Uso de biomateriais nas abordagens cirúrgicas minimamente invasivas para tratamento de defeitos ósseos periodontais: revisão sistemática

O objetivo da presente dissertação foi realizar uma revisão sistemática para investigar os efeitos do uso de biomateriais no tratamento de defeitos ósseos periodontais por meio de abordagens cirúrgicas minimamente invasivas sobre os parâmetros clínicos periodontais. Foi realizada uma busca por ensaios randomizados controlados publicados entre os anos de 1995 e 2013 nas bases MEDLINE, EMBASE, CENTRAL, BVS, CLINICALTRIALS.gov, abstracts da International Association for Dental Research (IADR) e busca manual por possíveis estudos a serem incluídos. Foram localizados 541 estudos, sendo 12 selecionados para avaliação da elegibilidade e 5 estudos incluídos para análise qualitativa. Após aplicação de um instrumento para análise do viés associado, demonstrou-se um baixo risco de viés associado à maioria dos estudos incluídos. Nos resultados dos estudos incluídos foi possível observar que embora bem-sucedida, a associação de diferentes biomateriais às técnicas minimamente invasivas não trouxe benefício adicional aos parâmetros clínicos avaliados.

Capacidade de invasão, persistência intracelular e atividade citotóxica de cepas de Aeromonas spp. em modelo celular in vitro e ex vivo

As Aeromonas são consideradas patógenos em potenciais para o homem e animais e estão amplamente distribuídas no ambiente sendo a água e os alimentos importantes veículos de transmissão. Muitos estudos têm demonstrado que a patologia causada pela infecção por Aeromonas é complexa e envolvem inúmeros fatores de virulência, dentre eles a aderência, invasão, enterotoxinas, hemolisinas, exoenzimas, sideróforos, flagelos, formação de biofilme e mecanismos de secreção. No presente estudo, analisamos os mecanismos de patogênese mediados por A. caviae e A. hydrophila, avaliando a participação desses microrganismos nos processos de adesão, invasão, persistência intracelular e citotoxidade celular. Foram utilizados ensaios quantitativos in vitro para testar associação, invasão e persistência intracelular em linhagens celulares HEp-2 e/ou T84. A interação de tecidos intestinais de coelho cultivados in vitro (IVOC) com três cepas de A. caviae originárias de fezes diarréicas também foi avaliada. Observamos que 10 (62,5%) das 16 cepas de Aeromonas spp. de diferentes origens, submetidas aos testes de invasão quantitativos foram capazes de invadir células HEp-2 e T84 em 6 horas de incubação. As cepas positivas nos testes de invasão foram submetidas ao teste quantitativo de persistência em células HEp-2 e sobreviveram no ambiente intracelular por 48 e/ou 72 horas sem multiplicação. A interação de três cepas de A. caviae com a mucosa intestinal de coelho ex vivo resultou em aderência, produção de muco e alterações como, intensa vacuolização e drástica desorganização estrutural que levaram a destruição das microvilosidades intestinais. Este estudo demonstrou que subconjuntos de cepas de A. caviae e A. hydrophila de diversas origens, foram capazes de invadir, persistir ou destruir linhagens celulares in vitro. Nosso estudo também evidenciou que cepas de A. caviae causaram expressivas alterações morfológicas que resultaram na destruição de epitélios intestinais de coelho ex vivo. Finalmente, nossos resultados contribuíram para reforçar o potencial patogênico de cepas de Aeromonas, em especial, as de origem vegetal e clínica.

Modelagem Numérica da Construção de Aterro Instrumentado na Baixada Fluminense, Rio de Janeiro.

