Chaos and Unpredictability in the Vibration of an Elasto-Plastic Beam

This contribution discusses the nonlinear dynamics of a pin-ended elasto-plastic beam with both kinematic and isotropic hardening. An iterative numerical procedure based on the operator split technique is developed in order to deal with the nonlinearities in the equations of motion. Free and forced responses for harmonic sinusoidal and square wave excitations are investigated. Numerical simulations present many interesting behaviors such as jump phenomena, sensitivity to initial conditions, chaos and transient chaos. These results indicate that there are practical problems in predicting the response of the beam even when periodic steady state response is expected.

Determination of anaerobic threshold in rats using the lactate minimum test

The break point of the curve of blood lactate vs exercise load has been called anaerobic threshold (AT) and is considered to be an important indicator of endurance exercise capacity in human subjects. There are few studies of AT determination in animals. We describe a protocol for AT determination by the "lactate minimum test" in rats during swimming exercise. The test is based on the premise that during an incremental exercise test, and after a bout of maximal exercise, blood lactate decreases to a minimum and then increases again. This minimum value indicates the intensity of the AT. Adult male (90 days) Wistar rats adapted to swimming for 2 weeks were used. The initial state of lactic acidosis was obtained by making the animals jump into the water and swim while carrying a load equivalent to 50% of body weight for 6 min (30-s exercise interrupted by a 30-s rest). After a 9-min rest, blood was collected and the incremental swimming test was started. The test consisted of swimming while supporting loads of 4.5, 5.0, 5.5, 6.0 and 7.0% of body weight. Each exercise load lasted 5 min and was followed by a 30-s rest during which blood samples were taken. The blood lactate minimum was determined from a zero-gradient tangent to a spline function fitting the blood lactate vs workload curve. AT was estimated to be 4.95 ± 0.10% of body weight while interpolated blood lactate was 7.17 ± 0.16 mmol/l. These results suggest the application of AT determination in animal studies concerning metabolism during exercise.

High-impact exercise in rats prior to and during suspension can prevent bone loss

High-impact exercise has been considered an important method for treating bone loss in osteopenic experimental models. In this study, we investigated the effects of osteopenia caused by inactivity in femora and tibiae of rats subjected to jump training using the rat tail suspension model. Eight-week-old female Wistar rats were divided into five groups (n=10 each group): jump training for 2 weeks before suspension and training during 3 weeks of suspension; jump training for 2 weeks before suspension; jump training only during suspension; suspension without any training; and a control group. The exercise protocol consisted of 20 jumps/day, 5 days/week, with a jump height of 40 cm. The bone mineral density of the femora and tibiae was measured by double energy X-ray absorptiometry and the same bones were evaluated by mechanical tests. Bone microarchitecture was evaluated by scanning electron microscopy. One-way ANOVA was used to compare groups. Significance was determined as P<0.05. Regarding bone mineral density, mechanical properties and bone microarchitecture, the beneficial effects were greater in the bones of animals subjected to pre-suspension training and subsequently to training during suspension, compared with the bones of animals subjected to pre-suspension training or to training during suspension. Our results indicate that a period of high impact exercise prior to tail suspension in rats can prevent the installation of osteopenia if there is also training during the tail suspension.

Minkä nuorena hallitsee sen aikuisena taitaa? Liikehallinnan pysyvyys kouluiästä aikuisikään – 24 vuoden seurantatutkimus

