Probabilistic approaches in civil engineering: generation of random fields and structural identification with genetic algorithms

The inherent stochastic character of most of the physical quantities involved in engineering models has led to an always increasing interest for probabilistic analysis. Many approaches to stochastic analysis have been proposed. However, it is widely acknowledged that the only universal method available to solve accurately any kind of stochastic mechanics problem is Monte Carlo Simulation. One of the key parts in the implementation of this technique is the accurate and efficient generation of samples of the random processes and fields involved in the problem at hand. In the present thesis an original method for the simulation of homogeneous, multi-dimensional, multi-variate, non-Gaussian random fields is proposed. The algorithm has proved to be very accurate in matching both the target spectrum and the marginal probability. The computational efficiency and robustness are very good too, even when dealing with strongly non-Gaussian distributions. What is more, the resulting samples posses all the relevant, welldefined and desired properties of “translation fields”, including crossing rates and distributions of extremes. The topic of the second part of the thesis lies in the field of non-destructive parametric structural identification. Its objective is to evaluate the mechanical characteristics of constituent bars in existing truss structures, using static loads and strain measurements. In the cases of missing data and of damages that interest only a small portion of the bar, Genetic Algorithm have proved to be an effective tool to solve the problem.

Active fibre-reinforced composites with embedded shape memory alloys

This dissertation concerns active fibre-reinforced composites with embedded shape memory alloy wires. The structural application of active materials allows to develop adaptive structures which actively respond to changes in the environment, such as morphing structures, self-healing structures and power harvesting devices. In particular, shape memory alloy actuators integrated within a composite actively control the structural shape or stiffness, thus influencing the composite static and dynamic properties. Envisaged applications include, among others, the prevention of thermal buckling of the outer skin of air vehicles, shape changes in panels for improved aerodynamic characteristics and the deployment of large space structures. The study and design of active composites is a complex and multidisciplinary topic, requiring in-depth understanding of both the coupled behaviour of active materials and the interaction between the different composite constituents. Both fibre-reinforced composites and shape memory alloys are extremely active research topics, whose modelling and experimental characterisation still present a number of open problems. Thus, while this dissertation focuses on active composites, some of the research results presented here can be usefully applied to traditional fibre-reinforced composites or other shape memory alloy applications. The dissertation is composed of four chapters. In the first chapter, active fibre-reinforced composites are introduced by giving an overview of the most common choices available for the reinforcement, matrix and production process, together with a brief introduction and classification of active materials. The second chapter presents a number of original contributions regarding the modelling of fibre-reinforced composites. Different two-dimensional laminate theories are derived from a parent three-dimensional theory, introducing a procedure for the a posteriori reconstruction of transverse stresses along the laminate thickness. Accurate through the thickness stresses are crucial for the composite modelling as they are responsible for some common failure mechanisms. A new finite element based on the First-order Shear Deformation Theory and a hybrid stress approach is proposed for the numerical solution of the two-dimensional laminate problem. The element is simple and computationally efficient. The transverse stresses through the laminate thickness are reconstructed starting from a general finite element solution. A two stages procedure is devised, based on Recovery by Compatibility in Patches and three-dimensional equilibrium. Finally, the determination of the elastic parameters of laminated structures via numerical-experimental Bayesian techniques is investigated. Two different estimators are analysed and compared, leading to the definition of an alternative procedure to improve convergence of the estimation process. The third chapter focuses on shape memory alloys, describing their properties and applications. A number of constitutive models proposed in the literature, both one-dimensional and three-dimensional, are critically discussed and compared, underlining their potential and limitations, which are mainly related to the definition of the phase diagram and the choice of internal variables. Some new experimental results on shape memory alloy material characterisation are also presented. These experimental observations display some features of the shape memory alloy behaviour which are generally not included in the current models, thus some ideas are proposed for the development of a new constitutive model. The fourth chapter, finally, focuses on active composite plates with embedded shape memory alloy wires. A number of di®erent approaches can be used to predict the behaviour of such structures, each model presenting different advantages and drawbacks related to complexity and versatility. A simple model able to describe both shape and stiffness control configurations within the same context is proposed and implemented. The model is then validated considering the shape control configuration, which is the most sensitive to model parameters. The experimental work is divided in two parts. In the first part, an active composite is built by gluing prestrained shape memory alloy wires on a carbon fibre laminate strip. This structure is relatively simple to build, however it is useful in order to experimentally demonstrate the feasibility of the concept proposed in the first part of the chapter. In the second part, the making of a fibre-reinforced composite with embedded shape memory alloy wires is investigated, considering different possible choices of materials and manufacturing processes. Although a number of technological issues still need to be faced, the experimental results allow to demonstrate the mechanism of shape control via embedded shape memory alloy wires, while showing a good agreement with the proposed model predictions.

