Uncertainty propagation in inverse reliability-based design of composite structures

An approach for the analysis of uncertainty propagation in reliability-based design optimization of composite laminate structures is presented. Using the Uniform Design Method (UDM), a set of design points is generated over a domain centered on the mean reference values of the random variables. A methodology based on inverse optimal design of composite structures to achieve a specified reliability level is proposed, and the corresponding maximum load is outlined as a function of ply angle. Using the generated UDM design points as input/output patterns, an Artificial Neural Network (ANN) is developed based on an evolutionary learning process. Then, a Monte Carlo simulation using ANN development is performed to simulate the behavior of the critical Tsai number, structural reliability index, and their relative sensitivities as a function of the ply angle of laminates. The results are generated for uniformly distributed random variables on a domain centered on mean values. The statistical analysis of the results enables the study of the variability of the reliability index and its sensitivity relative to the ply angle. Numerical examples showing the utility of the approach for robust design of angle-ply laminates are presented.

Impacto microeconómico da formação profissional e medida da discriminação sexual no mercado de trabalho português: uma abordagem semiparamétrica

A tese estrutura-se em dois ensaios versando temas distintos, se bem que entre eles se possam perceber algumas afinidades decorrentes do facto de ambos se subsumirem à análise de diferentes tipos de investimento em capital humano: a formação profissional e a formação académica superior. No primeiro ensaio, aborda-se a questão da avaliação do impacto de diferentes tipos de formação profissional sobre os salários, a estabilidade da relação contratual trabalhador-empregador e a empregabilidade, em Portugal, por recurso a uma metodologia de estimação semiparamétrica, mais especificamente, através de uma metodologia de enlaçamento baseado em índices de propensão aplicada aos dados do Inquérito ao Emprego do INE, relativos aos anos de 1998 a 2001. Quanto aos impactos salariais, conclui-se que a formação obtida nas empresas será a mais compensadora, mas os restantes tipos de formação também propiciarão ganhos salariais, sendo que a formação obtida nas escolas ou centros de formação profissional será aquela com efeitos menos expressivos. Quanto ao efeito sobre a empregabilidade, as estimativas obtidas apontam para a conclusão de que a formação profissional potenciará o abandono da inactividade, mas não garantidamente o emprego, verificando-se mesmo que a formação recebida nas escolas e centros de formação profissional conduzirá, mais provavelmente, ao desemprego, se bem que, para uma certa fracção de desempregados, o sentido da causalidade possa ser inverso. O segundo ensaio versa a decomposição, da média condicional e por quantis, do diferencial salarial entre homens e mulheres específico do universo dos diplomados do ensino superior, em Portugal (dados do 1.º Inquérito de Percurso aos Diplomados do Ensino Superior realizado em 2001), por forma a apurar o grau de discriminação por género nele indiciado. Usando a metodologia de Machado-Mata e, em alternativa, a metodologia de enlaçamento baseado em índices de propensão, dir-se-ia que, no sector público, a discriminação salarial por género, a existir, será reduzida, i.e. o diferencial salarial observado explicar se á quase integralmente pelas diferenças entre os atributos produtivos dos homens e das mulheres. Diferentemente, no sector empresarial, a discriminação é potencialmente ponderosa. Especial atenção é dedicada ao contributo da área de formação escolar para a explicação do diferencial salarial.

Polycyclic aromatic hydrocarbon levels in three pelagic fish species from Atlantic Ocean: inter-specific and inter-season comparisons and assessment of potential public health risks

The concentrations of 18 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were determined in three commercially valuable fish species (sardine, Sardina pilchardus; chub mackerel, Scomber japonicus; and horse mackerel, Trachurus trachurus) from the Atlantic Ocean. Specimens were collected seasonally during 2007–2009. Only low molecular weight PAHs were detected, namely, naphthalene, acenaphthene, fluorene and phenanthrene. Chub mackerel (1.80–19.90 microg/kg ww) revealed to be significantly more contaminated than horse mackerel (2.73–10.0 microg/kg ww) and sardine (2.29–14.18 microg/kg ww). Inter-specific and inter-season comparisons of PAHs bioaccumulation were statistically assessed. The more relevant statistical correlations were observed between PAH amounts and total fat content (significant positive relationships, p < 0.05), and season (sardine displayed higher amounts in autumn–winter while the mackerel species showed globally the inverse behavior). The health risks by consumption of these species were assessed and shown to present no threat to public health concerning PAH intakes.