Tässä 24 vuoden pitkittäistutkimuksessa tutkitaan liikehallinnan kehitystä ja pysyvyyttä kouluiästä aikuisikään. Lisäksi ennustetaan ja selitetään aikuisiän liikehallintaa kouluiän liikehallinnan perusteella. Tutkimukseen osallistui 44 miestä ja 44 naista eri puolilta Suomea, joiden liikehallintaa mitattiin kouluiässä 1985 ja 1988 (9–16-vuotiaina) sekä aikuisiässä 2009 (33−39-vuotiaina). Liikehallintaa mitattiin kuudella liiketehtävämittarilla (flamingoseisonta, tarkkuusheittokiinniotto, kahdeksikkokuljetus, edestakaisinhyppely, vauhditon 5-loikka ja kärrynpyörä) sekä niistä lasketulla summamuuttujalla. Miesten ja naisten liikehallintaa vertailtiin varianssianalyysilla. Kouluiässä pojat menestyivät välineenkäsittelytehtävissä ja tytöt tasapaino- ja voimistelutehtävissä, mutta kokonaisuutena sukupuolten välillä ei ollut eroa. Aikuisena miehet olivat naisia parempia lähes kaikissa tehtävissä. Kovarianssianalyysissä havaittiin, että kehonrakenteeltaan (BMI) erilaisten ryhmien liikehallinnassa oli vain yksittäisiä eroja koulu- ja aikuisiässä. Toistettujen mittausten varianssianalyysissa ilmeni, että kouluiässä molempien sukupuolten liikehallinnan kehitys oli samanlaista. Kouluiän jälkeen kevyiden ja keskipainoisten poikien liikehallinta parani, mutta painavien tulokset eivät muuttuneet. Kevyiden tyttöjen tuloksissa ei tapahtunut muutosta, mutta keskipainoisten ja painavien tulokset heikkenivät. Koululiikunnan tehostus- ja vertailuryhmien välille kouluiässä muodostuneet erot kaventuivat tai katosivat aikuisena. Kouluiän liikehallinnaltaan eritasoisten ryhmien väliset erot kaventuivat, mutta eivät poistuneet kouluiän jälkeen. Klusterianalyysissa tutkittavat jakaantuivat kouluiässä neljään liikehallintatyyppiin (yleishyvät, tasapainoiset, pallotaitajat ja yleisheikot), jotka säilyivät myös aikuisiässä, mutta niiden väliset erot kaventuivat. Ristiintaulukointi ja khiin neliö -testi osoittivat, että tasoryhmän ja liikehallinnan monipuolisuuden pysyvyys oli vahvaa kouluiästä aikuisikään. Koulu- ja aikuisiän liikehallintatulosten välinen korrelaatio oli naisilla (0.69) vahvempaa kuin miehillä (0.48). Yksittäiset mittaustulokset kouluiässä selittivät keskimäärin 33 % aikuisiän tuloksista (korrelaation neliö). Regressioanalyysissa miesten aikuisiän liikehallintaa selittivät kouluiän muuttujista parhaiten liikehallinnan monipuolisuus sekä liikkuvuus (61 %), mutta naisilla vain liikehallinnan monipuolisuus (37 %). Miesten ja naisten erot liikehallinnassa syntyivät kouluiän jälkeen, mikä johtunee erilaisista liikuntatavoista ja -harrastuksista. Kouluiän liikehallinta määritti vahvasti varsinkin tytöillä aikuisiän liikehallintaa sekä yksilö- että ryhmätasolla, mikä korostaa monipuolisen koululiikunnan merkitystä. Yksilölliset muutokset olivat mahdollisia. Kouluiän jälkeen erityisesti naiset ja kehonrakenteeltaan painavat tarvitsisivat hermolihasjärjestelmää monipuolisesti kuormittavaa ja liikesuunniltaan moniulotteista liikuntaa liikehallinnan kehittämiseksi ja ylläpitämiseksi. Naisten liikehallinnan taantuminen varsinkin tasapainotehtävissä voi altistaa kaatumistapaturmille ja rajoittaa fyysistä toimintakykyä.

