta original de inversa aproximada esparsa fatorada, com construção massivamente paralela, cuja performance é analisada e comparada com outros precondicionadores relevantes, obtendo resultados positivos.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:55Z No. of bitstreams: 1 DissertacaoVanessafichanova.pdf: 2279190 bytes, checksum: 0226af71dace3915bffeb27e48773fa7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoVanessafichanova.pdf: 2279190 bytes, checksum: 0226af71dace3915bffeb27e48773fa7 (MD5) Previous issue date: 2018-08-10 The present work presents a possible modeling of the hormonal functioning of an endocrine cell in the process of storage and degradation. The modeling is based in a system of differential equations. These equations represent the internal dynamics of the cell. Among the stages of this dynamics, we analyze the storage and degradation, which occur within some endocrine cells such as catecholamine. The simulation is performed using the construction of an algorithm, in which we have the differential equations, representing storage and degradation, and governed by the Lyapuanov control function. The developed algorithm was implemented in C language. The different behaviors are observed according to the obtained numerical data, we emphasize the scientific contributions and suggest future research. O trabalho apresenta uma possível modelagem do funcionamento hormonal de uma célula endócrina no processo de estocagem e degradação. A modelagem é baseada num sistema de equações diferenciais. Essas equações representam a dinâmica interna da célula. Dentre as etapas dessa dinâmica, analisamos as etapas de armazenamento e degradação, que ocorrem dentro de algumas células endócrinas como a catecolamina. A simulação é realizada utilizando a construção de um algoritmo, no qual temos as equações diferenciais, representando o armazenamento e a degradação, e regidas pela função de controle de Lyapuanov. O algoritmo desenvolvido foi implementado em linguagem C. São observados os diversos comportamentos de acordo com os dados numéricos obtidos, ressaltamos as contribuições científicas e sugerimos pesquisas futuras

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:55Z No. of bitstreams: 1 Ralph dos Santos Mansur.pdf: 1367376 bytes, checksum: a921b09e4b1eece286b66eefe72fc918 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ralph dos Santos Mansur.pdf: 1367376 bytes, checksum: a921b09e4b1eece286b66eefe72fc918 (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 Presented here is an application of the response matrix (RM) method for adjoint multigroup discrete ordinates (SN) problems in slab geometry applied to source-detector problems. The adjoint RM method is free from spatial truncation errors, as it generates numerical results for the adjoint angular fluxes in multilayer slabs that agree with the numerical values obtained from the analytical solution of the adjoint SN equations. Numerical results are given for typical source-detector problems to illustrate the accuracy and the efficiency of the offered RM computer code. Apresentamos aqui uma aplicação do método de matriz de resposta (MR) para problemas adjuntos unidimensionais, multigrupo de energia, na formulação de ordenadas discretas (SN) aplicados a problemas do tipo fonte-detector. O método MR adjunto é livre de erros de truncamento espacial, pois gera resultados numéricos para os fluxos angulares adjuntos em meios heterogêneos que coincidem com os valores numéricos obtidos a partir da solução analítica das equações SN adjuntas. Resultados numéricos são apresentados para problemas do tipo fonte-detector para ilustrar a precisão e a eficiência do código computacional oferecido.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2020-11-08T17:23:32Z No. of bitstreams: 1 Rosenberg_Coutinho_PROFMAT.pdf: 5831395 bytes, checksum: f12214bbc71d389f52bad7211309bb93 (MD5) Made available in DSpace on 2020-11-08T17:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosenberg_Coutinho_PROFMAT.pdf: 5831395 bytes, checksum: f12214bbc71d389f52bad7211309bb93 (MD5) Previous issue date: 2015-04-15 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior For some time, the effects of rain have a transformative role in the lives of residents in the mountainous region, in particular in the city of Petropolis. In this scenario, this study aims to put environmental issues as the theme generator in order to work out the mathematical concepts through the content of related and quadratic functions from situations experienced and observed by the students on the issue of the impacts of rainfall in the mountain region. In addition, there was a debate around the subject from the perception that students have of where they live and the community as a whole. The research scenario was a public school in technical high school of the State of Rio de Janeiro, with the class of third year of Information Technology (IT). For a better understanding and interpretation of the problem-situations, a brief history on Functions Education was made in addition to the discussion on the effects of rain, with a critical view of environmental issues. The methodological procedure used includes research conducted by students as the subject of debate, as well as suggestions and solutions to the problems posed thus creating the research as Participant Observation. After application of the activities involving the problem-situations and the debate, it was very clear that through the methodology adopted, there was a significant improvement from the students, with regard to the understanding of the content addressed and environmental critical view, based on observation of cultural, economic and social aspects of their environment Há algum tempo, os efeitos das chuvas têm um papel transformador na vida dos moradores da Região Serrana, em particular, na cidade de Petrópolis. É neste cenário que o presente trabalho tem por objetivo, inserir as questões ambientais como tema gerador, de modo a trabalhar os conceitos matemáticos, através do conteúdo de funções afim e quadrática, a partir de situações observadas e vivenciadas pelos alunos, na questão dos impactos das chuvas na região serrana.Também foi realizado um debate em torno do assunto, a partir da percepção que os alunos têm do local que residem e a comunidade como um todo. O cenário da pesquisa foi uma escola pública de ensino médio técnico do Estado do Rio de Janeiro, junto à turma do 3o ano de Tecnologia da Informação (T.I). Para que houvesse uma maior compreensão e melhor interpretação das situações-problema, foi feita uma breve trajetória sobre Ensino de Funções, além da discussão sobre os efeitos das chuvas, com uma concepção crítica da temática ambiental. O procedimento metodológico adotado envolveu pesquisas realizadas pelos alunos, como tema para o debate, bem como sugestões e soluções para os problemas propostos, configurando assim a pesquisa como Observação Participante. Após a aplicação das atividades, envolvendo as situações-problema e o debate, ficou bem nítido que através da metodologia adotada, houve uma melhora significativa por parte dos alunos, no que diz respeito à compreensão do conteúdo abordado e da visão crítica ambiental, baseada na observação dos aspectos culturais, econômicos e sociais do seu entorno

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:48Z No. of bitstreams: 2 Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt1.pdf: 3559937 bytes, checksum: 0d4a9e831a70eba14dc765a666ef7e37 (MD5) Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt2.pdf: 6266470 bytes, checksum: f0b968a02c9ce8bcbc743fb723003e91 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt1.pdf: 3559937 bytes, checksum: 0d4a9e831a70eba14dc765a666ef7e37 (MD5) Gustavo Charles Peixoto de Oliveira Pt2.pdf: 6266470 bytes, checksum: f0b968a02c9ce8bcbc743fb723003e91 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Um código computacional para escoamentos bifásicos incorporando metodologia híbrida entre oMétodo dos Elementos Finitos e a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária do movimento é usado para simular a dinâmica de um jato transversal de gotas na zona primária de quebra. Os corpos dispersos são descritos por meio de um método do tipo front-tracking que produz interfaces de espessura zero através de malhas formadas pela união de elementos adjacentes em ambas as fases e de técnicas de refinamento adaptativo. Condições de contorno periódicas são implementadas de modo variacionalmente consistente para todos os campos envolvidos nas simulações apresentadas e uma versão modificada do campo de pressão é adicionada à formulação do tipo um-fluido usada na equação da quantidade de movimento linear. Simulações numéricas diretas em três dimensões são executadas para diferentes configurações de líquidos imiscí veis compatíveis com resultados experimentais encontrados na literatura. Análises da hidrodinâmica do jato transversal de gotas nessas configurações considerando trajetórias, variação de formato de gota, espectro de pequenas perturbações, além de aspectos complementares relativos à qualidade de malha são apresentados e discutidos. A two-phase flow computational code taking a hybrid Arbitrary Lagrangian-Eulerian desciption of movement along with the Finite Element Method is used to simulate the dynamics of an incompressible drop jet in crossflow in the primary breakup zone. Dispersed entities are described by means of a front-tracking method which produces zero-thickness interfaces through contiguous element meshing and adaptive refinement techniques. Periodic boundary conditions are implemented in a variationally consistent way for all the scalar fields involved in the presented simulations and amodified version of the pressure field is added to the one-fluid formulation employed in the momentum equation. Three-dimensional direct numerical simulations for different flow configurations of immiscible liquids pertinent to experimental results found in literature. Analyses of the hydrodynamics of the drop jet in crossflow in these configurations considering trajectories, drop shape variations, spectrum of small disturbances, besides additional aspects relating to mesh quality are presented and discussed.