O comportamento dos ajustes posturais antecipatórios na tibio-társica na sequência de levantar em indivíduos com doença de Parkinson

Introdução: A sequência de movimento de sentado para de pé (SPP) exige um elevado controlo postural (CP). Em indivíduos com doença de Parkinson (DP), os circuitos que envolvem os ajustes posturais antecipatórios (APA’s) parecem estar afetados, refletindo-se numa diminuição do CP com repercussões nesta sequência de movimento. Objetivo: Avaliar o comportamento dos APA’s na tibio-társica na sequência de movimento SPP em indivíduos com DP. Métodos: Recorreu-se ao estudo de 4 casos com DP, com tempo de evolução entre os 3 e 17 anos, objeto de uma intervenção de fisioterapia baseada nos princípios do Conceito de Bobath durante 12 semanas. Antes (M0) e após (M1) a intervenção procedeu-se ao registo eletromiográfico dos músculos tibial anterior (TA) e solear (SOL) bilateralmente e durante a sequência de SPP. Adicionalmente foram também utilizadas a Escala de Equilíbrio de Berg, a Modified Falls Efficacy Scale (MFES) e a Classificação Internacional de Funcionalidade (CIF), para, indiretamente, averiguar o impacto funcional da reorganização dos APA’s. Resultados: Em M0 os resultados sugerem uma diminuição APA’s, uma vez que se observou: 1) diferentes tempos de ativação do TA e do SOL entre membros e 2) uma ativação prévia do SOL ao TA para os participantes A, C e D. Em M1, observou-se uma aproximação ao comtemplado para os APA’s para a maioria dos indivíduos. Os resultados na escala de Berg e MFES, de M0 para M1, sugerem um aumento do equilíbrio e da capacidade de confiança na maioria dos participantes (A, 21/42 pontos, B manteve a pontuação final 31 pontos, C, 50/54 pontos e D 45/53 pontos na escala de Berg; A, 30/43 pontos, B, 21/18 pontos, C, 70/68 pontos e D, 40/64 pontos na MFES;). Também se observaram melhorias nas atividades e participação da CIF. Conclusão: nos indivíduos em estudo verificou-se, de uma forma geral, uma modificação no sentido da aproximação do período comtemplado para os APA’s, em M1. Nos sujeitos A, C, e D verificou-se uma modificação do tempo de activação do SOL em função da actividade do TA em M1. No individuo B, à esquerda não se verificou o mesmo comportamento, verificou-se a activação inversa do SOL ao TA.

Efeito da razão de submersão sobre os parâmetros hidrodinâmicos de uma coluna de recirculação de líquido através de um tubo exterior

No trabalho realizado nesta tese, procedeu-se ao estudo hidrodinâmico de uma coluna de borbulhamento de recirculação externa do líquido (CREL), que permitiu ampliar o conhecimento já existente sobre este tipo de colunas. Para realizar este estudo utilizaram-se líquidos viscosos Newtonianos, nomeadamente soluções aquosas de glicerina com viscosidades entre 0,007 e 0,522 Pa.s. Para a gama de caudais de ar injectados, 1,5x10-5 até 1,35x10-4 m3/s, o ar ascendia ao longo da coluna de borbulhamento sob a forma de bolhas tubulares. Após a realização dos ensaios, verificou-se que o regime de escoamento do líquido entre bolhas tubulares variou desde o tipo laminar até transição (1,9