Gonzalo Hidalgo Bayal nel panorama narrativo estremegno attuale

A lo largo de los últimos años, la narrativa extremeña ha producido un buen número de autores y obras cuya calidad destaca en el mundo de la literatura española. Entre otros, Luis Landero, Dulce Chacón, J.A. Gabriel y Galán y Eugenio Fuentes han aportado una importante contribución a las letras españolas de las últimas décadas. Gonzalo Hidalgo Bayal, autor que comparte con los antes citados el origen extremeño, se sitúa por ende en una generación literaria importante. La obra de este narrador, nacido en Higuera de Albalat y actualmente residente en Plasencia, no es muy conocida por el gran público. Sin embargo, no cabe duda de que los escritos de Bayal poseen unas calidades de primario valor. Su obra narrativa se puede dividir en dos agrupaciones principales. La primera es un grupo de narraciones breves, constituido por unas memorias (Campo de amapolas blancas), un conjunto de relatos fantásticos (La princesa y la muerte) y dos relatos brevísimos reunidos en un único volumen (El artista del billar). La segunda està formada por cuatro novelas: una es la interpretación moderna del cuento cervantino El celoso extremeño (Amad a la dama) y las demás (Misera fue, señora, la osadía, El cerco oblicuo y Paradoja del interventor) se desarrollan en época contemporánea, aunque en períodos distintos, y están protagonizadas por diferentes personajes. Al parecer es difícil encontrar un hilo conductor que valga para la entera obra del autor de Plasencia. Los diferentes desenlaces, un estilo que muda y protagonistas distintos proporcionan a los relatos hidalguianos cierta aptitud a la metamórfosis. Para comprender eficazmente la obra de Hidalgo hay que analizar, en primer lugar, su pensamiento estético: “En la literatura, a partir del primer fruto maduro, no hay evolución ni progresión, sino un deambular circular [...] las obras de un escritor son como satélites en torno a su materia” (El desierto de Takla Makán). Con referencia a uno de sus grandes maestros, Rafael Sánchez Ferlosio, el autor habla de la producción literaria como de un movimiento circular alrededor de una sustancia central. Esta sustancia central es constante: las diferentes obras del escritor pueden alejarse o acercarse a ella, describriéndola y descubriéndola con mayor o menor eficacia. Un análisis de la obra del propio Gonzalo Hidalgo debe entonces tener en cuenta de la necesidad de considerar esta materia central: relatos y novelas se mueven, formando un círculo que encierra una sustancia constante. Para investigar la materia alrededor de que la obra de Gonzalo Hidalgo se mueve, se han elegido dos téminos fundamentales del cuento. Lugar (o, mejor dicho, espacio) y personaje son ejes necesarios, cuya evolución puede proporcionar indicios sobre las lineas fundamentales que orientan el rumbo de la narrativa del autor. Se analiza entonces la manera en que Hidalgo describe y hace vivir espacios y personajes, y como estos se penetran recíprocamente. En algunos de los cuentos el autor utiliza un lugar (Murania) cuyas características físicas proceden de la realidad. La agrupación periférica de medio tamaño es el ambiente de la mayoría de los relatos de Gonzalo Hidalgo Bayal y la inspiración que la produce se encuentra en Plasencia, lugar de residencia del escritor. La función narrativa del espacio, de todas formas, varía y se hace cada vez más clara y precisa. Murania y los demás lugares realizan, con una evolución que atraviesa los distintos relatos, un rechazo firme e inapelable que excluye el personaje principal de la comunidad formada por los ciudadanos y, finalmente, por la entera humanidad. De forma cada vez más intensa, desde Misera fue, señora, la osadía hasta Paradoja del interventor (que constituye, por ahora, el punto de llegada del recorrido narrativo hidalguiano), el espacio actúa para excluir (y destruir) el protagonista, moral y físicamente. Manuel Simón Viola, en los estudios y en las reseñas dedicadas a Gonzalo Hidalgo Bayal, evidencia como el autor de Plasencia construye un trayecto que reúne sobre todo tres novelas (Misera fue, señora, la osadía, El Cerco oblicuo e Paradoja del interventor). Estas obras, además de tener algunas características comunes (conexiones temporales, temas, voz narradora), se centran en odiseas personales, protagonizadas por personajes distintos pero con un común denominador. El protagonista evoluciona hacia un pesimismo que se hace concreto en la relación con un mundo exterior, mundo que no permite ilusión nuguna. El fracaso inevitable con que el personaje se enfrenta es la única salida posible para los desenlaces del cuento hidalguiano. Al final de una evolución que incluye todos los personajes de la obra de Gonzalo Hidalgo, la resignación, principal característica del protagonista de Paradoja del interventor, se convierte en un rasgo distintivo. La derrota y el fracaso, por otro lado, funcionan de hilo conductor también en las obras de otros autores extremeños: Luis Landero y Dulce Chacón concentran, como Gonzalo Hidalgo, el esfuerzo literario en la descripción de afanes sin realizar. Con estilos y enfoques propios, comparten entonces una materia literaria que se descubre en la evolución del personaje y en la cada vez más clara definición de la función del espacio. La palabra, medio necesario para la trasmisión del mensaje literario, tiene entonces un valor fundamental. Como enseña Rafael Sánchez Ferlosio, a través del lenguaje el ser humano realiza su encuentro con la naturaleza: las relaciones humanas, el derecho, la ética y la literatura revolotean en torno al don de la palabra. El lenguaje literario es, como sugiere Gonzalo Hidalgo en algunos escritos críticos dedicados a la literatura extremeña, un vértice del tríangulo formado con sujeto y realidad. A través de las formas del lenguaje, elemento imprescindible, se expresa la relación entre persona y relidad exterior, entre yo y otro, entre personaje y espacio. En suma, el triángulo formado por lenguaje, sujeto y realidad es la clave para descubrir los mecanismos del “deambular circular” del escritor en torno a su materia.

