A unified law of motion of lithospheric plates and the driving mechanism

From observed data on lithospheric plates, a unified empirical law for plate motion,valid for continental as well as oceanic plates, is obtained in the following form: The speedof plate motion U depends linearly on a geometric parameter T_d, ratio of the sum of effectiveridge length and trench arc length to the sum of area of continental part of plate and total areaof cold sinking slab. Based on this unified law, a simple mechanical analysis shows that, themain driving forces for lithospheric plates come from push along the mid-ocean ridge andpull by the cold sinking slab, while the main drag forces consist of the viscous traction beneaththe continental part of plate and over both faces of the sinking slab. Moreover, the specific-push along ridge and pull by slab are found to be of equal magnitude.

Stabilizing to disruptive transition of focal adhesion response to mechanical forces

Strong mechanical forces can, obviously, disrupt cell-cell and cell-matrix adhesions, e.g., cyclic uniaxial stretch induces instability of cell adhesion, which then causes the reorientation of cells away from the stretching direction. However, recent experiments also demonstrated the existence of force dependent adhesion growth (rather than dissociation). To provide a quantitative explanation for the two seemingly contradictory phenomena, a microscopic model that includes both integrin-integrin interaction and integrin-ligand interaction is developed at molecular level by treating the focal adhesion as an adhesion cluster. The integrin clustering dynamics and integrin-ligand binding dynamics are then simulated within one unified theoretical frame with Monte Carlo simulation. We find that the focal adhesion will grow when the traction force is higher than a relative small threshold value, and the growth is dominated by the reduction of local chemical potential energy by the traction force. In contrast, the focal adhesion will rupture when the traction force exceeds a second threshold value, and the rupture is dominated by the breaking of integrin-ligand bonds. Consistent with the experiments, these results suggest a force map for various responses of cell adhesion to different scales of mechanical force. PMID: 20542514

Dynamics of cell–matrix mechanical interactions in three dimensions

The forces cells apply to their surroundings control biological processes such as growth, adhesion, development, and migration. In the past 20 years, a number of experimental techniques have been developed to measure such cell tractions. These approaches have primarily measured the tractions applied by cells to synthetic two-dimensional substrates, which do not mimic in vivo conditions for most cell types. Many cell types live in a fibrous three-dimensional (3D) matrix environment. While studying cell behavior in such 3D matrices will provide valuable insights for the mechanobiology and tissue engineering communities, no experimental approaches have yet measured cell tractions in a fibrous 3D matrix.

This thesis describes the development and application of an experimental technique for quantifying cellular forces in a natural 3D matrix. Cells and their surrounding matrix are imaged in three dimensions with high speed confocal microscopy. The cell-induced matrix displacements are computed from the 3D image volumes using digital volume correlation. The strain tensor in the 3D matrix is computed by differentiating the displacements, and the stress tensor is computed by applying a constitutive law. Finally, tractions applied by the cells to the matrix are computed directly from the stress tensor.

The 3D traction measurement approach is used to investigate how cells mechanically interact with the matrix in biologically relevant processes such as division and invasion. During division, a single mother cell undergoes a drastic morphological change to split into two daughter cells. In a 3D matrix, dividing cells apply tensile force to the matrix through thin, persistent extensions that in turn direct the orientation and location of the daughter cells. Cell invasion into a 3D matrix is the first step required for cell migration in three dimensions. During invasion, cells initially apply minimal tractions to the matrix as they extend thin protrusions into the matrix fiber network. The invading cells anchor themselves to the matrix using these protrusions, and subsequently pull on the matrix to propel themselves forward.

Lastly, this thesis describes a constitutive model for the 3D fibrous matrix that uses a finite element (FE) approach. The FE model simulates the fibrous microstructure of the matrix and matches the cell-induced matrix displacements observed experimentally using digital volume correlation. The model is applied to predict how cells mechanically sense one another in a 3D matrix. It is found that cell-induced matrix displacements localize along linear paths. These linear paths propagate over a long range through the fibrous matrix, and provide a mechanism for cell-cell signaling and mechanosensing. The FE model developed here has the potential to reveal the effects of matrix density, inhomogeneity, and anisotropy in signaling cell behavior through mechanotransduction.