Death anxiety and experiences of transcendence : peak experiences of skydivers

Terror Management Theory (TMT) suggests that human beings battle to protect ourselves from the potential terror resulting from the juxtaposition of our need for selfpreservation and our unique human ability to realize that we cannot avoid death. Over 150 studies have shown that when people are primed with the awareness of mortality they grasp onto their cultural world view more tenaciously than when they are primed with another unpleasant stimulus (i.e., show "cultural world view defense"). Applying the principles ofTMT, the first purpose of the present research was to examine whether the amount of peak experiences reduce the tendency to show cultural world view defense (an indicator of unconscious death fear) after a death prime. The second purpose was to examine a new model of implicit spirituality, by testing proposed relationships between implicit spirituality, peak experiences and intrinsic religiosity, and by testing whether peak experiences and/or intrinsic religiosity mediate the relationship between implicit spirituality and conscious and/or unconscious death fears. Skydivers were chosen as the primary participants for this research because of their unique characteristics in the context of TMT research. Previous research suggests that veteran skydivers have peak experiences as they skydive, and I assumed that their peak experiences would not be influenced by intrinsic religious beliefs. Novice skydivers may have their implicit spirituality brought forth because of their proximity to possible death. The willingness of both groups to place themselves close to death allowed their reactions to unconscious and conscious death fears to be assessed in a real setting. Novice skydivers' proximity to death made them an ideal group to study to see whether intrinsic religiosity mediated the relationship between their implicit spirituality and conscious and/or unconscious death fears. One hundred and twenty-five people participated in this research: 38 veteran and 46 novice skydivers, as well as 41 people who accompanied them to the drop zone. Of these, 23 veterans, 19 novices, and 22 friends returned a follow-up packet of questionnaires three weeks later. As expected, the veterans' unconscious death fear scores remained stable from pre-jump to post-jump (after the death prime), and three weeks later, whereas the novices' scores increased, but only marginally. As predicted, the novice skydivers' implicit spirituality was significantly higher than the veterans' and was negatively correlated with their conscious death fear, which was not mediated by their intrinsic religiosity. Only the novices' follow-up (trait) implicit spirituality correlated negatively with their pre-jump unconscious death fear. Among both groups of skydivers, there were significant relationships between implicit spirituality and peak experiences, and although the novices were significantly higher on peak experiences after the jump, peak experiences did not mediate the relationship between implicit spirituality and unconscious death fear for either group. In both groups follow-up intrinsic religiosity correlated with implicit spirituality. Peak experiences and intrinsic religiosity were not related with one another, suggesting that these are different ways of accessing an implicit spirituality. Results imply that implicit spirituality was brought forth (in the case of novice skydivers who were consciously close to death) and can be accessed through both peak experiences and intrinsic religiosity.

Macroeconomic News Effects and Foreign Exchange Jumps

This thesis investigates how macroeconomic news announcements affect jumps and cojumps in foreign exchange markets, especially under different business cycles. We use 5-min interval from high frequency data on Euro/Dollar, Pound/Dollar and Yen/Dollar from Nov. 1, 2004 to Feb. 28, 2015. The jump detection method was proposed by Andersen et al. (2007c), Lee & Mykland (2008) and then modified by Boudt et al. (2011a) for robustness. Then we apply the two-regime smooth transition regression model of Teräsvirta (1994) to explore news effects under different business cycles. We find that scheduled news related to employment, real activity, forward expectations, monetary policy, current account, price and consumption influences forex jumps, but only FOMC Rate Decisions has consistent effects on cojumps. Speeches given by major central bank officials near a crisis also significantly affect jumps and cojumps. However, the impacts of some macroeconomic news are not the same under different economic states.

Dipping is Easy...With Right Vat Design

The article discusses dipping vats and three basic types of dipping systems: Jump in Vat, Hydraulic Cage Vat, and the Box Sprayer.

Effects of Plyometric and Resistance Training on Muscle Strength and Neuromuscular Function in Young Adolescent Soccer Players

This study examined the effect of 8-weeks of resistance (RT) and plyometric (PLYO) training on maximal strength, power and jump performance compared with no added training (CON), in young male soccer players. Forty-one 11-13 year-old soccer players were divided into three groups (RT, PLYO, CON). All participants completed 5 isometric knee extensions at 90° and 5 isokinetic knee extensions at 240°/s pre- and post-training. Peak torque (PT), peak rate of torque development (pRTD), electromechanical-day (EMD), rate of muscle activation (Q30), muscle cross-sectional area (mCSA) and jump performance were examined. Both RT and PLYO resulted in significant (p < 0.05) increases in PT, pRTD and jump performance. RT resulted in significantly greater increases in both isometric and isokinetic PT, while PLYO resulted in significantly greater increases in isometric pRTD and jump performance compared with CON (p < 0.05). Q30 increased to a greater extent in PLYO (20%) compared with RT (5%) and CON (-5%) (p = 0.1). In conclusion, 8-weeks of RT and PLYO resulted in significant improvements in muscle strength and jump performance. RT appears to be more effective at eliciting increases in maximal strength while PLYO appears to enhance explosive strength, mediated by possible increases in the rate of muscle activation.

