SteelConverter and Caltech VirtualShaker: Rapid Nonlinear Cloud-Based Structural Model Conversion and Analysis

STEEL, the Caltech created nonlinear large displacement analysis software, is currently used by a large number of researchers at Caltech. However, due to its complexity, lack of visualization tools (such as pre- and post-processing capabilities) rapid creation and analysis of models using this software was difficult. SteelConverter was created as a means to facilitate model creation through the use of the industry standard finite element solver ETABS. This software allows users to create models in ETABS and intelligently convert model information such as geometry, loading, releases, fixity, etc., into a format that STEEL understands. Models that would take several days to create and verify now take several hours or less. The productivity of the researcher as well as the level of confidence in the model being analyzed is greatly increased.

It has always been a major goal of Caltech to spread the knowledge created here to other universities. However, due to the complexity of STEEL it was difficult for researchers or engineers from other universities to conduct analyses. While SteelConverter did help researchers at Caltech improve their research, sending SteelConverter and its documentation to other universities was less than ideal. Issues of version control, individual computer requirements, and the difficulty of releasing updates made a more centralized solution preferred. This is where the idea for Caltech VirtualShaker was born. Through the creation of a centralized website where users could log in, submit, analyze, and process models in the cloud, all of the major concerns associated with the utilization of SteelConverter were eliminated. Caltech VirtualShaker allows users to create profiles where defaults associated with their most commonly run models are saved, and allows them to submit multiple jobs to an online virtual server to be analyzed and post-processed. The creation of this website not only allowed for more rapid distribution of this tool, but also created a means for engineers and researchers with no access to powerful computer clusters to run computationally intensive analyses without the excessive cost of building and maintaining a computer cluster.

In order to increase confidence in the use of STEEL as an analysis system, as well as verify the conversion tools, a series of comparisons were done between STEEL and ETABS. Six models of increasing complexity, ranging from a cantilever column to a twenty-story moment frame, were analyzed to determine the ability of STEEL to accurately calculate basic model properties such as elastic stiffness and damping through a free vibration analysis as well as more complex structural properties such as overall structural capacity through a pushover analysis. These analyses showed a very strong agreement between the two softwares on every aspect of each analysis. However, these analyses also showed the ability of the STEEL analysis algorithm to converge at significantly larger drifts than ETABS when using the more computationally expensive and structurally realistic fiber hinges. Following the ETABS analysis, it was decided to repeat the comparisons in a software more capable of conducting highly nonlinear analysis, called Perform. These analyses again showed a very strong agreement between the two softwares in every aspect of each analysis through instability. However, due to some limitations in Perform, free vibration analyses for the three story one bay chevron brace frame, two bay chevron brace frame, and twenty story moment frame could not be conducted. With the current trend towards ultimate capacity analysis, the ability to use fiber based models allows engineers to gain a better understanding of a building’s behavior under these extreme load scenarios.

Following this, a final study was done on Hall’s U20 structure [1] where the structure was analyzed in all three softwares and their results compared. The pushover curves from each software were compared and the differences caused by variations in software implementation explained. From this, conclusions can be drawn on the effectiveness of each analysis tool when attempting to analyze structures through the point of geometric instability. The analyses show that while ETABS was capable of accurately determining the elastic stiffness of the model, following the onset of inelastic behavior the analysis tool failed to converge. However, for the small number of time steps the ETABS analysis was converging, its results exactly matched those of STEEL, leading to the conclusion that ETABS is not an appropriate analysis package for analyzing a structure through the point of collapse when using fiber elements throughout the model. The analyses also showed that while Perform was capable of calculating the response of the structure accurately, restrictions in the material model resulted in a pushover curve that did not match that of STEEL exactly, particularly post collapse. However, such problems could be alleviated by choosing a more simplistic material model.

Disseminação de dados estatísticos georeferenciados através de WEB services e software livre.