Messa a punto di sistemi per il controllo e la terapia delle malattie virali

A livello globale una delle problematiche più urgenti della sanità pubblica umana e veterinaria è rappresentata dal controllo delle infezioni virali. L’emergenza di nuove malattie, la veloce diffusione di patologie finora confinate ad alcune aree geografiche, lo sviluppo di resistenza dei patogeni alle terapie utilizzate e la mancanza di nuove molecole attive, sono gli aspetti che influiscono più negativamente livello socio-economico in tutto il mondo. Misure per limitare la diffusione delle infezioni virali prevedono strategie per prevenire e controllare le infezioni in soggetti a rischio . Lo scopo di questa tesi è stato quello di indagare il possibile utilizzo di prototipi virali utilizzati come modello di virus umani per valutare l’efficacia di due diversi metodi di controllo delle malattie virali: la rimozione mediante filtrazione di substrati liquidi e gli antivirali di sintesi e di origine naturale. Per quanto riguarda la rimozione di agenti virali da substrati liquidi, questa è considerata come requisito essenziale per garantire la sicurezza microbiologica non solo di acqua ad uso alimentare , ma anche dei prodotti utilizzati a scopo farmaceutico e medico. Le Autorità competenti quali WHO ed EMEA hanno redatto delle linee guida molto restrittive su qualità e sicurezza microbiologica dei prodotti biologici per garantire la rimozione di agenti virali che possono essere trasmessi con prodotti utilizzati a scopo terapeutico. Nell'industria biomedicale e farmaceutica c'è l'esigenza di una tecnologia che permetta la rimozione dei virus velocemente, in grande quantità, a costi contenuti, senza alterare le caratteristiche del prodotto finale . La collaborazione con l’azienda GVS (Zola Predosa, Italia) ha avuto come obiettivo lo studio di una tecnologia di filtrazione che permette la rimozione dei virus tramite membrane innovative e/o tessuti-non-tessuti funzionalizzati che sfruttano l’attrazione elettrostatica per ritenere ed asportare i virus contenuti in matrici liquide. Anche gli antivirali possono essere considerati validi mezzi per il controllo delle malattie infettive degli animali e nell’uomo quando la vaccinazione non è realizzabile come ad esempio in caso di scoppio improvviso di un focolaio o di un attacco bioterroristico. La scoperta degli antivirali è relativamente recente ed il loro utilizzo è attualmente limitato alla patologia umana, ma è in costante aumento l’interesse per questo gruppo di farmaci. Negli ultimi decenni si è evidenziata una crescente necessità di mettere a punto farmaci ad azione antivirale in grado di curare malattie ad alta letalità con elevato impatto socio-economico, per le quali non esiste ancora un’efficace profilassi vaccinale. Un interesse sempre maggiore viene rivolto agli animali e alle loro patologie spontanee, come modello di studio di analoghe malattie dell’uomo. L’utilizzo di farmaci ad azione antivirale in medicina veterinaria potrebbe contribuire a ridurre l’impatto economico delle malattie limitando, nel contempo, la disseminazione dei patogeni nell’ambiente e, di conseguenza, il rischio sanitario per altri animali e per l’uomo in caso di zoonosi. Le piante sono sempre state utilizzate dall’industria farmaceutica per l’isolamento dei composti attivi e circa il 40% dei farmaci moderni contengono principi d’origine naturale. Alla luce delle recenti emergenze sanitarie, i fitofarmaci sono stati considerati come una valida per migliorare la salute degli animali e la qualità dei prodotti da essi derivati. L’obiettivo del nostro studio è stato indagare l’attività antivirale in vitro di estratti naturali e di molecole di sintesi nei confronti di virus a RNA usando come prototipo il Canine Distemper Virus, modello di studio per virus a RNA a polarità negativa, filogeneticamente correlato al virus del morbillo umano. La scelta di questo virus è dipesa dal fatto che rispetto ai virus a DNA e ai retrovirus attualmente l’offerta di farmaci capaci di contrastare le infezioni da virus a RNA è molto limitata e legata a molecole datate con alti livelli di tossicità. Tra le infezioni emergenti causate da virus a RNA sono sicuramente da menzionare quelle provocate da arbovirus. Le encefaliti virali da arbovirus rappresentano una emergenza a livello globale ed attualmente non esiste una terapia specifica. Una delle molecole più promettenti in vitro per la terapia delle infezioni da arbovirus è la ribavirina (RBV) che, con il suo meccanismo d’azione pleiotropico, si presta ad essere ulteriormente studiata in vivo per la sua attività antivirale nei confronti delle infezioni da arbovirus. Uno dei fattori limitanti l’utilizzo in vivo di questa molecola è l’incapacità della molecola di oltrepassare la barriera emato-encefalica. Nel nostro studio abbiamo messo a punto una formulazione per la somministrazione endonasale di RBV e ne abbiamo indagato la diffusione dalla cavità nasale all’encefalo attraverso l’identificazione e quantificazione della molecola antivirale nei diversi comparti cerebrali . Infine è stato condotto un esperimento in vivo per valutare l’efficacia di un composto a base di semi di Neem, di cui sono già note le proprietà antimicrobiche, nei confronti dell’infezione da orf virus, una zoonosi a diffusione mondiale, che ha un elevato impatto economico in aree ad alta densità ovi-caprina e può provocare lesioni invalidanti anche nell’uomo.