A complexidade na previsão do comportamento de aterros sobre solos compressíveis representa um desafio para os engenheiros geotécnicos, mesmo os mais experientes. As limitações das teorias de análise e a dificuldade na seleção de parâmetros muitas vezes acarretam em estimativas de recalque incoerentes com a observação de campo. O presente trabalho tem como objetivo reproduzir a seqüência construtiva de extenso aterro, instrumentado, executado na Baixada Fluminense, Rio de Janeiro, para implantação da indústria Rio Polímeros, utilizando o programa PLAXIS. Os parâmetros geotécnicos foram definidos a partir de ensaios oedométricos, tendo sido realizado um estudo prévio sobre a qualidade das amostras. Estes parâmetros foram confrontados com a experiência local, que resume mais de 30 anos de investigações na argila mole da Baixada Fluminense, no Rio de Janeiro. Apesar da distância entre os locais de investigações, não houve diferenças significativas entre os parâmetros geotécnicos. As análises numéricas foram realizadas considerando-se diferentes hipóteses para o coeficiente de permeabilidade, de forma a reproduzir adequadamente as leituras de placa de recalque e poropressão registradas no campo. Este parâmetro teve grande influência na resposta da modelagem numérica, tendo sido obtidos bons resultados com valores de permeabilidade variando em função da profundidade.

Estudo de Eletrodeposição de Ligas Cu-Sn em Meio de Citrato de Sódio

Revestimentos produzidos a partir de ligas de Cu-Sn apresentam grande interesse em função de suas propriedades, originando uma grande capacidade de aplicação industrial, especialmente em indústrias de componentes e materiais eletrônicos. Tais ligas também têm sido comercialmente utilizadas como revestimentos em metais diferentes, como o aço, para protegê-los contra a corrosão e melhorar sua aparência. Na presente dissertação, técnicas de voltametria cíclica, cronoamperometria e voltametria de varredura anódica linear foram utilizadas para o estudo dos processos de deposição de Cu e/ou Sn a partir de dois conjuntos de soluções contendo CuCl2.2H2O e SnCl2.2H2O nas razões de Cu:Sn = 1:10 e 10:1, além de Na3C6H5O7 1,00 mol/L, em pH = 6,0. As curvas de voltametria cíclica realizadas sobre o eletrodo de grafita foram utilizadas para o cálculo das constantes de equilíbrio dos complexos de ambos os metais com citrato de sódio, bem como na determinação dos potenciais catódicos aplicados nos ensaios de cronoamperometria. Após a deposição da liga nos potenciais estipulados para cada uma das duas soluções, os revestimentos de liga Cu-Sn foram ressolubilizados em solução de NaNO3 0,5 mol/L, empregando varredura anódica linear para a avaliação de suas composições químicas. Os resultados iniciais mostraram que a variação da concentração de Cu (II) e do potencial aplicado influenciaram no teor de cobre na liga. Contudo, percebeu-se que o teor de estanho não sofreu grandes variações, independente das concentrações das soluções e do potencial aplicado. Na solução com maior concentração de cobre foram alcançados teores dos metais na liga em maior proximidade com o da liga de bronze comercial. Com base nesses resultados, foram produzidos revestimentos de ligas sobre substrato de aço carbono, a partir de soluções contendo CuCl2.2H2O e SnCl2.2H2O na razão de 10:1, empregando a técnica de cronoamperometria potenciostática. Quatro diferentes valores de potencial (-0,39V, -0,67V, -1,00V, -1,20V e -1,94V vs. Ag/AgClsat.) foram aplicados, obtendo-se camadas cujas colorações variaram do rosa claro ao marrom escuro, sempre sem brilho. A eficiência de corrente catódica (Ef) decresceu conforme o potencial aplicado se tornou mais negativo. Nesta mesma direção, verificou-se um aumento do teor de estanho na liga depositada e menores tamanhos de grão. Porém, quando o potencial tornou-se mais negativo (-1,20V e -1,94V), observou-se a presença de cristalitos de diferentes tamanhos e de dendritos. Revestimentos com melhores resistências à corrosão em solução de NaCl 0,5 mol/L foram produzidos nos potenciais de -1,00V e -1,20V, cujas composições foram 99,40 % m/m Cu / 0,60 % m/m Sn e 97,70 % m/m Cu / 2,30 % m/m Sn, respectivamente. As análises por DRX permitiram verificar que estes revestimentos eram constituídos, principalmente, da fase α-CuSn

Análise comparativa do reconhecimento celular de antígenos dos subgêneros de Leishmania na leishmaniose tegumentar americana

Células Mononucleares do sangue periférico (CMSP) oriundas de 28 pacientes que residem em áreas endêmicas para Leishmania braziliensis foram estudados. Destes, 10 encontravam-se na fase ativa da doença e 18 curados clinicamente para as lesões de leishmaniose. As células foram cultivadas frente à antígenos de 6 espécies de Leishmania: Leishmania: L. (V.) braziliensis (LbAg), L. (V.) guyanensis (LgAg), L. (V.) lainsoni (LlAg), L. (V.) naiffi (LnAg), L. (L.) amazonensis (LaAg), L. (L.) chagasi (LcAg) e antígeno de concanavalina A como mitógeno. Os resultados foram expressos em índices de estimulação (IE). Temendo uma possível degradação protéica, os antígenos foram preparados com PBS e com PBS tampão antiproteolítico e o perfil eletroforético foi analisado através de SDS-PAGE. Os sobrenadantes das culturas foram estocados para os ensaios de ELISA para detecção de IFN-γ. A análise do perfil eletroforético dos antígenos de diferentes espécies de Leishmania demonstrou um padrão distinto e heterogêneo e aparentemente, não foi observada degradação assim que os antígenos foram preparados e 10 meses de estoque. Entretanto bandas parecem ser compartilhadas entre as espécies, que podem estar associadas a uma conservação de antígenos entre as espécies de Leishmania. A resposta proliferativa dos linfócitos (RPL) dos pacientes da forma ativa foi mais intensa para LbAg (1710,3), seguido de LnAg (177,6), LaAg (16,89,8) e LlAg (1410,1), e menos intenso para LgAg (11,46,6). Quando os IE obtidos para LbAg foram comparadas com outras espécies observou-se diferenças para LgAg (p<0.004) e LlAg (p<0.03). Não foram encontrados diferenças no perfil protéico dos extratos antigênicos produzidos com e sem inibidores de protease. Os estímulos obtidos de CMSP de indivíduos curados clinicamente não demonstraram diferenças quando comparados com aqueles da fase ativa da doença. O índice de estimulação (médiadesvio padrão) frente estímulos antigênicos pouco variou entre as espécies: LbAg - 22,222,2, LnAg - 15,911,5, LgAg - 20,720,6, LlAg - 14,710,1, LaAg - 15,1114,5 e L. chagasi - 13,78). A produção de IFN-γ quantificada nos sobrenadantes das culturas frente aos antígenos totais e solúvel mostrou níveis da citocina mais elevados quando utilizou-se antígenos total de L. guyanensis (568,1544,5; mediana: 518,5 pg/mL) quando comparadas às outras espécies analisadas. Porém quando analisadas o antígeno solúvel, podemos observar que tanto para os antígenos da espécie L. braziliensis quanto para L. naiffi, a fração total obteve os maiores índices de estímulos quando comparadas com a fração solúvel. Estes estudos sugerem que há uma reatividade cruzada entre as espécies dos subgêneros Viannia e Leishmania.

Dose terapêutica de radiação ionizante induz um fenótipo migratório em células de carcinoma de colon humano (caco-2): vias de sinalização envolvidas

