Point vibration measurements for the detection of shallow-buried objects

A major UK initiative, entitled 'Mapping the Underworld', is seeking to address the serious social, environmental and economic consequences arising from an inability to locate accurately and comprehensively the buried utility service infrastructure without resorting to extensive excavations. Mapping the Underworld aims to develop and prove the efficacy of a multi-sensor device for accurate remote buried utility service detection, location and, where possible, identification. One of the technologies to be incorporated in the device is low-frequency vibro-acoustics, and application of this technique for detecting buried infrastructure is currently being investigated. Here, the potential for making a number of simple point vibration measurements in order to detect shallow-buried objects, in particular plastic pipes, is explored. Point measurements can be made relatively quickly without the need for arrays of surface sensors, which can be expensive, time-consuming to deploy, and sometimes impractical in congested areas. At low frequencies, the ground behaves as a simple single-degree-of-freedom (mass-spring) system with a well-defined resonance, the frequency of which will depend on the density and elastic properties of the soil locally. This resonance will be altered by the presence of a buried object whose properties differ from the surrounding soil. It is this behavior which can be exploited in order to detect the presence of a buried object, provided it is buried at a sufficiently shallow depth. The theoretical background is described and preliminary measurements are made both on a dedicated buried pipe rig and on the ground over a domestic waste pipe. Preliminary findings suggest that, for shallow-buried pipes, a measurement of this kind could be a quick and useful adjunct to more conventional methods of buried pipe detection. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Intriguing thigmonastic (sensitive) stamens in the Plains Prickly Pear Opuntia polyacantha (Cactaceae)

The movement of sensitive stamens in flowers of the Plains Prickly Pear (Opuntia polyacantha) is described in detail along with the external and internal filament anatomy. The goals of this investigation were: (1) to provide a synthesis of floral phenology and determine whether this rather unique stamen movement is nastic or a tropism and (2) to conduct macro- and micro-morphological analyses of filaments to determine if there are anatomical traits associated with this movement. To better understand the internal and external structure in sensitive filaments of O. polyacantha, we performed comparative anatomical analyses in two additional species from the Opuntioideae with stamens lacking such sensitivity. The consistent unidirectional movement of stamens, independent of the area stimulated, indicates a thigmonastic response. This movement serves multiple purposes, from enhancing pollen presentation to facilitating cross-pollination, protecting pollen and preventing insects from robbing pollen. Anatomically, the sensitive and non-sensitive filaments exhibit different tissue organization. Cuticle thickness, presence of capsular structures, two layers of curved cells, and more and larger intercellular spaces are characteristic of sensitive filaments. A thin unicellular epidermal layer is characteristic in sensitive filaments versus 2-3 epidermal layers in non-sensitive filaments. Another striking feature in sensitive filaments is the presence of papillae and capsular structures. We believe that these elements are related to water mobility with subsequent contraction during the thigmonastic response. Capsular structures might have a role in fluid mobility according to the stimulus of the filaments. We hypothesize that the thigmonastic response is controlled by cells with elastic properties, as evidenced by the plasmolyzed curved and contracted cells in the filaments and the fact that the movement is activated by changes in cell turgor followed by contraction as a result of plasmolysis. © 2013 Elsevier GmbH.

Influência da dopagem com oxigênio nas propriedades anelásticas e biocompatibilidade de ligas Ti-5%pNb e Ti-10%pNb

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Métodos periódicos aplicados à determinação e análise de propriedades eletrônicas e elásticas em peroviskitas do tipo BaZrO.3 e BaTiO.3

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Efeito de oxigênio na biocompatibilidade e propriedades da liga Ti-15Mo

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Desenvolvimento de estruturas porosas de polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM) recobertas com apatitas para substituição e regeneração óssea

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito de elementos intersticiais nas propriedades físicas e biocompatibilidade da liga 'TI'-13'NB'-13'ZR'

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estimativa de parâmetros elásticos em meios anisotrópicos

