Functional and environmental design of detached, low crest level breakwaters

In this article we research the design of detached breakwaters, a type of coastal defence work designed to combat erosion on beaches in a stable, sustainable fashion. Our aim is to formulate a functional and environmental (nonstructural) method of design that defines the fundamental characteristics of a detached breakwater as a function of the desired effect on the coast whilst meeting social demands and preserving or improving the quality of the littoral environment. We aim to make this method generally applicable by considering relations between variables of different natures (climatic, geomorphologic, and geometric) influencing the changes experienced on the coast after the detached breakwater has been built. We carried out the study of the relations between the different variables on the data from 19 actual, existing detached breakwaters on the Spanish Mediterranean coastline, and we followed a methodology based on the implementation of nondimensional monomials and on a search for relations of dependency between them. Finally, we discussed the results obtained and came up with a proposal for a design method that uses some of the graphic relations found between the variables studied and that achieves the main objective. For example, a case of a detached breakwater’s geometric presizing is solved as a practical demonstration of how the method is applied. La investigación que se presenta en este artículo aborda el diseño de los diques exentos, por constituir estos un tipo de obras de defensa costera con el que poder luchar de una forma estable y sostenible contra muchos de los problemas de erosión que existen en las playas. El objetivo principal de este trabajo es la formulación de un método de diseño funcional y ambiental (no estructural) que permita definir las características fundamentales de un dique exento en función del efecto que se quiera inducir en la costa, satisfaciendo las demandas sociales y preservando o mejorando la calidad del medio ambiente litoral. Además, se busca la aplicabilidad general del método mediante la consideración de relaciones entre variables de distinta naturaleza (climáticas, geomorfológicas y geométricas) que tienen influencia en los cambios que se experimentan en la costa tras la construcción del dique exento. El estudio de las relaciones entre las distintas variables se realiza sobre los datos de una base de diecinueve diques exentos reales, existentes en el litoral mediterráneo español, y sigue una metodología basada en el planteamiento de monomios adimensionales y en la búsqueda de relaciones de dependencia entre ellos. Finalmente, la discusión de los resultados obtenidos conduce a la propuesta de un método de diseño que utiliza algunas de las relaciones graficas encontradas entre las variables estudiadas y con el que se consigue el objetivo principal anteriormente expuesto. Para demostrar la aplicación práctica del método se resuelve un caso de predimensionamiento geométrico de un dique exento a modo de ejemplo.

Application of the quality functional deployment method in mobility aid securement system design. Final report.

Federal Transit Administration, Washington, D.C.

Functional device models and computer aided circuit design

Thesis (M.S.)--University of Illinois.

A metacognitive contextual intervention to enhance error awareness and functional outcome following traumatic brain injury: A single-case experimental design

Very few empirically validated interventions for improving metacognitive skills (i.e., self-awareness and self-regulation) and functional outcomes have been reported. This single-case experimental study presents JM, a 36-year-old man with a very severe traumatic brain injury (TBI) who demonstrated long-term awareness deficits. Treatment at four years post-injury involved a metacognitive contextual intervention based on a conceptualization of neuro-cognitive, psychological, and socio-environmental factors contributing to his awareness deficits. The 16-week intervention targeted error awareness and self-correction in two real life settings: (a) cooking at home: and (b) volunteer work. Outcome measures included behavioral observation of error behavior and standardized awareness measures. Relative to baseline performance in the cooking setting, JM demonstrated a 44% reduction in error frequency and increased self-correction. Although no spontaneous generalization was evident in the volunteer work setting, specific training in this environment led to a 39% decrease in errors. JM later gained paid employment and received brief metacognitive training in his work environment. JM's global self-knowledge of deficits assessed by self-report was unchanged after the program. Overall, the study provides preliminary support for a metacognitive contextual approach to improve error awareness and functional Outcome in real life settings.

