Thermal degradation behaviour of some polydithiooxamide metal complexes

The thermal decomposition behavior of the Fe(II), Co(II), Ni(II) and Zn(II) complexes of polydithiooxamide has been investigated by thermogravimetric analysis (TGA) at a heating rate of 20°C min-1 under nitrogen. The Coats-Redfern integral method is used to evaluate the kinetic parameters for the successive steps in the decomposition sequence observed in the TGA curves. The processes of thermal decomposition taking place in the four complexes are studied comparatively as the TGA curves indicate the difference in the thermal decomposition behavior of these complexes. The thermal stabilities of these complexes are discussed in terms of repulsion among electron pairs in the valence shell of the central ion and electronegativity effects.

Local Features in Image and Video Processing - Object Class Matching and Video Shot Detection

The usage of digital content, such as video clips and images, has increased dramatically during the last decade. Local image features have been applied increasingly in various image and video retrieval applications. This thesis evaluates local features and applies them to image and video processing tasks. The results of the study show that 1) the performance of different local feature detector and descriptor methods vary significantly in object class matching, 2) local features can be applied in image alignment with superior results against the state-of-the-art, 3) the local feature based shot boundary detection method produces promising results, and 4) the local feature based hierarchical video summarization method shows promising new new research direction. In conclusion, this thesis presents the local features as a powerful tool in many applications and the imminent future work should concentrate on improving the quality of the local features.

Conventional and Reciprocal Approaches to the Forward and Inverse Problems of Electroencephalography

Le problème inverse en électroencéphalographie (EEG) est la localisation de sources de courant dans le cerveau utilisant les potentiels de surface sur le cuir chevelu générés par ces sources. Une solution inverse implique typiquement de multiples calculs de potentiels de surface sur le cuir chevelu, soit le problème direct en EEG. Pour résoudre le problème direct, des modèles sont requis à la fois pour la configuration de source sous-jacente, soit le modèle de source, et pour les tissues environnants, soit le modèle de la tête. Cette thèse traite deux approches bien distinctes pour la résolution du problème direct et inverse en EEG en utilisant la méthode des éléments de frontières (BEM): l’approche conventionnelle et l’approche réciproque. L’approche conventionnelle pour le problème direct comporte le calcul des potentiels de surface en partant de sources de courant dipolaires. D’un autre côté, l’approche réciproque détermine d’abord le champ électrique aux sites des sources dipolaires quand les électrodes de surfaces sont utilisées pour injecter et retirer un courant unitaire. Le produit scalaire de ce champ électrique avec les sources dipolaires donne ensuite les potentiels de surface. L’approche réciproque promet un nombre d’avantages par rapport à l’approche conventionnelle dont la possibilité d’augmenter la précision des potentiels de surface et de réduire les exigences informatiques pour les solutions inverses. Dans cette thèse, les équations BEM pour les approches conventionnelle et réciproque sont développées en utilisant une formulation courante, la méthode des résidus pondérés. La réalisation numérique des deux approches pour le problème direct est décrite pour un seul modèle de source dipolaire. Un modèle de tête de trois sphères concentriques