Constraining the active tectonic deformation of Andaman-Nicobar Arc in the background of December 26,2004 Great Sumatra-Andaman Earthquake

The Andaman-Nicobar Islands in the Bay of Bengal lies in a zone where the Indian plate subducts beneath the Burmese microplate, and therefore forms a belt of frequent earthquakes. Few efforts, not withstanding the available historical and instrumental data were not effectively used before the Mw 9.3 Sumatra-Andaman earthquake to draw any inference on the spatial and temporal distribution of large subduction zone earthquakes in this region. An attempt to constrain the active crustal deformation of the Andaman-Nicobar arc in the background of the December 26, 2004 Great Sumatra-Andaman megathrust earthquake is made here, thereby presenting a unique data set representing the pre-seismic convergence and co-seismic displacement.Understanding the mechanisms of the subduction zone earthquakes is both challenging sCientifically and important for assessing the related earthquake hazards. In many subduction zones, thrust earthquakes may have characteristic patterns in space and time. However, the mechanism of mega events still remains largely unresolved.Large subduction zone earthquakes are usually associated with high amplitude co-seismic deformation above the plate boundary megathrust and the elastic relaxation of the fore-arc. These are expressed as vertical changes in land level with the up-dip part of the rupture surface uplifted and the areas above the down-dip edge subsided. One of the most characteristic pattern associated with the inter-seismic era is that the deformation is in an opposite sense that of co-seismic period.This work was started in 2002 to understand the tectonic deformation along the Andaman-Nicobar arc using seismological, geological and geodetic data. The occurrence of the 2004 megathrust earthquake gave a new dimension to this study, by providing an opportunity to examine the co-seismic deformation associated with the greatest earthquake to have occurred since the advent of Global Positioning System (GPS) and broadband seismometry. The major objectives of this study are to assess the pre-seismic stress regimes, to determine the pre-seismic convergence rate, to analyze and interpret the pattern of co-seismic displacement and slip on various segments and to look out for any possible recurrence interval for megathrust event occurrence for Andaman-Nicobar subduction zone. This thesis is arranged in six chapters with further subdivisions dealing all the above aspects.

Numerical Investigations on Soil Structure Interaction of Multistorey Frames

Frames are the most widely used structural system for multistorey buildings. A building frame is a three dimensional discrete structure consisting of a number of high rise bays in two directions at right angles to each other in the vertical plane. Multistorey frames are a three dimensional lattice structure which are statically indeterminate. Frames sustain gravity loads and resist lateral forces acting on it. India lies at the north westem end of the Indo-Australian tectonic plate and is identified as an active tectonic area. Under horizontal shaking of the ground, horizontal inertial forces are generated at the floor levels of a multistorey frame. These lateral inertia forces are transferred by the floor slab to the beams, subsequently to the columns and finally to the soil through the foundation system. There are many parameters that affect the response of a structure to ground excitations such as, shape, size and geometry of the structure, type of foundation, soil characteristics etc. The Soil Structure Interaction (SS1) effects refer to the influence of the supporting soil medium on the behavior of the structure when it is subjected to different types of loads. Interaction between the structure and its supporting foundation and soil, which is a complete system, has been modeled with finite elements. Numerical investigations have been carried out on a four bay, twelve storeyed regular multistorey frame considering depth of fixity at ground level, at characteristic depth of pile and at full depth. Soil structure interaction effects have been studied by considering two models for soil viz., discrete and continuum. Linear static analysis has been conducted to study the interaction effects under static load. Free vibration analysis and further shock spectrum analysis has been conducted to study the interaction effects under time dependent loads. The study has been extended to four types of soil viz., laterite, sand, alluvium and layered.The structural responses evaluated in the finite element analysis are bending moment, shear force and axial force for columns, and bending moment and shear force for beams. These responses increase with increase in the founding depth; however these responses show minimal increase beyond the characteristic length of pile. When the soil structure interaction effects are incorporated in the analysis, the aforesaid responses of the frame increases upto the characteristic depth and decreases when the frame has been analysed for the full depth. It has been observed that shock spectrum analysis gives wide variation of responses in the frame compared to linear elastic analysis. Both increase and decrease in responses have been observed in the interior storeys. The good congruence shown by the two finite element models viz., discrete and continuum in linear static analysis has been absent in shock spectrum analysis.

Integer filling facfor phases and isospin in vertical diatomic artificial molecules

Integer filling factor phases of many-electron vertically coupled diatomic artificial quantum dot molecules are investigated for different values of the interdot coupling. The experimental results are analyzed within local-spin density functional theory for which we have determined a simple lateral confining potential law that can be scaled for the different coupling regimes, and Hartree-Fock theory. Maximum density droplets composed of electrons in both bonding and antibonding or just bonding states are revealed, and interesting isospin-flip physics appears for weak interdot coupling when the systematic depopulation of antibonding states leads to changes in isospin.

