The extended unsymmetric frontal solution for multiple-point constraints

The purpose of this paper is to discuss the linear solution of equality constrained problems by using the Frontal solution method without explicit assembling. Design/methodology/approach - Re-written frontal solution method with a priori pivot and front sequence. OpenMP parallelization, nearly linear (in elimination and substitution) up to 40 threads. Constraints enforced at the local assembling stage. Findings - When compared with both standard sparse solvers and classical frontal implementations, memory requirements and code size are significantly reduced. Research limitations/implications - Large, non-linear problems with constraints typically make use of the Newton method with Lagrange multipliers. In the context of the solution of problems with large number of constraints, the matrix transformation methods (MTM) are often more cost-effective. The paper presents a complete solution, with topological ordering, for this problem. Practical implications - A complete software package in Fortran 2003 is described. Examples of clique-based problems are shown with large systems solved in core. Social implications - More realistic non-linear problems can be solved with this Frontal code at the core of the Newton method. Originality/value - Use of topological ordering of constraints. A-priori pivot and front sequences. No need for symbolic assembling. Constraints treated at the core of the Frontal solver. Use of OpenMP in the main Frontal loop, now quantified. Availability of Software.

Completion problems for real matrices, II

Thirty years ago, G.N. de Oliveira has proposed the following completion problems: Describe the possible characteristic polynomials of [C-ij], i,j is an element of {1, 2}, where C-1,C-1 and C-2,C-2 are square submatrices, when some of the blocks C-ij are fixed and the others vary. Several of these problems remain unsolved. This paper gives the solution, over the field of real numbers, of Oliveira's problem where the blocks C-1,C-1, C-2,C-2 are fixed and the others vary.

Projecto de um regulador linear de tensão: LDO

Os reguladores de tensão LDO são utilizados intensivamente na actual indústria de electrónica, são uma parte essencial de um bloco de gestão de potência para um SoC. O aumento de produtos portáteis alimentados por baterias levou ao crescimento de soluções totalmente integradas, o que degrada o rendimento dos blocos analógicos que o constituem face às perturbações introduzidas na alimentação. Desta forma, surge a necessidade de procurar soluções cada vez mais optimizadas, impondo assim novas soluções, e/ou melhoramentos dos circuitos de gestão de potência, tendo como objectivo final o aumento do desempenho e da autonomia dos dispositivos electrónicos. Normalmente este tipo de reguladores tem a corrente de saída limitada, devido a problemas de estabilidade associados. Numa tentativa de evitar a instabilidade para as correntes de carga definidas e aumentar o PSRR do mesmo, é apresentado um método de implementação que tem como objectivo melhorar estas características, em que se pretende aumentar o rendimento e melhorar a resposta à variação da carga. No entanto, a técnica apresentada utiliza polarização adaptativa do estágio de potência, o que implica um aumento da corrente de consumo. O regulador LDO foi implementado na tecnologia CMOS UMC 0.18μm e ocupa uma área inferior a 0,2mm2. Os resultados da simulação mostram que o mesmo suporta uma transição de corrente 10μA para 100mA, com uma queda de tensão entre a tensão de alimentação e a tensão de saída inferior a 200mV. A estabilidade é assegurada para todas as correntes de carga. O tempo de estabelecimento é inferior a 6μs e as variações da tensão de saída relativamente a seu valor nominal são inferiores a 5mV. A corrente de consumo varia entre os 140μA até 200μA, o que permite atingir as especificações proposta para um PSRR de 40dB@10kHz.

Positive solutions of fourth order problems with clamped beam boundary conditions

n this paper we make an exhaustive study of the fourth order linear operator u((4)) + M u coupled with the clamped beam conditions u(0) = u(1) = u'(0) = u'(1) = 0. We obtain the exact values on the real parameter M for which this operator satisfies an anti-maximum principle. Such a property is equivalent to the fact that the related Green's function is nonnegative in [0, 1] x [0, 1]. When M < 0 we obtain the best estimate by means of the spectral theory and for M > 0 we attain the optimal value by studying the oscillation properties of the solutions of the homogeneous equation u((4)) + M u = 0. By using the method of lower and upper solutions we deduce the existence of solutions for nonlinear problems coupled with this boundary conditions. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Water quality issues in rivers, lakes and reservoirs in Asian countries: an approach to the problems and the methodologies