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:22Z No. of bitstreams: 1 Isis_Ci Computacao_completa.pdf: 14894183 bytes, checksum: b957ba66c173c89267b47354ec41b52a (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Isis_Ci Computacao_completa.pdf: 14894183 bytes, checksum: b957ba66c173c89267b47354ec41b52a (MD5) Previous issue date: 2014-12-16 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Since the discovery of a quasicrystalline state by Daniel Shechtman et al. in 1984 and the growth of artificial GaAs/AlAs superlattices on nonperiodic Fibonacci sequence by Roberto Merlin et al., a number of theoretical and experimental works have reported a variety of interesting physical properties of aperiodic systems. Theoretically, it is well known that in one dimension, the Fibonacci chain is a successful prototype to describe a quasicrystalline state. Depending on the in ation rule, different kinds of aperiodic structures can be obtained. This diversity originates the called metallic means, and due to the possibility of analytical and rigorous mathematical treatments the Fibonacci model has been applied by several authors. In this work, electronic localization properties are studied, taking into account a set of metallic means in one dimension. Considering a single band tight-binding Hamiltonian, a set of decimation transformations is obtained allowing the calculation of the Density of States (DOS) for all configurations. The detailed study of the Integrated Density of States (IDOS), shows the appearance of plateaux in the occupation number curve exhibiting the so-called "devil's staircase"indicating the fractal nature of the structures. Studying the behavior of the energy as a function of the hopping we derive Hofstadter butter y type patters, which simulate the effect of a magnetic field acting on the system. The electronic nature of the eigenstate is analyzed by looking at the Lyapunov exponent which is related to the evolution of the electronic wave unction along the one dimensional chain. Since it is zero for an extended state and positive for a localized one, defining the main gaps positions, it is related to the inverse of the localization length. Through a careful analysis of the Lyapunov curves it was also possible to obtain the perfect self-similarity structures for all chains. In particular,for the chains that follow the golden and silver rules, the study of the energy behavior was done by analyzing the energy spectrum as a function of the generation number of each one of the chains. The results yield Cantor-like sets, which allowed us to calculate the specific heat profile for several generations of the one-dimensional Fibonacci chain. Desde a descoberta do estado quasicristalino por Daniel Shechtman et al. em 1984 e da fabricação por Roberto Merlin et al. de uma superrede artificial de GaAs/ AlAs em 1985 com características da sequência de Fibonacci, um grande número de trabalhos teóricos e experimentais tem relatado uma variedade de propriedades interessantes no comportamento de sistemas aperiódicos. Do ponto de vista teórico, é bem sabido que a cadeia de Fibonacci em uma dimensão se constitui em um protótipo de sucesso para a descrição do estado quasicristalino de um sólido. Dependendo da regra de inflação, diferentes tipos de estruturas aperiódicas podem ser obtidas. Esta diversidade originou as chamadas regras metálicas e devido à possibilidade de tratamento analítico rigoroso este modelo tem sido amplamente estudado. Neste trabalho, propriedades de localização em uma dimensão são analisadas considerando-se um conjunto de regras metálicas e o modelo de ligações fortes de banda única. Considerando-se o Hamiltoniano de ligações fortes com um orbital por sítio obtemos um conjunto de transformações relativas aos parâmetros de dizimação, o que nos permitiu calcular as densidades de estados (DOS) para todas as configurações estudadas. O estudo detalhado da densidade de estados integrada (IDOS) para estes casos, mostra o surgimento de plateaux na curva do número de ocupação explicitando o aparecimento da chamada "escada do diabo" e também o caráter fractal destas estruturas. Estudando o comportamento da variação da energia em função da variação da energia de hopping, construímos padrões do tipo borboletas de Hofstadter, que simulam o efeito de um campo magnético atuando sobre o sistema. A natureza eletrônica dos auto estados é analisada a partir do expoente de Lyapunov (γ), que está relacionado com a evolução da função de onda eletrônica ao longo da cadeia unidimensional. O expoente de Lyapunov está relacionado com o inverso do comprimento de localização (ξ= 1 /γ), sendo nulo para os estados estendidos e positivo para estados localizados. Isto define claramente as posições dos principais gaps de energia do sistema. Desta forma, foi possível analisar o comportamento autossimilar de cadeias com diferentes regras de formação. Analisando-se o espectro de energia em função do número de geração de cadeias que seguem as regras de ouro e prata foi feito, obtemos conjuntos do tipo-Cantor, que nos permitiu estudar o perfil do calor específico de uma cadeia e Fibonacci unidimensional para diversas gerações

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:15Z No. of bitstreams: 1 dissert_wash_mod_uerj.pdf: 1244649 bytes, checksum: 7863bc07e5a4d51690593f5f2cef0178 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissert_wash_mod_uerj.pdf: 1244649 bytes, checksum: 7863bc07e5a4d51690593f5f2cef0178 (MD5) Previous issue date: 2014-06-10 This research aims to present and investigate the feasibility of a numerical method that considers the parallelism in time. This numerical method is associated with problems of initial and boundary conditions for (evolutionary) partial differential equations. Unlike the method proposed in this work, most of the numerical methods associated with evolutionary partial diferential equations and traditionally found include only parallelism in space. Hence, the motivation for carrying out the present research work,seeking not only a method with parallelism in time but,above all, a viable method. The implementation of this proposed computational parallel algorithm was written with the language C and uses the MPI library. The results obtained from performance tests reveal a scalable and numerical method that requires little level of communication amount processors Este trabalho de pesquisa tem por objetivo apresentar e investigar a viabilidade de um método numérico que contempla o paralelismo no tempo. Este método numérico está associado a problemas de condição inicial e de contorno para equações diferenciais parciais (evolutivas). Diferentemente do método proposto neste trabalho, a maioria dos métodos numéricos associados a equações diferencias parciais evolutivas e tradicionalmente encontrados, contemplam apenas o paralelismo no espaço. Daí, a motivação em realizar o presente trabalho de pesquisa, buscando não somente um método com paralelismo no tempo mas, sobretudo, um método viável do ponto de vista computacional. Para isso, a implementação do esquema numérico proposto está por conta de um algoritmo paralelo escrito na linguagem C e que utiliza a biblioteca MPI. A análise dos resultados obtidos com os testes de desempenho revelam um método numérico escalável e que exige pouco nível de comunicação entre processadores.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:25Z No. of bitstreams: 1 Paula_PPCcomputacao_final.pdf: 693917 bytes, checksum: 3a73aee0a2f551f6b2c6519938a4b5f7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paula_PPCcomputacao_final.pdf: 693917 bytes, checksum: 3a73aee0a2f551f6b2c6519938a4b5f7 (MD5) Previous issue date: 2014-05-08 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work we consider two approaches to vehicle traffic: the macroscopic and the microscopic one. Traffic is macroscopically described by three physical quantities interconnected: velocity, density and flow, conservation laws describing the number of vehicles. There are various models to the macroscopic vehicle traffic. Most of them treats vehicular traffic as a compressible fluid, extends the law of mass conservation for vehicles and requires state law to speed-density pair, establishing a relationship between them. And the model described by the microscopic approach considers vehicles as individual particles. We consider the class of models car-following. These models are based on the principle that the speed of the (n - 1)-th vehicle (called following- car) depends on the speed of n-th vehicle. We analyze the equation of conservation of the number of vehicles for macroscopic traffic flow models. We solve this equation by linearization of the model, using the characteristics method and we also a present resolution of the nonlinear problem in bounded domains using the method of characteristics Nesta dissertação consideramos duas abordagens para o tráfego de veículos: a macroscópica e a microscópica. O tráfego é descrito macroscopicamente por três grandezas físicas interligadas entre si, a saber, a velocidade, a densidade e o fluxo, descrevendo leis de conservação do número de veículos. Há vários modelos para o tráfego macroscópico de veículos. A maioria deles trata o tráfego de veículos como um fluido compressível, traduzindo a lei de conservação de massa para os veículos e requer uma lei de estado para o par velocidade-densidade, estabelecendo uma relação entre eles. Já o modelo descrito pela abordagem microscópica considera os veículos como partículas individuais. Consideramos os modelos da classe "car - following". Estes modelos baseiam-se no princípio de que o (n - 1)-ésimo veículo (denominado de "following-car") acelera em função do estímulo que recebe do n-ésimo veículo. Analisamos a equação de conservação do número de veículos em modelos macroscópicos para fluxo de tráfego. Posteriormente resolvemos esta equação através da linearização do modelo, estudando suas retas características e apresentamos a resolução do problema não linear em domínios limitados utilizando o método das características

