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.

Discrete linear stability and sensitivity analysis of fluid flows

Este trabajo presenta un método discreto para el cálculo de estabilidad hidrodinámica y análisis de sensibilidad a perturbaciones externas para ecuaciones diferenciales y en particular para las ecuaciones de Navier-Stokes compressible. Se utiliza una aproximación con variable compleja para obtener una precisión analítica en la evaluación de la matriz Jacobiana. Además, mapas de sensibilidad para la sensibilidad a las modificaciones del flujo de base y a una fuerza constante permiten identificar las regiones del campo fluido donde una modificacin (ej. fuerza puntual) tiene un efecto estabilizador del flujo. Se presentan cuatro casos de prueba: (1) un caso analítico para comprobar la derivación discreta, (2) una cavidad cerrada a bajo Reynolds para mostrar la mayor precisión en el cálculo de los valores propios con la aproximación de paso complejo, (3) flujo 2D en un cilindro circular para validar la metodología, y (4) flujo en un cavidad abierta, presentado para validar el método en casos de inestabilidades convectivamente inestables. Los tres últimos casos mencionados (2-4) se resolvieron con las ecuaciones de Navier-Stokes compresibles, utilizando un método Discontinuous Galerkin Spectral Element Method. Se obtuvo una buena concordancia para el caso de validación (3), cuando se comparó el nuevo método con resultados de la literatura. Además, este trabajo muestra que para el cálculo de los modos propios directos y adjuntos, así como para los mapas de sensibilidad, el uso de variables complejas es de suprema importancia para obtener una predicción precisa. El método descrito es aplicado al análisis para la estabilización de la estela generada por un disco actuador, que representa un modelo sencillo para hélices, rotores de helicópteros o turbinas eólicas. Se explora la primera bifurcación del flujo para un disco actuador, y se sugiere que está asociada a una inestabilidad de tipo Kelvin-Helmholtz, cuya estabilidad se controla con en el número de Reynolds y en la resistencia del disco actuador (o fuerza resistente). En primer lugar, se verifica que la disminución de la resistencia del disco tiene un efecto estabilizador parecido a una disminución del Reynolds. En segundo lugar, el análisis hidrodinmico discreto identifica dos regiones para la colocación de una fuerza puntual que controle las inestabilidades, una cerca del disco y otra en una zona aguas abajo. En tercer lugar, se muestra que la inclusión de un forzamiento localizado cerca del actuador produce una estabilización más eficiente que al forzar aguas abajo. El análisis de los campos de flujo controlados confirma que modificando el gradiente de velocidad cerca del actuador es más eficiente para estabilizar la estela. Estos resultados podrían proporcionar nuevas directrices para la estabilización de la estela de turbinas de viento o de marea cuando estén instaladas en un parque eólico y minimizar las interacciones no estacionarias entre turbinas. ABSTRACT A discrete framework for computing the global stability and sensitivity analysis to external perturbations for any set of partial differential equations is presented. In particular, a complex-step approximation is used to achieve near analytical accuracy for the evaluation of the Jacobian matrix. Sensitivity maps for the sensitivity to base flow modifications and to a steady force are computed to identify regions of the flow field where an input could have a stabilising effect. Four test cases are presented: (1) an analytical test case to prove the theory of the discrete framework, (2) a lid-driven cavity at low Reynolds case to show the improved accuracy in the calculation of the eigenvalues when using the complex-step approximation, (3) the 2D flow past a circular cylinder at just below the critical Reynolds number is used to validate the methodology, and finally, (4) the flow past an open cavity is presented to give an example of the discrete method applied to a convectively unstable case. The latter three (2–4) of the aforementioned cases were solved with the 2D compressible Navier–Stokes equations using a Discontinuous Galerkin Spectral Element Method. Good agreement was obtained for the validation test case, (3), with appropriate results in the literature. Furthermore, it is shown that for the calculation of the direct and adjoint eigenmodes and their sensitivity maps to external perturbations, the use of complex variables is paramount for obtaining an accurate prediction. An analysis for stabilising the wake past an actuator disc, which represents a simple model for propellers, helicopter rotors or wind turbines is also presented. We explore the first flow bifurcation for an actuator disc and it suggests that it is associated to a Kelvin- Helmholtz type instability whose stability relies on the Reynolds number and the flow resistance applied through the disc (or actuator forcing). First, we report that decreasing the disc resistance has a similar stabilising effect to an decrease in the Reynolds number. Second, a discrete sensitivity analysis identifies two regions for suitable placement of flow control forcing, one close to the disc and one far downstream where the instability originates. Third, we show that adding a localised forcing close to the actuator provides more stabilisation that forcing far downstream. The analysis of the controlled flow fields, confirms that modifying the velocity gradient close to the actuator is more efficient to stabilise the wake than controlling the sheared flow far downstream. An interesting application of these results is to provide guidelines for stabilising the wake of wind or tidal turbines when placed in an energy farm to minimise unsteady interactions.