La diagnosi genetica preimpianto: argomenti favorevoli e contrari alla sua legittimità

Questa tesi ricostruisce la storia della giurisprudenza italiana che ha riguardato la legittimità o meno dell’impiego della diagnosi genetica preimpianto nell’ambito della procreazione medicalmente assistita, dall’emanazione della legge 40 del 2004 a tutt’oggi. Ed in particolare questa tesi si prefigge due obiettivi: uno, individuare ed illustrare le tipologie di argomenti utilizzati dal giurista-interprete per giudicare della legittimità o meno della pratica della diagnosi preimpianto degli embrioni prodotti, mediante le tecniche relative alla procreazione assistita; l’altro obiettivo, mostrare sia lo scontro fra i differenti argomenti, sia le ragioni per le quali prevalgono gli argomenti usati per legittimare la pratica della diagnosi preimpianto. Per raggiungere questi obiettivi, e per mostrare in maniera fenomenologica come avviene l’interpretazione giuridica in materia di diagnosi preimpianto, si è fatto principalmente riferimento alla visione che ha della detta interpretazione la prospettiva ermeneutica (concepita originariamente sul piano teoretico, quale ermeneutica filosofica, da H.G. Gadamer; divulgata ed approfondita sul piano giusfilosofico e della teoria dell’interpretazione giudica in Italia, fra gli altri, da F. Viola e G. Zaccaria). Così, in considerazione dei vari argomenti utilizzati per valutare la legittimità o meno della pratica della diagnosi preimpianto, i motivi per i quali in ultimo il giurista-interprete per giudicare ragionevolmente, deve ritenere legittima la pratica della diagnosi preimpianto sono i seguenti. I principi superiori dell’ordinamento e talune direttive giuridiche fondamentali dell’ordinamento, elaborate della giurisprudenza, le quali costituiscono la concretizzazione di detti principi e di una serie di disposizioni normative fondamentali per disciplinare il fenomeno procreativo, depongono per la legittimità della diagnosi preimpianto. Le tipologie degli argomenti impiegati per avallare la legittimità della diagnosi preimpianto attengono al tradizionale repertorio argomentativo a cui attinge il giurista, mentre la stessa cosa non si può dire per gli argomenti usati per negare la legittimità della diagnosi. Talune tipologie di argomenti utilizzate per negare la legittimità della diagnosi preimpianto costituiscono delle fallacie logiche, per esempio l’argomento del pendio scivoloso, e soprattutto le tipologie degli argomenti utilizzati per sostenere la legittimità della diagnosi preimpianto sono per lo più caratterizzate dalla ragionevolezza ed applicate per lo più opportunamente. Poi, si può osservare che: determinati argomenti, associati dal giurista-interprete ai principi i quali depongono per l’illegittimità della diagnosi preimpianto, facendo leva sulla categoria della possibilità, ed equiparando attualità e possibilità, privilegiano l’immaginazione alla realtà e portano a risultati interpretativi non razionalmente fondati; mentre gli argomenti associati dal giurista-interprete ai principi i quali depongono per la legittimità della diagnosi preimpianto, facendo leva sulla categoria della attualità, e tenendo ben distinte attualità e possibilità, privilegiano l’osservazione della realtà e portano a risultati razionalmente fondati.

