Highway Applications for Rammed Aggregate Piers in Iowa Soils, TR-443, 2003

This report describes a study to evaluate Geopier® soil reinforcement technology in transportation construction. Three projects requiring settlement control were chosen for evaluation—an embankment foundation, a box culvert, and a bridge approach fill. For each project, construction observations, in situ soil testing, laboratory material characterization, and performance monitoring were carried out. For the embankment foundation project, Geopier elements were installed within and around an abutment footprint for the new I-35 overpass at the US Highway 5/Interstate 35 interchange in Des Moines, Iowa. Although the main focus of this investigation was to evaluate embankment foundation reinforcement using Geopier elements, a stone column reinforced soil provided an opportunity to compare systems. In situ testing included cone penetration tests (CPTs), pressuremeter tests (PMTs), Ko stepped blade tests, and borehole shear tests (BSTs), as well as laboratory material testing. Comparative stiffness and densities of Geopier elements and stone columns were evaluated based on full-scale modulus load tests and standard penetration tests. Vibrating wire settlement cells and total stress cells were installed to monitor settlement and stress concentration on the reinforcing elements and matrix soil. Settlement plates were also monitored by conventional optical survey methods. Results show that the Geopier system and the stone columns performed their intended functions. The second project involved settlement monitoring of a 4.2 m wide x 3.6 m high x 50 m long box culvert constructed beneath a bridge on Iowa Highway 191 south of Neola, Iowa. Geopier elements were installed to reduce total and differential settlement while ensuring the stability of the existing bridge pier foundations. Benefits of the box culvert and embankment fill included (1) ease of future roadway expansion and (2) continual service of the roadway throughout construction. Site investigations consisted of in situ testing including CPTs, PMTs, BSTs, and dilatometer tests. Consolidated drained triaxial compression tests, unconsolidated undrained triaxial compression test, oedometer tests, and Atterberg limit tests were conducted to define strength and consolidation parameters and soil index properties for classification. Vibrating wire settlement cells, total stress cells, and piezometers were installed for continuous monitoring during and after box culvert construction and fill placement. This project was successful at controlling settlement of the box culvert and preventing downdrag of the bridge foundations, but could have been enhanced by reducing the length of Geopier elements at the ends of the box culvert. This would have increased localized settlement while reducing overall differential settlement. The third project involved settlement monitoring of bridge approach fill sections reinforced with Geopier elements. Thirty Geopier elements, spaced 1.8 m apart in six rows of varying length, were installed on both sides of a new bridge on US Highway 18/218 near Charles City, Iowa. Based on the results of this project, it was determined that future applications of Geopier soil reinforcement should consider extending the elements deeper into the embankment foundation fill, not just the fill itself.

Development of Object-Oriented Design and Specifications for Iowa DOT and Urban Standards: Phase I, TR-487, 2004

Currently, individuals including designers, contractors, and owners learn about the project requirements by studying a combination of paper and electronic copies of the construction documents including the drawings, specifications (standard and supplemental), road and bridge standard drawings, design criteria, contracts, addenda, and change orders. This can be a tedious process since one needs to go back and forth between the various documents (paper or electronic) to obtain information about the entire project. Object-oriented computer-aided design (OO-CAD) is an innovative technology that can bring a change to this process by graphical portrayal of information. OO-CAD allows users to point and click on portions of an object-oriented drawing that are then linked to relevant databases of information (e.g., specifications, procurement status, and shop drawings). The vision of this study is to turn paper-based design standards and construction specifications into an object-oriented design and specification (OODAS) system or a visual electronic reference library (ERL). Individuals can use the system through a handheld wireless book-size laptop that includes all of the necessary software for operating in a 3D environment. All parties involved in transportation projects can access all of the standards and requirements simultaneously using a 3D graphical interface. By using this system, users will have all of the design elements and all of the specifications readily available without concerns of omissions. A prototype object-oriented model was created and demonstrated to potential users representing counties, cities, and the state. Findings suggest that a system like this could improve productivity to find information by as much as 75% and provide a greater sense of confidence that all relevant information had been identified. It was also apparent that this system would be used by more people in construction than in design. There was also concern related to the cost to develop and maintain the complete system. The future direction should focus on a project-based system that can help the contractors and DOT inspectors find information (e.g., road standards, specifications, instructional memorandums) more rapidly as it pertains to a specific project.