Asymmetric Smiles, Leverage Effects and Structural Parameters.

In this paper, we characterize the asymmetries of the smile through multiple leverage effects in a stochastic dynamic asset pricing framework. The dependence between price movements and future volatility is introduced through a set of latent state variables. These latent variables can capture not only the volatility risk and the interest rate risk which potentially affect option prices, but also any kind of correlation risk and jump risk. The standard financial leverage effect is produced by a cross-correlation effect between the state variables which enter into the stochastic volatility process of the stock price and the stock price process itself. However, we provide a more general framework where asymmetric implied volatility curves result from any source of instantaneous correlation between the state variables and either the return on the stock or the stochastic discount factor. In order to draw the shapes of the implied volatility curves generated by a model with latent variables, we specify an equilibrium-based stochastic discount factor with time non-separable preferences. When we calibrate this model to empirically reasonable values of the parameters, we are able to reproduce the various types of implied volatility curves inferred from option market data.

La méthode IIM pour une membrane immergée dans un fluide incompressible

La méthode IIM (Immersed Interface Method) permet d'étendre certaines méthodes numériques à des problèmes présentant des discontinuités. Elle est utilisée ici pour étudier un fluide incompressible régi par les équations de Navier-Stokes, dans lequel est immergée une membrane exerçant une force singulière. Nous utilisons une méthode de projection dans une grille de différences finies de type MAC. Une dérivation très complète des conditions de saut dans le cas où la viscosité est continue est présentée en annexe. Deux exemples numériques sont présentés : l'un sans membrane, et l'un où la membrane est immobile. Le cas général d'une membrane mobile est aussi étudié en profondeur.

Étude du caractère automatique du processus de contrôle en ligne lors de tâche de pointage manuel

Lors d’une tâche de pointage manuel, la présence de corrections rapides, adaptées, automatiques et même réflexes (Franklin et Wolpert, 2008) suite à une perturbation par saut de curseur a pu être observée dans de nombreuses études. Ici, nous avons souhaité déterminer si ces corrections étaient purement réflexes où si elles étaient amorcées seulement lorsque la perturbation mettait en péril l’atteinte de la cible ; ces corrections ont-elles aussi un aspect fonctionnel ? Dans une première expérience nous avons fait varier la taille des cibles (5 ou 30 mm de diamètre) et des sauts du curseur (5, 15 ou 25 mm) de manière à obtenir certaines combinaisons où la cible pourrait être atteinte sans qu’aucune correction du mouvement pour contrecarrer l’effet du saut du curseur ne soit nécessaire. Des corrections réduisant l’erreur d’environ 65% ont été observées dans toutes les conditions. Dans une seconde expérience, les participants devaient atteindre une très grande cible (arc de 30°) et un saut de curseur de 15 mm était introduit pour certains essais peu de temps après l’amorce du mouvement. Les participants ont modifié leur mouvement dans le sens opposé à celui de la perturbation, et cela même s’ils n’avaient pas détecté consciemment le saut. Cependant, ces corrections étaient moins rapides et plus petites (42% de l’amplitude du saut de curseur) que celles observées lors de la première expérience. Nos résultats supportent le fait que l’amorce des corrections pour des erreurs de trajectoire induites expérimentalement soit de nature réflexe. Un deuxième processus serait alors responsable du déroulement de ces corrections ; ce deuxième processus est basé, entre autres, sur les caractéristiques de la cible.