Mixed Mode Fracture Behaviour of Piezoelectric Materials

Piezoelectrics present an interactive electromechanical behaviour that, especially in recent years, has generated much interest since it renders these materials adapt for use in a variety of electronic and industrial applications like sensors, actuators, transducers, smart structures. Both mechanical and electric loads are generally applied on these devices and can cause high concentrations of stress, particularly in proximity of defects or inhomogeneities, such as flaws, cavities or included particles. A thorough understanding of their fracture behaviour is crucial in order to improve their performances and avoid unexpected failures. Therefore, a considerable number of research works have addressed this topic in the last decades. Most of the theoretical studies on this subject find their analytical background in the complex variable formulation of plane anisotropic elasticity. This theoretical approach bases its main origins in the pioneering works of Muskelishvili and Lekhnitskii who obtained the solution of the elastic problem in terms of independent analytic functions of complex variables. In the present work, the expressions of stresses and elastic and electric displacements are obtained as functions of complex potentials through an analytical formulation which is the application to the piezoelectric static case of an approach introduced for orthotropic materials to solve elastodynamics problems. This method can be considered an alternative to other formalisms currently used, like the Stroh’s formalism. The equilibrium equations are reduced to a first order system involving a six-dimensional vector field. After that, a similarity transformation is induced to reach three independent Cauchy-Riemann systems, so justifying the introduction of the complex variable notation. Closed form expressions of near tip stress and displacement fields are therefore obtained. In the theoretical study of cracked piezoelectric bodies, the issue of assigning consistent electric boundary conditions on the crack faces is of central importance and has been addressed by many researchers. Three different boundary conditions are commonly accepted in literature: the permeable, the impermeable and the semipermeable (“exact”) crack model. This thesis takes into considerations all the three models, comparing the results obtained and analysing the effects of the boundary condition choice on the solution. The influence of load biaxiality and of the application of a remote electric field has been studied, pointing out that both can affect to a various extent the stress fields and the angle of initial crack extension, especially when non-singular terms are retained in the expressions of the electro-elastic solution. Furthermore, two different fracture criteria are applied to the piezoelectric case, and their outcomes are compared and discussed. The work is organized as follows: Chapter 1 briefly introduces the fundamental concepts of Fracture Mechanics. Chapter 2 describes plane elasticity formalisms for an anisotropic continuum (Eshelby-Read-Shockley and Stroh) and introduces for the simplified orthotropic case the alternative formalism we want to propose. Chapter 3 outlines the Linear Theory of Piezoelectricity, its basic relations and electro-elastic equations. Chapter 4 introduces the proposed method for obtaining the expressions of stresses and elastic and electric displacements, given as functions of complex potentials. The solution is obtained in close form and non-singular terms are retained as well. Chapter 5 presents several numerical applications aimed at estimating the effect of load biaxiality, electric field, considered permittivity of the crack. Through the application of fracture criteria the influence of the above listed conditions on the response of the system and in particular on the direction of crack branching is thoroughly discussed.

Caratterizzazione avanzata in laboratorio di materie prime secondarie rigenerate o stabilizzate con emulsione di bitume e leganti cementizi