Water covers over 70% of the Earth's surface, and is vital for all known forms of life. But only 3% of the Earth's water is fresh water, and less than 0.3% of all freshwater is in rivers, lakes, reservoirs and the atmosphere. However, rivers and lakes are an important part of fresh surface water, amounting to about 89%. In this Master Thesis dissertation, the focus is on three types of water bodies – rivers, lakes and reservoirs, and their water quality issues in Asian countries. The surface water quality in a region is largely determined both by the natural processes such as climate or geographic conditions, and the anthropogenic influences such as industrial and agricultural activities or land use conversion. The quality of the water can be affected by pollutants discharge from a specific point through a sewer pipe and also by extensive drainage from agriculture/urban areas and within basin. Hence, water pollutant sources can be divided into two categories: Point source pollution and Non-point source (NPS) pollution. Seasonal variations in precipitation and surface run-off have a strong effect on river discharge and the concentration of pollutants in water bodies. For example, in the rainy season, heavy and persistent rain wash off the ground, the runoff flow increases and may contain various kinds of pollutants and, eventually, enters the water bodies. In some cases, especially in confined water bodies, the quality may be positive related with rainfall in the wet season, because this confined type of fresh water systems allows high dilution of pollutants, decreasing their possible impacts. During the dry season, the quality of water is largely related to industrialization and urbanization pollution. The aim of this study is to identify the most common water quality problems in Asian countries and to enumerate and analyze the methodologies used for assessment of water quality conditions of both rivers and confined water bodies (lakes and reservoirs). Based on the evaluation of a sample of 57 papers, dated between 2000 and 2012, it was found that over the past decade, the water quality of rivers, lakes, and reservoirs in developing countries is being degraded. Water pollution and destruction of aquatic ecosystems have caused massive damage to the functions and integrity of water resources. The most widespread NPS in Asian countries and those which have the greatest spatial impacts are urban runoff and agriculture. Locally, mine waste runoff and rice paddy are serious NPS problems. The most relevant point pollution sources are the effluents from factories, sewage treatment plant, and public or household facilities. It was found that the most used methodology was unquestionably the monitoring activity, used in 49 of analyzed studies, accounting for 86%. Sometimes, data from historical databases were used as well. It can be seen that taking samples from the water body and then carry on laboratory work (chemical analyses) is important because it can give an understanding of the water quality. 6 papers (11%) used a method that combined monitoring data and modeling. 6 papers (11%) just applied a model to estimate the quality of water. Modeling is a useful resource when there is limited budget since some models are of free download and use. In particular, several of used models come from the U.S.A, but they have their own purposes and features, meaning that a careful application of the models to other countries and a critical discussion of the results are crucial. 5 papers (9%) focus on a method combining monitoring data and statistical analysis. When there is a huge data matrix, the researchers need an efficient way of interpretation of the information which is provided by statistics. 3 papers (5%) used a method combining monitoring data, statistical analysis and modeling. These different methods are all valuable to evaluate the water quality. It was also found that the evaluation of water quality was made as well by using other types of sampling different than water itself, and they also provide useful information to understand the condition of the water body. These additional monitoring activities are: Air sampling, sediment sampling, phytoplankton sampling and aquatic animal tissues sampling. Despite considerable progress in developing and applying control regulations to point and NPS pollution, the pollution status of rivers, lakes, and reservoirs in Asian countries is not improving. In fact, this reflects the slow pace of investment in new infrastructure for pollution control and growing population pressures. Water laws or regulations and public involvement in enforcement can play a constructive and indispensable role in environmental protection. In the near future, in order to protect water from further contamination, rapid action is highly needed to control the various kinds of effluents in one region. Environmental remediation and treatment of industrial effluent and municipal wastewaters is essential. It is also important to prevent the direct input of agricultural and mine site runoff. Finally, stricter environmental regulation for water quality is required to support protection and management strategies. It would have been possible to get further information based in the 57 sample of papers. For instance, it would have been interesting to compare the level of concentrations of some pollutants in the diferente Asian countries. However the limit of three months duration for this study prevented further work to take place. In spite of this, the study objectives were achieved: the work provided an overview of the most relevant water quality problems in rivers, lakes and reservoirs in Asian countries, and also listed and analyzed the most common methodologies.

Optimal design of piezolaminated structures using B-spline strip finite element models

A package of B-spline finite strip models is developed for the linear analysis of piezolaminated plates and shells. This package is associated to a global optimization technique in order to enhance the performance of these types of structures, subjected to various types of objective functions and/or constraints, with discrete and continuous design variables. The models considered are based on a higher-order displacement field and one can apply them to the static, free vibration and buckling analyses of laminated adaptive structures with arbitrary lay-ups, loading and boundary conditions. Genetic algorithms, with either binary or floating point encoding of design variables, were considered to find optimal locations of piezoelectric actuators as well as to determine the best voltages applied to them in order to obtain a desired structure shape. These models provide an overall economy of computing effort for static and vibration problems.