Essais sur des questions internationales en économie de l'environnement

Cette thèse est constituée de trois articles. Le premier étudie le problème de pollution globale dans un contexte environnemental incertain. Le deuxième article traite des accords internationaux sur l'environnement. Le troisième article montre comment la libéralisation du commerce peut affecter le bien-être et les taxes sur la pollution dans un monde où les pays sont hétérogènes et la pollution transfrontalière. Dans le premier article, je considère un monde dans lequel les pays souffrent uniformément de la pollution globale. Ils font face à une menace continuelle de voir les dommages causés par cette pollution globale s'accroître subitement de façon irréversible. Je caractérise le niveau des émissions, le stock de pollution, et le niveau de bien-être actualisé en équilibres coopératif et non-coopératif. L'objectif visé est d'analyser l'impact de ce type d'incertitude sur les équilibres issus des comportements stratégiques des pays. Je trouve que cette incertitude peut avoir un effet significatif sur ces équilibres. Les pays réduisent leurs émissions pour atténuer leur exposition à cette menace. Plus la menace est grande, plus les pays ajustent leurs émissions afin de réduire le stock de pollution globale. Cependant, en dépit du fait que cette incertitude diminue le bien-être net initial, elle peut à long terme avoir un effet net positif sur le bien-être. Le deuxième article étend la classe des modèles dynamiques standards traitant des accords internationaux sur l'environnement au cas où la durée de la période d'engagement à de tels accords est un paramètre que l'on peut varier de façon exogène. Nous y étudions les évolutions dans le temps de la taille des coalitions stables, du stock de pollution et du taux d'émissions en fonction de la durée d'engagement. Nous montrons que la longueur de la période d'engagement a un effet très significatif sur l'équilibre. Trois intervalles de durée d'engagement sont identifiés pour lesquels l'équilibre et sa dynamique diffèrent considérablement. Alors que pour des durées de la période d'engagement très longues on observe des coalitions stables constituées d'un petit nombre de pays, si ces durées sont suffisamment courtes on peut observer un niveau de coopération élevé. Les durées d'engagement entre ces deux extrêmes sont caractérisées par une relation inverse entre la durée de la période d'engagement et la taille des coalitions stables. Ces faits portent à croire qu'il faudrait accorder une attention toute particulière au choix de la durée d'engagement lors de l'élaboration de tels accords internationaux. Le troisième article s'inscrit dans un contexte où les activités de production des pays potentiellement hétérogènes génèrent de la pollution qui peut traverser les frontières et nuire au bien-être des pays impliqués. Dans chacun de ces pays, l'état impose des taxes sur la pollution aux firmes polluantes et des tarifs à l'importation afin de corriger cette distorsion. Ce papier a pour but d'évaluer les effets que pourrait avoir une diminution des tarifs douaniers sur la production, les taxes sur la pollution et le bien-être de ces pays. La littérature existante a étudié ce problème, mais seulement dans le cadre d'un commerce bilatéral entre pays identiques. Cet article fournit un cadre d'analyse plus réaliste dans lequel les pays ne seront pas nécessairement identiques et où le commerce pourra être multilatéral. Il devient alors possible de mettre en évidence le biais introduit en négligeant ces deux facteurs. Dans ce nouveau contexte, je montre qu'une réduction des tarifs d'importation n'augmente pas nécessairement la production; elle peut aussi nuire au bien-être, même si la pollution est purement locale.

Une nouvelle mise en oeuvre de la méthode IIM pour les équations de Navier-Stokes en présence d'une force singulière

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Some Applications of Markov Additive Processes as Models in Insurance and Financial Mathematics