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:46Z No. of bitstreams: 1 Eduardo Dias Correa.pdf: 1133276 bytes, checksum: d7770ecf34438bfe4df1d5b106b2e822 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Dias Correa.pdf: 1133276 bytes, checksum: d7770ecf34438bfe4df1d5b106b2e822 (MD5) Previous issue date: 2014-04-29 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This article presents an a priori upper bound estimate for the steady-state temperature distribution in a body with a temperature-dependent thermal conductivity. The discussion is carried out assuming linear boundary conditions (Newton law of cooling) and a piecewise constant thermal conductivity (when regarded as a function of the temperature). These estimates consist of a powerful tool that may circumvent an expensive numerical simulation of a nonlinear heat transfer problem, whenever it suffices to know the highest temperature value. In these cases the methodology proposed in this work is more effective than the usual approximations that assume thermal conductivities and heat sources as constants. Este trabalho apresenta uma estimativa a priori para o limite superior da distribuição de temperatura considerando um problema em regime permanente em um corpo com uma condutividade térmica dependente da temperatura. A discussão é realizada supondo que as condições de contorno são lineares (lei de Newton do resfriamento) e que a condutividade térmica é constante por partes (quando considerada como uma função da temperatura). Estas estimativas consistem em uma ferramenta poderosa que pode prescindir da necessidade de uma simulação numérica cara de um problema de transferência de calor não linear, sempre que for suficiente conhecer o valor mais alto de temperatura. Nestes casos, a metodologia proposta neste trabalho é mais eficaz do que as aproximações usuais que assumem tanto a condutividade térmica quanto as fontes de calor como constantes.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:46Z No. of bitstreams: 1 Tese_MarceloXavierGuterres.pdf: 8186128 bytes, checksum: 441f1a427ee0ff5a5a446ae411149070 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_MarceloXavierGuterres.pdf: 8186128 bytes, checksum: 441f1a427ee0ff5a5a446ae411149070 (MD5) Previous issue date: 2013-12-13 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Geotechnical Engineering is the area of Civil Engineering that studies the interaction between constructions carried out by man or natural phenomena with geological environment, which most of times is partially saturated soil. In this sense, work developing as stabilization, dam containing, retaining walls, foundations and highways are conditioned to a right prediction of water flow into the soil. However, considering the water flow, the studied region areas are commonly on the order of square kilometers, mathematical models solutions require computational meshes of large proportions, causing serious limitations linked to computational memory requirements and processing time. In order to overcome these limitations, efficient numerical methods must be used in the solution of the considered problem. Hence iterative methods for solving nonlinear and large sparse linear systems must be used in this type of application. In short, this study approached a solution to the Richard partial differential equation by the two dimensions finite volume method, bringing Picard and Newton method with greater efficiency. Linear system resolution iterative techniques based on Krylov space with pre-conditioners matrix were used. Portable Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc) numerical library was a tool used during the task. The results indicate when a Richards equation is solved considering thr PICARD-KRYLOV method, no matter the soil evaluation model, the best combination for solving linear systems is the stabilized double gradient method and the SOR preconditioning. On the other hand, when the van Genuchten equations are used the gradients methods with the SOR preconditioning must be chosen. Adopting the NEWTON-KRYLOV method, the stabilized double gradient method is more efficient in soling Newton linear system, in relation to the preconditioning it must be giving preference to the Jacob block. Finally, there are strong indications that the PICARDKRYLOV method can be more effective than the NEWTON-KRYLOV one, when used for solving Richards partial differential equation. A engenharia geotécnica é uma das grandes áreas da engenharia civil que estuda a interação entre as construções realizadas pelo homem ou de fenômenos naturais com o ambiente geológico, que na grande maioria das vezes trata-se de solos parcialmente saturados. Neste sentido, o desempenho de obras como estabilização, contenção de barragens, muros de contenção, fundações e estradas estão condicionados a uma correta predição do fluxo de água no interior dos solos. Porém, como a área das regiões a serem estudas com relação à predição do fluxo de água são comumente da ordem de quilômetros quadrados, as soluções dos modelos matemáticos exigem malhas computacionais de grandes proporções, ocasionando sérias limitações associadas aos requisitos de memória computacional e tempo de processamento. A fim de contornar estas limitações, métodos numéricos eficientes devem ser empregados na solução do problema em análise. Portanto, métodos iterativos para solução de sistemas não lineares e lineares esparsos de grande porte devem ser utilizados neste tipo de aplicação. Em suma, visto a relevância do tema, esta pesquisa aproximou uma solução para a equação diferencial parcial de Richards pelo método dos volumes finitos em duas dimensões, empregando o método de Picard e Newton com maior eficiência computacional. Para tanto, foram utilizadas técnicas iterativas de resolução de sistemas lineares baseados no espaço de Krylov com matrizes pré-condicionadoras com a biblioteca numérica Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc). Os resultados indicam que quando se resolve a equação de Richards considerando-se o método de PICARD-KRYLOV, não importando o modelo de avaliação do solo, a melhor combinação para resolução dos sistemas lineares é o método dos gradientes biconjugados estabilizado mais o pré-condicionador SOR. Por outro lado, quando se utiliza as equações de van Genuchten deve ser optar pela combinação do método dos gradientes conjugados em conjunto com pré-condicionador SOR. Quando se adota o método de NEWTON-KRYLOV, o método gradientes biconjugados estabilizado é o mais eficiente na resolução do sistema linear do passo de Newton, com relação ao pré-condicionador deve-se dar preferência ao bloco Jacobi. Por fim, há evidências que apontam que o método PICARD-KRYLOV pode ser mais vantajoso que o método de NEWTON-KRYLOV, quando empregados na resolução da equação diferencial parcial de Richards.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Thiago_CComputacao.pdf: 2714825 bytes, checksum: db0b3e3924978849e2d05620b0bc8c32 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Thiago_CComputacao.pdf: 2714825 bytes, checksum: db0b3e3924978849e2d05620b0bc8c32 (MD5) Previous issue date: 2013-10-07 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro Amazon exhibits a variety of scenarios that complement each other. Yearly, part of this ecosystem suffers severe changes in its hydrological cycle, causing flood through vast stretches of the forest. This phenomenon, however, is extremely important for the maintenance of natural cycles. In this context, understanding the Amazonian floodplains dynamics is important to anticipate the effect of unsustainable actions. Under this motivation, this work presents a study of an Amazonian floodplains flow model, based on Navier-Stokes equations, besides other tools that can be applied to the model, thus leading to a new approach to the problem. To discretize the model equations the Finite Volume Method was employed. To solve the associated linear systems the Conjugate Gradient Method technique was chosen. For numerical solution of the equations, the Marker and Cell Method, a explicit solution procedure for Navier-Stokes equations, was employed. All these techniques are applied to preliminary simulations using the Autonomous Leaves Graph algorithm which has adaptive features to manipulate the domain grid problem A Amazônia exibe uma variedade de cenários que se complementam. Parte desse ecossistema sofre anualmente severas alterações em seu ciclo hidrológico, fazendo com que vastos trechos de floresta sejam inundados. Esse fenômeno, entretanto, é extremamente importante para a manutenção de ciclos naturais. Neste contexto, compreender a dinâmica das áreas alagáveis amazônicas é importante para antecipar o efeito de ações não sustentáveis. Sob esta motivação, este trabalho estuda um modelo de escoamento em áreas alagáveis amazônicas, baseado nas equações de Navier-Stokes, além de ferramentas que possam ser aplicadas ao modelo, favorecendo uma nova abordagem do problema. Para a discretização das equações é utilizado o Método dos Volumes Finitos, sendo o Método do Gradiente Conjugado a técnica escolhida para resolver os sistemas lineares associados. Como técnica de resolução numérica das equações, empregou-se o Método Marker and Cell, procedimento explícito para solução das equações de Navier-Stokes. Por fim, as técnicas são aplicadas a simulações preliminares utilizando a estrutura de dados Autonomous Leaves Graph, que tem recursos adaptativos para manipulação da malha que representa o domínio do problema

