Real-Time Dynamic PGD Calculation of Non-Linear Soil Behavior

El estudio sísmico en los últimos 50 años y el análisis del comportamiento dinámico del suelo revelan que el comportamiento del suelo es altamente no lineal e histéretico incluso para pequeñas deformaciones. El comportamiento no lineal del suelo durante un evento sísmico tiene un papel predominante en el análisis de la respuesta de sitio. Los análisis unidimensionales de la respuesta sísmica del suelo son a menudo realizados utilizando procedimientos lineales equivalentes, que requieren generalmente pocos parámetros conocidos. Los análisis de respuesta de sitio no lineal tienen el potencial para simular con mayor precisión el comportamiento del suelo, pero su aplicación en la práctica se ha visto limitada debido a la selección de parámetros poco documentadas y poco claras, así como una inadecuada documentación de los beneficios del modelado no lineal en relación al modelado lineal equivalente. En el análisis del suelo, el comportamiento del suelo es aproximado como un sólido Kelvin-Voigt con un módulo de corte elástico y amortiguamiento viscoso. En el análisis lineal y no lineal del suelo se están considerando geometrías y modelos reológicos más complejos. El primero está siendo dirigido por considerar parametrizaciones más ricas del comportamiento linealizado y el segundo mediante el uso de multi-modo de los elementos de resorte-amortiguador con un eventual amortiguador fraccional. El uso del cálculo fraccional está motivado en gran parte por el hecho de que se requieren menos parámetros para lograr la aproximación exacta a los datos experimentales. Basándose en el modelo de Kelvin-Voigt, la viscoelasticidad es revisada desde su formulación más estándar a algunas descripciones más avanzada que implica la amortiguación dependiente de la frecuencia (o viscosidad), analizando los efectos de considerar derivados fraccionarios para representar esas contribuciones viscosas. Vamos a demostrar que tal elección se traduce en modelos más ricos que pueden adaptarse a diferentes limitaciones relacionadas con la potencia disipada, amplitud de la respuesta y el ángulo de fase. Por otra parte, el uso de derivados fraccionarios permite acomodar en paralelo, dentro de un análogo de Kelvin-Voigt generalizado, muchos amortiguadores que contribuyen a aumentar la flexibilidad del modelado para la descripción de los resultados experimentales. Obviamente estos modelos ricos implican muchos parámetros, los asociados con el comportamiento y los relacionados con los derivados fraccionarios. El análisis paramétrico de estos modelos requiere técnicas numéricas eficientemente capaces de simular comportamientos complejos. El método de la Descomposición Propia Generalizada (PGD) es el candidato perfecto para la construcción de este tipo de soluciones paramétricas. Podemos calcular off-line la solución paramétrica para el depósito de suelo, para todos los parámetros del modelo, tan pronto como tales soluciones paramétricas están disponibles, el problema puede ser resuelto en tiempo real, porque no se necesita ningún nuevo cálculo, el solucionador sólo necesita particularizar on-line la solución paramétrica calculada off-line, que aliviará significativamente el procedimiento de solución. En el marco de la PGD, parámetros de los materiales y los diferentes poderes de derivación podrían introducirse como extra-coordenadas en el procedimiento de solución. El cálculo fraccional y el nuevo método de reducción modelo llamado Descomposición Propia Generalizada han sido aplicado en esta tesis tanto al análisis lineal como al análisis no lineal de la respuesta del suelo utilizando un método lineal equivalente. ABSTRACT Studies of earthquakes over the last 50 years and the examination of dynamic soil behavior reveal that soil behavior is highly nonlinear and hysteretic even at small strains. Nonlinear behavior of soils during a seismic event has a predominant role in current site response analysis. One-dimensional seismic ground response analysis are often performed using equivalent-linear procedures, which require few, generally well-known parameters. Nonlinear analyses have the potential to more accurately simulate soil behavior, but their implementation in practice has been limited because of poorly documented and unclear parameter selection, as well as inadequate documentation of the benefits of nonlinear modeling relative to equivalent linear modeling. In soil analysis, soil behaviour is approximated as a Kelvin-Voigt solid with a elastic shear modulus and viscous damping. In linear and nonlinear analysis more complex geometries and more complex rheological models are being considered. The first is being addressed by considering richer parametrizations of the linearized behavior and the second by using multi-mode spring-dashpot elements with eventual fractional damping. The use of fractional calculus is motivated in large part by the fact that fewer parameters are required to achieve accurate approximation of experimental data. Based in Kelvin-Voigt model the viscoelastodynamics is revisited from its most standard formulation to some more advanced description involving frequency-dependent damping (or viscosity), analyzing the effects of considering fractional derivatives for representing such viscous contributions. We will prove that such a choice results in richer models that can accommodate different constraints related to the dissipated power, response amplitude and phase angle. Moreover, the use of fractional derivatives allows to accommodate in parallel, within a generalized Kelvin-Voigt analog, many dashpots that contribute to increase the modeling flexibility for describing experimental findings. Obviously these rich models involve many parameters, the ones associated with the behavior and the ones related to the fractional derivatives. The parametric analysis of all these models require efficient numerical techniques able to simulate complex behaviors. The Proper Generalized Decomposition (PGD) is the perfect candidate for producing such kind of parametric solutions. We can compute off-line the parametric solution for the soil deposit, for all parameter of the model, as soon as such parametric solutions are available, the problem can be solved in real time because no new calculation is needed, the solver only needs particularize on-line the parametric solution calculated off-line, which will alleviate significantly the solution procedure. Within the PGD framework material parameters and the different derivation powers could be introduced as extra-coordinates in the solution procedure. Fractional calculus and the new model reduction method called Proper Generalized Decomposition has been applied in this thesis to the linear analysis and nonlinear soil response analysis using a equivalent linear method.