Cette thèse est principalement constituée de trois articles traitant des processus markoviens additifs, des processus de Lévy et d'applications en finance et en assurance. Le premier chapitre est une introduction aux processus markoviens additifs (PMA), et une présentation du problème de ruine et de notions fondamentales des mathématiques financières. Le deuxième chapitre est essentiellement l'article "Lévy Systems and the Time Value of Ruin for Markov Additive Processes" écrit en collaboration avec Manuel Morales et publié dans la revue European Actuarial Journal. Cet article étudie le problème de ruine pour un processus de risque markovien additif. Une identification de systèmes de Lévy est obtenue et utilisée pour donner une expression de l'espérance de la fonction de pénalité actualisée lorsque le PMA est un processus de Lévy avec changement de régimes. Celle-ci est une généralisation des résultats existant dans la littérature pour les processus de risque de Lévy et les processus de risque markoviens additifs avec sauts "phase-type". Le troisième chapitre contient l'article "On a Generalization of the Expected Discounted Penalty Function to Include Deficits at and Beyond Ruin" qui est soumis pour publication. Cet article présente une extension de l'espérance de la fonction de pénalité actualisée pour un processus subordinateur de risque perturbé par un mouvement brownien. Cette extension contient une série de fonctions escomptée éspérée des minima successives dus aux sauts du processus de risque après la ruine. Celle-ci a des applications importantes en gestion de risque et est utilisée pour déterminer la valeur espérée du capital d'injection actualisé. Finallement, le quatrième chapitre contient l'article "The Minimal entropy martingale measure (MEMM) for a Markov-modulated exponential Lévy model" écrit en collaboration avec Romuald Hervé Momeya et publié dans la revue Asia-Pacific Financial Market. Cet article présente de nouveaux résultats en lien avec le problème de l'incomplétude dans un marché financier où le processus de prix de l'actif risqué est décrit par un modèle exponentiel markovien additif. Ces résultats consistent à charactériser la mesure martingale satisfaisant le critère de l'entropie. Cette mesure est utilisée pour calculer le prix d'une option, ainsi que des portefeuilles de couverture dans un modèle exponentiel de Lévy avec changement de régimes.

Méthode numérique d'estimation du mouvement des masses molles

L’analyse biomécanique du mouvement humain en utilisant des systèmes optoélectroniques et des marqueurs cutanés considère les segments du corps comme des corps rigides. Cependant, le mouvement des tissus mous par rapport à l'os, c’est à dire les muscles et le tissu adipeux, provoque le déplacement des marqueurs. Ce déplacement est le fait de deux composantes, une composante propre correspondant au mouvement aléatoire de chaque marqueur et une composante à l’unisson provoquant le déplacement commun des marqueurs cutanés lié au mouvement des masses sous-jacentes. Si nombre d’études visent à minimiser ces déplacements, des simulations ont montré que le mouvement des masses molles réduit la dynamique articulaire. Cette observation est faite uniquement par la simulation, car il n'existe pas de méthodes capables de dissocier la cinématique des masses molles de celle de l’os. L’objectif principal de cette thèse consiste à développer une méthode numérique capable de distinguer ces deux cinématiques. Le premier objectif était d'évaluer une méthode d'optimisation locale pour estimer le mouvement des masses molles par rapport à l’humérus obtenu avec une tige intra-corticale vissée chez trois sujets. Les résultats montrent que l'optimisation locale sous-estime de 50% le déplacement des marqueurs et qu’elle conduit à un classement de marqueurs différents en fonction de leur déplacement. La limite de cette méthode vient du fait qu'elle ne tient pas compte de l’ensemble des composantes du mouvement des tissus mous, notamment la composante en unisson. Le second objectif était de développer une méthode numérique qui considère toutes les composantes du mouvement des tissus mous. Plus précisément, cette méthode devait fournir une cinématique similaire et une plus grande estimation du déplacement des marqueurs par rapport aux méthodes classiques et dissocier ces composantes. Le membre inférieur est modélisé avec une chaine cinématique de 10 degrés de liberté reconstruite par optimisation globale en utilisant seulement les marqueurs placés sur le pelvis et la face médiale du tibia. L’estimation de la cinématique sans considérer les marqueurs placés sur la cuisse et le mollet permet d'éviter l’influence de leur déplacement sur la reconstruction du modèle cinématique. Cette méthode testée sur 13 sujets lors de sauts a obtenu jusqu’à 2,1 fois plus de déplacement des marqueurs en fonction de la méthode considérée en assurant des cinématiques similaires. Une approche vectorielle a montré que le déplacement des marqueurs est surtout dû à la composante à l’unisson. Une approche matricielle associant l’optimisation locale à la chaine cinématique a montré que les masses molles se déplacent principalement autour de l'axe longitudinal et le long de l'axe antéro-postérieur de l'os. L'originalité de cette thèse est de dissocier numériquement la cinématique os de celle des masses molles et les composantes de ce mouvement. Les méthodes développées dans cette thèse augmentent les connaissances sur le mouvement des masses molles et permettent d’envisager l’étude de leur effet sur la dynamique articulaire.