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:11Z No. of bitstreams: 1 Daniela R Monteiro completa.pdf: 3561440 bytes, checksum: 762342d3552f1b555fb7755252d3424a (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniela R Monteiro completa.pdf: 3561440 bytes, checksum: 762342d3552f1b555fb7755252d3424a (MD5) Previous issue date: 2013-09-13 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In this work an alternate approach is proposed to deal with a quite worrying question in ecology, namely, how can we cope with pests that endanger a soy crop located in a fixed geographical environment. The theoretical tool chosen to be employed is Game Theory. The strategy thus developed leads to the coupling of discrete and continuum mathematics, as long as the so-called Lotka-Volterra equations compose the model the study lies on. These equations, associated to predator-prey simulation, bear a too high equilibrium point when parameters associated to real situations are taken. Optimum control theory is thus usually employed, but this turns out to be a rather sophisticated technique. The scheme presented here is simpler, which makes possible its larger dissemination, as long as a practical implementation is completed. The present multidisciplinary research was conducted with data collected from reports made available by EMBRAPA, the Brazilian Enterprise for Agricultural Research. A presente dissertação propõe uma abordagem alternativa na simulação matemática de um cenário preocupante em ecologia: o controle de pragas nocivas a uma dada lavoura de soja em uma específica região geográfica. O instrumental teórico empregado é a teoria dos jogos, de forma a acoplar ferramentas da matemática discreta à análise e solução de problemas de valor inicial em equações diferenciais, mais especificamente, as chamadas equações de dinâmica populacional de Lotka-Volterra com competição. Essas equações, que modelam o comportamento predador-presa, possuem, com os parâmetros inicialmente utilizados, um ponto de equilíbrio mais alto que o desejado no contexto agrícola sob exame, resultando na necessidade de utilização da teoria do controle ótimo. O esquema desenvolvido neste trabalho conduz a ferramentas suficientemente simples, de forma a tornar viável o seu uso em situações reais. Os dados utilizados para o tratamento do problema que conduziu a esta pesquisa interdisciplinar foram coletados de material bibliográfico da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária EMBRAPA.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T21:12:58Z No. of bitstreams: 2 DissertacaoPauloRicardoAlvesparte1.pdf: 10724649 bytes, checksum: ffc53d1655a2f47d8ec7c97dad56ccc1 (MD5) DissertacaoPauloRicardoAlvesparte2.pdf: 4095585 bytes, checksum: 64bdca7535fb0abc0968c75a09798b7e (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T21:12:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DissertacaoPauloRicardoAlvesparte1.pdf: 10724649 bytes, checksum: ffc53d1655a2f47d8ec7c97dad56ccc1 (MD5) DissertacaoPauloRicardoAlvesparte2.pdf: 4095585 bytes, checksum: 64bdca7535fb0abc0968c75a09798b7e (MD5) Previous issue date: 2013-08-14 The prediction of future values in temporal series produced by chaotic systems can be applied on several fields of knowledge, such as Astronomy, Economics, Physics, Medicine, Meteorology, and Oceanography. The applied method consists on the reconstruction of the phase space, followed by an improvement term of the forecasting. The routines used for the prediction and analysis of this line of research are part of the TimeS package, which presents encouraging results on their applications. The improvement of the computational routines from the package TimeS is built from the thorough investigation of the minimization applied on obtaining the global map and aims for the enhancement of the accuracy and reduction of computational times. The mathematical basis is established and computational tasks are created. The possibilities of adjust functions are amplified, which can include transcendental terms on the rebuilt vectors components and also possess linear or non-linear terms on the adjustment parameters. The improvement allows more accurate predictions and analysis, which answer important questions regarding prediction methods and improve the possibilities of application on real series. A previsão de valores futuros em séries temporais produzidas por sistemas caóticos pode ser aplicada em diversas áreas do conhecimento como Astronomia, Economia, Física, Medicina, Meteorologia e Oceanografia. O método empregado consiste na reconstrução do espaço de fase seguido de um termo de melhoria da previsão. As rotinas utilizadas para a previsão e análise nesta linha de pesquisa fazem parte do pacote TimeS, que apresenta resultados encorajadores nas suas aplicações. O aperfeiçoamento das rotinas computacionais do pacote com vistas à melhoria da acurácia obtida e à redução do tempo computacional é construído a partir da investigação criteriosa da minimização empregada na obtenção do mapa global. As bases matemáticas são estabelecidas e novas rotinas computacionais são criadas. São ampliadas as possibilidades de funções de ajuste que podem incluir termos transcendentais nos componentes dos vetores reconstruídos e também possuir termos lineares ou não lineares nos parâmetros de ajuste. O ganho de eficiência atingido permite a realização de previsões e análises que respondem a perguntas importantes relacionadas ao método de previsão e ampliam a possibilidade de aplicações a séries reais.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:45Z No. of bitstreams: 4 Jose Julio Pedrosa Filho Pt 1.pdf: 119633 bytes, checksum: 39de0838ee8915a18fd2afd002e4cede (MD5) Jose Julio Pedrosa Filho Pt 2.pdf: 41691 bytes, checksum: 86209c1951fcb1244193f0f05aa6a623 (MD5) Jose Julio Pedrosa Filho Pt 3.pdf: 254837 bytes, checksum: 86c4b22fa2b6c9818e8e786a936f5b3a (MD5) Jose Julio Pedrosa Filho Pt 4.pdf: 396336 bytes, checksum: c57e0d1d09b15e9e03721cdc4a18d32d (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:45Z (GMT). No. of bitstreams: 4 Jose Julio Pedrosa Filho Pt 1.pdf: 119633 bytes, checksum: 39de0838ee8915a18fd2afd002e4cede (MD5) Jose Julio Pedrosa Filho Pt 2.pdf: 41691 bytes, checksum: 86209c1951fcb1244193f0f05aa6a623 (MD5) Jose Julio Pedrosa Filho Pt 3.pdf: 254837 bytes, checksum: 86c4b22fa2b6c9818e8e786a936f5b3a (MD5) Jose Julio Pedrosa Filho Pt 4.pdf: 396336 bytes, checksum: c57e0d1d09b15e9e03721cdc4a18d32d (MD5) Previous issue date: 2013-06-04 This work is concerned with a new mathematical modelling for describing the flow of an incompressible fluid (a liquid) through a rigid, homogeneous and isotropic porous medium, from a Continuum Mixtures point of view. The phenomenon is regarded as the motion of a mixture composed by three overlaping continuous constituents: the first one representing the porous matrix, the second one representing the liquid and the third one representing a (very) low density gas. The proposed mathematical modelling allows a realistic mathematical description for the unsaturated/saturated transition process by means of a combination between a system of partial differential equations and an inequality. This inequality represents a geometrical constraint arising from the liquid incompressibility merged with the porous matrix rigidity. The simulation of some interesting particular cases is carried out presenting a comparison between the obtained results and the classical ones, showing the consequences of disregarding the constraints associated to the phenomenon. Neste trabalho é apresentada uma nova modelagem matemática para a descrição do escoamento de um líquido incompressível através de um meio poroso rígido homogêneo e isotrópico, a partir do ponto de vista da Teoria Contínua de Misturas. O fenômeno é tratado como o movimento de uma mistura composta por três constituintes contínuos: o primeiro representando a matriz porosa, o segundo representando o líquido e o terceiro representando um gás de baixíssima densidade. O modelo proposto possibilita uma descrição matemática realista do fenômeno de transição insaturado/saturado a partir de uma combinação entre um sistema de equações diferenciais parciais e uma desigualdade. A desigualdade representa uma limitação geométrica oriunda da incompressibilidade do líquido e da rigidez do meio poroso. Alguns casos particulares são simulados e os resultados comparados com resultados clássicos, mostrando as consequências de não levar em conta as restrições inerentes ao problema.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_VBucard.pdf: 1881214 bytes, checksum: 2437f277002331b320b71a00e6da7100 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_VBucard.pdf: 1881214 bytes, checksum: 2437f277002331b320b71a00e6da7100 (MD5) Previous issue date: 2013-03-13 This work involves parallel processing and applied mathematics: Our goal is to evaluate a strategy for implementing parallel algorithms for finite diference approach,it is the solution of diferential equations of evolution. The alternative proposed is the replacement of the matrix-vector products performed sequentially by matrix-matrix multiplication method accelerated by Strassen in parallel. The work develops tests in order to verify the speedup related to the strategy of parallelization because sequential application have characterized for long periods of computation, this is caused by the large amount of calculation. Even alternatively, we use the algorithm in parallel to conventional explicit solution algorithms for solving partial diferential equations. Therefore, according to the results, we observe the characteristics of each strategy in parallel with the main purpose of reducing the computational effort expended. 