pour lequel des solutions analytiques sont disponibles est utilisé. Les potentiels de surfaces sont calculés aux centroïdes ou aux sommets des éléments de discrétisation BEM utilisés. La performance des approches conventionnelle et réciproque pour le problème direct est évaluée pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable et deux valeurs très différentes pour la conductivité du crâne. On détermine ensuite si les avantages potentiels de l’approche réciproquesuggérés par les simulations du problème direct peuvent êtres exploités pour donner des solutions inverses plus précises. Des solutions inverses à un seul dipôle sont obtenues en utilisant la minimisation par méthode du simplexe pour à la fois l’approche conventionnelle et réciproque, chacun avec des versions aux centroïdes et aux sommets. Encore une fois, les simulations numériques sont effectuées sur un modèle à trois sphères concentriques pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable. La précision des solutions inverses des deux approches est comparée pour les deux conductivités différentes du crâne, et leurs sensibilités relatives aux erreurs de conductivité du crâne et au bruit sont évaluées. Tandis que l’approche conventionnelle aux sommets donne les solutions directes les plus précises pour une conductivité du crâne supposément plus réaliste, les deux approches, conventionnelle et réciproque, produisent de grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu pour des dipôles très excentriques. Les approches réciproques produisent le moins de variations en précision des solutions directes pour différentes valeurs de conductivité du crâne. En termes de solutions inverses pour un seul dipôle, les approches conventionnelle et réciproque sont de précision semblable. Les erreurs de localisation sont petites, même pour des dipôles très excentriques qui produisent des grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu, à cause de la nature non linéaire des solutions inverses pour un dipôle. Les deux approches se sont démontrées également robustes aux erreurs de conductivité du crâne quand du bruit est présent. Finalement, un modèle plus réaliste de la tête est obtenu en utilisant des images par resonace magnétique (IRM) à partir desquelles les surfaces du cuir chevelu, du crâne et du cerveau/liquide céphalorachidien (LCR) sont extraites. Les deux approches sont validées sur ce type de modèle en utilisant des véritables potentiels évoqués somatosensoriels enregistrés à la suite de stimulation du nerf médian chez des sujets sains. La précision des solutions inverses pour les approches conventionnelle et réciproque et leurs variantes, en les comparant à des sites anatomiques connus sur IRM, est encore une fois évaluée pour les deux conductivités différentes du crâne. Leurs avantages et inconvénients incluant leurs exigences informatiques sont également évalués. Encore une fois, les approches conventionnelle et réciproque produisent des petites erreurs de position dipolaire. En effet, les erreurs de position pour des solutions inverses à un seul dipôle sont robustes de manière inhérente au manque de précision dans les solutions directes, mais dépendent de l’activité superposée d’autres sources neurales. Contrairement aux attentes, les approches réciproques n’améliorent pas la précision des positions dipolaires comparativement aux approches conventionnelles. Cependant, des exigences informatiques réduites en temps et en espace sont les avantages principaux des approches réciproques. Ce type de localisation est potentiellement utile dans la planification d’interventions neurochirurgicales, par exemple, chez des patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire qui ont souvent déjà fait un EEG et IRM.