Integrating functional connectivity and climate change in the design of protected area networks

Le rapide déclin actuel de la biodiversité est inquiétant et les activités humaines en sont la cause directe. De nombreuses aires protégées ont été mises en place pour contrer cette perte de biodiversité. Afin de maximiser leur efficacité, l’amélioration de la connectivité fonctionnelle entre elles est requise. Les changements climatiques perturbent actuellement les conditions environnementales de façon globale. C’est une menace pour la biodiversité qui n’a pas souvent été intégrée lors de la mise en place des aires protégées, jusqu’à récemment. Le mouvement des espèces, et donc la connectivité fonctionnelle du paysage, est impacté par les changements climatiques et des études ont montré qu’améliorer la connectivité fonctionnelle entre les aires protégées aiderait les espèces à faire face aux impacts des changements climatiques. Ma thèse présente une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées tout en tenant compte des changements climatiques et de la connectivité fonctionnelle. Mon aire d’étude est la région de la Gaspésie au Québec (Canada). La population en voie de disparition de caribou de la Gaspésie-Atlantique (Rangifer tarandus caribou) a été utilisée comme espèce focale pour définir la connectivité fonctionnelle. Cette petite population subit un déclin continu dû à la prédation et la modification de son habitat, et les changements climatiques pourraient devenir une menace supplémentaire. J’ai d’abord construit un modèle individu-centré spatialement explicite pour expliquer et simuler le mouvement du caribou. J’ai utilisé les données VHF éparses de la population de caribou et une stratégie de modélisation patron-orienté pour paramétrer et sélectionner la meilleure hypothèse de mouvement. Mon meilleur modèle a reproduit la plupart des patrons de mouvement définis avec les données observées. Ce modèle fournit une meilleure compréhension des moteurs du mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi qu’une estimation spatiale de son utilisation du paysage dans la région. J’ai conclu que les données éparses étaient suffisantes pour ajuster un modèle individu-centré lorsqu’utilisé avec une modélisation patron-orienté. Ensuite, j’ai estimé l’impact des changements climatiques et de différentes actions de conservation sur le potentiel de mouvement du caribou. J’ai utilisé le modèle individu-centré pour simuler le mouvement du caribou dans des paysages hypothétiques représentant différents scénarios de changements climatiques et d’actions de conservation. Les actions de conservation représentaient la mise en place de nouvelles aires protégées en Gaspésie, comme définies par le scénario proposé par le gouvernement du Québec, ainsi que la restauration de routes secondaires à l’intérieur des aires protégées. Les impacts des changements climatiques sur la végétation, comme définis dans mes scénarios, ont réduit le potentiel de mouvement du caribou. La restauration des routes était capable d’atténuer ces effets négatifs, contrairement à la mise en place des nouvelles aires protégées. Enfin, j’ai présenté une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées efficaces et j’ai proposé des nouvelles aires protégées à mettre en place en Gaspésie afin de protéger la biodiversité sur le long terme. J’ai créé de nombreux scénarios de réseaux d’aires protégées en étendant le réseau actuel pour protéger 12% du territoire. J’ai calculé la représentativité écologique et deux mesures de connectivité fonctionnelle sur le long terme pour chaque réseau. Les mesures de connectivité fonctionnelle représentaient l’accès général aux aires protégées pour le caribou de la Gaspésie-Atlantique ainsi que son potentiel de mouvement à l’intérieur. J’ai utilisé les estimations de potentiel de mouvement pour la période de temps actuelle ainsi que pour le futur sous différents scénarios de changements climatiques pour représenter la connectivité fonctionnelle sur le long terme. Le réseau d’aires protégées que j’ai proposé était le scénario qui maximisait le compromis entre les trois caractéristiques de réseau calculées. Dans cette thèse, j’ai expliqué et prédit le mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique sous différentes conditions environnementales, notamment des paysages impactés par les changements climatiques. Ces résultats m’ont aidée à définir un réseau d’aires protégées à mettre en place en Gaspésie pour protéger le caribou au cours du temps. Je crois que cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur le comportement de mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi que sur les actions de conservation qui peuvent être prises en Gaspésie afin d’améliorer la protection du caribou et de celle d’autres espèces. Je crois que la méthode présentée peut être applicable à d’autres écosystèmes aux caractéristiques et besoins similaires.

Design of functional hybrid coatings with anti-biofouling, self-cleaning and anti-reflecting applications

263 p.