Il recupero dei materiali di scarto è un aspetto di grande attualità in campo stradale, così come negli altri ambiti dell’ingegneria civile. L’attenzione della ricerca e degli esperti del settore è rivolta all’affinamento di tecniche di riciclaggio che riducano l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni meccaniche finali. Tali indagini cercano di far corrispondere le necessità di smaltimento dei rifiuti con quelle dell’industria infrastrutturale, legate al reperimento di materiali da costruzione tecnicamente idonei ed economicamente vantaggiosi. Attualmente sono già diversi i tipi di prodotti rigenerati e riutilizzati nella realizzazione delle pavimentazioni stradali e numerosi sono anche quelli di nuova introduzione in fase di sperimentazione. In particolare, accanto ai materiali derivanti dalle operazioni di recupero della rete viaria, è opportuno considerare anche quelli provenienti dall’esercizio delle attività di trasporto, il quale comporta ogni anno il raggiungimento della fine della vita utile per centinaia di migliaia di tonnellate di pneumatici di gomma. L’obiettivo della presente analisi sperimentale è quello di fornire indicazioni e informazioni in merito alla tecnica di riciclaggio a freddo con emulsione bituminosa e cemento, valutando la possibilità di applicazione di tale metodologia in combinazione con il polverino di gomma, ottenuto dal recupero degli pneumatici fuori uso (PFU). La ricerca si distingue per una duplice valenza: la prima è quella di promuovere ulteriormente la tecnica di riciclaggio a freddo, che si sta imponendo per i suoi numerosi vantaggi economici ed ambientali, legati soprattutto alla temperatura d’esercizio; la seconda è quella di sperimentare l’utilizzo del polverino di gomma, nelle due forme di granulazione tradizionale e criogenica, additivato a miscele costituite interamente da materiale proveniente da scarifica di pavimentazioni esistenti e stabilizzate con diverse percentuali di emulsione di bitume e di legante cementizio.

Static analysis of functionally graded cylindrical and conical shells or panels using the generalized unconstrained third order theory coupled with the stress recovery

A 2D Unconstrained Third Order Shear Deformation Theory (UTSDT) is presented for the evaluation of tangential and normal stresses in moderately thick functionally graded conical and cylindrical shells subjected to mechanical loadings. Several types of graded materials are investigated. The functionally graded material consists of ceramic and metallic constituents. A four parameter power law function is used. The UTSDT allows the presence of a finite transverse shear stress at the top and bottom surfaces of the graded shell. In addition, the initial curvature effect included in the formulation leads to the generalization of the present theory (GUTSDT). The Generalized Differential Quadrature (GDQ) method is used to discretize the derivatives in the governing equations, the external boundary conditions and the compatibility conditions. Transverse and normal stresses are also calculated by integrating the three dimensional equations of equilibrium in the thickness direction. In this way, the six components of the stress tensor at a point of the conical or cylindrical shell or panel can be given. The initial curvature effect and the role of the power law functions are shown for a wide range of functionally conical and cylindrical shells under various loading and boundary conditions. Finally, numerical examples of the available literature are worked out.

Generalized Differential Quadrature Finite Element Method applied to Advanced Structural Mechanics

Over the years the Differential Quadrature (DQ) method has distinguished because of its high accuracy, straightforward implementation and general ap- plication to a variety of problems. There has been an increase in this topic by several researchers who experienced significant development in the last years. DQ is essentially a generalization of the popular Gaussian Quadrature (GQ) used for numerical integration functions. GQ approximates a finite in- tegral as a weighted sum of integrand values at selected points in a problem domain whereas DQ approximate the derivatives of a smooth function at a point as a weighted sum of function values at selected nodes. A direct appli- cation of this elegant methodology is to solve ordinary and partial differential equations. Furthermore in recent years the DQ formulation has been gener- alized in the weighting coefficients computations to let the approach to be more flexible and accurate. As a result it has been indicated as Generalized Differential Quadrature (GDQ) method. However the applicability of GDQ in its original form is still limited. It has been proven to fail for problems with strong material discontinuities as well as problems involving singularities and irregularities. On the other hand the very well-known Finite Element (FE) method could overcome these issues because it subdivides the computational domain into a certain number of elements in which the solution is calculated. Recently, some researchers have been studying a numerical technique which could use the advantages of the GDQ method and the advantages of FE method. This methodology has got different names among each research group, it will be indicated here as Generalized Differential Quadrature Finite Element Method (GDQFEM).