A new high-order Fourier continuation-based elasticity solver for complex three-dimensional geometries

This thesis presents a new approach for the numerical solution of three-dimensional problems in elastodynamics. The new methodology, which is based on a recently introduced Fourier continuation (FC) algorithm for the solution of Partial Differential Equations on the basis of accurate Fourier expansions of possibly non-periodic functions, enables fast, high-order solutions of the time-dependent elastic wave equation in a nearly dispersionless manner, and it requires use of CFL constraints that scale only linearly with spatial discretizations. A new FC operator is introduced to treat Neumann and traction boundary conditions, and a block-decomposed (sub-patch) overset strategy is presented for implementation of general, complex geometries in distributed-memory parallel computing environments. Our treatment of the elastic wave equation, which is formulated as a complex system of variable-coefficient PDEs that includes possibly heterogeneous and spatially varying material constants, represents the first fully-realized three-dimensional extension of FC-based solvers to date. Challenges for three-dimensional elastodynamics simulations such as treatment of corners and edges in three-dimensional geometries, the existence of variable coefficients arising from physical configurations and/or use of curvilinear coordinate systems and treatment of boundary conditions, are all addressed. The broad applicability of our new FC elasticity solver is demonstrated through application to realistic problems concerning seismic wave motion on three-dimensional topographies as well as applications to non-destructive evaluation where, for the first time, we present three-dimensional simulations for comparison to experimental studies of guided-wave scattering by through-thickness holes in thin plates.

Metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica: aplicação de motor síncrono de ímã permanente com fluxo magnético radial a um furgão, Brasil. 2009.

Questões climáticas, atmosféricas e de poluição ambiental têm tornado o uso final da energia assunto de interesse mundial. Sistemas com tração elétrica oferecem a oportunidade de redução de emissões. O mix de energia caracterizado pela matriz energética brasileira viabiliza o desenvolvimento desta tecnologia. É desenvolvida aqui uma metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica. A metodologia considera fatores como o peso e tamanho, o torque de partida, transmissão e potência, entre outros. Ferramentas matemáticas e a prática corrente fornecem a base para a elaboração deste trabalho, que descreve a análise de desempenho de veículos elétricos, os componentes utilizados, as equações mecânicas e os critérios para escolha do veículo ideal para conversão. É apresentada a execução de um projeto de conversão de uma Kombi para tração elétrica, cujo objetivo tem caráter educativo, buscando assim promover os benefícios da tecnologia veicular elétrica. Para viabilização do experimento, o trabalho conclui que é necessário ampliar a demanda por nacionalização de tecnologia, o que tornaria o projeto uma realidade comercialmente viável. Além disto, há necessidade de políticas públicas para o incentivo da tecnologia veicular elétrica no Brasil. Este trabalho apresenta uma contribuição para converter veículos para tração elétrica, visto que sistematiza as etapas de projeto, a partir das quais outros poderão seguir, utilizando componentes encontrados no mercado nacional.

Design of a timber Howe truss highway bridge

The span of the bridge was assumed as 100 feet. The type of bridge used is the timber Howe Truss. The height of truss was taken as 20 feet between center lines of top and bottom chords. The width was taken as 18 feet center to center of trusses. The truss was divided up into five panels 20 feet long.

It was designed according to the "General Specifications for Steel Highway Bridges" by Ketchum. For the live load for the floor and its supports, a load of 80 pounds per square foot of total floor surface or a 15 ton traction engine with axles 10 feet centers and 6 feet gage, two thirds of load to be carried by rear axles.

For the truss a load of 75 pounds per square foot of floor surface.

For the wind load the bottom lateral bracing is to be designed to resist a lateral wind load of 300 pounds per foot of span; 150 pounds of this to be treated as a moving load.