Functional specialization of Eucalyptus fine roots: contrasting potential uptake rates for nitrogen, potassium and calcium tracers at varying soil depths

1. Little is known about the role of deep roots in the nutrition of forest trees and their ability to provide a safety-net service taking up nutrients leached from the topsoil. 2. To address this issue, we studied the potential uptake of N, K and Ca by Eucalyptus grandis trees (6 years of age - 25 m mean height), in Brazil, as a function of soil depth, texture and water content. We injected NO(3)(-)- (15)N, Rb(+) (analogue of K(+)) and Sr(2+) (analogue of Ca(2+)) tracers simultaneously in a solution through plastic tubes at 10, 50, 150 and 300 cm in depth in a sandy and a clayey Ferralsol soil. A complete randomized design was set up with three replicates of paired trees per injection depth and soil type. Recently expanded leaves were sampled at various times after tracer injection in the summer, and the experiment was repeated in the winter. Soil water contents were continuously monitored at the different depths in the two soils. 3. Determination of foliar Rb and Sr concentrations and (15)N atom % made it possible to estimate the relative uptake potential (RUP) of tracer injections from the four soil depths and the specific RUP (SRUP), defined as RUP, per unit of fine root length density in the corresponding soil layer. 4. The highest tracer uptake rates were found in the topsoil, but contrasting RUP distributions were observed for the three tracers. Whilst the RUP was higher for NO(3)(-)- (15)N than for Rb(+) and Sr(2+) in the upper 50 cm of soil, the highest SRUP values for Sr(2+) and Rb(+) were found at a depth of 300 cm in the sandy soil, as well as in the clayey soil when gravitational solutions reached that depth. 5. Our results suggest that the fine roots of E. grandis trees exhibit contrasting potential uptake rates with depth depending on the nutrient. This functional specialization of roots might contribute to the high growth rates of E. grandis trees, efficiently providing the large amounts of nutrients required throughout the development of these fast-growing plantations.

Toward Optimal Design of Piezoelectric Transducers Based on Multifunctional and Smoothly Graded Hybrid Material Systems

This work explores the design of piezoelectric transducers based on functional material gradation, here named functionally graded piezoelectric transducer (FGPT). Depending on the applications, FGPTs must achieve several goals, which are essentially related to the transducer resonance frequency, vibration modes, and excitation strength at specific resonance frequencies. Several approaches can be used to achieve these goals; however, this work focuses on finding the optimal material gradation of FGPTs by means of topology optimization. Three objective functions are proposed: (i) to obtain the FGPT optimal material gradation for maximizing specified resonance frequencies; (ii) to design piezoelectric resonators, thus, the optimal material gradation is found for achieving desirable eigenvalues and eigenmodes; and (iii) to find the optimal material distribution of FGPTs, which maximizes specified excitation strength. To track the desirable vibration mode, a mode-tracking method utilizing the `modal assurance criterion` is applied. The continuous change of piezoelectric, dielectric, and elastic properties is achieved by using the graded finite element concept. The optimization algorithm is constructed based on sequential linear programming, and the concept of continuum approximation of material distribution. To illustrate the method, 2D FGPTs are designed for each objective function. In addition, the FGPT performance is compared with the non-FGPT one.

A Functional Verification Methodology Based on Parameter Domains for Efficient Input Stimuli Generation and Coverage Modeling

Modern Integrated Circuit (IC) design is characterized by a strong trend of Intellectual Property (IP) core integration into complex system-on-chip (SOC) architectures. These cores require thorough verification of their functionality to avoid erroneous behavior in the final device. Formal verification methods are capable of detecting any design bug. However, due to state explosion, their use remains limited to small circuits. Alternatively, simulation-based verification can explore hardware descriptions of any size, although the corresponding stimulus generation, as well as functional coverage definition, must be carefully planned to guarantee its efficacy. In general, static input space optimization methodologies have shown better efficiency and results than, for instance, Coverage Directed Verification (CDV) techniques, although they act on different facets of the monitored system and are not exclusive. This work presents a constrained-random simulation-based functional verification methodology where, on the basis of the Parameter Domains (PD) formalism, irrelevant and invalid test case scenarios are removed from the input space. To this purpose, a tool to automatically generate PD-based stimuli sources was developed. Additionally, we have developed a second tool to generate functional coverage models that fit exactly to the PD-based input space. Both the input stimuli and coverage model enhancements, resulted in a notable testbench efficiency increase, if compared to testbenches with traditional stimulation and coverage scenarios: 22% simulation time reduction when generating stimuli with our PD-based stimuli sources (still with a conventional coverage model), and 56% simulation time reduction when combining our stimuli sources with their corresponding, automatically generated, coverage models.