Studies on the horizontal and vertical distribution of clouds and their impact on energetics of the Atmosphere over the Indian Region

Motivation for the present study is to improve the scienti c understanding on the prominent gap areas in the average three-dimensional distribution of clouds and their impact on the energetics of the earth-atmosphere system. This study is focused on the Indian subcontinent and the surrounding oceans bound within the latitude-longitude bands of 30 S to 30 N and 30 E to 110 E. Main objectives of this study are to : (i) estimate the monthly and seasonal mean vertical distributions of clouds and their spatial variations (which provide the monthly and seasonal mean 3-dimensional distributions of clouds) using multi-year satellite data and investigate their association with the general circulation of the atmosphere, (ii) investigate the characteristics of the `pool of inhibited cloudiness' that appear over the southwest Bay of Bengal during the Asian summer monsoon season (revealed by the 3-dimensional distribution of clouds) and identify the potential mechanisms for its genesis, (iii) investigate the role of SST and atmospheric thermo-dynamical parameters in regulating the vertical development and distribution of clouds, (iv) investigate the vertical distribution of tropical cirrus clouds and their descending nature using lidar observations at Thiruvananthapuram (8.5 N, 77 E), a tropical coastal station at the southwest Peninsular India, and (v) assessment of the impact of clouds on the energetics of the earth-atmosphere system, by estimating the regional seasonal mean cloud radiative forcing at top-of-the-atmosphere (TOA) and latent heating of the atmosphere by precipitating clouds using satellite data

Strength Predictions of Hat Stiffened Plate

Hat Stiffened Plates are used in composite ships and are gaining popularity in metallic ship construction due to its high strength-to-weight ratio. Light weight structures will result in greater payload, higher speeds, reduced fuel consumption and environmental emissions. Numerical Investigations have been carried out using the commercial Finite Element software ANSYS 12 to substantiate the high strength-to-weight ratio of Hat Stiffened Plates over other open section stiffeners which are commonly used in ship building. Analysis of stiffened plate has always been a matter of concern for the structural engineers since it has been rather difficult to quantify the actual load sharing between stiffeners and plating. Finite Element Method has been accepted as an efficient tool for the analysis of stiffened plated structure. Best results using the Finite Element Method for the analysis of thin plated structures are obtained when both the stiffeners and the plate are modeled using thin plate elements having six degrees of freedom per node. However, one serious problem encountered with this design and analysis process is that the generation of the finite element models for a complex configuration is time consuming and laborious. In order to overcome these difficulties two different methods viz., Orthotropic Plate Model and Superelement for Hat Stiffened Plate have been suggested in the present work. In the Orthotropic Plate Model geometric orthotropy is converted to material orthotropy i.e., the stiffeners are smeared and they vanish from the field of analysis and the structure can be analysed using any commercial Finite Element software which has orthotropic elements in its element library. The Orthotropic Plate Model developed has predicted deflection, stress and linear buckling load with sufficiently good accuracy in the case of all four edges simply supported boundary condition. Whereas, in the case of two edges fixed and other two edges simply supported boundary condition even though the stress has been predicted with good accuracy there has been large variation in the deflection predicted. This variation in the deflection predicted is because, for the Orthotropic Plate Model the rigidity is uniform throughout the plate whereas in the actual Hat Stiffened Plate the rigidity along the line of attachment of the stiffeners to the plate is large as compared to the unsupported portion of the plate. The Superelement technique is a method of treating a portion of the structure as if it were a single element even though it is made up of many individual elements. The Superelement has predicted the deflection and in-plane stress of Hat Stiffened Plate with sufficiently good accuracy for different boundary conditions. Formulation of Superelement for composite Hat Stiffened Plate has also been presented in the thesis. The capability of Orthotropic Plate Model and Superelement to handle typical boundary conditions and characteristic loads in a ship structure has been demonstrated through numerical investigations.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Micro-electromechanical structural design and optimization of vertical cavity photonic devices with wide continuous tuning