Sistema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas

A presente dissertação apresenta uma solução para o problema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas. O trabalho desenvolvido emprega técnicas provenientes da área da robótica móvel para obtenção um sistema autónomo móvel de modelização, capaz de operar em ambientes não estruturados sem acesso a sistemas de posicionamento global, designadamente GPS. Um sistema de modelização móvel e autónomo pode ser bastante vantajoso, pois constitui um método rápido e simples de monitorização das estruturas e criação de representações virtuais das galerias com um elevado nível de detalhe. O sistema de modelização desloca-se no interior dos túneis para recolher informações sensoriais sobre a geometria da estrutura. A tarefa de organização destes dados com vista _a construção de um modelo coerente, exige um conhecimento exacto do percurso praticado pelo sistema, logo o problema de localização da plataforma sensorial tem que ser resolvido. A formulação de um sistema de localização autónoma tem que superar obstáculos que se manifestam vincadamente nos ambientes underground, tais como a monotonia estrutural e a já referida ausência de sistemas de posicionamento global. Neste contexto, foi abordado o conceito de SLAM (Simultaneous Loacalization and Mapping) para determinação da localização da plataforma sensorial em seis graus de liberdade. Seguindo a abordagem tradicional, o núcleo do algoritmo de SLAM consiste no filtro de Kalman estendido (EKF { Extended Kalman Filter ). O sistema proposto incorpora métodos avançados do estado da arte, designadamente a parametrização em profundidade inversa (Inverse Depth Parametrization) e o método de rejeição de outliers 1-Point RANSAC. A contribuição mais importante do método por nós proposto para o avanço do estado da arte foi a fusão da informação visual com a informação inercial. O algoritmo de localização foi testado com base em dados reais, adquiridos no interior de um túnel rodoviário. Os resultados obtidos permitem concluir que, ao fundir medidas inerciais com informações visuais, conseguimos evitar o fenómeno de degeneração do factor de escala, comum nas aplicações de localização através de sistemas puramente monoculares. Provámos simultaneamente que a correcção de um sistema de localização inercial através da consideração de informações visuais é eficaz, pois permite suprimir os desvios de trajectória que caracterizam os sistemas de dead reckoning. O algoritmo de modelização, com base na localização estimada, organiza no espaço tridimensional os dados geométricos adquiridos, resultando deste processo um modelo em nuvem de pontos, que posteriormente _e convertido numa malha triangular, atingindo-se assim uma representação mais realista do cenário original.

Relationship of milk intake and physical activity to abdominal obesity among adolescents

Background: Diet and physical activity (PA) are recognized as important factors to prevent abdominal obesity (AO), which is strongly associated with chronic diseases. Some studies have reported an inverse association between milk consumption and AO. Objective: This study examined the association between milk intake, PA and AO in adolescents. Methods: A cross-sectional study was conducted with 1209 adolescents, aged 15–18 from the Azorean Archipelago, Portugal in 2008. AO was defined by a waist circumference at or above the 90th percentile. Adolescent food intake was measured using a semi-quantitative food frequency questionnaire, and milk intake was categorized as ‘low milk intake’ (<2 servings per day) or ‘high milk intake’ ( 2 servings per day). PA was assessed via a self-report questionnaire, and participants were divided into active (>10 points) and low-active groups ( 10 points) on the basis of their reported PA. They were then divided into four smaller groups, according to milk intake and PA: (i) low milk intake/low active; (ii) low milk intake/active; (iii) high milk intake/low active and (iv) high milk intake/active. The association between milk intake, PA and AO was evaluated using logistic regression analysis, and the results were adjusted for demographic, body mass index, pubertal stage and dietary confounders. Results: In this study, the majority of adolescents consumed semi-skimmed or skimmed milk (92.3%). The group of adolescents with high level of milk intake and active had a lower proportion of AO than did other groups (low milk intake/low active: 34.2%; low milk intake/active: 26.9%; high milk intake/low active: 25.7%; high milk intake/active: 21.9%, P = 0.008). After adjusting for confounders, low-active and active adolescents with high levels of milk intake were less likely to have AO, compared with low-active adolescents with low milk intake (high milk intake/low active, odds ratio [OR] = 0.412, 95% confidence intervals [CI]: 0.201– 0.845; high milk intake/active adolescents, OR = 0.445, 95% CI: 0.235–0.845).Conclusion: High milk intake seems to have a protective effect on AO, regardless of PA level