The top lateral bracing is to be designed to resist a lateral wind force of 150 pounds per foot of span.

The timber to be used in the bridge is to be Douglas fir.

The unit stresses used for timber are those of the American Railway Engineering Association.

Técnica do tratamento restaurador atraumatico em estudantes de escola municipal do Rio de Janeiro: avaliação in vitro da influência da proteção superficial e do tempo de entrada em serviço na resistência a tração diametral do cimento de ionômero de vidro utilizado

Tratamento restaurador atraumático tornou-se uma opção real para o tratamento da cárie dentária em saúde pública no Brasil. O presente estudo teve como objetivo avaliar durabilidade, resistência e eficácia de 70 restaurações em 31 alunos (entre 6 a 12 anos de idade na Escola Municipal Rotary, RJ - Brasil). Depois de CPO-D e ceo-exame de acordo com critérios da OMS, todos os alunos com selecionados receberam TRA com VITRO MOLAR - DFL, juntamente com instruções de saúde bucal. Os critérios de exclusão foram a presença de cavidades muito profundas e exposição pulpar, casos em que os alunos foram encaminhados para o Postos de Saúde Municipal. In vitro avaliou-se a influência do tempo de entrada em serviço e do tipo de cobertura protetora utilizada na resistência coesiva do Cimento de Ionômero de Vidro utilizado, por meio de ensaios de tração diametral. Confeccionou-se para o teste de tração diametral 6 espécimes para cada variante, 72 no total, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 8 mm de comprimento, divididos entre os grupos: grupo1 sem protetor (controle); grupo2 vaselina sólida; grupo3 verniz para unhas. Realizou-se ensaios mecânicos em uma máquina universal de ensaios EMIC DL 500 MF, após a confecção e estocagem individual dos espécimes em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada, que formaram os subgrupos descritos a seguir: a - 20 minutos; b - 2 horas; c - 24 horas; d - 7 dias. Os dados obtidos foram tratados por ANOVA e por Student Newman-Keuls (p<0,05). Ao se avaliar a influência dos diferentes protetores de superfície no CIV utilizado no presente trabalho observou-se que, os protetores de superfície tiveram influência no comportamento do material (p=0,000), com o verniz para unhas mostrando um desempenho superior ao da vaselina sólida. Quanto ao tempo, não foi possível verificar ruptura do material no prazo de 20 minutos, pois os corpos de prova sofriam deformação elástica catastrófica não sendo adequado para a finalidade desejada. Os tempos de 24 horas e sete dias foram semelhantes entre si e diferentes do tempo de duas horas. As restaurações foram clinicamente avaliadas depois de 6, 12, e 24 meses após sua alocação. No total 72 restaurações foram realizadas em 31 escolares. Depois de seis meses, 5 restaurações fraturaram e 3 perderam algum material. Após 12 meses, oito restaurações foram perdidas e apenas 1 fraturou. Na avaliação após 24 meses, mais 12 restaurações foram perdidas e 3 perderam material. Não foram registradas lesões cariosas secundarias após esse período, mesmo quando as restaurações foram parcialmente perdidas. Clinicamente conclui-se que quando a técnica do TRA é bem indicada e aplicada corretamente pode haver uma redução significativa no número de dentes perdidos por lesões de cárie nos indivíduos que participaram do nosso estudo.

Large plane deformations of thin elastic sheets of neo-hookean material

Large plane deformations of thin elastic sheets of neo-Hookean material are considered and a method of successive substitutions is developed to solve problems within the two-dimensional theory of finite plane stress. The first approximation is determined by linear boundary value problems on two harmonic functions, and it is approached asymptotically at very large extensions in the plane of the sheet. The second and higher approximations are obtained by solving Poisson equations. The method requires modification when the membrane has a traction-free edge.

Several problems are treated involving infinite sheets under uniform biaxial stretching at infinity. First approximations are obtained when a circular or elliptic inclusion is present and when the sheet has a circular or elliptic hole, including the limiting cases of a line inclusion and a straight crack or slit. Good agreement with exact solutions is found for circularly symmetric deformations. Other examples discuss the stretching of a short wide strip, the deformation near a boundary corner which is traction-free, and the application of a concentrated load to a boundary point.