As medidas de amplitude, polarização e vagarosidade contem informações sobre o meio onde a propagação de onda ocorre. Esta tese investiga esses dados com objetivo de estimar as propriedades elásticas deste meio. Coeficientes de reflexão podem ser estimados das amplitudes dos dados e dependem de forma não linear dos contrastes dos parâmetros elásticos e do contraste de densidade entre os meios separados por uma interface. Quando o contraste de impedância é fraco, as aproximações lineares para a refletividade qP são mais convenientes para inversão da densidade e dos parâmetros elásticos usando as análises de amplitude versus ângulo de incidência (AVO) e amplitude versus a direção do plano de incidência (AVD). Escrevendo as equações de Zoepprittz de forma separada nos permite escrever uma solução destas equações em termos das matrizes de impedância e polarização. Usando esta solução são determinadas aproximações lineares para a refletividade da onda qP considerando fraco contraste de impedância, fraca anisotropia mas com classe de simetria de arbitrária. As linearizações são avaliadas para diferentes geometrias de aquisição e várias escolhas do meio de referência. Estas aproximações apresentam bom desempenho comparado com o valor exato do coeficiente de reflexão da onda qP e de suas ondas convertidas para incidências de até 30° e meios que obedecem à hipótese de fraca anisotropia. Um conjunto de fraturas orientado é representado efetivamente por um meio transversalmente isotrópico (TI), as aproximações lineares da refletividade da onda qP podem ser usadas para estimar a orientação de fratura. Partindo deste pressuposto este problema consiste em estimar a orientação do eixo de simetria a partir de dados de refletividade de onda qP. Este trabalho mostra que são necessários múltiplos azimutes e múltiplas incidências para se obter uma estimativa estável. Também é mostrado que apenas os coeficientes das ondas qS e qT são sensíveis ao mergulho da fratura. Foi investigada a estimativa da anisotropia local através de dados de VSP multiazimutal dos vetores de polarização e vagarosidade. Foram usadas medidas da componente vertical do vetor de vagarosidade e o vetor de polarização de ondas qP diretas e refletidas. O esquema de inversão é validado através de exemplos sintéticos considerando diferentes escolhas do vetor normal à frente de onda no meio de referência, meios de referências e geometria de aquisição. Esta análise mostra que somente um subgrupo dos parâmetros elástico pode ser estimado. Uma importante aplicação desta metodologia é o seu potencial para a determinação de classes de anisotropia. A aplicação desta metodologia aos dados do mar de Java mostra que os modelos isotrópicos e TIV são inadequados para o ajuste desses dados.

Um estudo da estabilidade mecânica de poços a partir de perfis geofísicos em formações pouco consolidadas

A análise da estabilidade mecânica de um poço pode ser feita a partir do cálculo de parâmetros elásticos da formação utilizando a densidade do meio e as velocidades de propagação das ondas compressional e cisalhante na formação rochosa, os quais podem ser obtidos de perfis geofísicos do poço. Em formações sedimentares pouco consolidadas as ferramentas de perfilagem sônica convencionais (monopolares) não conseguem registrar com acuidade a velocidade da onda cisalhante pois a primeira chegada dessa onda é camuflada pela chegada de outras ondas que podem ser mais rápidas que a onda cisalhante num poço perfurado neste tipo de formação. Medidas das velocidades sônicas são feitas em laboratório em amostras da formação, sob condições semelhantes às condições in situ, servindo como ajuste das velocidades registradas no poço pela ferramenta de perfilagem sônica. Para a análise de estabilidade da formação, perfis auxiliares são necessários como o perfil de porosidade, saturação de fluidos e perfis de composição mineralógica da formação rochosa. Exige-se ainda dados de testes de avaliação da formação e de condições do reservatório, mas que são comuns em poços de petróleo, como o teste de formação e os testes de pressurização do poço, tais como o teste de micro-fraturamento hidráulico ou o teste de absorção. A avaliação das tensões principais efetivas que atuam distante do poço, e que não são afetadas pela sua presença, é feita através da associação de um modelo de deformação elástica apropriado e o resultado do teste de pressurização disponível para o poço em estudo. Utilizando resultados clássicos da teoria da elasticidade geral pode-se calcular o campo de tensões modificado na vizinhança da parede do poço devido ao efeito da própria presença do poço ali perfurado e da diferença de pressão existente entre o interior do poço e a formação rochosa. A determinação das propriedades mecânicas da formação a partir das velocidades sônicas e a avaliação do campo de tensões assumindo um modelo elástico de deformação, supõem o meio rochoso no qual as ondas se propagam como elástico, homogêneo e isotrópico. Esta suposição representa a principal aproximação assumida pela metodologia descrita neste trabalho. De posse das propriedades mecânicas da formação e do campo de tensões que age na vizinhança do poço resta definir o critério segundo o qual a rocha sofre instabilidade mecânica quando submetida aquele campo de tensões. Isto permite determinar se, nas condições avaliadas do poço e da formação, haverá quebra da parede do poço por excesso de tensão e, se houver, qual a sua extensão. Assim o problema é como analisar o comportamento mecânico de um poço em uma formação pouco consolidada a partir de perfis geofísicos os quais podem ter problemas no registro das propriedades físicas do meio em formações deste tipo. A metodologia proposta é aplicada a dois intervalos de profundidade pertencentes a dois poços onde arenitos e folhelhos se intercalam e nos quais todos os dados necessários estão disponíveis. Os resultados obtidos mostram que, exceto quando outros mecanismos de quebra da parede do poço agem na formação, a metodologia proposta consegue com sucesso detectar zonas de ocorrência de instabilidade mecânica do poço provocadas por um campo de tensões que excede a resistência mecânica da formação.