Integrando o conhecimento de usuários: um estudo sobre a capacidade de absorção de conhecimento de lead users

Os custos elevados de aquisição de conhecimento, a intensificação da concorrência e a necessidade de aproximação do consumidor vêm estimulando empresas a buscar formas alternativas de aumentar seu potencial de inovação pela integração de usuários. No entanto, a literatura e o senso comum convergem ao afirmar que nem todo usuário está habilitado a trazer conhecimentos que sustentem a vantagem competitiva das inovações. Nesse contexto, emerge a figura do lead user que, por definição, é capaz de sentir necessidades de produtos e serviços ainda não expressos por usuários regulares. Esses conhecimentos, quando adequadamente absorvidos, trazem benefícios expressivos às empresas que os incorporam ao DNP. Sabendo que as formas de incorporação de usuários apresentam variações, este estudo se destina a entender como empresas de diferentes setores absorvem conhecimentos de lead users por diferentes práticas de integração. Para tanto, foi escolhido o método de estudo de casos múltiplos incorporados, observados em três multinacionais de grande porte: Natura, Whirlpool e Microsoft (Bing). Ao todo foram avalidados cinco modos de integração distintos, escolhidos a partir de duas formações: individual (conhecimentos isolados de usuários distintos) e coletivo (conhecimentos articulados em discussões em grupo), analisados pelos métodos de indução analítica com síntese cruzada de dados. Os resultados mostraram que as categorias teóricas utilizadas para observação inicial do fenômenol: parâmetro de identificação e técnica de seleção (aquisição); mecanismo de interação (assimilação); mecanismos de socialização (transformação) e sistema de formalização (exploração) apoiaram parcialmente o entendimento das atividades do processo e, por esta razão, precisaram se complementadas pelas categorias emergentes: criação de contexto, motivação (aquisição); estímulos, parâmetro de observação, interpretação (assimilação); definição de papéis, coordenação de processos, combinação de conhecimento (transformação) e gestão do conhecimento (exploração), coletadas na fase empírica Essa complementação aumentou a robustez do modelo inicial e mostrou como a absorção de conhecimentos pode ser avaliada pelas dimensões absortivas. No entanto, as análises intra e intercasos que se seguiram, mostraram que esse entendimento era insuficiente para explicar a capacidade de absorção por diferentes práticas, uma vez que o fenômeno é influenciado por fatores contextuais associados tanto à prática de integração quanto ao modo como cada empresa se organiza para inovar (tipo de acesso ao colaborador). As reflexões teóricas realizadas a partir desses resultados permitiram contribuir com a teoria existente de duas formas: I) pelo entendimento estendido das atividades de absorção necessárias para incorporação de conhecimentos de lead users e III) pela proposição de um modelo conceitual amplo que abarcou diferentes práticas de integração considerando também os antecedentes de inovação, as atividades absortivas e os fatores adjuntos, inerentes a cada prática. Esta pesquisa objetiva contribuir para o conhecimento teórico sobre inovação e motivar reflexões que possam ser úteis para gerentes e executivos interessados em aprimorar suas práticas e processos de captação de conhecimentos de lead users.

