Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração

O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos, quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura. A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados. Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial. Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos, assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos.

Identificação de danos estruturais a partir do modelo de superfície de resposta

A identificação de danos estruturais é uma questão de fundamental importância na engenharia, visto que uma estrutura está sujeita a processos de deterioração e a ocorrência de danos durante a sua vida útil. A presença de danos compromete o desempenho e a integridade estrutural, podendo colocar vidas humanas em risco e resultam em perdas econômicas consideráveis. Técnicas de identificação de danos estruturais e monitoramento de estruturas fundamentadas no ajuste de um Modelo de Elementos Finitos (MEF) são constantes na literatura especializada. No entanto, a obtenção de um problema geralmente mal posto e o elevado custo computacional, inerente a essas técnicas, limitam ou até mesmo inviabilizam a sua aplicabilidade em estruturas que demandam um modelo de ordem elevada. Para contornar essas dificuldades, na formulação do problema de identificação de danos, pode-se utilizar o Modelo de Superfície de Reposta (MSR) em substituição a um MEF da estrutura. No presente trabalho, a identificação de danos estruturais considera o ajuste de um MSR da estrutura, objetivando-se a minimização de uma função de erro definida a partir das frequências naturais experimentais e das correspondentes frequências previstas pelo MSR. Estuda-se o problema de identificação de danos estruturais em uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, considerando as frequências naturais na formulação do problema inverso. O comportamento de uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada na presença de danos é analisado, com intuito de se verificar as regiões onde a identificação dos mesmos pode apresentar maior dificuldade. No processo de identificação de danos, do presente trabalho, são avaliados os tipos de superfícies de resposta, após uma escolha apropriada do tipo de superfície de resposta a ser utilizado, determina-se a superfície de resposta considerando os dados experimentais selecionados a partir do projeto ótimo de experimentos. A utilização do método Evolução Diferencial (ED) no problema inverso de identificação de danos é considerado inerente aos resultados numéricos obtidos, a estratégia adotada mostrou-se capaz de localizar e quantificar os danos com elevada acurácia, mostrando a potencialidade do modelo de identificação de danos proposto.

Análise de transição entre cabos coaxiais constituída por corrugações e desníveis angulares.

Esta dissertação apresenta um formalismo baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), adequado a análise de descontinuidades coaxiais com simetria axial, entre duas linhas coaxiais quaisquer, incluindo corrugações nos tubos internos e externos. Pelo método de Galerkin-Budnov deduz-se um operador integral bilinear, aplicado ao campo magnético, expandido em todo o domínio da estrutura, coaxial-descontinuidade-coaxial. As portas de entrada e saída da estrutura são posicionadas distantes da descontinuidade, de forma que nelas só haja o modo Transversal Eletromagnético (TEM). O campo magnético procurado e obtido pelo MEF. Os resultados encontrados; perdas de retorno, comportamento do campo magnético e as equi-fases nas portas de entrada e saída da estrutura, foram calculados e confrontados com as do Método de Casamento de Modos (MCM), com um alto grau de concordância.

Análise dinâmica e controle de vibrações de pisos de edificações submetidos a atividades humanas rítmicas.

Um aumento crescente dos problemas estruturais associados à vibração excessiva de pisos de edificações de estruturas mistas (aço-concreto) e de concreto armado devido a atividades humanas rítmicas constitui a principal motivação para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto respaldada na obtenção da resposta dinâmica de pisos mistos (aço-concreto) e de concreto armado, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Para tal, os modelos estruturais estudados baseiam-se em pisos de edificações mistas (aço-concreto) e de concreto armado submetidos a aulas de ginástica aeróbica. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Um estudo paramétrico foi realizado sobre os modelos estruturais investigados e foram obtidos valores elevados para as acelerações de pico violando os critérios de projeto e indicando níveis de vibrações excessivas. Considerando-se os aspectos mencionados anteriormente foi desenvolvida uma estratégia com base em alternativas viáveis para o controle estrutural, objetivando a atenuação das vibrações excessivas a partir da instalação de atenuadores dinâmicos sincronizados (ADS) nos pisos analisados.

Análise vibratória de fundações de máquinas sobre estacas.

A análise de fundações sob solicitações dinâmicas é algo sempre presente em projetos na área industrial. É um campo pouco explorado na área de engenharia geotécnica, onde existem relativamente poucas informações no Brasil, de maneira geral. O método mais comum de realizar essas análises é a simplificação de modelos estruturais a partir do uso de molas. Sabe-se que esses coeficientes de reação têm uma variação relativamente grande e que esse enfoque de projeto pode, em alguns casos, mostrar-se contra a segurança ou levar a superdimensionamentos desnecessários. Verifica-se, então, a necessidade de uma avaliação mais criteriosa, utilizando a interação solo x estrutura, onde as molas comumente utilizadas nas análises vibratórias convencionais são substituídas pela rigidez real do solo quando concebido como um meio contínuo, através de sua discretização pelo método dos elementos finitos. A presente dissertação analisa o problema através do módulo de dinâmica do programa Plaxis 2D. Neste tipo de análise, além da modelagem do solo como um meio contínuo, torna-se possível introduzir condições de contorno específicas ao problema em estudo, múltiplas camadas de solo, sejam horizontais ou inclinadas, além da introdução de amortecedores capazes de evitar a reflexão espúria das ondas incidentes nos limites da malha de elementos finitos e assim modelar mais adequadamente a perda de energia por radiação. A presente dissertação compara medições experimentais e soluções eficientes de métodos vibratórios clássicos com a resposta obtida pelo MEF, mostrando resultados bastante satisfatórios tanto pelos métodos clássicos quanto pelo MEF.

Dimensionamento e análise numérica de pisos industriais de concreto.

Os pisos industriais devem atender aos critérios de segurança, funcionalidade e durabilidade das estruturas de concreto. A fim de analisar o desempenho de placas de concreto apoiadas sobre base elástica quando submetidas a ações diretas e indiretas, foram elaborados diversos modelos analíticos e empíricos. Com o avanço tecnológico e o advento de softwares desenvolvidos através de processos numéricos como o método dos elementos finitos (MEF), a aplicação desses modelos foi facilitada. Este trabalho aborda os métodos de cálculo existentes e utilizados na execução dos projetos estruturais de pisos industriais de concreto.

Análise de vibrações e estudo de conforto humano sobre pisos mistos (aço-concreto) submetidos a ações humanas rítmicas.

Este trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento dinâmico de pisos mistos (aço-concreto) sob a ação de cargas provenientes das atividades humanas rítmicas, especificamente a prática de ginástica aeróbica, sob o ponto de vista do conforto humano. Tal avaliação torna-se necessária por crescentes problemas estruturais associados às vibrações excessivas, decorrentes da concepção de sistemas estruturais com baixos níveis de amortecimento e com frequências naturais cada vez mais baixas e bastante próximas das faixas de frequência das excitações associadas às atividades humanas rítmicas. O modelo estrutural investigado baseiase em um piso misto (aço-concreto) submetido a aulas de ginástica aeróbica. A modelagem numérica do piso misto investigado foi realizada com base no emprego do programa ANSYS e foram utilizadas técnicas de discretização por meio do método dos elementos finitos (MEF). As cargas aplicadas sobre o piso, oriundas das atividades aeróbicas, são simuladas através de dois modelos de carregamentos dinâmicos distintos. Uma extensa análise paramétrica foi desenvolvida sobre o modelo estrutural investigado e a resposta dinâmica do sistema foi obtida, em termos dos deslocamentos e das acelerações, e comparada com os limites recomendados por normas e critérios de projeto. A resposta dinâmica do piso estudado viola os critérios de projeto relativos ao conforto humano e indica níveis de vibrações excessivas nos casos de carregamento dinâmicos analisados nesta dissertação.

Genome-wide SNP and haplotype analyses reveal a rich history underlying dog domestication

Advances in genome technology have facilitated a new understanding of the historical and genetic processes crucial to rapid phenotypic evolution under domestication(1,2). To understand the process of dog diversification better, we conducted an extensive genome-wide survey of more than 48,000 single nucleotide polymorphisms in dogs and their wild progenitor, the grey wolf. Here we show that dog breeds share a higher proportion of multi-locus haplotypes unique to grey wolves from the Middle East, indicating that they are a dominant source of genetic diversity for dogs rather than wolves from east Asia, as suggested by mitochondrial DNA sequence data(3). Furthermore, we find a surprising correspondence between genetic and phenotypic/functional breed groupings but there are exceptions that suggest phenotypic diversification depended in part on the repeated crossing of individuals with novel phenotypes. Our results show that Middle Eastern wolves were a critical source of genome diversity, although interbreeding with local wolf populations clearly occurred elsewhere in the early history of specific lineages. More recently, the evolution of modern dog breeds seems to have been an iterative process that drew on a limited genetic toolkit to create remarkable phenotypic diversity.

Homologous feeder cells support undifferentiated growth and pluripotency in monkey embryonic stem cells

In the present study, five homologous feeder cell lines were developed for the culture and maintenance of rhesus monkey embryonic stem cells (rESCs). Monkey ear skin fibroblasts (MESFs), monkey oviductal fibroblasts (MOFs), monkey follicular granulosa fibroblast-like (MFG) cells, monkey follicular granulosa epithelium-like (MFGE) cells, and clonally derived fibroblasts from MESF (CMESFs) were established and compared with the ability of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) to support rESC growth. MESF, MOF, MFG, and CMESF cells, but not MFGE cells, were as good as or better than MEFs in supporting undifferentiated growth while maintaining the differentiation potential of the rESCs. In an effort to understand the unique properties of supportive feeder cells, expression levels for a number of candidate genes were examined. MOF, MESF, and MEF cells highly expressed leukemia inhibitory factor, ciliary neurotrophic factor, basic fibroblast growth factor, stem cell factor, transforming growth factor PI, bone morphogenetic protein 4, and WNT3A, whereas WNT2, WNT4, and WNT5A were downregulated, compared with MFGE cells. Additionally, all monkey feeder cell lines expressed Dkk1 and LRP6, antagonists of the WNT signaling pathway, but not WNT1, WNT8B, or Dkk2. rESCs grown on homologous feeders maintained normal karyotypes, displayed the characteristics of ESCs, including morphology, alkaline phosphatase, Oct4, the cell surface markers stage-specific embryonic antigen (SSEA)-3, SSEA-4, tumor-related antigen (TRA)-1-60, and TRA-1-81, and formed cystic embryoid bodies in vitro that included differentiated cells representing the three major germ layers. These results indicate that the four homologous feeder cell lines can be used to support the undifferentiated growth and maintenance of pluripotency in rESCs.

U19/Eaf2 Binds to and Stabilizes von Hippel-Lindau Protein

Studies have firmly established a key regulatory role for the tumor suppressor pVHL in the regulation of the vascular system and normal spermatogenesis. Here, we report that knockout of the newly identified tumor suppressor U19/Eaf2 also caused vascular system abnormalities and aspermatogenesis, suggesting a potential link between U19/Eaf2 and pVHL. Coimmunoprecipitation and in vitro binding assays showed an association between U19/Eaf2 and pVHL, whereas deletion mutagenesis revealed the requirement of the NH2 terminus of U19/Eaf2 and both the alpha and beta domains of pVHL for this binding. U19/Eaf2 stabilizes pVHL, as shown by protein stability and pulse-chase studies. Testes and mouse embryonic fibroblasts (MEF) derived from U19/Eaf2 knockout mice expressed reduced levels of pVHL, indicating that full in vivo expression of pVHL indeed requires U19/Eaf2. As expected, U19/Eaf2 knockout MEF cells exhibited an increased level and activity of hypoxia-inducible factor 1 alpha (HIF1 alpha), a protein typically regulated via a pVHL-mediated degradation pathway. Furthermore, angiogenesis in a Matrigel plug assay was significantly increased in U19/Eaf2 knockout mice. The above observations argue that U19/Eaf2 can modulate HIF1 alpha and angiogenesis, possibly via direct binding and stabilization of pVHL. [Cancer Res 2009;69(6):2599-606]

猕猴胚胎干细胞无饲养层培养体系的建立

与啮齿类动物相比，猕猴（Macaca mulatta）在遗传和生理上与人类更接近， 因此猕猴胚胎干细胞具有重要的研究价值，不仅是研究发育生物学基础理论的良 好材料，而且可为细胞替代性治疗提供很好的同种异体移植模型。猕猴胚胎干细 胞常规培养于小鼠胚胎成纤维细胞（mouse embryonic fibroblast, MEF）上，这极 大地限制了对猕猴胚胎干细胞的研究和应用，因此，需要建立猕猴胚胎干细胞的 无饲养层培养体系。 本文以猕猴胚胎干细胞系IVF3.2（本实验室自主分离建系，来源于猕猴体 外受精胚胎）为研究对象，研究了在以Matrigel (growth factor reduced, BD)作为 胞外基质，以MEF 条件培养基为培养基，以trypsin 消化传代的无饲养层培养体 系中，猕猴胚胎干细胞的生长及分化能力，并比较了猕猴胚胎干细胞IVF3.2 在 无饲养层和有饲养层两种不同培养条件下的细胞周期分布及冻存复苏效率。主要 结论如下：1）经过鉴定，在本研究建立的无饲养层培养体系中，猕猴胚胎干细 胞IVF3.2 能够保持胚胎干细胞的两个基本特征，即分化的多能性和自我更新的 无限增殖能力；2）两种培养体系下的IVF3.2 的细胞周期分布没有显著差异，均 具有胚胎干细胞独特的细胞周期结构之一，即大部分细胞处于S 期（>50%的细 胞）；3）无饲养层培养的IVF3.2 冻存后能高效复苏，采用常规慢速冷冻法冻存 无饲养层培养的IVF3.2，复苏后的细胞存活率高达83%，明显高于常规培养的 IVF3.2 的冻存效率。

Hemizygosity for Atm and Brca1 influence the balance between cell transformation and apoptosis