Diferentes organizações públicas e privadas coletam e disponibilizam uma massa de dados sobre a realidade sócio-econômica das diferentes nações. Há hoje, da parte do governo brasileiro, um interesse manifesto de divulgar uma gama diferenciada de informações para os mais diversos perfis de usuários. Persiste, contudo, uma série de limitações para uma divulgação mais massiva e democrática, entre elas, a heterogeneidade das fontes de dados, sua dispersão e formato de apresentação pouco amigável. Devido à complexidade inerente à informação geográfica envolvida, que produz incompatibilidade em vários níveis, o intercâmbio de dados em sistemas de informação geográfica não é problema trivial. Para aplicações desenvolvidas para a Web, uma solução são os Web Services que permitem que novas aplicações possam interagir com aquelas que já existem e que sistemas desenvolvidos em plataformas diferentes sejam compatíveis. Neste sentido, o objetivo do trabalho é mostrar as possibilidades de construção de portais usando software livre, a tecnologia dos Web Services e os padrões do Open Geospatial Consortium (OGC) para a disseminação de dados espaciais. Visando avaliar e testar as tecnologias selecionadas e comprovar sua efetividade foi desenvolvido um exemplo de portal de dados sócio-econômicos, compreendendo informações de um servidor local e de servidores remotos. As contribuições do trabalho são a disponibilização de mapas dinâmicos, a geração de mapas através da composição de mapas disponibilizados em servidores remotos e local e o uso do padrão OGC WMC. Analisando o protótipo de portal construído, verifica-se, contudo, que a localização e requisição de Web Services não são tarefas fáceis para um usuário típico da Internet. Nesta direção, os trabalhos futuros no domínio dos portais de informação geográfica poderiam adotar a tecnologia Representational State Transfer (REST).

SAQUA - sistema baseado em software livre para análise do comportamento da qualidade das águas fluviais: aplicado à bacia do rio Paraíba do Sul.

Nesta dissertação foi desenvolvido o sistema SAQUA (Sistema para Análise da Qualidade das Águas Fluviais), que permite o acompanhamento dos dados de séries históricas de parâmetros físico-químicos para análise da qualidade de águas fluviais. A alimentação do sistema SAQUA se dá a partir do arquivo tipo texto gerado no Hidroweb, sistema de banco de dados hidrológicos da ANA (Agência Nacional de Águas), disponibilizado na internet. O SAQUA constitui uma interface que permite a análise espaço-temporal de parâmetros de qualidade da água específicos definidos pelo usuário. A interface foi construída utilizando o servidor de mapas Mapserver, as linguagens HTML e PHP, além de consultas SQL e o uso do servidor Web Apache. A utilização de uma linguagem dinâmica como o PHP permitiu usar recursos internos do Mapserver por meio de funções que interagem de forma mais flexível com códigos presentes e futuros, além de interagir com o código HTML. O Sistema apresenta como resultado a representação gráfica da série histórica por parâmetro e, em mapa, a localização das estações em análise também definidas pelo usuário, geralmente associadas a uma determinada região hidrográfica. Tanto na representação gráfica da série temporal quanto em mapa, são destacados a partir de código de cores a estação de monitoramento e a observação em que os limites estabelecidos na resolução CONAMA 357/05 não foi atendido. A classe de uso da resolução CONAMA que será usada na análise também pode ser definida pelo usuário. Como caso de estudo e demonstração das funções do SAQUA foi escolhida a bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, localizada na região hidrográfica Atlântico Sudeste do Brasil. A aplicação do sistema demonstrou ótimos resultados e o potencial da ferramenta computacional como apoio ao planejamento e à gestão dos recursos hídricos. Ressalta-se ainda, que todo o sistema foi desenvolvido a partir de softwares disponibilizados segundo a licença GPL de software livre, ou seja, sem custo na aquisição de licenças, demonstrando o potencial da aplicação destas ferramentas no campo dos recursos hídricos.

Sistema de classificação da gestão ambiental pública municipal baseado em lógica nebulosa

A partir da Lei n. 6.938 de 31 de agosto de 1981, que constituiu o Sistema Nacional do Meio Ambiente, criou-se o Conselho Nacional do Meio Ambiente e instituiu-se o Cadastro Técnico Federal de Atividades e Instrumentos de Defesa Ambiental, a gestão ambiental pública ganhou um espaço cada vez maior nas administrações municipais, com a implementação de instrumentos de gestão ambiental propiciando aos municípios a possibilidade de ações efetivas que contribuam para uma melhor qualidade de vida a população. Esse trabalho propõe a criação de um método de classificação municipal que indicará qual o nível da gestão ambiental do município. Verificando o número de instrumentos de gestão ambiental constituído e o número de problemas ambientais ocorridos em cada município na visão do gestor local nos anos de 2006/2008. E ainda qual a influência do IDH tanto na implementação de tais instrumentos de gestão ambiental, como nas ocorrências dos problemas ambientais. Tal classificação tem a intenção de verificar se o município encontra-se bem aparelhado no que se refere à gestão ambiental, auxiliando para futuras decisões nas ações da política ambiental local. O foco desse trabalho serão os municípios dos estados de Minas Gerais, Piauí e Rio de Janeiro. Os resultados serão processados via o software MATLAB utilizando lógica nebulosa (fuzzy) e apresentados em um website utilizando as linguagens de programação JSP, HTML, JavaScript e esse website armazenado em um servidor TomCat e tais resultados serão apresentados nas formas de valores alfanuméricos em tabelas e espaciais através de mapas temáticos em uma solução sig-web. Os dados estão armazenados em um Sistema Gerenciador de Banco de Dados PostgreSQL com sua extensão espacial PostGIS, e o acesso aos mapas será feito através do servidor de mapas MapServer.

