https://hdl.handle.net/ripcmb/30123 Sun, 07 Jun 2026 08:44:48 GMT 2026-06-07T08:44:48Z http://repositorio.marinha.mil.br:80/retrieve/2db17dbf-443e-40b1-89f6-f0d7f77d495d/engenharia naval.png https://hdl.handle.net/ripcmb/30123 https://hdl.handle.net/20.500.14867/848419 Título: Estudo por Simulação de Monte Carlo do Retroespalhamento em Água para a Dose de Nêutrons em uma Embarcação Nuclear Submersa Autor(es): Bruno, Luciano Lucas Abstract: This work presents a computational simulation study intended to analyze the modifications induced in the internal radiation field within a circular hull section of a hypothetical nuclear vessel, resulting from the presence of an external water layer. The study uses numerical modelling based on the Monte Carlo Method (MCM), implemented through the Geant4 particle transport code, with the objective of quantifying possible changes in the dosimetry inside the geometry of interest when scenarios with water or air in the external environment of the structure are compared. Initially, a computational methodology is developed for geometry generation, definition of the neutron source, and recording of the energy deposited in a tissue-equivalent sphere standardized by the International Commission on Radiation Measurements and Units (ICRU), positioned in the region of interest. Subsequently, a validation simulation with monoenergetic neutron fields is performed in order to verify the model's ability to reproduce available reference results. The validation simulations demonstrate good agreement with the reference data, reproducing the expected behaviour of the absorbed dose throughout the energy spectrum. After validation of the sensing element and the physics library, the main simulation is conducted, in which scenarios with monoenergetic neutron fields in different ranges of the energy spectrum are analyzed to evaluate the influence of the presence of water outside the geometry. The results indicate that, for very low energies, the differences between the scenarios with water and with air remain within the statistical uncertainties of the study, whereas for intermediate energies of the spectrum a significant increase in absorbed dose is observed in the case in which the structure is immersed in water. This effect is mainly associated with neutron moderation promoted by the hydrogen present in water, which promotes the occurrence of nuclear interactions and the production of secondary radiation capable of contributing to energy deposition in the sensitive volume. In the final stage of the work, a simulation is performed using a neutron spectrum representative of the containment region of a land-based Pressurized Water Reactor (PWR), allowing evaluation of the behaviour of the dosimetry inside the geometry of interest under a condition closer to a real operational scenario. The statistical analysis of the deposited energy distributions demonstrates that the presence of water outside the structure results in an approximate average increase of 10.2% in the absorbed dose in the tissue-equivalent sphere when compared with the scenario with air. It is concluded that the external environment may influence the radiation field inside confined structures, mainly due to the combined effects of neutron moderation, production of secondary photons, and partial reflection of the particle flux, demonstrating that the developed methodology constitutes an appropriate tool for dosimetry studies and radiation field analysis in shipboard nuclear systems. Descrição: Este trabalho apresenta um estudo de simulação computacional destinado a analisar as modificações induzidas no campo interno de radiação em uma seção circular de casco de uma embarcação nuclear hipotética, decorrentes da presença de uma camada externa de água. O estudo utiliza modelagem numérica baseada no Método de Monte Carlo (MMC), implementada por meio do código de transporte de partículas Geant4, com o objetivo de quantificar possíveis alterações na dosimetria interior à geometria de interesse quando comparados cenários com água ou ar no ambiente externo da estrutura. Inicialmente, é desenvolvida uma metodologia computacional para geração da geometria, definição da fonte de nêutrons e registro da energia depositada em uma esfera de tecido equivalente padronizado pela Comissão Internacional de Unidades e Medidas de Radiação (do inglês, International Commission on Radiation Measurements and Units – ICRU) posicionada na região de interesse. Em seguida, é realizada uma simulação de validação com campos monoenergéticos de nêutrons, visando verificar a capacidade do modelo em reproduzir resultados de referência disponíveis. As simulações de validação demonstram boa concordância com os dados de referência, reproduzindo o comportamento esperado da dose absorvida ao longo do espectro energético. Após a validação do elemento sensor e da biblioteca de física, é conduzida a simulação principal, na qual são analisados cenários com campos monoenergéticos de nêutrons em diferentes faixas do espectro energético para avaliar a influência da presença de água no exterior da geometria. Os resultados indicam que, para energias muito baixas, as diferenças entre