Purification and fractionation by nanotiltration in dairy and sugar and sweetener industry applications

Nanotiltration is a membrane separation method known for its special characteristic of rejecting multivalent ions and passing monovalent ions. Thus, it is commonly applied with dilute aqueous solutions in partial salt removal, like in drinking water production. The possibilities of nanofiltration have been studied and the technique applied in a wide branch of industries, e.g. the pulp and paper, the textile and the chemical processing industry. However, most present applications and most of the potential applications studied involve dilute solutions, the permeating stream being generally water containing monovalent salts. In this study nanotiltration is investigated more as a fractionation method. A well-known application in the dairy industry is concentration and partial salt removal from whey. Concentration and partial demineralization is beneficial for futher processing of whey as whey concentrates are used e.g. in baby foods. In the experiments of this study nanotiltration effectively reduced the monovalent salts in the whey concentrate. The main concern in this application is lactose leakage into the permeate. With the nanofiltration membranes used the lactose retentions were practically ? 99%. Another dairy application studied was the purification and reuse of cleaning solutions. This is an environmentally driven application. An 80% COD reduction by nanofiltration was observed for alkaline cleaning-in-place solution. Nanofiltration is not as commonly applied in the sugar and sweeteners industry as in the dairy industry. In this study one potential application was investigated, namely xylose purification from hemicellulose hydrolyzate. Xylose is raw material for xylitol production. Xylose separation from glucose was initially studied with xylose-glucose model solutions. The ability of nanofiltration to partially separate xylose into the permeate from rather concentrated xylose-glucose solutions (10 w-% and 30 w-%) became evident. The difference in size between xylose and glucose molecules according to any size measure is small, e.g. the Stokes diameter of glucose is 0.73 nm compared to 0.65 nm for xylose. In further experiments, xylose was purified into nanoliltration permeate from a hemicellulose hydrolyzate solution. The xylose content in the total solids was increased by 1.4—1.7 fold depending on temperature, pressure and feed composition.

Trials using a crossover design and ambulatory blood pressure recordings to determine the efficacy of antihypertensive agents in individual patients.

The antihypertensive effects of the beta-blocking agent betaxolol and the calcium entry blocker verapamil were compared in a crossover single-blind trial. Seventeen patients with uncomplicated essential hypertension took either betaxolol or a slow-release formulation of verapamil for two consecutive 6-week periods. The sequence of treatment phases was randomly allocated and a 2-week washout period preceded each treatment. The antihypertensive effect of the test drugs was assessed both at the physician's office and during everyday activities using a portable blood pressure recorder. The crossover design of the trial made it possible to evaluate the antihypertensive efficacy of betaxolol and verapamil both in the group as a whole and in the individual patient. The individual patient response to one of these agents was not a reliable indicator of the same patient's response to the alternative agent. Betaxolol brought both office and ambulatory recorded blood pressures under control in a larger fraction of patients than verapamil, although the magnitude of the blood pressure fall in the responders was equal for each drug. These observations stress the need for an individualized approach to the evaluation of antihypertensive therapy. The present results also demonstrate that optimal antihypertensive therapy is still a matter of trial and error. The precise methodology that ought to characterize crossover trials may make it possible to improve the therapeutic approach to hypertensive patients.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings

The need for high performance, high precision, and energy saving in rotating machinery demands an alternative solution to traditional bearings. Because of the contactless operation principle, the rotating machines employing active magnetic bearings (AMBs) provide many advantages over the traditional ones. The advantages such as contamination-free operation, low maintenance costs, high rotational speeds, low parasitic losses, programmable stiffness and damping, and vibration insulation come at expense of high cost, and complex technical solution. All these properties make the use of AMBs appropriate primarily for specific and highly demanding applications. High performance and high precision control requires model-based control methods and accurate models of the flexible rotor. In turn, complex models lead to high-order controllers and feature considerable computational burden. Fortunately, in the last few years the advancements in signal processing devices provide new perspective on the real-time control of AMBs. The design and the real-time digital implementation of the high-order LQ controllers, which focus on fast execution times, are the subjects of this work. In particular, the control design and implementation in the field programmable gate array (FPGA) circuits are investigated. The optimal design is guided by the physical constraints of the system for selecting the optimal weighting matrices. The plant model is complemented by augmenting appropriate disturbance models. The compensation of the force-field nonlinearities is proposed for decreasing the uncertainty of the actuator. A disturbance-observer-based unbalance compensation for canceling the magnetic force vibrations or vibrations in the measured positions is presented. The theoretical studies are verified by the practical experiments utilizing a custom-built laboratory test rig. The test rig uses a prototyping control platform developed in the scope of this work. To sum up, the work makes a step in the direction of an embedded single-chip FPGA-based controller of AMBs.

Code Generator for Key Management Protocols - Design and Implementation

Key management has a fundamental role in secure communications. Designing and testing of key management protocols is tricky. These protocols must work flawlessly despite of any abuse. The main objective of this work was to design and implement a tool that helps to specify the protocol and makes it possible to test the protocol while it is still under development. This tool generates compile-ready java code from a key management protocol model. A modelling method for these protocols, which uses Unified Modeling Language (UML) was also developed. The protocol is modelled, exported as an XMI and read by the code generator tool. The code generator generates java code that is immediately executable with a test software after compilation.

Network Device Driver Design and Implementation for Symbian Operating System

Tämä diplomityö esittää Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuuriin perustuvan paikallisverkkokortin (LAN) käyttöönottoa. Pääajatus oli keskitetty langattoman LAN— kortin (WLAN) ajureiden käyttöönottoon. Jokainen Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurin komponentti oli huolellisesti tutkittu, painottaen mahdollista langattoman yhteyden uudelleenkäyttöä. Myös olemassaolevan Ethernetkortin ajureiden uudelleenkäyttö oli huolellisesti otettu huomioon. Diplomityöprojektin aikana esimerkki WLAN-kortin ajurin lähdekoodista oli esitetty. Tämä ajuri on kirjoitettu NOKIA DTN-20 WLAN-korttia varten. Havaittiin myös, että suurin osa Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurista voidaan käyttää myös WLAN-pohjaisessa yhteydessä ilman muutoksia.. Esitetty ajuri käyttää myös tiettyjä olemassaolevan Ethernetkortin ajureita, esim. Logical Device Driver (LDD):tä.

Interfacing Health Care Information Systems Design and Implementation

Terveydenhuollossa käytetään nykyisin informaatioteknologian (IT) mahdollisuuksia parantamaan hoidon laatua, vähentämään hoitoon liittyviä kuluja sekä yksinkertaistamaan ja selkeyttämään laakareiden työnkulkua. Tietojärjestelmät, jotka edustavat jokaisen IT-ratkaisun ydintä, täytyy kehittää täyttämään lukuisia vaatimuksia, ja yksi niistä on kyky integroitua saumattomasti toisten tietojärjestelmien kanssa. Järjestelmäintegraatio on kuitenkin yhä haastava tehtävä, vaikka sita varten on kehitetty useita standardeja. Tässä työssä kuvataan vastakehitetyn lääketieteellisen tietojärjestelmän liittymäratkaisu. Työssä pohditaan vaatimuksia, jotka tällaiselle sovellukselle asetetaan, ja myös tapa, jolla vaatimukset toteutuvat on esitetty. Liittymaratkaisu on jaettu kahteen osaan, tietojärjestelmaliittymään ja "liittymakoneeseen" (interfacing engine). Edellinen on käsittää perustoiminnallisuuden, jota tarvitaan vastaanottamaan ja lähettämään tietoa toisiin järjestelmiin, kun taas jälkimmäinen tarjoaa tuen tuotantoympäristössa käytettäville standardeille. Molempien osien suunnitelu on esitelty perusteellisesti tässä työssä. Ongelma ratkaistiin modulaarisen ja geneerisen suunnittelun avulla. Tämä lähestymistapa osoitetaan työssä kestäväksi ja joustavaksi ratkaisuksi, jota voidaan käyttää tarkastelemaan laajaa valikoimaa liittymäratkaisulle asetettuja vaatimuksia. Lisaksi osoitetaan kuinka tehty ratkaisu voidaan joustavuutensa ansiosta helposti mukauttaa vaatimuksiin, joita ei ole etukäteen tunnistettu, ja siten saavutetaan perusta myös tulevaisuuden tarpeille