Desenvolvimento do sistema de controlo de um braço robotizado e respetiva interface com o utilizador

A robótica tem evoluído de forma significativa nos últimos anos e passa a ser indispensável em várias aplicações nas áreas da engenharia, aeronáutica, medicina, entre outras. O estado da arte do presente trabalho está dividido em duas partes, uma que aborda vários aspetos relacionados com a robótica e outra com os aspetos da fundamentação matemática por de trás da robótica, porque para controlar o robô é necessário implementar expressões matemáticas para o poder controlar. Neste trabalho é apresentado um sistema de controlo do braço robótico MENTOR e o desenvolvimento de uma interface para o utilizador. Para o controlo do braço robótico foi necessário calcular a cinemática direta e inversa, para que se possa obter os ângulos das juntas para uma dada posição ou qual é a posição final do braço robótico para um valor das juntas. O sistema é bastante flexível e foi desenvolvido para ser utilizado essencialmente para aprendizagem de robótica, podendo no entanto ser utilizado em outras aplicações.

Exploring nature profits: development of novel and potent lipophilic antioxidants based on galloylecinnamic hybrids

Phenolic acids are ubiquitous antioxidants accounting for approximately one third of the phenolic compounds in our diet. Their importance was supported by epidemiological studies that suggest an inverse relationship between dietary intake of phenolic antioxidants and the occurrence of diseases, such as cancer and neurodegenerative disorders. However, until now, most of natural antioxidants have limited therapeutic success a fact that could be related with their limited distribution throughout the body and with the inherent difficulties to attain the target sites. The development of phenolic antioxidants based on a hybrid concept and structurally based on natural hydroxybenzoic (gallic acid) and hydroxycinnamic (caffeic acid) scaffolds seems to be a suitable solution to surpass the mentioned drawbacks. Galloylecinnamic hybrids were synthesized and their antioxidant activity as well as partition coefficients and redox potentials evaluated. The structureepropertyeactivity relationship (SPAR) study revealed the existence of a correlation between the redox potentials and antioxidant activity. The galloylecinnamic acid hybrid stands out as the best antioxidant supplementing the effect of a blend of gallic acid plus caffeic acid endorsing the hypothesis that the whole is greater than the sum of the parts. In addition, some hybrid compounds possess an appropriate lipophilicity allowing their application as chain-breaking antioxidant in biomembranes or other type of lipidic systems. Their predicted ADME properties are also in accordance with the general requirements for drug-like compounds. Accordingly, these phenolic hybrids can be seen as potential antioxidants for tackling the oxidative status linked to the neurodegenerative, inflammatory or cancer processes.

Opportunistic packet scheduling in body area networks

Significant research efforts are being devoted to Body Area Networks (BAN) due to their potential for revolutionizing healthcare practices. Energy-efficiency and communication reliability are critically important for these networks. In an experimental study with three different mote platforms, we show that changes in human body shadowing as well as those in the relative distance and orientation of nodes caused by the common human body movements can result in significant fluctuations in the received signal strength within a BAN. Furthermore, regular movements, such as walking, typically manifest in approximately periodic variations in signal strength. We present an algorithm that predicts the signal strength peaks and evaluate it on real-world data. We present the design of an opportunistic MAC protocol, named BANMAC, that takes advantage of the periodic fluctuations of the signal strength to achieve high reliability even with low transmission power.

A multi-objective approach for the motion planning of redundant manipulators

Kinematic redundancy occurs when a manipulator possesses more degrees of freedom than those required to execute a given task. Several kinematic techniques for redundant manipulators control the gripper through the pseudo-inverse of the Jacobian, but lead to a kind of chaotic inner motion with unpredictable arm configurations. Such algorithms are not easy to adapt to optimization schemes and, moreover, often there are multiple optimization objectives that can conflict between them. Unlike single optimization, where one attempts to find the best solution, in multi-objective optimization there is no single solution that is optimum with respect to all indices. Therefore, trajectory planning of redundant robots remains an important area of research and more efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics of redundant manipulators, using a multi-objective genetic algorithm. This scheme combines the closed-loop pseudo-inverse method with a multi-objective genetic algorithm to control the joint positions. Simulations for manipulators with three or four rotational joints, considering the optimization of two objectives in a workspace without and with obstacles are developed. The results reveal that it is possible to choose several solutions from the Pareto optimal front according to the importance of each individual objective.