Diese Arbeit umfaßt das elektromechanische Design und die Designoptimierung von weit durchstimmbaren optischen multimembranbasierten Bauelementen, mit vertikal orientierten Kavitäten, basierend auf der Finiten Element Methode (FEM). Ein multimembran InP/Luft Fabry-Pérot optischer Filter wird dargestellt und umfassend analysiert. In dieser Arbeit wird ein systematisches strukturelles Designverfahren dargestellt. Genaue analytische elektromechanischer Modelle für die Bauelemente sind abgeleitet worden. Diese können unschätzbare Werkzeuge sein, um am Anfang der Designphase schnell einen klaren Einblick zur Verfügung zu stellen. Mittels des FEM Programms ist der durch die nicht-lineare Verspannung hervorgerufene versteifende Effekt nachgeforscht und sein Effekt auf die Verlängerung der mechanischen Durchstimmungsstrecke der Bauelemente demonstriert worden. Interessant war auch die Beobachtung, dass die normierte Relation zwischen Ablenkung und Spannung ein unveränderliches Profil hat. Die Deformation der Membranflächen der in dieser Arbeit dargestellten Bauelementformen erwies sich als ein unerwünschter, jedoch manchmal unvermeidbarer Effekt. Es zeigt sich aber, dass die Wahl der Größe der strukturellen Dimensionen den Grad der Membrandeformation im Falle der Aktuation beeinflusst. Diese Arbeit stellt ein elektromechanisches in FEMLAB implementierte quasi-3D Modell, das allgemein für die Modellierung dünner Strukturen angewendet werden kann, dar; und zwar indem man diese als 2D-Objekte betrachtet und die dritte Dimension als eine konstante Größe (z.B. die Schichtdicke) oder eine Größe, welche eine mathematische Funktion ist, annimmt. Diese Annahme verringert drastisch die Berechnungszeit sowie den erforderlichen Arbeitsspeicherbedarf. Weiter ist es für die Nachforschung des Effekts der Skalierung der durchstimmbaren Bauelemente verwendet worden. Eine neuartige Skalierungstechnik wurde abgeleitet und verwendet. Die Ergebnisse belegen, dass das daraus resultierende, skalierte Bauelement fast genau die gleiche mechanische Durchstimmung wie das unskalierte zeigt. Die Einbeziehung des Einflusses von axialen Verspannungen und Gradientenverspannungen in die Berechnungen erforderte die Änderung der Standardimplementierung des 3D Mechanikberechnungsmodus, der mit der benutzten FEM Software geliefert wurde. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen einen großen Einfluss der Verspannung auf die Durchstimmungseigenschaften der untersuchten Bauelemente. Ferner stimmten die Ergebnisse der theoretischen Modellrechnung mit den experimentellen Resultaten sehr gut überein.

Modeling, Estimation, and Control of Robot-Soil Interactions

This thesis presents the development of hardware, theory, and experimental methods to enable a robotic manipulator arm to interact with soils and estimate soil properties from interaction forces. Unlike the majority of robotic systems interacting with soil, our objective is parameter estimation, not excavation. To this end, we design our manipulator with a flat plate for easy modeling of interactions. By using a flat plate, we take advantage of the wealth of research on the similar problem of earth pressure on retaining walls. There are a number of existing earth pressure models. These models typically provide estimates of force which are in uncertain relation to the true force. A recent technique, known as numerical limit analysis, provides upper and lower bounds on the true force. Predictions from the numerical limit analysis technique are shown to be in good agreement with other accepted models. Experimental methods for plate insertion, soil-tool interface friction estimation, and control of applied forces on the soil are presented. In addition, a novel graphical technique for inverting the soil models is developed, which is an improvement over standard nonlinear optimization. This graphical technique utilizes the uncertainties associated with each set of force measurements to obtain all possible parameters which could have produced the measured forces. The system is tested on three cohesionless soils, two in a loose state and one in a loose and dense state. The results are compared with friction angles obtained from direct shear tests. The results highlight a number of key points. Common assumptions are made in soil modeling. Most notably, the Mohr-Coulomb failure law and perfectly plastic behavior. In the direct shear tests, a marked dependence of friction angle on the normal stress at low stresses is found. This has ramifications for any study of friction done at low stresses. In addition, gradual failures are often observed for vertical tools and tools inclined away from the direction of motion. After accounting for the change in friction angle at low stresses, the results show good agreement with the direct shear values.

Fiabilitat de les proves de força en salt vertical i velocitat de cursa en escolars de 6 a 8 anys. 'Fiabilidad de las pruebas de fuerza en salto vertical y velocidad de carrera en escolares de 6 a 8 años'.

Resumen tomado de la publicación

Si el eje de ordenadas es vertical, ¿qué podemos decir de las alturas de un triángulo?

Resumen de la autora. Este artículo pertenece a un número en homenaje a Gonzalo Sánchez Vázquez

Unidad de movilidad vertical de Rifton.

Vídeo subtitulado en castellano

La dimensión horizontal y vertical del lugar, en los trabajos prácticos geológicos.

El presente trabajo discute cómo en geología el contexto de un lugar, al ser enfocado en los trabajos de campo y en las actividades de aula en sus dimensiones horizontal y vertical, permite el tratamiento de problemáticas ambientales no usuales en la enseñanza delas ciencias. Se ejemplifica a través de la situación de una región de Brasil y en las actividades de apoyo didáctico.