Software Security Design and Testing

Elektroninen kaupankäynti ja pankkipalvelut ovat herättäneet toiminnan jatkuvuuden kannalta erittäin kriittisen kysymyksen siitä, kuinka näitä palveluja pystytään suojaamaan järjestäytynyttä rikollisuutta ja erilaisia hyväksikäyttöjä vastaan.

Design and Testing of Database Libraries

Nokia Push To Talk järjestelmä tarjoaa uuden kommunikointimetodin tavallisen puhelun oheen. Yksi tärkeimmistä uuden järjestelmän ominaisuuksista on puhelunmuodostuksen nopeus. Lisäksi järjestelmän tulee olla telekommunikaatiojärjestelmien yleisten periaatteiden mukainen, mahdollisimman stabiili ja skaalautuva, jotta järjestelmä olisi mahdollisimman vikasietoinen ja laajennettavissa. Diplomityön päätavoite on esitellä "C++"-tietokantakirjastojen suunnittelua ja testausta. Aluksi tutkitaan tietokantajärjestelmien problematiikkaa alkaen tietokantajärjestelmän valinnasta ja huomioiden erityisesti nopeuskriteerit. Sitten esitellään kaksi teknistä toteutusta kahta "C++"-tietokantakirjastoa varten ja pohditaan joitakin vaihtoehtoisia toteutustapoja.

Methods of Design and Testing of Real Time Systems

Teollusuussovelluksissa vaaditaan nykyisin yhä useammin reaaliaikaista tiedon käsittelyä. Luotettavuus on yksi tärkeimmistä reaaliaikaiseen tiedonkäsittelyyn kykenevän järjestelmän ominaisuuksista. Sen saavuttamiseksi on sekä laitteisto, että ohjelmisto testattava. Tämän työn päätavoitteena on laitteiston testaaminen ja laitteiston testattavuus, koska luotettava laitteistoalusta on perusta tulevaisuuden reaaliaikajärjestelmille. Diplomityössä esitetään digitaaliseen signaalinkäsittelyyn soveltuvan prosessorikortin suunnittelu. Prosessorikortti on tarkoitettu sähkökoneiden ennakoivaa kunnonvalvontaa varten. Uusimmat DFT (Desing for Testability) menetelmät esitellään ja niitä sovelletaan prosessorikortin sunnittelussa yhdessä vanhempien menetelmien kanssa. Kokemukset ja huomiot menetelmien soveltuvuudesta raportoidaan työn lopussa. Työn tavoitteena on kehittää osakomponentti web -pohjaiseen valvontajärjestelmään, jota on kehitetty Sähkötekniikan osastolla Lappeenrannan teknillisellä korkeakoululla.