Une nouvelle méthode smoothed particle hydrodynamics : simulation des interfaces immergées et de la dynamique Brownienne des molécules avec des interactions hydrodynamiques

Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode smoothed particle hydrodynamics (SPH) pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles, même en présence des forces singulières. Les termes de sources singulières sont traités d'une manière similaire à celle que l'on retrouve dans la méthode Immersed Boundary (IB) de Peskin (2002) ou de la méthode régularisée de Stokeslets (Cortez, 2001). Dans notre schéma numérique, nous mettons en oeuvre une méthode de projection sans pression de second ordre inspirée de Kim et Moin (1985). Ce schéma évite complètement les difficultés qui peuvent être rencontrées avec la prescription des conditions aux frontières de Neumann sur la pression. Nous présentons deux variantes de cette approche: l'une, Lagrangienne, qui est communément utilisée et l'autre, Eulerienne, car nous considérons simplement que les particules SPH sont des points de quadrature où les propriétés du fluide sont calculées, donc, ces points peuvent être laissés fixes dans le temps. Notre méthode SPH est d'abord testée à la résolution du problème de Poiseuille bidimensionnel entre deux plaques infinies et nous effectuons une analyse détaillée de l'erreur des calculs. Pour ce problème, les résultats sont similaires autant lorsque les particules SPH sont libres de se déplacer que lorsqu'elles sont fixes. Nous traitons, par ailleurs, du problème de la dynamique d'une membrane immergée dans un fluide visqueux et incompressible avec notre méthode SPH. La membrane est représentée par une spline cubique le long de laquelle la tension présente dans la membrane est calculée et transmise au fluide environnant. Les équations de Navier-Stokes, avec une force singulière issue de la membrane sont ensuite résolues pour déterminer la vitesse du fluide dans lequel est immergée la membrane. La vitesse du fluide, ainsi obtenue, est interpolée sur l'interface, afin de déterminer son déplacement. Nous discutons des avantages à maintenir les particules SPH fixes au lieu de les laisser libres de se déplacer. Nous appliquons ensuite notre méthode SPH à la simulation des écoulements confinés des solutions de polymères non dilués avec une interaction hydrodynamique et des forces d'exclusion de volume. Le point de départ de l'algorithme est le système couplé des équations de Langevin pour les polymères et le solvant (CLEPS) (voir par exemple Oono et Freed (1981) et Öttinger et Rabin (1989)) décrivant, dans le cas présent, les dynamiques microscopiques d'une solution de polymère en écoulement avec une représentation bille-ressort des macromolécules. Des tests numériques de certains écoulements dans des canaux bidimensionnels révèlent que l'utilisation de la méthode de projection d'ordre deux couplée à des points de quadrature SPH fixes conduit à un ordre de convergence de la vitesse qui est de deux et à une convergence d'ordre sensiblement égale à deux pour la pression, pourvu que la solution soit suffisamment lisse. Dans le cas des calculs à grandes échelles pour les altères et pour les chaînes de bille-ressort, un choix approprié du nombre de particules SPH en fonction du nombre des billes N permet, en l'absence des forces d'exclusion de volume, de montrer que le coût de notre algorithme est d'ordre O(N). Enfin, nous amorçons des calculs tridimensionnels avec notre modèle SPH. Dans cette optique, nous résolvons le problème de l'écoulement de Poiseuille tridimensionnel entre deux plaques parallèles infinies et le problème de l'écoulement de Poiseuille dans une conduite rectangulaire infiniment longue. De plus, nous simulons en dimension trois des écoulements confinés entre deux plaques infinies des solutions de polymères non diluées avec une interaction hydrodynamique et des forces d'exclusion de volume.

Quasi-Interpolation von Funktionen und Anwendungen auf Potentialprobleme

Ausgangspunkt der Dissertation ist ein von V. Maz'ya entwickeltes Verfahren, eine gegebene Funktion f : Rn ! R durch eine Linearkombination fh radialer glatter exponentiell fallender Basisfunktionen zu approximieren, die im Gegensatz zu den Splines lediglich eine näherungsweise Zerlegung der Eins bilden und somit ein für h ! 0 nicht konvergentes Verfahren definieren. Dieses Verfahren wurde unter dem Namen Approximate Approximations bekannt. Es zeigt sich jedoch, dass diese fehlende Konvergenz für die Praxis nicht relevant ist, da der Fehler zwischen f und der Approximation fh über gewisse Parameter unterhalb der Maschinengenauigkeit heutiger Rechner eingestellt werden kann. Darüber hinaus besitzt das Verfahren große Vorteile bei der numerischen Lösung von Cauchy-Problemen der Form Lu = f mit einem geeigneten linearen partiellen Differentialoperator L im Rn. Approximiert man die rechte Seite f durch fh, so lassen sich in vielen Fällen explizite Formeln für die entsprechenden approximativen Volumenpotentiale uh angeben, die nur noch eine eindimensionale Integration (z.B. die Errorfunktion) enthalten. Zur numerischen Lösung von Randwertproblemen ist das von Maz'ya entwickelte Verfahren bisher noch nicht genutzt worden, mit Ausnahme heuristischer bzw. experimenteller Betrachtungen zur sogenannten Randpunktmethode. Hier setzt die Dissertation ein. Auf der Grundlage radialer Basisfunktionen wird ein neues Approximationsverfahren entwickelt, welches die Vorzüge der von Maz'ya für Cauchy-Probleme entwickelten Methode auf die numerische Lösung von Randwertproblemen überträgt. Dabei werden stellvertretend das innere Dirichlet-Problem für die Laplace-Gleichung und für die Stokes-Gleichungen im R2 behandelt, wobei für jeden der einzelnen Approximationsschritte Konvergenzuntersuchungen durchgeführt und Fehlerabschätzungen angegeben werden.