Poly-ADP ribose polymerase activates nuclear proteasome to degrade oxidatively damaged histones

The 20S proteasome has been shown to be largely responsible for the degradation of oxidatively modified proteins in the cytoplasm. Nuclear proteins are also subject to oxidation, and the nucleus of mammalian cells contains proteasome. In human beings, tumor cells frequently are subjected to oxidation as a consequence of antitumor chemotherapy, and K562 human myelogenous leukemia cells have a higher nuclear proteasome activity than do nonmalignant cells. Adaptation to oxidative stress appears to be one element in the development of long-term resistance to many chemotherapeutic drugs and the mechanisms of inducible tumor resistance to oxidation are of obvious importance. After hydrogen peroxide treatment of K562 cells, degradation of the model proteasome peptide substrate suc-LLVY-MCA and degradation of oxidized histones in nuclei increases significantly within minutes. Both increased proteolytic susceptibility of the histone substrates (caused by modification by oxidation) and activation of the proteasome enzyme complex occur independently during oxidative stress. This rapid up-regulation of 20S proteasome activity is accompanied by, and depends on, poly-ADP ribosylation of the proteasome, as shown by inhibitor experiments, 14C-ADP ribose incorporation assays, immunoblotting, in vitro reconstitution experiments, and immunoprecipitation of (activated) proteasome with anti-poly-ADP ribose polymerase antibodies. The poly-ADP ribosylation-mediated activated nuclear 20S proteasome is able to remove oxidatively damaged histones more efficiently and therefore is proposed as an oxidant-stimulatable defense or repair system of the nucleus in K562 leukemia cells.

The role of structure, energy landscape, dynamics, and allostery in the enzymatic function of myoglobin

The grail of protein science is the connection between structure and function. For myoglobin (Mb) this goal is close. Described as only a passive dioxygen storage protein in texts, we argue here that Mb is actually an allosteric enzyme that can catalyze reactions among small molecules. Studies of the structural, spectroscopic, and kinetic properties of Mb lead to a model that relates structure, energy landscape, dynamics, and function. Mb functions as a miniature chemical reactor, concentrating and orienting diatomic molecules such as NO, CO, O2, and H2O2 in highly conserved internal cavities. Reactions can be controlled because Mb exists in distinct taxonomic substates with different catalytic properties and connectivities of internal cavities.

Induction and repression of DAN1 and the family of anaerobic mannoprotein genes in Saccharomyces cerevisiae occurs through a complex array of regulatory sites

The DAN/TIR mannoprotein genes of Saccharomyces cerevisiae (DAN1, DAN2, DAN3, DAN4, TIR1, TIR2, TIR3 and TIR4) are expressed in anaerobic cells while the predominant cell wall proteins Cwp1 and Cwp2 are down-regulated. Elements involved in activation and repression of the DAN/TIR genes were defined in this study, using the DAN1 promoter as a model. Nested deletions in a DAN1/lacZ reporter pinpointed regions carrying activation and repression elements. Inspection revealed two consensus sequences subsequently shown to be independent anaerobic response elements (AR1, consensus TCGTTYAG; AR2, consensus AAAAATTGTTGA). AR1 is found in all of the DAN/TIR promoters; AR2 is found in DAN1, DAN2 and DAN3. A 120 bp segment carrying two copies of AR1 preferentially activated transcription of lacZ under anaerobic conditions. A fusion of three synthetic copies of AR1 to MEL1 was also expressed anaerobically. Mutations in either AR1 site within the 120 bp segment caused a drastic loss of expression, indicating that both are necessary for activation and implying cooperativity between adjacent transcriptional activation complexes. A single AR2 site carried on a 46 bp fragment from the DAN1 promoter activated lacZ transcription under anaerobic conditions, as did a 26 bp synthetic AR2 fragment fused to MEL1. Nucleotide substitutions within the AR2 sequence eliminated the activity of the 46 bp segment. Ablation of the AR2 sequences in the full promoter caused a partial reduction of expression. The presence of the ATTGTT core (recognized by HMG proteins) in the AR2 sequence suggests that an HMG protein may activate through AR2. One region was implicated in aerobic repression of DAN1. It contains sites for the heme-induced Mot3 and Rox1 repressors.

