Quantitative modeling of stochastic systems in molecular biology by using stochastic Petri nets

An integrated understanding of molecular and developmental biology must consider the large number of molecular species involved and the low concentrations of many species in vivo. Quantitative stochastic models of molecular interaction networks can be expressed as stochastic Petri nets (SPNs), a mathematical formalism developed in computer science. Existing software can be used to define molecular interaction networks as SPNs and solve such models for the probability distributions of molecular species. This approach allows biologists to focus on the content of models and their interpretation, rather than their implementation. The standardized format of SPNs also facilitates the replication, extension, and transfer of models between researchers. A simple chemical system is presented to demonstrate the link between stochastic models of molecular interactions and SPNs. The approach is illustrated with examples of models of genetic and biochemical phenomena where the UltraSAN package is used to present results from numerical analysis and the outcome of simulations.

Functional domains are specified to single-cell resolution in a Drosophila epithelium

Specification of pattern is fundamental to the development of a multicellular organism. The Malpighian (renal) tubule of Drosophila melanogaster is a simple epithelium that proliferates under the direction of a single tip cell into three morphologically distinct domains. However, systematic analysis of a panel of over 700 P{GAL4} enhancer trap lines reveals unexpected richness for such an apparently simple tissue. Using numerical analysis, it was possible formally to reconcile apparently similar or complementary expression domains and thus to define at least five genetically defined domains and multiple cell types. Remarkably, the positions of domain boundaries and the numbers of both principal and secondary (“stellate”) cell types within each domain are reproducible to near single-cell precision between individual animals. Domains of physiological function were also mapped using transport or expression assays. Invariably, they respect the boundaries defined by enhancer activity. These genetic domains can also be visualized in vivo, both in transgenic and wild-type flies, providing an “identified cell” system for epithelial physiology. Building upon recent advances in Drosophila Malpighian tubule physiology, the present study confirms this tissue as a singular model for integrative physiology.

Comportamento de chumbadores embutidos em concreto com fibras de aço para ligações viga-pilar de concreto pré-moldado

O presente trabalho trata do estudo do comportamento de chumbadores grauteados inseridos em concreto com fibras de aço em ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado. Este estudo é importante para se entender e poder quantificar a influência da rigidez deste componente no comportamento de ligações semirrígidas de estruturas de concreto pré-moldado. O objetivo do trabalho é estudar o mecanismo do chumbador no concreto com fibras de aço em ensaios específicos e avaliar também o comportamento de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando estas fibras no consolo e no dente da viga. Nesta pesquisa foi realizado um programa experimental no Laboratório de Estruturas da EESC, uma análise numérica com o emprego do software DIANA® e uma comparação com formulações analíticas existentes para o cálculo da força última destes componentes. Foram ensaiados nove modelos experimentais para avaliar especificamente o mecanismo resistente do chumbador, variando-se os diâmetros das barras, sua inclinação e a porcentagem de fibras de aço no concreto. Além destes modelos, foi realizado ensaio de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado para avaliar a rigidez da ligação com chumbador inserido em concreto com fibras de aço. Nos ensaios experimentais dos chumbadores observou-se que modelos com concreto com fibras de aço apresentam rigidez até 25% maior se comparado ao modelo com concreto convencional. Verificou-se que o graute utilizado para solidarizar os chumbadores exerce significativa influência na capacidade última do modelo, podendo diminuir em cerca de 30% a capacidade de carga. A ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando concreto com fibras de aço no consolo e no dente da viga se comportou de maneira satisfatória, não apresentando fissuração na interface dos diferentes concretos. Na comparação dos modelos ensaiados com as formulações teóricas extraídas de trabalhos de referência verificou-se que, para os modelos específicos de chumbador, a formulação existente é representativa. Para a ligação viga-pilar, alguns ajustes na formulação analítica se fizeram necessários para considerações de efeitos de grupo e de borda observados e decorrentes da utilização de dois chumbadores na ligação proposta neste trabalho.