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.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:19Z No. of bitstreams: 1 Tese_PatriciaOlivaSoares.pdf: 2932794 bytes, checksum: 5789501b9a12c824b94f2e135b42ee19 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_PatriciaOlivaSoares.pdf: 2932794 bytes, checksum: 5789501b9a12c824b94f2e135b42ee19 (MD5) Previous issue date: 2013-01-04 This thesis presents a methodology for retrieving vertical temperature profiles in the atmosphere with clouds from radiance measurements made by satellite, using artificial neural networks. Vertical temperature profiles are important initial conditions for numerical weather prediction models, and are usually obtained from measurements of radiance using infrared channels. Though, when these measurements are performed in the atmosphere with clouds, it is not possible to retrieve the temperature profile with current techniques. It is a significant loss of information, since on average 20% of the pixels of the images have clouds. In this thesis, this problem is solved as a two-step inverse problem: the first step is an inverse problem of boundary condition estimation, where the radiance reaching the cloud basis is determined from radiance measured by satellite; the second step consists in determining the vertical temperature profile from the boundary condition estimated in the first step. Reconstructions of temperature profile are presented for four test cases. The results show that the proposed methodology produces satisfactory results and has great potential for use, allowing to incorporate information from a wider area of the planet and thus to improve numerical weather prediction models. Esta tese tem por objetivo propor uma metodologia para recuperação de perfis verticais de temperatura na atmosfera com nuvens a partir de medidas de radiância feitas por satélite, usando redes neurais artificiais. Perfis verticais de temperatura são importantes condições iniciais para modelos de previsão de tempo, e são usualmente obtidos a partir de medidas de radiâncias feitas por satélites na faixa do infravermelho. No entanto, quando estas medidas são feitas na presença de nuvens, não é possível, com as técnicas atuais, efetuar a recuperação deste perfil. É uma perda significativa de informação, pois, em média, 20% dos pixels das imagens acusam presença de nuvens. Nesta tese, este problema é resolvido como um problema inverso em dois passos: o primeiro passo consiste na determinação da radiância que atinge a base da nuvem a partir da radiância medida pelos satélites; o segundo passo consiste na determinação do perfil vertical de temperaturas a partir da informação de radiância fornecida pelo primeiro passo. São apresentadas reconstruções do perfil de temperatura para quatro casos testes. Os resultados obtidos mostram que a metodologia adotada produz resultados satisfatórios e tem grande potencial de uso, permitindo incorporar informações sobre uma região mais ampla do globo e, consequentemente, melhorar os modelos de previsão do tempo.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:09Z No. of bitstreams: 1 TesecompletaFabiana.pdf: 2524973 bytes, checksum: 7a253fa943cfb0b94dfd5cd60f411723 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesecompletaFabiana.pdf: 2524973 bytes, checksum: 7a253fa943cfb0b94dfd5cd60f411723 (MD5) Previous issue date: 2012-10-30 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro This paper presents a proposal to allow the shared use of computing resources available in a cluster in order to support simultaneously the four experiments at CERN. The approach uses the concept of contracts, where the requirements and restrictions of each experiment are described in profiles, and a resource allocation policy is set to maintain the use of resources to meet those profiles. We propose an architecture model to manage the shared use of a cluster by the four LHC Virtual Organizations. This architectural model is composed of elements common to a typical Tier-2 cluster plus features to control the admission of new jobs from all LHC Virtual Organizations. This model monitores the resource usage for each cluster VO, allocates resources to each job according to an established policy for the cluster in order to seek compliance with requirements of each VO. We define an algorithm for scheduling jobs, that uses preemption mechanisms for controlling the allocation of cluster nodes depending on the current use of resources and accumulated by each VO. This algorithm runs in one of the elements of architecture named broker, since it mediates the influx of new jobs and the allocation of the cluster nodes, and is aiming to keep control of contracts for each VO. The simulation of the proposed architecture was done in GridSim simulator grid and the results were evaluated. Este trabalho apresenta uma proposta para permitir o uso compartilhado dos recursos computacionais utilizados em um cluster de forma a atender simultaneamente aos quatro experimentos do CERN. A abordagem adotada utiliza o conceito de contratos, onde os requisitos e restrições de cada experimento são descritos em perfis, e uma política de alocação de recursos é definida para manter a utilização dos recursos de forma a atender aos perfis. Propomos um modelo de arquitetura para gerenciar o uso compartilhado de um cluster pelas quatro Organizações Virtuais do LHC. Este modelo de arquitetura é composto de elementos comuns a um cluster típico da Tier-2, acrescidos de funcionalidades para controlar a admissão de novos jobs de todas as Organizações Virtuais do LHC. Este modelo monitora a utilização de recursos do cluster por cada OV, aloca recursos para cada job de acordo com uma política estabelecida para o cluster de forma a procurar respeitar os requisitos de cada uma delas. Definimos um algoritmo para o escalonamento de jobs, que utiliza mecanismos de preempção para controlar a alocação de nós do cluster dependendo o uso corrente e acumulado de recursos por cada OV. Este algoritmo é executado em um dos elementos da arquitetura batizado de broker, dado que o mesmo intermedeia a chegada de novos jobs e a alocação dos nós do cluster, e tem com objetivo manter o controle dos contratos de cada OV. A simulação da arquitetura proposta foi feita no simulador de grades GridSim e os resultados obtidos foram avaliados.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:12:32Z No. of bitstreams: 2 Fabricio Santos Velozo_PreTex.pdf: 193953 bytes, checksum: f2aaa03415f1fefe5d1d679ec09b6efb (MD5) Fabricio Santos Velozo_Textuais.pdf: 689538 bytes, checksum: ec1006c14b253c2cc9be61ceb31bf5f5 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:12:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Fabricio Santos Velozo_PreTex.pdf: 193953 bytes, checksum: f2aaa03415f1fefe5d1d679ec09b6efb (MD5) Fabricio Santos Velozo_Textuais.pdf: 689538 bytes, checksum: ec1006c14b253c2cc9be61ceb31bf5f5 (MD5) Previous issue date: 2012-08-31 Extensive studies carried out in the last decades on the propagation of ultrasonic waves in solids led to the development of nondestructive techniques for the assessment of the safety and integrity of industrial structures and components. The interest in the application of ultrasound techniques for stress measurement for example comes from the measurable change in the speed of the ultrasonic elastic waves in the presence of a stress field, a phenomenon known as acoustoelastic effect. An acoustoelastic theory provides an attractive way of non-destructively measuring the average stress along the wave s path. The study of the propagation of ultrasonic waves in homogenous anisotropic bodies under stress leads to a nonlinear eigenvalue problem given by the generalized Christoffel equation. The nonlinearity characteristic of the problem derives from the interdependence between the material s effective elastic constants and the acting stresses. The experimental measurement of stresses using ultrasound techniques is an inverse problem of acoustoelasticity. This dissertation presents the implementation of a numeric algorithm, based on the method proposed by Degtyar and Rokhlin, for solution of the inverse problem of acoustoelasticity in orthotropic solids subjected to a plane stress state. The solution of the generalized Christoffel equation poses difficulties of numerical and practical order. The stability and precision of the algorithm developed, as well as the influence of the experimental uncertainties in the measurement of the speed of the ultrasonic waves, were thus investigated. Synthetic data for the speeds of ultrasonic waves of oblique incidence in a plane-stress plate were generated to illustrate the application of the algorithm developed. The main objective of this dissertation is to make available in the country a new numerical tool to support the use of ultrasonic waves for experimental stress analysis. Extensos estudos realizados nas últimas décadas sobre a propagação de ondas ultrassônicas em sólidos levaram ao desenvolvimento de técnicas não destrutivas para a avaliação da segurança e integridade de estruturas e componentes industriais. O interesse na aplicação de técnicas ultrassônicas para medição de tensões aplicadas e residuais decorre da mudança mensurável da velocidade das ondas ultrassônicas na presença de um campo de tensões, fenômeno conhecido como efeito acustoelástico. Uma teoria de acustoelasticidade fornece um meio atrativo e não destrutivo de medir a tensão média ao longo do caminho percorrido pela onda. O estudo da propagação das ondas ultrassônicas em meios homogêneos anisotrópicos sob tensão conduz a um problema não linear de autovalores dado pela equação de Christoffel generalizada. A característica não linear deste problema decorre da interdependência entre as constantes elásticas efetivas do material e as tensões atuantes. A medição experimental de tensões por técnicas ultrassônicas é um problema inverso da acustoelasticidade. Esta dissertação apresenta a implementação de um algoritmo numérico, baseado no método proposto por Degtyar e Rokhlin, para solução do problema inverso da acustoelasticidade em sólidos ortotrópicos sujeitos a um estado plano de tensões. A solução da equação de Christoffel generalizada apresenta dificuldades de natureza numérica e prática. A estabilidade e a precisão do algoritmo desenvolvido, bem como a influência das incertezas na medição experimental das velocidades das ondas ultrassônicas, foram então investigadas. Dados sintéticos para as velocidades das ondas ultrassônicas de incidência oblíqua em uma placa sujeita a um estado plano de tensões foram gerados pela solução direta da equação de Christoffel generalizada para ilustrar a aplicação do algoritmo desenvolvido. O objetivo maior desta dissertação é a disponibilização de uma nova ferramenta de cálculo para suporte às atividades experimentais de medição de tensões por ultrassom no país.