os cenários com água e com ar permanecem dentro das incertezas estatísticas do estudo, enquanto para energias intermediárias do espectro observa-se aumento significativo da dose absorvida no caso em que a estrutura se encontra imersa em água. Esse efeito é associado principalmente à moderação de nêutrons promovida pelo hidrogênio presente na água, que favorece a ocorrência de interações nucleares e a produção de radiação secundária capaz de contribuir para a deposição de energia no volume sensível. Na etapa final do trabalho é realizada uma simulação utilizando um espectro de nêutrons representativo da região de container de um reator de água pressurizada de terra (do inglês, Pressurized Water Reactor – PWR), permitindo avaliar o comportamento da dosimetria interior à geometria de interesse em uma condição mais próxima de um cenário operacional real. A análise estatística das distribuições de energia depositada demonstra que a presença de água no exterior da estrutura resulta em aumento médio aproximado de 10,2% na dose absorvida na esfera de tecido equivalente quando comparado ao cenário com ar. Conclui-se que o ambiente externo pode influenciar o campo de radiação no interior de estruturas confinadas, principalmente devido aos efeitos combinados de moderação de nêutrons, produção de fótons secundários e reflexão parcial do fluxo de partículas, demonstrando que a metodologia desenvolvida constitui uma ferramenta adequada para estudos de dosimetria e análise de campos de radiação em sistemas nucleares embarcados. Tipo: masterThesis Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.14867/848419 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/20.500.14867/848409 Título: Design, engineering and assessment of merchant and military sealift command defense against unmanned vehicles Autor(es): Canena, Ângeluz da Costa; Fairbrother, Jennifer Descrição: Advanced warfighting techniques of the modern age consists of a variety of new technology, especially in the field of unmanned systems. Unmanned surface vessels (USVs) and unmanned aerial systems (UASs) are an outstanding problem in current conflict, inflicting damage and destruction to the merchant and Military Sealift Command (MSC) ship fleets. The project proposes alternative solutions for combatting such USV and UAS threats, with a focus on the implementation of a system of systems in threatened areas for defensive purposes. Through a series of research, analysis and design, a two-layered defensive system of systems is proposed as an effective and cost-considered implementation to the fleet. The analysis includes considerations of current and future technology, followed by simulation and modeling of the capabilities, ultimately producing a determination of survivability and effectiveness. The results are included in a thoughtful analysis on alternatives for defense of merchant and MSC ships under attack by unmanned systems. Tipo: masterThesis Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.14867/848409 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/20.500.14867/848406 Título: Efeito do golpe de aríete em sistemas de reparo com patches metálicos colados Autor(es): Freitas, Glauber Dias Chagas Abstract: This study experimentally investigates the structural behavior of bonded metallic patch repair systems applied to pipelines with simulated through-wall defects, when subjected to different pressure loading rates. The tests were performed on API 5L Grade B steel pipes repaired with ASTM A36 steel patches bonded using a structural epoxy adhesive, and subjected to monotonic hydrostatic loading and high-rate pressure loading representative of transient conditions associated with water hammer. Hydrostatic tests were carried out in accordance with ASTM D1599, with continuous monitoring of the failure pressure and the time to failure of the repair system. The experimental results showed a significant variation in failure pressure as a function of the pressure loading rate, indicating a rate-dependent behavior associated with the viscoelastic response of the adhesive layer. While slow loading tests resulted in failure at considerably lower pressures, tests with rapid pressure increase led to failure pressures up to five times higher. Based on the experimental findings, an analytical approach is proposed to estimate a conservative lower bound for the failure pressure of the repaired pipe, grounded on concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics and the critical energy release rate. In addition, the need for corrections to traditional bonded repair design criteria is discussed in order to account for pressure peaks induced by pressure transients and for the loading-rate dependency of the adhesive layer. The results indicate that the explicit consideration of transient effects is essential for a more realistic assessment of the integrity and reliability of bonded repair systems applied to pipelines operating under dynamic pressure conditions. Descrição: Este trabalho investiga experimentalmente o comportamento estrutural de sistemas de reparo com patches metálicos colados aplicados em tubulações com defeitos simulados por furo passante, quando