Simulação numérica do comportamento de lajes: aplicação do método dos elementos finitos a problemas tridimensionais de elasticidade linear usando o freeFEM++

O presente trabalho entende a dedução das Equações de Compatibilidade, Equilíbrio, bem como as Leis Constitutivas, de modo a resolver numericamente problemas de Elasticidade Linear formulados para Lajes de Betão. A solução numérica é obtida usando o Método dos Elementos Finitos, implementado em freeFEM++, e comparada com os resultados conseguidos no SAP2000 e com os dados tabelados nas Tabelas de Barès, validando-se desta forma os modelos implementados através do freeFEM++.

Sistema de movimentação linear extensível com accionamentos electromecânicos sincronizados

Esta dissertação tem como objectivo estudar uma solução mecânica e eléctrica que permita anular o tempo de uma operação de não produção numa linha de prensagem instalada numa fábrica de indústria automóvel, a Autoeuropa. No início desta dissertação começa-se por encontrar uma solução de movimentadores telescópicos compatíveis com as restrições de espaço, os requisitos de sincronismo entre ambos e os objectivos de anulação do tempo de não operação. Seguidamente passou-se a uma fase de modelação do sistema mecânico, para permitir estudar o comportamento dinâmico do sistema proposto. Encontrado o movimentador mecânico adequado e feita a sua modelação foram estudadas possíveis soluções para o accionar, bem como formas de o controlar. Este sistema multimáquina foi estudado com dois tipos de máquinas eléctricas e métodos de controlo devido a necessitar de uma dinâmica bastante rápida, com exigência de grande sincronismo entre os dois movimentadores separados, e ainda com vista a tentar explorar a possibilidade de ter menor número de variadores electrónicos do que de máquinas eléctricas. Para tal recorreu-se ao ambiente Matlab para modelar e simular todo o sistema proposto nas suas variantes. Por fim são extraídas diversas conclusões, procurando-se clarificar a viabilidade da ideia e escolher a melhor opção de accionamento. No caso estudado, como o objectivo futuro é aplicar a solução proposta num ambiente industrial definido, há que ter em atenção não só a melhor opção técnica mas também o preço.

Toplological Entropy in the Syncronization of Piecewise Linear and Monotone Maps. Coupled Duffing Oscillators

In this paper is presented a relationship between the synchronization and the topological entropy. We obtain the values for the coupling parameter, in terms of the topological entropy, to achieve synchronization of two unidirectional and bidirectional coupled piecewise linear maps. In addition, we prove a result that relates the synchronizability of two m-modal maps with the synchronizability of two conjugated piecewise linear maps. An application to the unidirectional and bidirectional coupled identical chaotic Duffing equations is given. We discuss the complete synchronization of two identical double-well Duffing oscillators, from the point of view of symbolic dynamics. Working with Poincare cross-sections and the return maps associated, the synchronization of the two oscillators, in terms of the coupling strength, is characterized.

Angular and linear accelerations of a rolling cylinder acted by an external force

The dynamics of a cylinder rolling on a horizontal plane acted on by an external force applied at an arbitrary angle is studied with emphasis on the directions of the acceleration of the centre-of-mass and the angular acceleration of the body. If rolling occurs without slipping, there is a relationship between the directions of these accelerations. If the linear acceleration points to the right, then the angular acceleration is clockwise. On the other hand, if it points to the left, then the angular acceleration is counterclockwise. In contrast, if rolling and slipping occurs, the direction of the linear acceleration does not determine the direction of the angular acceleration. For example, the linear acceleration may point to the right and the angular acceleration clockwise or counterclockwise depending on the external force orientation and point of application.

Análise da estrutura de um edifício em betão armado usando um método dos elementos finitos: aplicação do método dos elementos finitos a problemas tridimensionais de elasticidade linear usando o freeFEM++

Pretende-se, utilizando o Modelo da Elasticidade Linear em freeFEM++, determinar os esforços e deslocamentos de um edifício alto submetido apenas à acção do peso próprio da estrutura e, efectuar estudos comparativos dos resultados obtidos com o SAP2000. O trabalho inicia-se com a introdução da teoria da elasticidade linear, onde são feitas as deduções das Equações de Compatibilidade, Equilíbrio e as Leis Constitutivas, de modo a resolver numericamente o problema de Elasticidade Linear mencionado. O método de elementos finitos será implementado em freeFEM++ com auxílio do GMSH que é uma poderosa ferramenta com capacidade de gerar automaticamente malhas tridimensionais de elementos finitos e com relativa facilidade de pré e pós-processamento.