Mice lacking DNA topoisomerase IIIβ develop to maturity but show a reduced mean lifespan

Targeted gene disruption in the murine TOP3β gene-encoding DNA topoisomerase IIIβ was carried out. In contrast to the embryonic lethality of mutant mice lacking DNA topoisomerase IIIα, top3β−/− nulls are viable and grow to maturity with no apparent defects. Mice lacking DNA topoisomerase IIIβ have a shorter life expectancy than their wild-type littermates, however. The mean lifespan of the top3β−/− mice is about 15 months, whereas that of their wild-type littermates is longer than 2 years. Mortality of the top3β−/− nulls appears to correlate with lesions in multiple organs, including hypertrophy of the spleen and submandibular lymph nodes, glomerulonephritis, and perivascular infiltrates in various organs. Because the DNA topoisomerase III isozymes are likely to interact with helicases of the RecQ family, enzymes that include the determinants of human Bloom, Werner, and Rothmund–Thomson syndromes, the shortened lifespan of top3β−/− mice points to the possibility that the DNA topoisomerase III isozymes might be involved in the pathogenesis of progeroid syndromes caused by defective RecQ helicases.

Genome-wide gene expression profiles of the developing mouse hippocampus

We have analyzed the developmental molecular programs of the mouse hippocampus, a cortical structure critical for learning and memory, by means of large-scale DNA microarray techniques. Of 11,000 genes and expressed sequence tags examined, 1,926 showed dynamic changes during hippocampal development from embryonic day 16 to postnatal day 30. Gene-cluster analysis was used to group these genes into 16 distinct clusters with striking patterns that appear to correlate with major developmental hallmarks and cellular events. These include genes involved in neuronal proliferation, differentiation, and synapse formation. A complete list of the transcriptional changes has been compiled into a comprehensive gene profile database (http://BrainGenomics.Princeton.edu), which should prove valuable in advancing our understanding of the molecular and genetic programs underlying both the development and the functions of the mammalian brain.

Significant discrepancies between van't Hoff and calorimetric enthalpies.

In this paper we show that the usual assumption in studies of the temperature variation of equilibrium constants for equilibria of the form A+B <-->AB that a plot of ln K vs. 1/T (K = equilibrium constant, T = temperature in degrees kelvin) is a straight line with slope equal to -delta HvH/R (delta HvH = van't Hoff or apparent enthalpy, R = gas constant) is not valid in many cases. In all the cases considered here, delta HvH is temperature dependent and is significantly different from the true or calorimetrically measured enthalpy, and the respective values for delta Cp are also significantly different.