submetidos a diferentes taxas de elevação da pressão interna do fluido. Os ensaios foram realizados em tubos de aço API 5L Grau B, reparados com patches de aço ASTM A36 colados com adesivo epóxi estrutural, e submetidos a testes hidrostáticos monotônicos e a carregamentos com taxa elevada, representativos de condições transitórias associadas ao golpe de aríete. Os testes foram conduzidos conforme a ASTM D1599, monitorando-se a pressão de falha e o tempo até a ruptura do sistema de reparo. Os resultados experimentais mostraram uma variação significativa da pressão de ruptura em função da taxa de carregamento, evidenciando um comportamento dependente da taxa associado à resposta viscoelástica da camada adesiva. Enquanto ensaios com carregamento lento apresentaram falhas em pressões consideravelmente menores, os ensaios com elevação rápida da pressão resultaram em valores de ruptura até cinco vezes superiores. Com base nos resultados obtidos, foi proposta uma abordagem analítica para estimar um limite inferior conservador da pressão de ruptura do sistema reparado, fundamentada em conceitos da Mecânica da Fratura Elástica Linear e na taxa crítica de liberação de energia. Além disso, é discutida a necessidade de correções nos critérios tradicionais de projeto de reparos colados para incorporar os efeitos de picos de pressão induzidos por transientes hidráulicos e a dependência da taxa de carregamento. Os resultados indicam que a consideração explícita dos efeitos transitórios é essencial para uma avaliação mais realista da integridade e da confiabilidade de sistemas de reparo colados aplicados em tubulações submetidas a condições dinâmicas de operação. Tipo: masterThesis Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.14867/848406 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/20.500.14867/848280 Título: Análise e implementação de estratégias de controle para mancais magnéticos em sistemas rotativo Autor(es): Azevedo Jr., David de Oliveira Abstract: In this work, the mathematical modeling of a rotor–bearing system and the implementation of three advanced control strategies for the dynamic positioning of the rotating shaft are presented. The system is composed of two active magnetic bearings and a rigid rotor positioned horizontally. The bearing dynamics are described based on Maxwell’s equations, while the rotor is represented by the Newton–Euler equations of motion. From the developed formulation, a nonlinear model of the assembly is obtained, as well as a linearized representation expressed in state-space form, which is used for controller design. The adopted strategies are LQG (Linear Quadratic Gaussian) optimal control, 𝐻∞ control, and MPC (Model Predictive Control). The development is carried out using the Matlab/Simulink® software, within which the tests and validation of the controllers are performed through their application to the nonlinear model of the system. The performance of each controller is analyzed based on quantitative criteria related to transient response and steady-state behavior. The results obtained under different simulation scenarios demonstrated the superiority of the MPC in reference-tracking tests, where it achieved the best response times and the lowest integral performance indices based on the squared error. In contrast, the LQG and 𝐻∞ controllers showed superior performance in disturbance rejection tests, with the 𝐻∞ controller outperforming the other strategies on average across nearly all evaluated criteria. Descrição: Neste trabalho é apresentada a modelagem matemática de um sistema mancal-rotor e a implementação de três estratégias de controle avançado para o posicionamento dinâmico do eixo girante. O sistema é composto por dois mancais magnéticos ativos e um rotor rígido posicionado horizontalmente. A dinâmica dos mancais é descrita a partir das equações de Maxwell, enquanto o rotor é representado pelas equações de movimento de Newton-Euler. A partir da formulação desenvolvida, obtém-se o modelo não linear do conjunto e a representação linearizada expressa na forma de espaço de estados, a qual é utilizada para o projeto dos controladores. As estratégias adotadas são o controle ótimo LQG (Linear Quadratic Gaussian), o controle 𝐻∞ e o controle preditivo baseado em modelo MPC (Model Predictive Control). O desenvolvimento é realizado utilizando o software Matlab/Simulink®, ambiente em que são conduzidos os testes e a validação dos controladores através da aplicação ao modelo não linear do sistema. O desempenho de cada controlador é analisado com base em critérios quantitativos relacionados à resposta transitória e ao regime estacionário. Os resultados obtidos em diferentes cenários de simulação demonstraram a superioridade do MPC em testes de rastreamento de referência, nos quais apresentou os melhores tempos de resposta e índices integrais baseados no erro quadrático. Em contrapartida, os controles LQG e 𝐻∞ se destacaram nos testes de rejeição a perturbações, com o 𝐻∞ superando na média as outras estratégias em praticamente todos os critérios avaliados. Tipo: masterThesis Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/20.500.14867/848280 2026-01-01T00:00:00Z