On the uniqueness of singular solutions to boundary-initial value problems in linear elastodynamics

This investigation deals with certain generalizations of the classical uniqueness theorem for the second boundary-initial value problem in the linearized dynamical theory of not necessarily homogeneous nor isotropic elastic solids. First, the regularity assumptions underlying the foregoing theorem are relaxed by admitting stress fields with suitably restricted finite jump discontinuities. Such singularities are familiar from known solutions to dynamical elasticity problems involving discontinuous surface tractions or non-matching boundary and initial conditions. The proof of the appropriate uniqueness theorem given here rests on a generalization of the usual energy identity to the class of singular elastodynamic fields under consideration.

Following this extension of the conventional uniqueness theorem, we turn to a further relaxation of the customary smoothness hypotheses and allow the displacement field to be differentiable merely in a generalized sense, thereby admitting stress fields with square-integrable unbounded local singularities, such as those encountered in the presence of focusing of elastic waves. A statement of the traction problem applicable in these pathological circumstances necessitates the introduction of "weak solutions'' to the field equations that are accompanied by correspondingly weakened boundary and initial conditions. A uniqueness theorem pertaining to this weak formulation is then proved through an adaptation of an argument used by O. Ladyzhenskaya in connection with the first boundary-initial value problem for a second-order hyperbolic equation in a single dependent variable. Moreover, the second uniqueness theorem thus obtained contains, as a special case, a slight modification of the previously established uniqueness theorem covering solutions that exhibit only finite stress-discontinuities.

Diseño de un mecanismo de amplificación para una garra de 1 grado de libertad.

[ES]El presente Trabajo de Fin de Grado tiene la finalidad de contribuir al desarrollo de una línea de investigación mediante la implementación de un mecanismo que amplifique el movimiento de un grado de libertad. Dicho proyecto consiste en optimizar un mecanismo ya existente formado por un músculo neumático de un grado de libertad de forma que se mejore el rango de utilización de dicho mecanismo ampliando la carrera final de éste. Para ello se llevará a cabo un análisis de distintos mecanismos multiplicadores, el diseño de la mejor opción entre todos ellos y la final fabricación de un prototipo funcional. También se llevará a cabo el diseño y fabricación de las piezas auxiliares que, si bien, no forman parte explícita del mecanismo multiplicador, son necesarias para la posterior implantación de dicho mecanismo en el mecanismo ya existente, formado por un mecanismo mecatrónico de cinemática plana 5R dotado de un músculo neumático y una ventosa.

História natural do comprimento peniano após prostatectomia radical: um estudo prospectivo de longo prazo

A prostatectomia radical (PR) é um dos procedimentos mais utilizados para o tratamento do câncer de próstata (CaP) localizado, porém apesar da maior compreensão da anatomia local e do desenvolvimento tecnológico, esta cirurgia permanece associada à elevada morbidade na esfera sexual. A redução do comprimento peniano após a PR é uma queixa freqüente na prática urológica, porém não há dados na literatura a respeito da variação deste comprimento em um longo período de acompanhamento. A determinação da história natural do comprimento peniano após PR, assim como possíveis fatores de risco ou de proteção é de fundamental importância para o aconselhamento e tratamento dos pacientes submetidos a esta cirurgia. O objetivo deste estudo é determinar a história natural do comprimento peniano após a PR em um acompanhamento de cinco anos, assim como avaliar o papel da função erétil na variação do comprimento peniano destes pacientes. Foram avaliados prospectivamente os comprimentos penianos de 105 pacientes com câncer de próstata localizado submetidos PR aberta. Participação em programas de reabilitação peniana e deformidades anatômicas do pênis foram considerados critérios de exclusão. A medição do comprimento real peniano sob máxima tração (CRTmax) foi realizada antes da PR e aos 3, 6, 12, 24, 36, 48 e 60 meses no pós-operatório. O domínio da função erétil do índice internacional de função erétil (IIEF-EF) foi utilizado para avaliar a função erétil. Houve redução média de 1 cm no CRTmax em 3 meses após a PR e essa diferença permaneceu até 24 meses (p<0,001). Após este período, a diferença reduziu gradativamente, deixando de ser estatisticamente significativa em 48 meses (-0,3 cm, p=0,080) e 60 meses (+0,4 cm, p=0,065). A função erétil foi um preditor para o retorno precoce do comprimento do pênis. Um encurtamento peniano médio de 1 cm é esperado nos primeiros 24 meses após PR. No entanto, há uma tendência para a recuperação deste comprimento após 24 meses de pós-operatório, com retorno ao comprimento original em 48 meses. A função erétil preservada após a PR é um preditor para a recuperação precoce do comprimento do pênis