Study of crystal structure and phase transition studies in perovskite-type oxides using powder-diffraction techniques and symmetry-mode analysis.

251 p.

Implementación de sistema ETCS en entorno cliente-servidor.

[ES]La interoperabilidad entre distintas redes ferroviarias europeas es muy escasa. Para dar solución a este problema, la Unión Europea creó el sistema europeo de gestión del tráfico ferroviario (ERTMS), encargado de crear un estándar único para toda la red europea. El objetivo de este proyecto es la implementación del sistema ETCS ( European Train Control System ) en un entorno cliente-servidor. La implementación incluye el sistema del tren y el del centro de control (RBC). Se ha implementado de forma que se pueda operar sobre dos protocolos de red transporte, de forma que será compatible tanto para redes orientadas a la conexión (TCP) como no orientadas a conexión (UDP).

Regime próprio de previdência e assistência social: uma análise do grau de conhecimento que o servidor público do Município do Rio de Janeiro detém em relação às informações gerenciais do regime previdenciário municipal

Em função dos problemas vivenciados na seguridade social ao longo da história os governos promoveram reformas estruturais com o objetivo de equacionar estes problemas e promover o equilíbrio das contas públicas. A seguridade social brasileira foi modulada em um sistema multipilar congregando uma previdência pública para cobertura de trabalhadores do setor privado (RGPS), uma previdência complementar (RPC) e uma previdência do setor público (RPPS). O RPPS é uma previdência de filiação obrigatória e contribuição compulsória, não permitindo aos seus contribuintes argüirem sua adesão, sendo um questionamento impraticável enquanto houver um vínculo empregatício. A compreensão do funcionamento do regime previdenciário ao qual está vinculado, suas obrigações e direitos enquanto contribuinte e beneficiário, apresenta-se de vital importância para a aquiescência de sua participação, assim como também a sua co-responsabilidade na gestão dos recursos aportados ao sistema. Neste contexto, este estudo teve como objetivo avaliar, por meio da realização de uma pesquisa de natureza descritiva e com adoção do método quantitativo para tratamento dos dados, se as informações contábeis geradas pelo regime previdenciário municipal são úteis ao processo decisório desta última classe de segurados previdenciários, os servidores públicos municipais. Os resultados obtidos evidenciaram que o servidor municipal demonstra um baixo interesse em obter informações previdenciárias principalmente financeiras e contábeis. Este baixo interesse advém de dois fatores: dificuldade de acesso (65% dos respondentes) e pouco conhecimento de temas relacionados tema tais como fontes de custeio e aplicação dos recursos (62%). O baixo interesse dos servidores públicos em obter informações quanto ao PREVIRIO/ FUNPREVI concede ao gestor do sistema liberdade para decidir os rumos que devem ser tomados para a instituição previdenciária. O servidor público precisa tomar conhecimento quanto aos resultados de gestão do sistema previdenciário e para isto são necessárias duas ações: de um lado uma intenção de agir do próprio servidor, tomando para si a responsabilidade pelos rumos do sistema. Do outro lado uma intenção próativa dos responsáveis pela gestão e pela elaboração de informações a serem disponibilizadas para este segmento de usuário.

Zonas de Brillouin de los grupos de capa

La base de datos de las zonas de Brillouin de los grupos de capa del Bilbao Crystallographic Server incluye tablas de vectores de onda y figuras que forman la base para la clasificación de las representaciones de los grupos de capa. Las propiedades de simetría de los vectores de onda se determinan por los llamados grupos del espacio recíproco y esta clasificación se compara con la que recoge el libro “Character Tables and Compatibility Relations of The Eighty Layer Groups and Seventeen Plane Groups” de Litvin & Wike.

Análise de desempenho de redes p2p com protocolo push/pull para distribuição de vídeo na presença de nós não-cooperativos.