Fracture Mechanics Investigation of Structures with Defects

Fracture mechanics plays an important role in the material science, structure design and industrial production due to the failure of materials and structures are paid high attention in human activities. This dissertation, concentrates on some of the fractural aspects of shaft and composite which have being increasingly used in modern structures, consists four chapters within two parts. Chapters 1 to 4 are included in part 1. In the first chapter, the basic knowledge about the stress and displacement fields in the vicinity of a crack tip is introduced. A review involves the general methods of calculating stress intensity factors are presented. In Chapter 2, two simple engineering methods for a fast and close approximation of stress intensity factors of cracked or notched beams under tension, bending moment, shear force, as well as torque are presented. New formulae for calculating the stress intensity factors are proposed. One of the methods named Section Method is improved and applied to the three dimensional analysis of cracked circular section for calculating stress intensity factors. The comparisons between the present results and the solutions calculated by ABAQUS for single mode and mixed mode are studied. In chapter 3, fracture criteria for a crack subjected to mixed mode loading of two-dimension and three-dimension are reviewed. The crack extension angle for single mode and mixed mode, and the critical loading domain obtained by SEDF and MTS are compared. The effects of the crack depth and the applied force ratio on the crack propagation angle and the critical loading are investigated. Three different methods calculating the crack initiation angle for three-dimension analysis of various crack depth and crack position are compared. It should be noted that the stress intensity factors used in the criteria are calculated in section 2.1.

Numerical methods for the dispersion analysis of Guided Waves

The use of guided ultrasonic waves (GUW) has increased considerably in the fields of non-destructive (NDE) testing and structural health monitoring (SHM) due to their ability to perform long range inspections, to probe hidden areas as well as to provide a complete monitoring of the entire waveguide. Guided waves can be fully exploited only once their dispersive properties are known for the given waveguide. In this context, well stated analytical and numerical methods are represented by the Matrix family methods and the Semi Analytical Finite Element (SAFE) methods. However, while the former are limited to simple geometries of finite or infinite extent, the latter can model arbitrary cross-section waveguides of finite domain only. This thesis is aimed at developing three different numerical methods for modelling wave propagation in complex translational invariant systems. First, a classical SAFE formulation for viscoelastic waveguides is extended to account for a three dimensional translational invariant static prestress state. The effect of prestress, residual stress and applied loads on the dispersion properties of the guided waves is shown. Next, a two-and-a-half Boundary Element Method (2.5D BEM) for the dispersion analysis of damped guided waves in waveguides and cavities of arbitrary cross-section is proposed. The attenuation dispersive spectrum due to material damping and geometrical spreading of cavities with arbitrary shape is shown for the first time. Finally, a coupled SAFE-2.5D BEM framework is developed to study the dispersion characteristics of waves in viscoelastic waveguides of arbitrary geometry embedded in infinite solid or liquid media. Dispersion of leaky and non-leaky guided waves in terms of speed and attenuation, as well as the radiated wavefields, can be computed. The results obtained in this thesis can be helpful for the design of both actuation and sensing systems in practical application, as well as to tune experimental setup.

Alkylidene malonates and acetoacetates as intermediates for the preparation of bioactive molecules

In this thesis we investigated the versatility and the potential applications of different kinds of alkylidene malonates, acetoacetates, malonamides and acetoacetoamides. Our research group devoted great attention to this kind of compounds since alkylidenes can be considered important intermediates in the synthesis of several scaffolds, to be inserted into molecules of potential biological and pharmaceutical interest. The increasing use of alkylidenes is due to their ability to react as unsaturated electrophiles and to the possibility to exploit them as intermediates for the introduction of different kind of functionalities.The preparation of alkylidene malonates, acetoacetates, malonamides and acetoacetoamides is presented in chapter 1. This section deals with different preparation methods of alkylidenes that we developed during the last few years and to the technologies involved for each synthetic protocol. The reactivity that allowed to use the alkylidenes as intermediates in the synthesis of scaffolds for biologically active compounds is shown in chapter 2. In particular, we will discuss the most important reactions used to obtain the desired molecules, and we will focus on the most interesting aspects of these latter ones. Finally, chapter 3 will illustrate the potential applications and the related syntheses of potential bioactive compounds. The synthesized molecules find application in several fields and for this reason we considered each class of compounds in its related branch of interest.