Análise teórica-experimental de perfis de aço formados a frio devido à instabilidade por distorção na flexão

Apresenta-se neste trabalho um estudo teórico-experimental sobre a instabilidade de perfis formados a frio submetidos à flexão. A instabilidade distorcional se faz comum na presença de tensões de compressão atuando sobre perfis enrijecidos e fabricados com aços de elevada resistência mecânica. A parte teórica abrange os métodos de cálculo analíticos e numéricos para a análise de instabilidade distorcional de perfis de seção aberta formados a frio. Na parte experimental inclui-se o estudo de perfis formados a frio com seções do tipo U enrijecidos submetidos aos ensaios à flexão. Nestes ensaios variou-se a altura de alma e espessura de chapa procurando-se abranger maior número de condições geométricas para análise da estabilidade distorcional. Inclui-se também a análise de instabilidade numérica dos perfis do programa experimental através do método de resistência direta via método das faixas finitas. Com base nos resultados experimentais, numéricos e na análise teórica do problema, verificou-se o procedimento adotado pela NBR14762/2001 e efetuou-se comparação entre curvas de resistência propostas para o dimensionamento de perfis formados a frio à flexão. Foi verificado que o fenômeno de instabilidade distorcional pode ser o estado limite último crítico para o dimensionamento dos perfis formados a frio.

Procedimento de avaliação de integridade estrutural de juntas soldadas circunferenciais em tubulações submarinas rígidas submetidas à flexão.

A demanda crescente por energia tem motivado a procura por petróleo e gás natural em ambientes com condições extremas, como operações em águas profundas e o transporte de fluídos corrosivos. Avanços tecnológicos recentes favorecem o uso de tubos de aço contendo uma camada interna resistente a corrosão (comumente chamados de Lined ou Clad Pipes) para o transporte de tais fluidos agressivos. Além disso, as tubulações submarinas são sujeitas a condições de instalação muito severas e, um caso de interesse, é o procedimento de reeling que permite com que a fabricação e inspeção da tubulação seja feita em terra. Apesar de possuir vantagens econômicas, a avaliação da integridade estrutural e especificação dos tamanhos toleráveis de trinca em juntas soldadas, nestas condições, torna-se uma tarefa complexa, devido a natureza dissimilar dos materiais e ao grande nível de deformação plástica no processo. Dessa maneira, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um procedimento de avaliação de forças motrizes elasto-plásticas em tubos contendo juntas soldadas circunferenciais sujeitos a flexão, para uma extensa gama de configurações geométricas. Dois métodos distintos foram desenvolvidos e analisados: a metodologia EPRI e o procedimento que utiliza a curva de tensão vs. deformação equivalente. As análises numéricas 3D fornecem os parâmetros de fratura necessários para a resolução do problema e a acurácia dos procedimentos é verificada a partir de estudos de casos e análises paramétricas.

Otimização acústica e análise numérica do escoamento ao redor de um conjunto cilindro-placa separadora.

RESUMO Simulações de aeroacústica computacional demandam uma quantidade considerável de tempo, o que torna complicada a realização de estudos paramétricos. O presente trabalho propõe uma metodologia viável para otimização aeroacústica. Através da análise numérica utilizando dinâmica dos fluidos computacional, foi estudada a aplicação de uma placa separadora desacoplada como método de controle passivo da esteira turbulenta de um cilindro e avaliou-se a irradiação de ruído causado pela interação do escoamento com ambos os corpos, empregando ferramentas de aeroacústica computacional baseadas no método de Ffowcs-Williams e Hawkings. Algumas abordagens distintas de metodologias de otimização de projeto foram aplicadas neste problema, com o objetivo de chegar a uma configuração otimizada que permita a redução do nível sonoro ao longe. Assim, utilizando uma ferramenta de otimização multidisciplinar, pode-se avaliar a capacidade de modelos heurísticos e a grande vantagem do emprego de algoritmos baseados em método de superfície de resposta quando aplicados em um problema não linear, pois requerem a avaliação de um menor número de alternativas para se obter um ponto ótimo. Além disso, foi possível identificar e agrupar os resultados em 5 clusters baseados em seus parâmetros geométricos, nível de pressão sonora global e o valor quadrático médio do coeficiente de arrasto, confirmando a eficiência da aplicação de placas separadoras longas desacopladas posicionadas próximas ao cilindro na estabilização da esteira turbulenta, enquanto que o posicionamento de placas acima de um espaçamento crítico aumentou o nível de pressão acústica irradiado devido à formação de vórtices no espaço entre o cilindro e a placa separadora.