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:00Z No. of bitstreams: 1 AbreuMCComp.pdf: 2832000 bytes, checksum: 69b4aa76b6445517ecd33666b005a5ac (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AbreuMCComp.pdf: 2832000 bytes, checksum: 69b4aa76b6445517ecd33666b005a5ac (MD5) Previous issue date: 2012-08-06 We´ve presented the results of our research for the conception, execution and evaluation of an informatized adaptive tool, known as DIA (in portuguese), that allows evaluate and give a feedback to the student under the perspective of formative evaluation. At the first stage, we used the PCN: Sciency of the Nature, Mathematics and its Technologies (BRASIL, 1998) and the Curriculum Matrices of Reference from the Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais -INEP, to the Sistem of Evaluation for Basic Education - SAEB (BRASIL, 2005) to build a scale in wich the objectives are in increasing order, according to the vertical development of the knowledge construction in Mathematics. We linked the proposed objectives to create a Data Bank (BI, in portuguese) that was used in our simulations. We´ve analized the results of our essay to evaluate the comunication between the data bank and the scale under the perspective of giving a diagnosis of the construction of the mathematics knowledge. In our essay, we simulated the functionning of the DIA tool through an adaptive informatized test based on the "Teoria de Resposta ao Item" (TRI). We were also interested on determing a profile of a Data Bank (BI) that is able to significantly dialogue with our scale through the TRI. The scale and the associated data bank should provide a constructive feedback that will help the stundents develop their metacognitives competencies. Apresentamos os resultados de nossa pesquisa para concepção, execuçãoo e avaliação de uma ferramenta adaptativa informatizada, denominada DIA, que permita tanto avaliar como fornecer feedback a estudantes sob uma perspectiva de avaliação formativa. Na primeira etapa, usamos os PCN: Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias (BRASIL, 1998) e as Matrizes Curriculares de Referência do Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais - INEP, para o Sistema de Avaliação para a Educação Básica- SAEB (BRASIL, 2005), para construir uma escala, em que os objetivos estão em ordem crescente, de acordo com o desenvolvimento vertical da construção do conhecimento em Matemática. Entrelaçamos os objetivos propostos para criar um Banco de Itens (BI), que foi usado em nossas simulações. Analisamos os resultados obtidos em nosso ensaio para avaliar o diálogo entre o BI e a escala sob a perspectiva de oferecer um diagnóstico de lacunas na construção do conhecimento matemático. Em nosso ensaio, simulamos o funcionamento da ferramenta DIA através de um teste adaptativo informatizado baseado na Teoria de Resposta ao Item (TRI). Também estamos interessados em determinar um perfil de um Banco de Itens, que seja capaz de forma significativa de dialogar com nossa escala através de TRI. A escala e o banco de itens a ela associado devem viabilizar um feedback construtivo que ajude os alunos a desenvolverem competências metacognitivas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:53:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Final_Danielle_Teixeira[1].pdf: 2899010 bytes, checksum: 7092c674c29e03f5a080512f5d136bd9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:53:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Final_Danielle_Teixeira[1].pdf: 2899010 bytes, checksum: 7092c674c29e03f5a080512f5d136bd9 (MD5) Previous issue date: 2012-07-20 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro In this work we study the problem of substitutional impurity segregation in metallic nanostructured systems consisting of juxtaposition of layers (multilayer). Using a single band tight-binding model we calculate the electronic structure of these systems, considering a simple cubic lattice in two growth directions: (001) and (011). Due to the loss of symmetry of the system, the Hamiltonian is written as a function of a wave vector k parallel to the plane, and an index l which denotes an arbitrary plane of the system. Firstly, we calculate the electronic structure of the system with atoms of type A and investigate the changes in the electronic structure when an impurity of type B is introduced in an arbitrary plane of the system. We calculate the potential introduced by this impurity taking into account the charge neutrality through the Friedel sum rule. We also calculate the total electronic energy variation ΔEl as a function of the impurity position. As a substrate we consider systems with occupations equal to 0.94 and 0.54 per band, simulating Ni and Cr systems in our model. The impurities are also transition metals - Mn , Fe and Co . In all investigated cases, it was verified that the variation of the total electronic energy presents an oscillatory behavior that depends on the position in which the impurity is placed, from the surface plane up to several inner planes of the system. As a result, in all cases it has been verified the occurrence of more favorable planes to the location of impurity. When considering a relatively large number of planes, one case in particular drew attention by a remarkable beating on the oscillatory behavior of ΔEl. We also study the behavior of the total electronic energy variation, when layers (films) are grown up on the substrate and an impurity of the same type of the layers is placed in the substrate. In our model calculation, a difference between the size of the atoms of the substrate and the film is taken into account. We also investigate the influence of temperature on the total electronic energy oscillatory behavior, considering the Sommerfeld expansion. Neste trabalho estudamos o problema da segregação de impurezas substitucionais em sistemas nanoestruturados metálicos formados pela justaposição de camadas (multicamadas). Utilizamos o modelo de ligações fortes (tight-binding) com um orbital por sítio para calcular a estrutura eletrônica desses sistemas, considerando a rede cristalina c´ubica simples em duas direções de crescimento: (001) e (011). Devido à perda de simetria do sistema, escrevemos o hamiltoniano em termos de um vetor de onda k, paralelo ao plano, e um ´ındice l que denota um plano arbitr´ario do sistema. Primeiramente, calculamos a estrutura eletrônica do sistema considerando-o formado por átomos do tipo A e, posteriormente, investigamos as modificações nessa estrutura eletrônica ao introduzirmos uma impureza do tipo B em um plano arbitrário do sistema. Calculamos o potencial introduzido por esta impureza levando-se em conta a neutralidade de carga através da regra de soma de Friedel. Calculamos a variação da energia eletrônica total ΔEl como função da posição da impureza. Como substrato, consideramos sistemas com ocupações iguais a 0.94 e 0.54 elétrons por banda, o que dentro do modelo nos permite chamá-los de Ni e Cr . As impurezas s ao tamb´em metais de transição - Mn , Fe e Co . Em todos os casos investigados, foi verificado que a variação de energia eletrônica total apresenta um comportamento oscilat´orio em função da posição da impureza no sistema, desde o plano superficial, até vários planos interiores do sistema. Como resultado, verificamos a ocorr encia de planos mais favoráveis à localização da impureza. Ao considerarmos um número relativamente grande de planos, um caso em particular foi destacado pelo aparecimento de um batimento no comportamento oscilatório de ΔEl. Estudamos também o comportamento da variação da energia total, quando camadas (filmes) são crescidas sobre o substrato e uma impureza do mesmo tipo das camadas é colocada no substrato. Levamos em conta a diferença de tamanho entre os átomos do substrato e os átomos dos filmes. Analisamos ainda a influência da temperatura sobre o comportamento oscilatório da energia total, considerando a expansão de Sommerfeld.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AndersonNeres.pdf: 2087214 bytes, checksum: 0034438d38693ce5562f31abad117f9a (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_AndersonNeres.pdf: 2087214 bytes, checksum: 0034438d38693ce5562f31abad117f9a (MD5) Previous issue date: 2012-03-16 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior An analysis based on Taylor series is presented for estimating a priori the errors involved in the numerical solution of advection equation one-dimensional with source term, using the Finite Volume Method in a mesh uniform and a nonuniform mesh. Also is accomplished a study to determine the magnitude of discretization error and corroborate the results obtained on analyzing a priori. By using the technique of solution manufactured is produced an analytical solution for the problem, which facilitates analysis of the numeric results, and was also studied the influence functions of interpolation UDS and CDS and of parameter u in the numerical solution. Uma análise utilizando a série de Taylor é apresentada para se estimar a priori os erros envolvidos na solução numérica da equação de advecção unidimensional com termo fonte, através do Método dos Volumes Finitos em uma malha do tipo uniforme e uma malha não uniforme. Também faz-se um estudo a posteriori para verificar a magnitude do erro de discretização e corroborar os resultados obtidos através da análise a priori. Por meio da técnica de solução manufaturada tem-se uma solução analítica para o problema, a qual facilita a análise dos resultados numéricos encontrados, e estuda-se ainda a influência das funções de interpolação UDS e CDS e do parâmetro u na solução numérica.