Propiedades físicas y mecánicas de una calcarenita: la Piedra de San Julián

En este trabajo se estudian las características físico-mecánicas de la Piedra de San Julián y su comportamiento frente a procesos de calentamiento a temperaturas similares a las alcanzadas en un incendio, así como la puesta a punto y validación de métodos dinámicos no destructivos para el dictamen del estado de desgaste del material. El enfoque está orientado a los parámetros que más interesan en la utilización de la Piedra como material de construcción. Dado que esta Tesis se realiza por compendio de artículos, por razones prácticas y necesidades de publicación, el contenido de la misma está dividido en tres grandes bloques, como son: fluencia, exposición a altas temperaturas y relación entre módulos estáticos y dinámicos. Para el estudio de la fluencia o deformabilidad a largo plazo bajo carga constante se han realizado ensayos de carga estáticos de larga duración. Por otra parte, se ha efectuado un análisis del comportamiento reológico del hormigón en las distintas normativas, especialmente en el Código Modelo FIB (2010), y se ha buscado un paralelismo entre las previsiones del Código y los resultados obtenidos en los ensayos. Al mismo tiempo se han probado varios modelos reológicos que reproduzcan de forma precisa el comportamiento de la fluencia según el Código y los ensayos. Esto ha permitido ajustar una función, adaptando las especificaciones del Código modelo, que describe la deformación en el tiempo de la Piedra de San Julián. La validez teórica de esta ecuación alcanza períodos temporales similares a los existentes para los ensayos realizados con hormigón. El modelo reológico que se ha obtenido por ajuste de todo el período anterior, consta de cuatro celdas de Kelvin y predice igualmente la deformación por fluencia de la roca. La correcta evaluación de las deformaciones a largo plazo es necesaria siempre que se estudie la intervención en edificaciones históricas, bien sea variando la distribución de cargas, o simplemente realizando obras de mantenimiento de cierto calado. La influencia de la temperatura alcanzada y del proceso de enfriamiento utilizado, se ha analizado sobre 55 muestras de roca calentando a temperaturas de hasta 600 ºC y enfriando por dos métodos: al aire y mediante inmersión en agua, ambas a temperatura ambiente. Los parámetros controlados antes y después del proceso térmico han sido: porosidades abierta y total velocidad de propagación de ondas ultrasónicas, módulo de elasticidad, coeficiente de Poisson, resistencia a compresión uniaxial (UCS) y durabilidad según el ensayo de sequedad, humedad y desmoronamiento, Slake Durability Test (SDT). Como conclusiones más notables cabe destacar: la UCS disminuye en un 35% y en un 5O% según el enfriamiento se haya realizado al aire o por inmersión, mientras que el módulo de elasticidad se reduce entre un 75% y un 80%. Las conclusiones obtenidas son importantes para la determinación del daño estructural producido en un incendio, así como para evaluar la influencia del método de extinción. Por otra parte, pueden servir para estimar indirectamente la temperatura máxima alcanzada en un incendio, de cara a la determinación de los posibles efectos sobre otros elementos constructivos. Para la relación entre módulos estáticos y dinámicos se han estudiado 24 muestras con diferentes grados de deterioro. Con los datos obtenidos en los ensayos se han analizado estadísticamente quince modelos de relación con diferentes combinaciones de variables, y se ha construido la correspondiente matriz de correlación. El coeficiente de determinación más alto corresponde a una relación lineal entre ambos módulos. La determinación del módulo de elasticidad por medios no destructivos y de fácil implementación es muy útil cuando se trata de dictaminar sobre el envejecimiento de un material estructural de este tipo. El valor del módulo con respecto al de la roca intacta es un indicador de las características resistentes y grado de debilitamiento del material. Sin embargo, el módulo bajo cargas gravitatorias -estáticas- difiere en general del obtenido dinámicamente, de una manera diferente según el material que se analice. Aquí se ha obtenido una expresión, que correlaciona con un alto valor del coeficiente de determinación ambos módulos, para la roca estudiada. Los parámetros, relaciones y modelos estudiados y propuestos en esta tesis, suponen un importante avance científico de gran utilidad para la conservación y restauración del patrimonio de edificios y otras obras de carácter histórico-cultural construidas con la Piedra de San Julián. Asimismo, las conclusiones obtenidas y los medios y métodos empleados podrán ser extrapolados a otros materiales similares con las adaptaciones oportunas.

(Table 1) Summary of maximum clast size and bed thickness of ODP Leg 126 samples

Subaerial debris flows, with water contents ranging from as little as 10 wt% up to no more than about 25 wt% (Pierson, 1986; Pierson and Costa, 1987), are non-Newtonian fluids that move as fairly coherent masses with yield strength (owing to bulk densities and viscosity that are much greater than those of clear water), which enables them to suspend and transport large clasts. Their flow behavior is thought to be predominantly laminar, although the relative importance of laminar and turbulent flow has not been established and is debatable. They leave deposits (debrites) that are characteristically poorly sorted with large clasts in their middle portions and commonly protruding from their tops. Although generally ungraded or normally graded in their upper portions, many have centimeter- to decimeter-thick inversely graded basal zones (Arguden and Rodolfo, 1990, doi:10.1130/0016-7606(1990)102<0865:SADDBH>2.3.CO;2).

(Table 1) Composition of basal sediments collected during DSDP Leg 16

Iron-rich sediments chemically similar to those forming at present on the crest of the East Pacific Rise have been found just above basement at widely separated drill sites in the eastern equatorial Pacific, including three sites of Leg 16 of the Deep Sea Drilling Project. These sediments were probably formed when the basement was at the crest of this rise and have moved to their present location as a result of sea-floor spreading.

University of Michigan Men's Basketball Team, 2008

Back Row: ?, Kelvin Grady, Manny Harris, Zack Gibson, Epke Udoh, Eric Pulse, Anthony Wright, ?

?, C.J. Lee, Jevohn Shepherd, Ron Coleman, David Merritt, ?, DeShawn Sims,

University of Michigan Men's Basketball Team, 2008

Back Row: ?, ass't coach Jeff Meyer, ?, Kelvin Grady, Manny Harris, Zack Gibson, Epke Udoh, Eric Pulse, Anthony Wright, ass't coach Bacari Alexander, ?

?. ?, ?, C.J. Lee, Jevohn Shepherd, Ron Coleman, David Merritt, ?, DeShawn Sims, head coach John Beilein, ?

Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy.

Mode of access: Internet.

Mathematical and physical papers,

Vol III. Elasticity, heat, electro-magnetism; IV. Hydrodynamics and general dynamics; V. Thermodynamics, cosmical and geological physics, molecular and crystalline theory, electrodynamics; VI. Voltaic theory, radioactivity, electrons, navigation and tides, miscellaneous.