Seismic behavior of a masonry chimney with severe cracking condition: preliminary study

This paper presents a structural analysis of a masonry chimney built in the 1940s, which is currently being cataloged as local interest heritage. This structure has not served any industrial purpose for the last thirty years. The chimney is located in the town of Agost (Alicante - Spain) and directly exposed to the prevailing winds from the sea, as it is approximately 12 km away from the waterfront and there are not any significant barriers, which could protect the structure against the wind. There are longitudinal cracks and fissures all along the shaft because of the chimney’s geometrical characteristics, the effect of the masonry creep and especially the lack of maintenance. Moreover, there is also a permanent bending deformation in the upper 1/3 of the height due to the wind pressure. A numerical analysis for the static behavior against gravity and wind loads was performed using the structure’s current conditions after a detailed report of its geometry, its construction system and the cracking pattern. Afterwards, the dynamic behavior was studied, i.e. a seismic analysis using both response spectra and accelerograms in order to examine the structural stability. This work shows the pre-monitoring analysis before any experimental testing. Using the current results the future test conditions will be determined (e.g. number of sensors and monitoring point location, excitation systems, etc) prior to a possible structural reinforcement by applying composite material (fiber reinforced polymers).

Análisis numérico del comportamiento vibratorio del conjunto móvil de un altavoz dinámico

En este trabajo se describe el proceso llevado a cabo para analizar numéricamente mediante el método de los elementos finitos (MEF) el comportamiento vibratorio del conjunto móvil de un altavoz dinámico de bobina con doble suspensión inferior y en ausencia de la superior. El estudio se centra en el rango de baja frecuencia. El calibrado del modelo se realiza en base a medidas experimentales de la frecuencia de resonancia y desplazamiento del diafragma. Se hace énfasis en la importancia de los factores de participación asociados a la fuerza de excitación y en los cambios que se producen en estos al introducir fuerzas no equilibradas. Así mismo, el análisis proporciona datos para decidir sobre la distancia entre suspensiones, su número óptimo de pliegues y la ubicación de las trencillas, siendo estos parámetros de gran interés en el diseño de este tipo de altavoces.

Biosystematics of the Genus Andryala L. (Asteraceae)

Andryala (Asteraceae: Cichorieae) is a little-known Mediterranean-Macaronesian genus whose taxonomy is much in need of revision. The aim of the present biosystematic study was to elucidate species relationships within this genus based on morphological and molecular data. In this study several taxa are recognised: 17 species, 14 subspecies, and 3 hybrids. Among these, 5 species are Macaronesian endemics (A. glandulosa, A. sparsiflora, A. crithmifolia Aiton, A. pinnatifida, and A. perezii), 4 species are Northwest African endemics (A. mogadorensis, A. maroccana, A. chevallieri, and A. nigricans) and one species is endemic to Romania (A. laevitomentosa). Historical background regarding taxonomic delimitation in the genus is addressed from Linnaean to present day concepts, as well as the origin of the name Andryala. The origin of Asteraceae and the systematic position of Andryala is shortly summarised. The morphological study was based on a bibliographic review and the revision of 1066 specimens of 13 herbaria as well as additional material collected during fieldwork. The variability of the morphological characters of the genus, including both vegetative taxonomic characters (root, stem, leaf and indumentum characters) and reproductive ones (inflorescence, floret, fruit and pappus characters), is assessed. Numerical analysis of the morphological data was performed using different similarity or dissimilarity measures and coefficients, as well as ordination and clustering methods. Results support the segregation of the recognised taxa and the congruence of the several analyses in the separation of the recognised taxa (using quantitative, binary or multi-state characters). The proposed taxonomy for Andryala includes a new infra-generic classification, new taxa and new combinations and ranks, typifications and diagnostic keys (one for the species and several for subspecies). For each taxon a list of synonyms, typification comments and a detailed description are provided, just as comments on taxonomy and nomenclature, and a brief discussion on karyology. Additionally, information on ecology and conservation status as well as on distribution and a list of studied material are also presented. Phylogenetic analyses based on different nuclear and chloroplast DNA markers, using Bayesian and maximum parsimony methods of inference, were performed. Results support three main lineages: separate ones for the relict species A. agardhii and A. laevitomentosa and a third including the majority of the Andryala species that underwent a relatively rapid and recent speciation. They also suggest a single colonization event of Madeira and the Canary Islands from the Mediterranean region, followed by insular speciation. Biogeography and speciation within the genus are briefly discussed, including a proposal for the centre of origin of the genus and possible dispersal routes.

Efficient algorithms for solving systems of ordinary differential equations for ecosystems modeling /

Mode of access: Internet.

Stability and convergence of variable order multistep methods,

Includes bibliographical references.

The use of Chebyshev matrix polynomials in the iterative solution of linear equations compared to the method of successive overrelaxtion /

"(This is being submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Mathematics, June 1959.)"

The automatic integration package for ordinary differential equations,

"COO-1469-0103."

Vorlesungen über mathematische näherungsmethoden.

Available on demand as hard copy or computer file from Cornell University Library.

Successive approximation methods for solving optimality problems. USSR.

Translation of 2 articles from the Russian journal.