The challenge of real-time automatic mapping for environmental monitoring network management

The automatic interpolation of environmental monitoring network data such as air quality or radiation levels in real-time setting poses a number of practical and theoretical questions. Among the problems found are (i) dealing and communicating uncertainty of predictions, (ii) automatic (hyper)parameter estimation, (iii) monitoring network heterogeneity, (iv) dealing with outlying extremes, and (v) quality control. In this paper we discuss these issues, in light of the spatial interpolation comparison exercise held in 2004.

Laser machining steel for moulds: a case study

Laser beam machining is a non-traditional subtractive manufacturing process, a form of machining, in which a laser is directed towards the work piece for machining. This process uses thermal energy to remove material from metallic or non-metallic surfaces. The laser is focused onto the surface to be worked and the thermal energy of the laser is transferred to the surface, heating and melting or vaporizing the material. Laser beam machining is best suited for brittle materials with low conductivity, but can be used on most materials. The role of the technical equipment in laser milling is to perform a controllable action of the laser radiation on the material to be treated. The laser is the main unit of the equipment and it is characteristics determine to great extent the qualitative and quantitative parameters of the technological treatments. In this work, I had to study the laser milling process parameter selection for process planning operations from start to finish. It was important to have an understanding about laser milling and laser processing parameters for different materials. As a result from the laser milling, the surface finish will have different surface properties such as, surface hardness, surface roughness, friction and tribology etc.. During the process, I gained knowledge about the historical and conceptual framework of laser milling, the different parameters of a laser milling and how the laser milling parameters influence the surface properties of the machined parts.

Tensor Completion for Multidimensional Inverse Problems with Applications to Magnetic Resonance Relaxometry

This thesis deals with tensor completion for the solution of multidimensional inverse problems. We study the problem of reconstructing an approximately low rank tensor from a small number of noisy linear measurements. New recovery guarantees, numerical algorithms, non-uniform sampling strategies, and parameter selection algorithms are developed. We derive a fixed point continuation algorithm for tensor completion and prove its convergence. A restricted isometry property (RIP) based tensor recovery guarantee is proved. Probabilistic recovery guarantees are obtained for sub-Gaussian measurement operators and for measurements obtained by non-uniform sampling from a Parseval tight frame. We show how tensor completion can be used to solve multidimensional inverse problems arising in NMR relaxometry. Algorithms are developed for regularization parameter selection, including accelerated k-fold cross-validation and generalized cross-validation. These methods are validated on experimental and simulated data. We also derive condition number estimates for nonnegative least squares problems. Tensor recovery promises to significantly accelerate N-dimensional NMR relaxometry and related experiments, enabling previously impractical experiments. Our methods could also be applied to other inverse problems arising in machine learning, image processing, signal processing, computer vision, and other fields.

ArrayMining: a modular web-application for microarray analysis combining ensemble and consensus methods with cross-study normalization

Background: Statistical analysis of DNA microarray data provides a valuable diagnostic tool for the investigation of genetic components of diseases. To take advantage of the multitude of available data sets and analysis methods, it is desirable to combine both different algorithms and data from different studies. Applying ensemble learning, consensus clustering and cross-study normalization methods for this purpose in an almost fully automated process and linking different analysis modules together under a single interface would simplify many microarray analysis tasks. Results: We present ArrayMining.net, a web-application for microarray analysis that provides easy access to a wide choice of feature selection, clustering, prediction, gene set analysis and cross-study normalization methods. In contrast to other microarray-related web-tools, multiple algorithms and data sets for an analysis task can be combined using ensemble feature selection, ensemble prediction, consensus clustering and cross-platform data integration. By interlinking different analysis tools in a modular fashion, new exploratory routes become available, e.g. ensemble sample classification using features obtained from a gene set analysis and data from multiple studies. The analysis is further simplified by automatic parameter selection mechanisms and linkage to web tools and databases for functional annotation and literature mining. Conclusion: ArrayMining.net is a free web-application for microarray analysis combining a broad choice of algorithms based on ensemble and consensus methods, using automatic parameter selection and integration with annotation databases.