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:44Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Daniele.pdf: 2326263 bytes, checksum: 4d7fd808330393213546f44ccc2496da (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Daniele.pdf: 2326263 bytes, checksum: 4d7fd808330393213546f44ccc2496da (MD5) Previous issue date: 2012-03-02 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Presente work propose examine methodologies for calculate gradient using a non-structured mesh of Voronoi s type, used on finite volume method. Four methodologies for calculate gradient are tested and compared with analytical solutions. The techniques used are: the Forces Balance Method, Minimum Quadratic Residue Method, Average Projected Gradient Method and the Revised Average Projected Method. An analysis using Taylor series was also made, and the analytical equations compared with numerical results. Tests are performed over Cartesian and triangular meshes, second one which in a previous work showed some inconsistent results. The influence of the gerator point displacement and rotation angle is analyzed. It was found that the position of the generator point and the methodology used influences gradient value. Accordingly to the mesh and the methodology used, analytical equations indicates that there are associated errors, which affect gradient value. O presente trabalho propõe analisar metodologias para o cálculo do gradiente em malhas não-estruturadas do tipo Voronoi que são utilizadas no método de Volumes Finitos. Quatro metodologias para o cálculo do gradiente são testadas e comparadas com soluções analíticas. As técnicas utilizadas são: Método do Balanço de Forças, Método do Mínimo Resíduo Quadrático, Método da Média dos Gradientes Projetos e Método da Média dos Gradientes Projetados Corrigidos. Uma análise por série de Taylor também foi feita, e as equações analíticas comparadas com resultados numéricos. Os testes são realizados em malhas cartesianas e malhas triangulares, que em um trabalho anterior apresentaram alguns resultados inconsistentes. A influência do ponto gerador e do ângulo de rotação é analisada. É verificado que a posição do ponto gerador e a metodologia utilizada em cada malha influencia no cálculo do gradiente. Dependendo da malha e da metodologia utilizada, as equações analíticas indicaram que existem erros associados, que prejudicam o cálculo do gradiente.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:54:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Cassia_Completa.pdf: 3041722 bytes, checksum: e387de560e20aefa1351a9f64925fc2e (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:54:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Cassia_Completa.pdf: 3041722 bytes, checksum: e387de560e20aefa1351a9f64925fc2e (MD5) Previous issue date: 2011-09-21 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Pattern recognition is an important aspect within the computational intelligence area, which helps solving problems that use computing tools. Among these problems we can cite face recognition, fingerprint identication and signature authentication. The relevance of automatic signature authentication is related to the recognition of an individual and his/her role in a complex system and it is often related to financial matters. This work presents a study of the Dynamic Time Warping parameters, which is an algorithm used to align two signatures and measure the similarity between them. In a first stage a set of experiments varied the main parameters of the algorithm in a broad range of values and the resulting averages of classification errors were evaluated. Based on these first evaluations the necessity to calculate dynamically one of these parameters, the gap cost,it was identified in order to adjust it for practical application. A proposal to calculate thisparameter is also presented and evaluated. It is also proposed and evaluated an alternative way to represent the signature attributes, considering the curvature at each point acquired in the acquisition process, using the normal vectors as a form of representation. The evaluations performed in the diverse stages of the study considered the Equal Error Rate (EER) as quality measure and the proposed techniques were compared to well-established ones, obtaining an average EER of 3.47 %. O reconhecimento de padões é uma área da inteligência computacional que apoia a resolução de problemas utilizando ferramentas computacionais. Dentre esses problemas podem ser citados o reconhecimento de faces, a identificação de impressões digitais e a autenticação de assinaturas. A autenticação de assinaturas de forma automática tem sua relevância pois está ligada ao reconhecimento de indivíduos e suas credenciais em sistemas complexos e a questões financeiras. Neste trabalho é apresentado um estudo dos parâmetros do Dynamic Time Warping, um algoritmo utilizado para alinhar duas assinaturas e medir a similaridade existente entre elas. Variando-se os principais parâmetros desse algoritmo, sobre uma faixa ampla de valores, foram obtidas as médias dos resultados de erros na classificação, e assim, estas médias foram avaliadas. Com base nas primeiras avaliação, foi identificada a necessidade de se calcular um desses parâmetros de forma dinâmica, o gap cost, a fim de ajustá-lo no uso de uma aplicação prática. Uma proposta para a realização deste cálculo é apresentada e também avaliada. É também proposta e avaliada uma maneira alternativa de representação dos atributos da assinatura, de forma a considerar sua curvatura em cada ponto adquirido no processo de aquisição, utilizando os vetores normais como forma de representação. As avaliações realizadas durante as diversas etapas do estudo consideraram o Equal Error Rate (EER) como indicação de qualidade e as técnicas propostas foram comparadas com técnicas já estabelecidas, obtendo uma média percentual de EER de 3,47%.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:04Z No. of bitstreams: 4 Hugo Marcial Checo Silva 1.pdf: 1161380 bytes, checksum: cc1d5e17c0118413ddcfca54661ce8af (MD5) Hugo Marcial Checo Silva 2.pdf: 2690861 bytes, checksum: 234acd814b57b2da3878aaabb22b3409 (MD5) Hugo Marcial Checo Silva 3.pdf: 7600536 bytes, checksum: 5200d53b00f3fd1387cb70d97d8caff7 (MD5) Hugo Marcial Checo Silva 4.pdf: 1418081 bytes, checksum: 5242a87f2d60fb2fb0da6c0f3cd83e24 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:04Z (GMT). No. of bitstreams: 4 Hugo Marcial Checo Silva 1.pdf: 1161380 bytes, checksum: cc1d5e17c0118413ddcfca54661ce8af (MD5) Hugo Marcial Checo Silva 2.pdf: 2690861 bytes, checksum: 234acd814b57b2da3878aaabb22b3409 (MD5) Hugo Marcial Checo Silva 3.pdf: 7600536 bytes, checksum: 5200d53b00f3fd1387cb70d97d8caff7 (MD5) Hugo Marcial Checo Silva 4.pdf: 1418081 bytes, checksum: 5242a87f2d60fb2fb0da6c0f3cd83e24 (MD5) Previous issue date: 2011-07-07 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os escoamentos altamente convectivos representam um desafio na simulação pelo método de elementos finitos. Com a solução de elementos finitos de Galerkin para escoamentos incompressíveis, a matriz associada ao termo convectivo é não simétrica, e portanto, a propiedade de aproximação ótima é perdida. Na prática as soluções apresentam oscilações espúrias. Muitos métodos foram desenvolvidos com o fim de resolver esse problema. Neste trabalho apresentamos um método semi- Lagrangeano, o qual é implicitamente um método do tipo upwind, que portanto resolve o problema anterior, e comparamos o desempenho do método na solução das equações de convecção-difusão e Navier-Stokes incompressível com o Streamline Upwind Petrov Galerkin (SUPG), um método estabilizador de reconhecido desempenho. No SUPG, as funções de forma e de teste são tomadas em espaços diferentes, criando um efeito tal que as oscilações espúrias são drasticamente atenuadas. O método semi-Lagrangeano é um método de fator de integração, no qual o fator é um operador de convecção que se desloca para um sistema de coordenadas móveis no fluido, mas restabelece o sistema de coordenadas Lagrangeanas depois de cada passo de tempo. Isto prevê estabilidade e a possibilidade de utilizar passos de tempo maiores.Existem muitos trabalhos na literatura analisando métodos estabilizadores, mas não assim com o método semi-Lagrangeano, o que representa a contribuição principal deste trabalho: reconhecer as virtudes e as fraquezas do método semi-Lagrangeano em escoamentos dominados pelo fenômeno de convecção. Convection dominated flows represent a challenge for finite element method simulation. Many methods have been developed to address this problem. In this work we compare the performance of two methods in the solution of the convectiondiffusion and Navier-Stokes equations on environmental flow problems: the Streamline Upwind Petrov Galerkin (SUPG) and the semi-Lagrangian method. In Galerkin finite element methods for fluid flows, the matrix associated with the convective term is non-symmetric, and as a result, the best approximation property is lost. In practice, solutions are often corrupted by espurious oscillations. In this work, we present a semi- Lagrangian method, which is implicitly an upwind method, therefore solving the spurious oscillations problem, and a comparison between this semi-Lagrangian method and the Streamline Upwind Petrov Galerkin (SUPG), an stabilizing method of recognized performance. The SUPG method takes the interpolation and the weighting functions in different spaces, creating an effect so that the spurious oscillations are drastically attenuated. The semi-Lagrangean method is a integration factor method, in which the factor is an operator that shifts to a coordinate system that moves with the fluid, but it resets the Lagrangian coordinate system after each time step. This provides stability and the possibility to take bigger time steps. There are many works in the literature analyzing stabilized methods, but they do not analyze the semi-Lagrangian method, which represents the main contribution of this work: to recognize the strengths and weaknesses of the semi-Lagrangian method in convection dominated flows.