Representações dos técnicos de intervenção precoce sobre as famílias e práticas de IP em contexto rural e urbano

O presente estudo visou caraterizar as representações que técnicos de intervenção precoce têm sobre famílias que vivem em meio rural e em meio urbano que recebem apoio das equipas. Foram realizadas entrevistas semi-diretivas, os participantes e entrevistados foram dez docentes com intervenção educativa nas equipas, cinco em apoio direto a famílias de meio rural e cinco a realizar intervenções com famílias de meio urbano. Deste estudo resultaram vários dados qualitativos que depois de analisados e discutidos, levaram a diversas conclusões que vem dar respostas às questões e problemática iniciais. As famílias inseridas nestes contextos têm características que as diferenciam; habilitações, recursos, necessidades e comportamentos em comunidade. Tem aspetos culturais que influenciam as suas atitudes, participação e autonomia e são ou não decisivas no desenvolvimento da criança. Em contexto rural as famílias apresentam um maior número de necessidades comparativamente às famílias de meio urbano. As maiores necessidades das famílias em contexto rural situam-se nas questões financeiras, de formação e apoio técnico e especializado. As maiores necessidades das famílias de contexto urbano situam-se ao nível do fraco apoio familiar e das redes sociais. As necessidades comuns situam-se nas necessidades de informação e promoção da autonomia e competências parentais. As visitas e intervenções domiciliares podem permitir melhorar a identificação das necessidades e recursos das famílias e compreender melhor os critérios de referência de algumas crianças. As oportunidades de aprendizagem são maiores nestes encontros em domicílio, estão presentes em muitos casos, elementos da família alargada, que muitas vezes tem um papel fundamental na educação e estimulação destas crianças. Os docentes de IP em intervenção em contexto urbano, comparativamente com os docentes inseridos em contexto rural, apoiam famílias que na generalidade abrangem áreas profissionais mais vantajosas financeiramente. Estas famílias terão á partida melhores condições para aceder a mais recursos e apoios. Nos dois contextos existe uma necessidade comum, falta de informação e alguma autonomia e competências parentais em relação ao crescimento das crianças. A realização de iii encontros de pais ou criação de grupos de pais que tenham por base a partilha de experiencias e informação, estão planeadas mas não são uma realidade nestas equipas. Nas práticas de qualidade, o profissional deve atuar nos contextos naturais como, a família, ou a comunidade, mas pode incluir também rotinas, brincadeiras, festas etc. cenários que facilitem o dia-a-dia. As famílias têm contextos e rotinas próprias que os profissionais devem identificar, os dados que recolhemos indicam essa necessidade de proceder a avaliação mais atenta das necessidades das famílias. As práticas recomendadas e o enquadramento legislativo são tidos em conta pelos docentes e profissionais das equipas, os recursos documentais são na sua maioria comuns, a todas as equipas participantes, seguindo as orientações e documentos/minutas facultadas pela comissão coordenadora do SNIPI (Sistema Nacional de Intervenção Precoce na Infância) Apesar das recomendações teóricas para práticas de qualidade centradas na família, verificamos que estas fazem parte das preocupações destes docentes, mas nem sempre são implementadas. A problemática da criança parece ser ainda o ponto mais importante dos programas e planos de intervenção e mesmo o critério decisivo para delinear a duração e frequência das intervenções, seja em contexto urbano ou rural. - ABSTRACT This study aimed to characterize the families of rural and urban areas that receive support from Early Intervention Teams. It has been proposed yet whether professionals IP suit their practices to the characteristics of these families and communities integrated in different cultural contexts. Interviews were conducted semidirective, participants were ten respondents and teachers with educational intervention teams, five in direct support to families in rural areas and five interventions with families in urban areas. This study resulted in a number of qualitative data that then analyzed and discussed, led to several conclusions that comes to answer the questions and problems early. The families included in these contexts have characteristics that differentiate them; qualifications, resources, needs and behaviors in the community. Has cultural aspects that influence their attitudes, participation and autonomy and are not decisive in the development of the child. In the rural households have a greater number of needs compared to urban families. The greatest needs of families in rural settings are located in financial matters, training and technical support and expertise. The greatest needs of the urban households are located at the level of weak family support and social networks. Common needs lie in information needs and promoting autonomy and parenting skills. The home visits and interventions may allow improved identification of needs and resources of families and understand the benchmarks of some children. Learning opportunities are greater in these meetings at home, are present in many cases, elements of the extended family, which often plays a key role in education and stimulation of these children. Teachers IP intervention in the urban compared with rural teachers placed in context, support families in general include professional areas more financially advantageous. These families will have better starting conditions for access to more resources and support. In both contexts there is a common need, lack of information and some autonomy and parenting skills in relation to the growth of children. The meetings of parents or creating parent groups that are based on the sharing of information and experiences are planned but are not a reality in these teams. In quality practices, the professional must act in natural contexts like the family or the community, but may also include routines, jokes, and parties’ etc. scenarios that v facilitate the day-to-day. Families have their own contexts and routines that professionals should identify, collect the data indicate that the need for more careful assessment of the needs of families. Best practices and legislative environment are taken into account by teachers and professional teams, the documentary resources are mostly common to all participating teams, following the guidelines and documents / drafts provided by the coordinating committee SNIPI (National Intervention Early Childhood) Despite the theoretical recommendations for quality practices family-centered, we see that these are part of the concerns of teachers, but are not always implemented. The issue of child seems to be still the most important programs and plans and even the decisive criterion for delineating the duration and frequency of interventions whether in urban or rural.