Selection Constructive based Hyper-heuristic for Dynamic Scheduling

A função de escalonamento desempenha um papel importante nos sistemas de produção. Os sistemas de escalonamento têm como objetivo gerar um plano de escalonamento que permite gerir de uma forma eficiente um conjunto de tarefas que necessitam de ser executadas no mesmo período de tempo pelos mesmos recursos. Contudo, adaptação dinâmica e otimização é uma necessidade crítica em sistemas de escalonamento, uma vez que as organizações de produção têm uma natureza dinâmica. Nestas organizações ocorrem distúrbios nas condições requisitos de trabalho regularmente e de forma inesperada. Alguns exemplos destes distúrbios são: surgimento de uma nova tarefa, cancelamento de uma tarefa, alteração na data de entrega, entre outros. Estes eventos dinâmicos devem ser tidos em conta, uma vez que podem influenciar o plano criado, tornando-o ineficiente. Portanto, ambientes de produção necessitam de resposta imediata para estes eventos, usando um método de reescalonamento em tempo real, para minimizar o efeito destes eventos dinâmicos no sistema de produção. Deste modo, os sistemas de escalonamento devem de uma forma automática e inteligente, ser capazes de adaptar o plano de escalonamento que a organização está a seguir aos eventos inesperados em tempo real. Esta dissertação aborda o problema de incorporar novas tarefas num plano de escalonamento já existente. Deste modo, é proposta uma abordagem de otimização – Hiper-heurística baseada em Seleção Construtiva para Escalonamento Dinâmico- para lidar com eventos dinâmicos que podem ocorrer num ambiente de produção, a fim de manter o plano de escalonamento, o mais robusto possível. Esta abordagem é inspirada em computação evolutiva e hiper-heurísticas. Do estudo computacional realizado foi possível concluir que o uso da hiper-heurística de seleção construtiva pode ser vantajoso na resolução de problemas de otimização de adaptação dinâmica.

Optimal experimental design for parameter identification and model selection

Magdeburg, Univ., Fak. für Elektrotechnik und Informationstechnik, Diss., 2014

Genetic parameter estimates and response to selection for weight and testicular traits in Nelore cattle

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fruit maturation as a parameter for selection of sweet orange cultivars in Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Selection of new glass-forming compositions in Al-La system using a combination of topological instability and thermodynamic criteria

A combination of an extension of the topological instability ""lambda criterion"" and a thermodynamic criterion were applied to the Al-La system, indicating the best range of compositions for glass formation. Alloy compositions in this range were prepared by melt-spinning and casting in an arc-melting furnace with a wedge-section copper mold. The GFA of these samples was evaluated by X-ray diffraction, differential scanning calorimetry and scanning electron microscopy. The results indicated that the gamma* parameter of compositions with high GFA is higher, corresponding to a range in which the lambda parameter is greater than 0.1, which are compositions far from Al solid solution. A new alloy was identified with the best GFA reported so far for this system, showing a maximum thickness of 286 mu m in a wedge-section copper mold. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Weibull model selection for reliability modelling

A large number of models have been derived from the two-parameter Weibull distribution and are referred to as Weibull models. They exhibit a wide range of shapes for the density and hazard functions, which makes them suitable for modelling complex failure data sets. The WPP and IWPP plot allows one to determine in a systematic manner if one or more of these models are suitable for modelling a given data set. This paper deals with this topic.

Genetic algorithms for continuous optimization problems - a concept of parameter-space size adjustment

The concept of parameter-space size adjustment is pn,posed in order to enable successful application of genetic algorithms to continuous optimization problems. Performance of genetic algorithms with six different combinations of selection and reproduction mechanisms, with and without parameter-space size adjustment, were severely tested on eleven multiminima test functions. An algorithm with the best performance was employed for the determination of the model parameters of the optical constants of Pt, Ni and Cr.

Biogenic amines in wine: gene transcription as a tool for selection of Oenococcus oeni starter strains

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology