Weierstrass integrability of differential equations

The integrability problem consists in finding the class of functions a first integral of a given planar polynomial differential system must belong to. We recall the characterization of systems which admit an elementary or Liouvillian first integral. We define {\it Weierstrass integrability} and we determine which Weierstrass integrable systems are Liouvillian integrable. Inside this new class of integrable systems there are non--Liouvillian integrable systems.

Flow resistance equations for mountain rivers

Three models of flow resistance (a Keulegan-type logarithmic law and two models developed for large-scale roughness conditions: the full logarithmic law and a model based on an inflectional velocity profile) were calibrated, validated and compared using an extensive database (N = 1,533) from rivers and flumes, representative of a wide hydraulic and geomorphologic range in the field of gravel-bed and mountain channels. It is preferable to apply the model based on an inflectional velocity profile in the relative submergence (y/d90) interval between 0.5 and 15, while the full logarithmic law is preferable for values below 0.5. For high relative submergence, above 15, either the logarithmic law or the full logarithmic law can be applied. The models fitted to the coarser percentiles are preferable to those fitted to the median diameter, owing to the higher explanatory power achieved by setting a model, the smaller difference in the goodness-of-fit between the different models and the lower influence of the origin of the data (river or flume).

Increased risk of cardiovascular disease (CVD) with age in HIV-positive men : a comparison of the D:A:D CVD risk equation and general population CVD risk equations

OBJECTIVES: The aim of the study was to statistically model the relative increased risk of cardiovascular disease (CVD) per year older in Data collection on Adverse events of anti-HIV Drugs (D:A:D) and to compare this with the relative increased risk of CVD per year older in general population risk equations. METHODS: We analysed three endpoints: myocardial infarction (MI), coronary heart disease (CHD: MI or invasive coronary procedure) and CVD (CHD or stroke). We fitted a number of parametric age effects, adjusting for known risk factors and antiretroviral therapy (ART) use. The best-fitting age effect was determined using the Akaike information criterion. We compared the ageing effect from D:A:D with that from the general population risk equations: the Framingham Heart Study, CUORE and ASSIGN risk scores. RESULTS: A total of 24 323 men were included in analyses. Crude MI, CHD and CVD event rates per 1000 person-years increased from 2.29, 3.11 and 3.65 in those aged 40-45 years to 6.53, 11.91 and 15.89 in those aged 60-65 years, respectively. The best-fitting models included inverse age for MI and age + age(2) for CHD and CVD. In D:A:D there was a slowly accelerating increased risk of CHD and CVD per year older, which appeared to be only modest yet was consistently raised compared with the risk in the general population. The relative risk of MI with age was not different between D:A:D and the general population. CONCLUSIONS: We found only limited evidence of accelerating increased risk of CVD with age in D:A:D compared with the general population. The absolute risk of CVD associated with HIV infection remains uncertain.

The Dynamics of Force Fluctuations in Shear Granular Flows

Tämän työn tavoitteena oli tutkia rakeisen materiaalin kinematiikkaa ja rakentaa koelaitteisto rakeisen materiaalin leikkausjännitysvirtauksien tutkimiseen. Kokeellisessa osassa on keskitytty sisäisiin voimaheilahteluihin ja niiden ymmärtämiseen. Teoriaosassa on käyty läpi rakeisen materiaalin yleisiä ominaisuuksia ja lisäksi on esitetty kaksi eri tapaa mallintaa fysikaalisien ominaisuuksien heilahteluja rakeisessa materiaalissa. Nämä kaksi esitettyä mallinnusmenetelmää ovat skalaarinen q-malli ja simulointi. Skalaarinen q-malli määrittelee jokaiseen yksittäiseen rakeeseen kohdistuvan jännityksen, rakeen ollessa osa 2- tai 3-dimensionaalista asetelmaa. Tämän mallin perusidea on kuvata jännityksien epähomogeenisuutta, joka johtuu rakeiden satunnaisasettelusta. Simulointimallinnus perustuu event-driven algoritmiin, missä systeemin dynamiikkaa kuvataan yksittäisillä partikkelien törmäyksillä. Törmäyksien vaiheet ratkaistiin käyttämällä liikemääräyhtälöitä ja restituution määritelmää. Teoriaosuudessa käytiin vielä pieniltä osin läpi syitä jännitysheilahteluihin ja rakeisen materiaalin lukkiintumiseen. Tutkimuslaitteistolla tutkittiin rakeisen materiaalin käyttäytymistä rengasmaisessa leikkausjännitysvirtauksessa. Tutkimusosuuden päätavoitteena oli mitata partikkelien kosketuksista ja törmäyksistä johtuvia hetkellisiä voimaheilahteluja rengastilavuuden pohjalta. Rakeisena materiaalina tutkimuksessa käytettiin teräskuulia. Jännityssignaali ajan funktiona osoittaa suurta heilahtelua, joka voi olla jopa kertalukua keskiarvosta suurempaa. Tällainen suuren amplitudin omaava heilahtelu on merkittävä haittapuoli yleisesti rakeisissa materiaaleissa käytettyjen jatkuvuusmallien kanssa. Tällainen heilahtelu tekee käytetyt jatkuvuusmallit epäpäteviksi. Yleisellä tasolla jännityksien todennäköisyysjakauma on yhtäpitävä skalaarisen q-mallin tuloksien kanssa. Molemmissa tapauksissa todennäköisyysjakaumalla on eksponentiaalinen muoto.

Renewal equations for option pricing

In this paper we will develop a methodology for obtaining pricing expressions for financial instruments whose underlying asset can be described through a simple continuous-time random walk (CTRW) market model. Our approach is very natural to the issue because it is based in the use of renewal equations, and therefore it enhances the potential use of CTRW techniques in finance. We solve these equations for typical contract specifications, in a particular but exemplifying case. We also show how a formal general solution can be found for more exotic derivatives, and we compare prices for alternative models of the underlying. Finally, we recover the celebrated results for the Wiener process under certain limits.

Development of a PC Tool for Estimating Pressure Drops in Forced-convection Boiler Tubes

Kaksifaasivirtauksen kuvaamiseen käytettävät mallit, ja menetelmät kaksifaasivirtauksen painehäviön määrittämiseksi kehittyvät yhä monimutkaisimmiksi. Höyrystinputkissa tapahtuvien painehäviöiden arvioinnin vaatiman laskennan suorittamiseksi tietokoneohjelman kehittäminen on välttämätöntä. Tässä työssä on kehitetty itsenäinen PC-ohjelma painehäviöiden arvioimiseksi pakotetulle konvektiovirtaukselle pystysuorissa höyrykattilan höyrystinputkissa. Veden ja vesihöyryn aineominaisuuksien laskentaan käytetään IAPWS-IF97 –yhtälökokoelmaa sekä muita tarvittavia IAPWS:n suosittelemia yhtälöitä. Höyrystinputkessa kulloinkin vallitsevan virtausmuodon määrittämiseen käytetään sovelluskelpoisia virtausmuotojen välisiä rajoja kuvaavia yhtälöitä. Ohjelmassa käytetään painehäviön määritykseen kirjallisuudessa julkaistuja yhtälöitä, virtausmuodosta riippuen, alijäähtyneelle virtaukselle, kupla-, tulppa- ja rengasvirtaukselle sekä tulistetun höyryn virtaukselle. Ohjelman laskemia painehäviöarvioita verrattiin kirjallisuudesta valittuihin mittaustuloksiin. Laskettujen painehäviöiden virhe vaihteli välillä –19.5 ja +23.9 %. Virheiden itseisarvojen keskiarvo oli 12.8 %.

Langevin equations with multiplicative noise: Application to domain growth

Langevin Equations of Ginzburg-Landau form, with multiplicative noise, are proposed to study the effects of fluctuations in domain growth. These equations are derived from a coarse-grained methodology. The Cahn-Hiliard-Cook linear stability analysis predicts some effects in the transitory regime. We also derive numerical algorithms for the computer simulation of these equations. The numerical results corroborate the analytical predictions of the linear analysis. We also present simulation results for spinodal decomposition at large times.

The development of an information infrastructure for cost estimating in the automotive industry

Työn tavoitteena on luoda yleinen informaatioinfrastruktuuri autoteollisuuden valmistuskustannusten arviointiin. Nykyään tämä kustannusarviointi on laajassa käytössä oleva menetelmä. Se mahdollistaa tuotekustannusten hallitsemisen, mikä lisää autovalmistajien kilpailukykyä. Kustannusarvioinnissa tarvitaan laadukasta tietoa, mutta suoritetussa tutkimuksessa paljastui, että useat seikat haittaavat tätä arviointia. Erityisesti resurssien vähyys, tiedonhankinta ja tiedon luotettavuuden varmentaminen aiheuttavat ongelmia. Nämä seikat ovat johtaneet kokemusperäisen asiantuntemuksen laajaan käyttöön, minkä johdosta erityisesti kokemattomilla kustannusarvioijilla on vaikeuksia ymmärtää kustannusarvioiden tietovaatimuksia. Tämän johdosta tutkimus tuo esiin kokeneiden kustannusarvioijien käyttämiä tietoja ja tietolähteitä päämääränä lisätä kustannusarvioiden ymmärtämistä. Informaatioinfrastruktuuri, joka sisältää tarvittavan tiedon järkevien ja luotettavien kustannusarvioiden luontiin, perustuu tutkimuksen tuloksiin. Infrastruktuuri määrittelee tarvittavan kustannustiedon ja niiden mahdolliset tietolähteet. Lisäksi se selvittää miksi tieto on tarpeellista ja miten tiedon oikeellisuus pitäisi varmentaa. Infrastruktuuria käytetään yhdessä yleisen kustannusarvioprosessimallin kanssa. Tämä integrointi johtaa tarkempiin ja selkeämpiin kustannusarvioihin autoteollisuudessa.

Anticipating linear stochastic differential equations driven by a Lévy process

In this paper we study the existence of a unique solution for linear stochastic differential equations driven by a Lévy process, where the initial condition and the coefficients are random and not necessarily adapted to the underlying filtration. Towards this end, we extend the method based on Girsanov transformations on Wiener space and developped by Buckdahn [7] to the canonical Lévy space, which is introduced in [25].

Väsyttävästi kuormitettujen hitsattujen rakenteiden suunnittelukäytännön kehittäminen

Hitsatuilla rakenteilla väsyminen on keskeinen vauriotekijä. Väsymiskestoiän laskentaan on olemassa useita erilaisia menetelmiä, joista hot spot ﷓menetelmä on hitsattujen rakenteiden yhteydessä yhä yleistyvä ja sangen käyttökelpoinen. Hot spot menetelmässä kestoikälaskenta perustuu rakenteellisen jännityksen vaihteluun ja pieneen joukkoon kokeellisesti määrättyjä Wöhler-käyriä. Rakenteellinen jännitys voidaan määrittää joko prototyypistä mittaamalla, elementtimenetelmällä laskemalla tai parametristen kerrointen avulla. Suunnittelukäytännön kehittämisessä tutkittiin esimerkkirakenteena Rammer RC 22 leikkurimurskainta. Tarkoituksena oli mitata murskaimesta voimasuureita, joita voitaisiin käyttää kuormitustietona laskettaessa jännityksiä elementtimenetelmällä. Myöhempien laskentatulosten verifiointia varten mitattiin lisäksi muutamia hot spot ﷓jännityksiä. Työn kokeellinen puoli keskittyi voimasuuremittauksiin ja niistä saatavien tulosten saattamiseen sopusointuun vapaakappalemallien kanssa. Suoritettiin lukuisia kalibrointimittauksia ja mittausjärjestelyä kehitettiin, kunnes syyt aluksi saatujen mittaustulosten virheellisyyteen selvisivät. Leikkausvoimamittausten osalta tuloksia verifioitiin elementtimenetelmälaskelmin. Työn tuloksena saatiin luotua toimiva pohja voimasuure- ja hot spot ﷓mittauksille. Jatkossa voidaan siirtyä tekemään mittauksia todellisissa työskentelytilanteissa.

Exploring Non-linear Transformations for an Entropybased Voice Activity Detector

In this paper we explore the use of non-linear transformations in order to improve the performance of an entropy based voice activity detector (VAD). The idea of using a non-linear transformation comes from some previous work done in speech linear prediction (LPC) field based in source separation techniques, where the score function was added into the classical equations in order to take into account the real distribution of the signal. We explore the possibility of estimating the entropy of frames after calculating its score function, instead of using original frames. We observe that if signal is clean, estimated entropy is essentially the same; but if signal is noisy transformed frames (with score function) are able to give different entropy if the frame is voiced against unvoiced ones. Experimental results show that this fact permits to detect voice activity under high noise, where simple entropy method fails.

Estimating the Ontogenetic Status of an Enantiornithine Bird from the Lower Barremian of El Montsec, Central Pyrenees, Spain.

An Enantiornithes specimen from El Montsec was initially described as an immature individual based upon qualitative traits such as its relatively large orbit and overall proportions of the skull and the postcranium. In this study we re-evaluate the precise determination of the ontogenetic stage of this individual, establishing a cross-talk among taphonomic, anatomic, and morphometric data. The exceptional preservation of the specimen has allowed pondering ontogenetic influence versus preservational bias in features like the external patterns of bone surfaces, instead of being aprioristically considered due to taphonomic alterations only. The rough texture of the periosteal bone associated with pores in the distal, proximal and mid-shaft areas of the humeral shaft, indicates a subadult stage when compared with long bones of modern birds. Forelimb proportions of embryo and juvenile Enanthiornithes are equivalent to those of adult individuals of other taxa within this clade, though this is not a reliable criterion for establishing a precise ontogenetic stage. The El Montsec specimen may be attributed a close adulthood, yet only if growth regimes in Enantiornithes are considered equivalent to those in Neornithes birds.

A Method for Estimating Short-term Profitability, Case Stora Enso Packaging Boards

Tutkimuksen tavoitteena oli rakentaa case yritykselle malli lyhyen aikavälin kannattavuuden estimointia varten. Tutkimusmetodi on konstruktiivinen, ja malli kehitettiin laskentaihmisten avustuksella. Teoriaosassa käytiin kirjallisuuskatsauksen avulla läpi kannattavuutta, budjetointia sekä itse ennustamista. Teoriaosassa pyrittiin löytämään sellaisia menetelmiä, joita voitaisiin käyttää lyhyen aikavälin kannattavuuden estimoinnissa. Rakennettavalle mallille asetettujen vaatimusten mukaan menetelmäksi valittiin harkintaan perustuva menetelmä (judgmental). Tutkimuksen mukaan kannattavuuteen vaikuttaa myyntihinta ja –määrä, tuotanto, raaka-aineiden hinnat ja varaston muutos. Rakennettu malli toimii kohdeyrityksessä kohtalaisen hyvin ja huomattavaa on se, että eri tehtaiden ja eri koneiden väliset erot saattavat olla kohtuullisen suuret. Nämä erot johtuvat pääasiassa tehtaan koosta ja mallien erilaisuudesta. Mallin käytännön toimivuus tulee kuitenkin parhaiten selville silloin, kun se on laskentaihmisten käytössä. Ennustamiseen liittyy kuitenkin aina omat ongelmansa ja uudetkaan menetelmät eivät välttämättä poista näitä ongelmia.

Estimating 750 years of temperature variations and uncertainties in the Pyrenees by tree-ring reconstructions and climate simulations.

Past temperature variations are usually inferred from proxy data or estimated using general circulation models. Comparisons between climate estimations derived from proxy records and from model simulations help to better understand mechanisms driving climate variations, and also offer the possibility to identify deficiencies in both approaches. This paper presents regional temperature reconstructions based on tree-ring maximum density series in the Pyrenees, and compares them with the output of global simulations for this region and with regional climate model simulations conducted for the target region. An ensemble of 24 reconstructions of May-to-September regional mean temperature was derived from 22 maximum density tree-ring site chronologies distributed over the larger Pyrenees area. Four different tree-ring series standardization procedures were applied, combining two detrending methods: 300-yr spline and the regional curve standardization (RCS). Additionally, different methodological variants for the regional chronology were generated by using three different aggregation methods. Calibration verification trials were performed in split periods and using two methods: regression and a simple variance matching. The resulting set of temperature reconstructions was compared with climate simulations performed with global (ECHO-G) and regional (MM5) climate models. The 24 variants of May-to-September temperature reconstructions reveal a generally coherent pattern of inter-annual to multi-centennial temperature variations in the Pyrenees region for the last 750 yr. However, some reconstructions display a marked positive trend for the entire length of the reconstruction, pointing out that the application of the RCS method to a suboptimal set of samples may lead to unreliable results. Climate model simulations agree with the tree-ring based reconstructions at multi-decadal time scales, suggesting solar variability and volcanism as the main factors controlling preindustrial mean temperature variations in the Pyrenees. Nevertheless, the comparison also highlights differences with the reconstructions, mainly in the amplitude of past temperature variations and in the 20th century trends. Neither proxy-based reconstructions nor model simulations are able to perfectly track the temperature variations of the instrumental record, suggesting that both approximations still need further improvements.