Mechanical characterization of polyhydroxyalkanoate and poly (lactic acid) blends

In this work, the mechanical behavior of polyhyroxyalkanoate (PHA)/poly(lactic acid) (PLA) blends is investigated in a wide range of compositions. The mechanical properties can be optimized by varying the PHA contents of the blend. The flexural and tensile properties were estimated by different models: the rule of mixtures, Kerner–Uemura–Takayanagi (KUT) model, Nicolai–Narkis model and Béla–Pukánsky model. This study was aimed at investigating the adhesion between the two material phases. The results anticipate a good adhesion between both phases. Nevertheless, for low levels of incorporation of PHA (up to 30%), where PLA is expectantly the matrix, the experimental data seem to deviate from the perfect adhesion models, suggesting a decrease in the adhesion between both polymeric phases when PHA is the disperse phase. For the tensile modulus, a linear relationship is found, following the rules of mixtures (or a KUT model with perfect adhesion between phases) denoting a good adhesion between the phases over the composition range. The incorporation of PHA in the blend leads to a decrease in the flexural modulus but, at the same time, increases the tensile modulus. The impact energy of the blends varies more than 157% over the entire composition. For blends with PHA weight fraction lower than 50%, the impact strength of the blend is higher than the pure base polymers. The highest synergetic effect is found when the PLA is the matrix and the PHA is the disperse phase for the blend PHA/PLA of 30/70. The second maximum is found for the inverse composition of 70/30. PLA has a heat-deflection temperature (HDT) substantially lower than PHA. For the blends, the HDT increases with the increment in the percentage of the incorporation of PHA. With up to 50% PHA (PLA as matrix), the HDT is practically constant and equal to PLA value. Above this point (PHA matrix), the HDT of the polymer blends increases linearly with the percentage of addition of PHA.

Fractional-order impulse response of the respiratory system

This paper presents the measurement, frequency-response modeling and identification, and the corresponding impulse time response of the human respiratory impedance and admittance. The investigated adult patient groups were healthy, diagnosed with chronic obstructive pulmonary disease and kyphoscoliosis, respectively. The investigated children patient groups were healthy, diagnosed with asthma and cystic fibrosis, respectively. Fractional order (FO) models are identified on the measured impedance to quantify the respiratory mechanical properties. Two methods are presented for obtaining and simulating the time-domain impulse response from FO models of the respiratory admittance: (i) the classical pole-zero interpolation proposed by Oustaloup in the early 90s, and (ii) the inverse discrete Fourier Transform (DFT). The results of the identified FO models for the respiratory admittance are presented by means of their average values for each group of patients. Consequently, the impulse time response calculated from the frequency response of the averaged FO models is given by means of the two methods mentioned above. Our results indicate that both methods provide similar impulse response data. However, we suggest that the inverse DFT is a more suitable alternative to the high order transfer functions obtained using the classical Oustaloup filter. Additionally, a power law model is fitted on the impulse response data, emphasizing the intrinsic fractal dynamics of the respiratory system.

A fractional approach for the motion planning of redundant and hyper-redundant manipulators

The trajectory planning of redundant robots through the pseudoinverse control leads to undesirable drift in the joint space. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics problem of redundant manipulators, which uses a fractional differential of order α to control the joint positions. Two performance measures are defined to examine the strength and weakness of the proposed method. The positional error index measures the precision of the manipulator's end-effector at the target position. The repeatability performance index is adopted to evaluate if the joint positions are repetitive when the manipulator execute repetitive trajectories in the operational workspace. Redundant and hyper-redundant planar manipulators reveal that it is possible to choose in a large range of possible values of α in order to get repetitive trajectories in the joint space.