Software testing design and implementation in a small software company

Monet ohjelmistoyritykset ovat alkaneet kiinnittää yhä enemmän huomiota ohjelmistotuotteidensa laatuun. Tämä on johtanut siihen, että useimmat niistä ovat valinneet ohjelmistotestauksen välineeksi, jolla tätä laatua voidaan parantaa. Testausta ei pidä rajoittaa ainoastaan ohjelmistotuotteeseen itseensä, vaan sen tulisi kattaa koko ohjelmiston kehitysprosessi. Validaatiotestauksessa keskitytään varmistamaan, että lopputuote täyttää sille asetetut vaatimukset, kun taas verifikaatiotestausta käytetään ennaltaehkäisevänä testauksena, jolla pyritään poistamaan virheitä jo ennenkuin ne pääsevät lähdekoodiin asti. Työ, johon tämä diplomityö perustuu, tehtiin alkukevään ja kesän aikana vuonna 2003 Necsom Oy:n toimeksiannosta. Necsom on pieni suomalainen ohjelmistoyritys, jonka tutkimus- ja kehitysyksikkö toimii Lappeenrannassa.Tässä diplomityössä tutustutaan aluksi ohjelmistotestaukseen sekä eri tapoihin sen organisoimiseksi. Tämän lisäksi annetaan yleisiä ohjeita testisuunnitelmien ja testaustapausten tekoon, joita onnistunut ja tehokas testaus edellyttää. Kun tämä teoria on käyty läpi, esitetään esimerkkinä kuinka sisäinen ohjelmistotestaus toteutettiin Necsomilla. Lopuksi esitetään johtopäätökset, joihin päädyttiin käytännön testausprosessin seuraamisen jälkeen ja annetaan jatkotoimenpide-ehdotuksia.

Design and Validation of a Novel Generic Platform for the Production of Tetravalent IgG1-like Bispecific Antibodies.

We have designed and validated a novel generic platform for production of tetravalent IgG1-like chimeric bispecific Abs. The VH-CH1-hinge domains of mAb2 are fused through a peptidic linker to the N terminus of mAb1 H chain, and paired mutations at the CH1-CL interface mAb1 are introduced that force the correct pairing of the two different free L chains. Two different sets of these CH1-CL interface mutations, called CR3 and MUT4, were designed and tested, and prototypic bispecific Abs directed against CD5 and HLA-DR were produced (CD5xDR). Two different hinge sequences between mAb1 and mAb2 were also tested in the CD5xDR-CR3 or -MUT4 background, leading to bispecific Ab (BsAbs) with a more rigid or flexible structure. All four Abs produced bound with good specificity and affinity to CD5 and HLA-DR present either on the same target or on different cells. Indeed, the BsAbs were able to efficiently redirect killing of HLA-DR(+) leukemic cells by human CD5(+) cytokine-induced killer T cells. Finally, all BsAbs had a functional Fc, as shown by their capacity to activate human complement and NK cells and to mediate phagocytosis. CD5xDR-CR3 was chosen as the best format because it had overall the highest functional activity and was very stable in vitro in both neutral buffer and in serum. In vivo, CD5xDR-CR3 was shown to have significant therapeutic activity in a xenograft model of human leukemia.

Creating a research network for a successful e-portfolio design and implementation

The presence of e-portfolios in educational centres, companies and administrations has emergedstrongly during the last years by creating very different practices coming from different objectives and purposes. This situation has led researchers and practitioners to design and implement e-portfolios with little reference to previous knowledge of them; consequently, developments are disparate with many of the processes and dimensions used both in development and use being unnecessary complex. In order to minimize the inconveniences, unify these developmental processes and improve the resultsof implementation and use of e-portfolios, it seemed necessary to create a network of researchers, teachers and trainers coming from different universities and institutions of different kinds who are interested in the investigation and the practice of e-portfolios in Spain. Therefore, The Network on e-portfoliowas created in 2006, funded by the Spanish Ministry of Education and led by the UniversitatOberta de Catalunya. Besides the goals associatedwith the creation of this network and which wewanted to share with other European researchers and experts of other continents, we will also present in this paper some data concerned with the first study carried out on the use of e-portfolios in our country that shows where we are and which trends are the most important for the near future.