O uso de Internet para a distribuição de fluxos de vídeo tem se mostrado uma tendência atual e traz consigo grandes desafios. O alicerce sobre qual a Internet está fundamentada, comutação por pacotes e arquitetura cliente-servidor, não proporciona as melhores condições para este tipo de serviço. A arquitetura P2P (peer-to-peer) vem sendo considerada como infraestrutura para a distribuição de fluxos de vídeo na Internet. A idéia básica da distribuição de vídeo com o suporte de P2P é a de que os vários nós integrantes da rede sobreposta distribuem e encaminham pedaços de vídeo de forma cooperativa, dividindo as tarefas, e colocando à disposição da rede seus recursos locais. Dentro deste contexto, é importante investigar o que ocorre com a qualidade do serviço de distribuição de vídeo quando a infraestrutura provida pelas redes P2P é contaminada por nós que não estejam dispostos a cooperar, já que a base desta arquitetura é a cooperação. Neste trabalho, inicialmente é feito um estudo para verificar o quanto a presença de nós não-cooperativos pode afetar a qualidade da aplicação de distribuição de fluxo de vídeo em uma rede P2P. Com base nos resultados obtidos, é proposto um mecanismo de incentivo à cooperação para que seja garantida uma boa qualidade de vídeo aos nós cooperativos e alguma punição aos nós não-cooperativos. Os testes e avaliações foram realizados utilizando-se o simulador PeerSim.

Análise de desempenho do protocolo TCP em Redes LTE.

O crescimento dos serviços de banda-larga em redes de comunicações móveis tem provocado uma demanda por dados cada vez mais rápidos e de qualidade. A tecnologia de redes móveis chamada LTE (Long Term Evolution) ou quarta geração (4G) surgiu com o objetivo de atender esta demanda por acesso sem fio a serviços, como acesso à Internet, jogos online, VoIP e vídeo conferência. O LTE faz parte das especificações do 3GPP releases 8 e 9, operando numa rede totalmente IP, provendo taxas de transmissão superiores a 100 Mbps (DL), 50 Mbps (UL), baixa latência (10 ms) e compatibilidade com as versões anteriores de redes móveis, 2G (GSM/EDGE) e 3G (UMTS/HSPA). O protocolo TCP desenvolvido para operar em redes cabeadas, apresenta baixo desempenho sobre canais sem fio, como redes móveis celulares, devido principalmente às características de desvanecimento seletivo, sombreamento e às altas taxas de erros provenientes da interface aérea. Como todas as perdas são interpretadas como causadas por congestionamento, o desempenho do protocolo é ruim. O objetivo desta dissertação é avaliar o desempenho de vários tipos de protocolo TCP através de simulações, sob a influência de interferência nos canais entre o terminal móvel (UE User Equipment) e um servidor remoto. Para isto utilizou-se o software NS3 (Network Simulator versão 3) e os protocolos TCP Westwood Plus, New Reno, Reno e Tahoe. Os resultados obtidos nos testes mostram que o protocolo TCP Westwood Plus possui um desempenho melhor que os outros. Os protocolos TCP New Reno e Reno tiveram desempenho muito semelhante devido ao modelo de interferência utilizada ter uma distribuição uniforme e, com isso, a possibilidade de perdas de bits consecutivos é baixa em uma mesma janela de transmissão. O TCP Tahoe, como era de se esperar, apresentou o pior desempenho dentre todos, pois o mesmo não possui o mecanismo de fast recovery e sua janela de congestionamento volta sempre para um segmento após o timeout. Observou-se ainda que o atraso tem grande importância no desempenho dos protocolos TCP, mas até do que a largura de banda dos links de acesso e de backbone, uma vez que, no cenário testado, o gargalo estava presente na interface aérea. As simulações com erros na interface aérea, introduzido com o script de fading (desvanecimento) do NS3, mostraram que o modo RLC AM (com reconhecimento) tem um desempenho melhor para aplicações de transferência de arquivos em ambientes ruidosos do que o modo RLC UM sem reconhecimento.

Análise de desempenho de um protocolo BitTorrent ciente de localização em redes corporativas.