Efficient evaluation of highly oscillatory acoustic scattering surface integrals

We consider the approximation of some highly oscillatory weakly singular surface integrals, arising from boundary integral methods with smooth global basis functions for solving problems of high frequency acoustic scattering by three-dimensional convex obstacles, described globally in spherical coordinates. As the frequency of the incident wave increases, the performance of standard quadrature schemes deteriorates. Naive application of asymptotic schemes also fails due to the weak singularity. We propose here a new scheme based on a combination of an asymptotic approach and exact treatment of singularities in an appropriate coordinate system. For the case of a spherical scatterer we demonstrate via error analysis and numerical results that, provided the observation point is sufficiently far from the shadow boundary, a high level of accuracy can be achieved with a minimal computational cost.

Acoustic scattering by mildly rough unbounded surfaces in three dimensions

For a nonlocally perturbed half- space we consider the scattering of time-harmonic acoustic waves. A second kind boundary integral equation formulation is proposed for the sound-soft case, based on a standard ansatz as a combined single-and double-layer potential but replacing the usual fundamental solution of the Helmholtz equation with an appropriate half- space Green's function. Due to the unboundedness of the surface, the integral operators are noncompact. In contrast to the two-dimensional case, the integral operators are also strongly singular, due to the slow decay at infinity of the fundamental solution of the three-dimensional Helmholtz equation. In the case when the surface is sufficiently smooth ( Lyapunov) we show that the integral operators are nevertheless bounded as operators on L-2(Gamma) and on L-2(Gamma G) boolean AND BC(Gamma) and that the operators depend continuously in norm on the wave number and on G. We further show that for mild roughness, i.e., a surface G which does not differ too much from a plane, the boundary integral equation is uniquely solvable in the space L-2(Gamma) boolean AND BC(Gamma) and the scattering problem has a unique solution which satisfies a limiting absorption principle in the case of real wave number.

High frequency scattering by convex curvilinear polygons

We consider the scattering of a time-harmonic acoustic incident plane wave by a sound soft convex curvilinear polygon with Lipschitz boundary. For standard boundary or finite element methods, with a piecewise polynomial approximation space, the number of degrees of freedom required to achieve a prescribed level of accuracy grows at least linearly with respect to the frequency of the incident wave. Here we propose a novel Galerkin boundary element method with a hybrid approximation space, consisting of the products of plane wave basis functions with piecewise polynomials supported on several overlapping meshes; a uniform mesh on illuminated sides, and graded meshes refined towards the corners of the polygon on illuminated and shadow sides. Numerical experiments suggest that the number of degrees of freedom required to achieve a prescribed level of accuracy need only grow logarithmically as the frequency of the incident wave increases.

The combined effects of porous asphalt surfacing and barriers on traffic noise

There is considerable interest in the use of porous asphalt (PA) surfacing on highways since physical and subjective assessments of noise have indicated a significant advantage over conventional non-porous surfaces such as hot rolled asphalt (HRA) used widely for motorway surfacing in the UK. However, it was not known whether the benefit of the PA surface was affected by the presence of roadside barriers. Noise predictions have been made using the Boundary Element Method (BEM) approach to determine the extent to which the noise reducing benefits of PA could be added to the screening effects of noise barriers in order to obtain the overall reduction in noise levels

Scattering by rough surfaces: the Dirichlet problem for the Helmholtz equation in a non-locally perturbed half-plane