Background: In recent years data from both mouse models and human tumors suggest that loss of one allele of genes involved in DNA repair pathways may play a central role in genomic instability and carcinogenesis. Additionally several examples in mouse models confirmed that loss of one allele of two functionally related genes may have an additive effect on tumor development. To understand some of the mechanisms involved, we examined the role of monoallelic loss or Atm and Brca1 on cell transformation and apoptosis induced by radiation. Methods: Cell transformation and apoptosis were measured in mouse embryo fibroblasts (MEF) and thymocytes respectively. Combinations of wild type and hemizygous genotypes for ATM and BRCA1 were tested in various comparisons. Results: Haploinsufficiency of either ATM or BRCA1 resulted in an increase in the incidence of radiation-induced transformation of MEF and a corresponding decrease in the proportion of thymocytes dying an apoptotic death, compared with cells from wild-type animals. Combined haploinsufficiency for both genes resulted in an even larger effect on apoptosis. Conclusions: Under stress, the efficiency and capacity for DNA repair mediated by the ATM/BRCA1 cell signalling network depends on the expression levels of both proteins.

New phosphorescence based probes and techniques for the analysis of cellular oxygen and respiration

Real time monitoring of oxygenation and respiration is on the cutting edge of bioanalysis, including studies of cell metabolism, bioenergetics, mitochondrial function and drug toxicity. This thesis presents the development and evaluation of new luminescent probes and techniques for intracellular O2 sensing and imaging. A new oxygen consumption rate (OCR) platform based on the commercial microfluidic perfusion channel μ-slides compatible with extra- and intracellular O2 sensitive probes, different cell lines and measurement conditions was developed. The design of semi-closed channels allowed cell treatments, multiplexing with other assays and two-fold higher sensitivity to compare with microtiter plate. We compared three common OCR platforms: hermetically sealed quartz cuvettes for absolute OCRs, partially sealed with mineral oil 96-WPs for relative OCRs, and open 96-WPs for local cell oxygenation. Both 96-WP platforms were calibrated against absolute OCR platform with MEF cell line, phosphorescent O2 probe MitoXpress-Intra and time-resolved fluorescence reader. Found correlations allow tracing of cell respiration over time in a high throughput format with the possibility of cell stimulation and of changing measurement conditions. A new multimodal intracellular O2 probe, based on the phosphorescent reporter dye PtTFPP, fluorescent FRET donor and two-photon antennae PFO and cationic nanoparticles RL-100 was described. This probe, called MM2, possesses high brightness, photo- and chemical stability, low toxicity, efficient cell staining and high-resolution intracellular O2 imaging with 2D and 3D cell cultures in intensity, ratiometric and lifetime-based modalities with luminescence readers and FLIM microscopes. Extended range of O2 sensitive probes was designed and studied in order to optimize their spectral characteristics and intracellular targeting, using different NPs materials, delivery vectors, ratiometric pairs and IR dyes. The presented improvements provide useful tool for high sensitive monitoring and imaging of intracellular O2 in different measurement formats with wide range of physiological applications.

Blast-wave absorption capacity of sandwich structures incorporating cellular materials

A incorporação de materiais absorsores de energia (AE) em sistemas de protecção é uma clara possibilidade de melhoraria do seu desempenho, devido à elevada relação entre a sua resistência e o seu peso, e a excelente capacidade para absorverem energia quando solicitados dinamicamente. As propriedades mecânicas da cortiça (e.g. a baixa densidade e a elevada rigidez e resistência específicas) sugerem que este material — assim como os seus derivados — podem apresentar propriedades excelentes quando aplicados como núcleos em sistemas AE do tipo estrutura sanduíche. Esta dissertação engloba trabalho experimental e numérico. O primeiro conjunto de testes experimentais consistiu na caracterização experimental dinâmica (ondas de choque de explosivos) do comportamento de dois micra aglomerados de cortiça (MAC), NL20 e TB40. Um pendulo balístico de 4 cabos foi usado para a medição do impulso transmitido a uma amostra de MAC impactada por uma onda de choque com origem na detonação de um explosivo energético. Foi registado o movimento do pêndulo e os valores de força resultantes. Um modelo numérico do problema recorrendo ao método dos elementos finitos (MEF) foi também desenvolvido, apresentando uma elevada correlação com a análise experimental, permitindo assim o desenvolvimento de um modelo constitutivo adequado à modelação do comportamento dinâmico dos MAC neste tipo de solicitações. Na segunda fase de testes experimentais, os MAC testados anteriormente são incorporados como núcleos em estruturas sanduíche com faces de alumínio (liga 5754-H22). Foram medidos os valores de defleção e o impulso transmitido ao pêndulo através do movimento oscilatório. São determinados os efeitos da densidade e da espessura dos núcleos na resposta estrutural do sistema. Também neste caso foi desenvolvido um modelo recorrendo ao MEF e posteriormente validado com resultados experimentais.