Efeito de elementos substitucionais e intersticiais na microestrutura, dureza e módulo de elasticidade de ligas Ti-Nb

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo da distribuição das tensões internas, pelo método dos elementos finitos, em uma raiz com um retentor intra-radicular pré-fabricado, rosqueado e com fenda apical

Pós-graduação em Odontologia Restauradora - ICT

Diffusion of oxygen in some binary Ti-Based alloys used as biomaterials

Ti and its alloys are widely used as biomaterials. Their main properties are excellent corrosion resistance, relatively low elastic modulus, high specific strength, and good biocompatibility. The development of new Ti alloys with properties favorable for use in the human body is desired. To this end, Ti alloys with Mo, Nb, Zr, and Ta are being developed, because these elements do not cause cytotoxicity. The presence of interstitial elements (such as oxygen and nitrogen) induces strong changes in the elastic properties of the material, which leads to hardening or softening of the alloy. By means of anelastic spectroscopy, we are able to obtain information on the diffusion of these interstitial elements present in the crystalline lattice. In this paper, the effect of oxygen on the anelastic properties of some binary Ti-based alloys was analyzed with anelastic spectroscopy. The diffusion coefficients, pre-exponential factors, and activation energies were calculated for oxygen and nitrogen in these alloys.

ANALYSIS OF THE NATURAL VIBRATION FREQUENCY TEST METHOD TO OBTAIN THE MODULUS OF ELASTICITY OF WOOD STRUCTURAL COMPONENTS

There are several techniques to characterize the elastic modulus of wood and those currently using the natural frequencies of vibration stand out as they are non-destructive techniques, producing results that can be repeated and compared over time. This study reports on the effectiveness of the testing methods based on the natural frequencies of vibration versus static bending to obtain the elastic properties of reforested structural wood components usually employed in civil construction. The following components were evaluated: 24 beams of Eucalyptus sp. with nominal dimensions (40 x 60 x 2.000 mm) and 14 beams of Pinus oocarpa with nominal dimensions (45 x 90 x 2.300 mm) both without treatment; 30 boards with nominal dimensions (40 x 240 x 2.010 mm) and 30 boards with nominal dimensions (40 x 240 x 3.050 mm), both of Pinus oocarpa and with chromate copper arsenate (CCA) preservative treatment. The results obtained in thiswork show good correlation when compared to the results obtained by the static bending mechanical method, especially when applying the natural frequency of longitudinal vibration. The use of longitudinal frequency was reliable and practical, therefore recommended for determining the modulus of elasticity of wood structural elements. It was also found that no specific support is needed for the specimens using the longitudinal frequency, as well as no previous calibrations, reducing the execution time and enabling to test many samples.

RELATIONSHIP AMONG EXTRACTIVES, LIGNIN AND HOLOCELLULOSE CONTENTS WITH PERFORMANCE INDEX OF SEVEN WOOD SPECIES USED FOR BOWS OF STRING INSTRUMENTS

In this paper we investigate the influence of extractives, lignin and holocellulose contents on performance index (PI) of seven woods used or tested for violin bows. Woods with higher values of this index (PI = root MOE/rho, where MOE is modulus of elasticity and rho is density) have a higher bending stiffness at a given mass, which can be related to bow wood quality. Extractive content was negatively correlated with PI in Caesalpinia echinata, Hanclroanthus sp. and Astronium lecointei. In C. echinata holocellulose was positively correlated with PI. These results need to be further explored with more samples and by testing additional wood properties. Although the chemical constituents could provide an indication of quality, it is not possible to establish appropriate woods for bows solely by examining their chemical constituents.

A nonlinear elasticity phantom containing spherical inclusions

The strain image contrast of some in vivo breast lesions changes with increasing applied load. This change is attributed to differences in the nonlinear elastic properties of the constituent tissues suggesting some potential to help classify breast diseases by their nonlinear elastic properties. A phantom with inclusions and long-term stability is desired to serve as a test bed for nonlinear elasticity imaging method development, testing, etc. This study reports a phantom designed to investigate nonlinear elastic properties with ultrasound elastographic techniques. The phantom contains four spherical inclusions and was manufactured from a mixture of gelatin, agar and oil. The phantom background and each of the inclusions have distinct Young's modulus and nonlinear mechanical behavior. This phantom was subjected to large deformations (up to 20%) while scanning with ultrasound, and changes in strain image contrast and contrast-to-noise ratio between inclusion and background, as a function of applied deformation, were investigated. The changes in contrast over a large deformation range predicted by the finite element analysis (FEA) were consistent with those experimentally observed. Therefore, the paper reports a procedure for making phantoms with predictable nonlinear behavior, based on independent measurements of the constituent materials, and shows that the resulting strain images (e. g., strain contrast) agree with that predicted with nonlinear FEA.