We consider the Dirichlet boundary value problem for the Helmholtz equation in a non-locally perturbed half-plane, this problem arising in electromagnetic scattering by one-dimensional rough, perfectly conducting surfaces. We propose a new boundary integral equation formulation for this problem, utilizing the Green's function for an impedance half-plane in place of the standard fundamental solution. We show, at least for surfaces not differing too much from the flat boundary, that the integral equation is uniquely solvable in the space of bounded and continuous functions, and hence that, for a variety of incident fields including an incident plane wave, the boundary value problem for the scattered field has a unique solution satisfying the limiting absorption principle. Finally, a result of continuous dependence of the solution on the boundary shape is obtained.

Efficient calculation of the green function for acoustic propagation above a homogeneous impedance plane

This paper is concerned with the problem of propagation from a monofrequency coherent line source above a plane of homogeneous surface impedance. The solution of this problem occurs in the kernel of certain boundary integral equation formulations of acoustic propagation above an impedance boundary, and the discussion of the paper is motivated by this application. The paper starts by deriving representations, as Laplace-type integrals, of the solution and its first partial derivatives. The evaluation of these integral representations by Gauss-Laguerre quadrature is discussed, and theoretical bounds on the truncation error are obtained. Specific approximations are proposed which are shown to be accurate except in the very near field, for all angles of incidence and a wide range of values of surface impedance. The paper finishes with derivations of partial results and analogous Laplace-type integral representations for the case of a point source.

A special BEM for elastostatic analysis of building floor slabs on columns

This work presents a boundary element formulation for the analysis of building floor slabs, without beams, in which columns are coupled with the plate. An alternative formulation of boundary element method is presented, which considers three nodal displacements values (w, partial derivativew/partial derivativen and partial derivativew/partial derivatives) for the nodes at the boundary of the plate. In this formulation three boundary equations are written for all nodes at the boundary and in the domain of the plate. As the nodes of the column-plate connections are also represented by three nodal values, all these structural elements can be easily coupled. It is supposed that the cross-sections of the columns remain flat after the deflection and consequently the assumption of linear variation of the stress in the plate-column contact surface is also valid. (C) 2003 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Determination of the numerical parameters of a continuous damage model for the structural analysis of clay brick masonry

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

Inclusão de pilares numa formulação do método dos elementos de contorno para análise linear de pavimentos de edifícios

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

Investigação da reatividade e da cinética de dissolução do metacaulim em ácido sulfúrico

Um estudo da reatividade e da cinética de dissolução do metacaulim foi desenvolvido para o caulim de cobertura de papel oriundo da região do Rio Capim, Pará. O caulim foi calcinado a 600, 700, 800, 900 e 1000 ºC por 2 h para obtenção do metacaulim e posteriormente lixiviado com ácido sulfúrico em temperaturas constantes dentro do intervalo 50-95 °C ± 3 °C. Nas lixiviações foram usadas quantidades de ácido sulfúrico correspondentes a 10% acima do valor estequiométrico em relação ao alumínio presente no material. Foram coletadas amostras, com intervalos pré-determinados a cada 15 min até tempo total de 3 h, as quais foram submetidas à análise de teor de alumínio pelo método titrimétrico com EDTA. Os resultados mostraram que a reatividade do caulim calcinado diminuiu com o aumento da temperatura de calcinação e que a cinética de dissolução do alumínio do metacaulim obtido por calcinação a 700 °C seguiu os métodos de reação homogênea utilizados: método integral, método das meia-vidas e método das velocidades iniciais. Uma energia de ativação de 96,25 kJ/mol foi encontrada bem como reação de lixiviação de primeira ordem em relação ao alumínio do metacaulim e de primeira ordem em relação à concentração ácida. Pesquisas realizadas anteriormente, utilizando excesso de um dos reagentes acima de 90% e modelos de reação heterogênea, estão em consonância com os dados encontrados neste trabalho desenvolvido com excesso de apenas 10%.