Hoje em dia, distribuições de grandes volumes de dados por redes TCP/IP corporativas trazem problemas como a alta utilização da rede e de servidores, longos períodos para conclusão e maior sensibilidade a falhas na infraestrutura de rede. Estes problemas podem ser reduzidos com utilização de redes par-a-par (P2P). O objetivo desta dissertação é analisar o desempenho do protocolo BitTorrent padrão em redes corporativas e também realizar a análise após uma modificação no comportamento padrão do protocolo BitTorrent. Nesta modificação, o rastreador identifica o endereço IP do par que está solicitando a lista de endereços IP do enxame e envia somente aqueles pertencentes à mesma rede local e ao semeador original, com o objetivo de reduzir o tráfego em redes de longa distância. Em cenários corporativos típicos, as simulações mostraram que a alteração é capaz de reduzir o consumo médio de banda e o tempo médio dos downloads, quando comparados ao BitTorrent padrão, além de conferir maior robustez à distribuição em casos de falhas em enlaces de longa distância. As simulações mostraram também que em ambientes mais complexos, com muitos clientes, e onde a restrição de banda em enlaces de longa distância provoca congestionamento e descartes, o desempenho do protocolo BitTorrent padrão pode ser semelhante a uma distribuição em arquitetura cliente-servidor. Neste último caso, a modificação proposta mostrou resultados consistentes de melhoria do desempenho da distribuição.

Assessment of existing information on Atlantic coastal fish habitats: development of a web-based spatial bibliography, query tools, and data summaries

The primary objective of this project, “the Assessment of Existing Information on Atlantic Coastal Fish Habitat”, is to inform conservation planning for the Atlantic Coastal Fish Habitat Partnership (ACFHP). ACFHP is recognized as a Partnership by the National Fish Habitat Action Plan (NFHAP), whose overall mission is to protect, restore, and enhance the nation’s fish and aquatic communities through partnerships that foster fish habitat conservation. This project is a cooperative effort of NOAA/NOS Center for Coastal Monitoring and Assessment (CCMA) Biogeography Branch and ACFHP. The Assessment includes three components; 1. a representative bibliographic and assessment database, 2. a Geographical Information System (GIS) spatial framework, and 3. a summary document with description of methods, analyses of habitat assessment information, and recommendations for further work. The spatial bibliography was created by linking the bibliographic table developed in Microsoft Excel and exported to SQL Server, with the spatial framework developed in ArcGIS and exported to GoogleMaps. The bibliography is a comprehensive, searchable database of over 500 selected documents and data sources on Atlantic coastal fish species and habitats. Key information captured for each entry includes basic bibliographic data, spatial footprint (e.g. waterbody or watershed), species and habitats covered, and electronic availability. Information on habitat condition indicators, threats, and conservation recommendations are extracted from each entry and recorded in a separate linked table. The spatial framework is a functional digital map based on polygon layers of watersheds, estuarine and marine waterbodies derived from NOAA’s Coastal Assessment Framework, MMS/NOAA’s Multipurpose Marine Cadastre, and other sources, providing spatial reference for all of the documents cited in the bibliography. Together, the bibliography and assessment tables and their spatial framework provide a powerful tool to query and assess available information through a publicly available web interface. They were designed to support the development of priorities for ACFHP’s conservation efforts within a geographic area extending from Maine to Florida, and from coastal watersheds seaward to the edge of the continental shelf. The Atlantic Coastal Fish Habitat Partnership has made initial use of the Assessment of Existing Information. Though it has not yet applied the AEI in a systematic or structured manner, it expects to find further uses as the draft conservation strategic plan is refined, and as regional action plans are developed. It also provides a means to move beyond an “assessment of existing information” towards an “assessment of fish habitat”, and is being applied towards the National Fish Habitat Action Plan (NFHAP) 2010 Assessment. Beyond the scope of the current project, there may be application to broader initiatives such as Integrated Ecosystem Assessments (IEAs), Ecosystem Based Management (EBM), and Marine Spatial Planning (MSP).

KLAIR: A virtual infant for spoken language acquisition research

Recent research into the acquisition of spoken language has stressed the importance of learning through embodied linguistic interaction with caregivers rather than through passive observation. However the necessity of interaction makes experimental work into the simulation of infant speech acquisition difficult because of the technical complexity of building real-time embodied systems. In this paper we present KLAIR: a software toolkit for building simulations of spoken language acquisition through interactions with a virtual infant. The main part of KLAIR is a sensori-motor server that supplies a client machine learning application with a virtual infant on screen that can see, hear and speak. By encapsulating the real-time complexities of audio and video processing within a server that will run on a modern PC, we hope that KLAIR will encourage and facilitate more experimental research into spoken language acquisition through interaction. Copyright © 2009 ISCA.

Large Gene Family Expansions and Adaptive Evolution for Odorant and Gustatory Receptors in the Pea Aphid, Acyrthosiphon pisum

Gaining insight into the mechanisms of chemoreception in aphids is of primary importance for both integrative studies on the evolution of host plant specialization and applied research in pest control management because aphids rely on their sense of smell