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:37:02Z No. of bitstreams: 1 Tese_RenataCoutoVista.pdf: 3644669 bytes, checksum: 71482c062d89db7481fb61e4f6ea4187 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:37:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_RenataCoutoVista.pdf: 3644669 bytes, checksum: 71482c062d89db7481fb61e4f6ea4187 (MD5) Previous issue date: 2010-12-20 The analyses of errors are conducted before any project to be developed. The necessity of studying the behavior of the numerical error on structured and unstructured grids comes up with the increasing use of these methods of discretization meshes. Thus, the objective was to create a methodology to analyze the errors generated by discretization of the truncation in the Taylor series, applied to the equations of Poisson and Advection-Diffusion stationary and uni and bi-dimensional, using the Finite Volume Method on Voronoi mesh. The choice of these equations is due to its wide use in testing new mathematical models and interpolation function. The schemes used were the Central Difference Scheme (CDS) and the Upwind Difference Scheme (UDS) in the advective terms. There was the influence of boundary condition and position of the generator in the numerical solution of the volume. The analytical results were compared with experimental results for two types of Voronoi meshes, a Cartesian mesh and a triangular shape showing the influence of finite volume in the numerical solution obtained. It was perceived that the discretization in the study using the CDS scheme has smaller errors than the discretization scheme using the UDS as literature. Also notice the difference in the errors in neighboring volumes in triangular meshes which means that there has been no uniformity in the graphs of errors studied. It was noticed that the Cartesian meshes with node at the centroid of the volume is smaller than discretization error triangular meshes. But using this type of meshes depends on the geometry of the problem studied 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

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T17:53:52Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao de mestradoJhoab.pdf: 1377425 bytes, checksum: fa5b34d071f3f4d54158627dff7b2af6 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-05T17:53:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de mestradoJhoab.pdf: 1377425 bytes, checksum: fa5b34d071f3f4d54158627dff7b2af6 (MD5) Previous issue date: 2010-08-24 This work deals with an inverse problem for the heat di®usion in a bar of size L. This one-dimensional phenomenum is modeled by the parabolic partial di®erential equation ut = ®uxx, known as the heat di®usion equation. The classic problem (Direct Problem) involves this equation coupled to a set of constraints { initial and boundary conditions { in such a way as to guarantee a unique solution for it. The inverse problem hereby considered may be described in the following way: at one bar extreme point the temperature is un- known, but it is given at a ¯xed interior point for all time. Three ¯nite di®erence algorithms (backward di®erences, leap-frog, disguised backward di®erences) are proposed and tested to approximate solutions for this problem. Keywords: Di®usion equation. Finite di®erences. Inverse problem. O presente trabalho aborda um problema inverso associado µa difus~ao de calor em uma barra unidimensional. Esse fen^omeno ¶e modelado por meio da equa»c~ao diferencial par- cial parab¶olica ut = ®uxx, conhecida como equa»c~ao de difus~ao do calor. O problema cl¶assico (problema direto) envolve essa equa»c~ao e um conjunto de restri»c~oes { as condi»c~oes inicial e de contorno {, o que permite garantir a exist^encia de uma solu»c~ao ¶unica. No problema inverso que estudamos, o valor da temperatura em um dos extremos da barra n~ao est¶a dispon¶³vel. Entretanto, conhecemos o valor da temperatura em um ponto x0 ¯xo no interior da barra. Para aproximar o valor da temperatura no intervalo µa direita de x0, propomos e testamos tr^es algoritmos de diferen»cas ¯nitas: diferen»cas regressivas, leap-frog e diferen»cas regressivas maquiadas.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:12:54Z No. of bitstreams: 1 Pedro Juan Torres Lopez.pdf: 2010655 bytes, checksum: 8966bc5f7781f7c39d4cff5436d2d127 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:12:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Juan Torres Lopez.pdf: 2010655 bytes, checksum: 8966bc5f7781f7c39d4cff5436d2d127 (MD5) Previous issue date: 2010-06-14 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro 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. The study of the water flow and scalar transport in water reservoirs is important for the determination of the water quality during the initial stages of the reservoir filling and during the life of the reservoir. For this scope, a parallel 2D finite element code for solving the incompressible Navier-Stokes equations coupled with scalar transport was implemented using the message-passing programming model, in order to perform simulations of hidropower water reservoirs in a computer cluster environment. The spatial discretization is based on the MINI element that satisfies the Babuska-Brezzi (BB) condition, which provides sufficient conditions for a stable mixed formulation. All the distributed data structures needed in the different stages of the code, such as preprocessing, solving and post processing, were implemented using the PETSc library. The resulting linear systems were solved using the projection method implemented by an approximate block LU factorization. In order to increase the parallel performance in the solution of the linear systems, we employ the static condensation method for solving the intermediate velocity at the vertex and centroid nodes separately. We compare performance results of the static condensation method with the approach of solving the complete system. In our tests the static condensation method shows better performance for large problems, at the cost of an increased memory usage. Performance results for other intensive parts of the code in a computer cluster are also presented.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:01Z No. of bitstreams: 1 Hyun Ho Shin.pdf: 6498344 bytes, checksum: f5ceb0237ad70fc5d639d2bfa1717108 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hyun Ho Shin.pdf: 6498344 bytes, checksum: f5ceb0237ad70fc5d639d2bfa1717108 (MD5) Previous issue date: 2009-06-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada. To study and forecast the environmental impacts that a hydroelectric power plant reservoir may produce, a numerical simulation that takes into account the effects of stratification and scalar mixing (such as temperature, salinity or water-soluble substance) is required. This work proposes a methodology for the study of the environmental fluid flow phenomena, mainly for flows in which the knowledge of the interaction between stratification and mixing can give important notions of the phenomena that occur. For this, a numerical simulation tool for 3D environmental flow is developed. A tetrahedral mesh generator of the reservoir based on the terrain topology and an algebraic turbulence model based on the Richardson number are the main tools developed. The main difficulty in tetrahedral mesh generation of a reservoir is nonuniform distribution of the points related to the huge ratio between the horizontal and vertical scales of the reservoir. In this type of point distributions, conventional tetrahedron mesh generation algorithm may become unstable. For this reason, a unstructured tetrahedral mesh generator is developed and the methodology used to obtain conforming elements is described. Triangular surface mesh generation using the Delaunay triangulation and the construction of the tetrahedra from the triangular surface mesh are the main steps to the mesh generator. The hydrodynamic simulation of reservoirs with a turbulence model provides a useful tool that is computationally viable for engineering purposes. Furthermore, the turbulence model based on the Richardson number takes into account the effects of interaction between turbulence and stratification. The algebraic model is the simplest among the various models of turbulence, but provides realistic results with the fitting of a small amount of parameters. Eddy-Viscosity/Diffusivity models for stratified turbulent flows models are incorporated. Using the Finite Element Method (FEM) approximation the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and mean scalar transport equations are approximated. The convective terms are discretized employing the Semi-Lagrangian method, and the spatial discretization is based on the Galerkin method. The computational results are compared with the results available in the literature. Finally, the simulation of the flow in a branch of a reservoir is presented.