Processos de formação de ligações cruzadas de polietileno de alto peso molecular

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS.

A discrete dislocation analysis of fatigue crack growth

Cyclic loading of a plane strain mode I crack under small scale yielding is analyzed using discrete dislocation dynamics. The dislocations are all of edge character, and are modeled as line singularities in an elastic solid. At each stage of loading, superposition is used to represent the solution in terms of solutions for edge dislocations in a half-space and a non-singular complementary solution that enforces the boundary conditions, which is obtained from a linear elastic, finite element solution. The lattice resistance to dislocation motion, dislocation nucleation, dislocation interaction with obstacles and dislocation annihilation are incorporated into the formulation through a set of constitutive rules. An irreversible relation between the opening traction and the displacement jump across a cohesive surface ahead of the initial crack tip is also specified, which permits crack growth to emerge naturally. It is found that crack growth can occur under cyclic loading conditions even when the peak stress intensity factor is smaller than the stress intensity required for crack growth under monotonic loading conditions; however below a certain threshold value of ΔKI no crack growth was seen.

Flow of wet powder in a conical centrifugal filter-an analytical model

A one-dimensional analytical model is developed for the steady state, axisymmetric, slender flow of saturated powder in a rotating perforated cone. Both the powder and the fluid spin with the cone with negligible slip in the hoop direction. They migrate up the wall of the cone along a generator under centrifugal force, which also forces the fluid out of the cone through the powder layer and the porous wall. The flow thus evolves from an over-saturated paste at inlet into a nearly dry powder at outlet. The powder is treated as a Mohr-Coulomb granular solid of constant void fraction and permeability. The shear traction at the wall is assumed to be velocity and pressure dependent. The fluid is treated as Newtonian viscous. The model provides the position of the colour line (the transition from over- to under-saturation) and the flow velocity and thickness profiles over the cone. Surface tension effects are assumed negligible compared to the centrifugal acceleration. Two alternative conditions are considered for the flow structure at inlet: fully settled powder at inlet, and progressive settling of an initially homogeneous slurry. The position of the colour line is found to be similar for these two cases over a wide range of operating conditions. Dominant dimensionless groups are identified which control the position of the colour line in a continuous conical centrifuge. Experimental observations of centrifuges used in the sugar industry provide preliminary validation of the model. © 2011 Elsevier Ltd.

Investigation into IGBT dV/dt during turn-off and its temperature dependence

In many power converter applications, particularly those with high variable loads, such as traction and wind power, condition monitoring of the power semiconductor devices in the converter is considered desirable. Monitoring the device junction temperature in such converters is an essential part of this process. In this paper, a method for measuring the insulated gate bipolar transistor (IGBT) junction temperature using the collector voltage dV/dt at turn-OFF is outlined. A theoretical closed-form expression for the dV/dt at turn-OFF is derived, closely agreeing with experimental measurements. The role of dV/dt in dynamic avalanche in high-voltage IGBTs is also discussed. Finally, the implications of the temperature dependence of the dV/dt are discussed, including implementation of such a temperature measurement technique. © 2006 IEEE.