Modelação em regime elástico-linear de pavimentos rodoviários

Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento de um programa de elementos finitos tridimensionais denominado AE3D1.0, concebido especificamente para a análise de pavimentos rodoviários, partindo do pressuposto de que todos os materiais incorporados possuem comportamento elástico-linear. Por comparação dos resultados do programa AE3D1.0 com as soluções analíticas da teoria da elasticidade para o semi-espaço homogéneo e multiestratificado, confirma-se que é possível estabelecer uma analogia próxima entre ambas as abordagens. Tirando partindo das potencialidades do método dos elementos finitos, e da capacidade do programa de registar os resultados de cálculo em ficheiros digitais que possibilitam a posterior apreciação visual e tratamento dos dados obtidos, comparam-se pavimentos rígidos expostos a carregamentos de canto e de bordo, e é evidenciado o efeito prejudicial que a erosão da estrutura de apoio subjacente à laje de betão tem na longevidade e integridade estrutural do pavimento. São também aplicadas forças de frenagem a pavimentos rígidos em secções confinadas e não confinadas. Elege-se um modelo de pneu para veículos pesados representativo das características do eixo padrão de 130 kN, e analisa-se o efeito que a correspondente impressão ovalizada e distribuição de pressões verticais não uniforme tem na estrutura de um pavimento semi-rígido. Adapta-se e é aplicada uma malha de elementos finitos ao estudo da avaliação da capacidade de carga de pavimentos através de ensaios com o defletómetro de impacto.

Unified min-max and interlacing theorems for linear operators

There exist striking analogies in the behaviour of eigenvalues of Hermitian compact operators, singular values of compact operators and invariant factors of homomorphisms of modules over principal ideal domains, namely diagonalization theorems, interlacing inequalities and Courant-Fischer type formulae. Carlson and Sa [D. Carlson and E.M. Sa, Generalized minimax and interlacing inequalities, Linear Multilinear Algebra 15 (1984) pp. 77-103.] introduced an abstract structure, the s-space, where they proved unified versions of these theorems in the finite-dimensional case. We show that this unification can be done using modular lattices with Goldie dimension, which have a natural structure of s-space in the finite-dimensional case, and extend the unification to the countable-dimensional case.

Comparação de diferentes técnicas de irradiação de mama em radioterapia com recurso a acelerador linear em modo de fotões

RESUMO: Introdução – A Radioterapia (RT) é uma abordagem terapêutica para tratamento de neoplasia de mama. Contudo, diferentes técnicas de irradiação (TI) podem ser usadas. Objetivos – Comparar 4 TI, considerando a irradiação dos volumes alvo (PTV) e dos órgãos de risco (OAR). Metodologia – Selecionaram-se 7 pacientes com indicação para RT de mama esquerda. Sobre tomografia computorizada foram feitos os contornos do PTV e dos OAR. Foram calculadas 4 planimetrias/paciente para as TI: conformacional externa (EBRT), intensidade modulada com 2 (IMRT2) e 5 campos (IMRT5) e arco dinâmico (DART). Resultados – Histogramas de dose volume foram comparados para todas as TI usando o software de análise estatística, IBM SPSS v20. Com IMRT5 e DART, os OAR recebem mais doses baixas. No entanto, IMRT5 apresenta melhores índices de conformidade e homogeneidade para o PTV. Conclusões – IMRT5 apresenta o melhor índice de conformidade; EBRT e IMRT2 apresentam melhores resultados que DART. Há d.e.s entre as TI, sobretudo em doses mais baixas nos OAR.