O câncer colo-retal é a terceira neoplasia mais frequente em todo o mundo e a recorrência local e neoplasia refratária são desafios no tratamento do câncer colo-retal após a cirurgia convencional. Com o intuito de controlar a recorrência e aumentar a média de sobrevida dos pacientes, uma estratégia multidisciplinar que combina a radioterapia (RT) e a quimioterapia com o processo cirúrgico tem sido protocolo clínico de escolha. Embora esta combinação seja capaz de otimizar o tratamento, nem todos os pacientes são beneficiados com o protocolo quimio-rádio combinado, uma vez que existem os insucessos terapêuticos relacionados com a incidência de neoplasias secundárias tardias em pacientes que foram submetidos à RT para tratamento de neoplasias anteriores. Além da doença refratária, outro agravante da RT são os efeitos colaterais produzidos pela radiação ionizante (IR), em especial àqueles do trato gastrointestinal. Estes efeitos estão relacionados com alterações da homeostase do epitélio intestinal, através da desorganização dos complexos juncionais. Porém, os mecanismos que medeiam estes efeitos ainda não estão elucidados. Este estudo avaliou as vias de sinalização que medeiam os efeitos da IR em células Caco-2. Foi observado que a IR causa uma desorganização da junção aderente via Src, EGFR e MAPK, sendo estas alterações acompanhadas por desorganização do citoesqueleto de actina em todo o volume celular. Src, EGFR e MAPK participam de maneira diferenciada na modulação destes efeitos. Observamos também que a radiação aumenta a motilidade dessas células via Src e MAPK e não induz alteração na proliferação celular até 48 horas após o tratamento. Este é o primeiro trabalho que correlaciona vias de sobrevivência celular como Src, EGFR e MAPK com alterações nas proteínas de junção aderente, alterações do citoesqueleto e migração celular. Estes eventos são relacionados aos efeitos colaterais primários e tardios induzidos pela IR, e podem favorecer à aquisição de um fenótipo maligno herdável durante o fracionamento de doses na RT, favorecendo a progressão tumoral do câncer colo-retal. Logo, além da correlação das vias de sinalização envolvidas nos eventos induzidos pela IR mostrados neste estudo, os resultados também corroboram para um melhor entendimento da atividade farmacológica dos inibidores químicos utilizados, uma vez que muitos deles encontram-se em fase de ensaios pré-clínicos e clínicos.

O demônio familiar: pensamento social e psiquismo em Os sertões

Esta tese se dedica a fazer uma análise da obra de Euclides da Cunha, publicada em 1902, Os sertões. Para tanto, toma como campos de investigação a história do pensamento social brasileiro, a história dos discursos e os saberes da psicologia de fins do século XIX, com o objetivo de examinar a semântica do conceito de psique, fundamental na construção do argumento do livro. Embora não caracterizado por sentido específico, o sistema semântico da psique pode ser compreendido no livro de Euclides através de uma regra de semelhança que se configura como regra de reflexão, isto é, tradução entre o organismo biológico e o organismo social. Na linguagem de Os sertões, como argumentamos, o psíquico se realiza como metáfora que sustenta a tradução e a regra de semelhança entre fisiologia e sociologia. Neste sentido, em reflexão com os ensaios de Hans Blumenberg e com a teoria dos sistemas de Niklas Luhmann, analisamos o livro de Euclides de modo a compreender o horizonte semântico ao redor do qual o seu psiquismo aparece sistematizado. Em Canudos, quando a ordem social republicana foi atacada, Euclides depura o argumento de que os crimes da nacionalidade derivam os seus motivos da inconsciência generalizada dos habitantes do litoral sobre as populações rurais caracterizando Canudos como um crime de consciência de onde o autor reclama para si a tarefa de vingar, isto é, tornar conhecidas as populações historicamente ignoradas, socialmente esquecidas pela civilização. A semântica da psique, nesse sentido, assume para Euclides uma técnica de observação, mas também uma hipótese política sobre as condições de sobrevivência da sociedade brasileira.

Avaliação da eficácia de uma nova formulação de anfotericina B poliagregada em diferentes esquemas terapêuticos no tratamento da esporotricose experimental causada por Sporothrix brasiliensis

A esporotricose é uma micose subcutânea, crônica, causada por espécies termo-dimórficas do complexo Sporothrix schenckii. Esta micose apresenta diferentes manifestações clínicas sendo mais comum a forma linfocutânea. Casos graves causados por Sporothrix brasiliensis têm sido descritos recentemente, exigindo um tratamento prolongado com antifúngicos de alta toxicidade como a anfotericina B-desoxicolato ou suas versões menos tóxicas, mas de alto custo. Neste trabalho visamos testar in vitro e in vivo a eficácia de uma nova formulação intravenosa de anfotericina B poliagregada (P-AmB) e testar in vivo sua versão semi-sólida (AmB tópica), comparando-a com o itraconazol (ITC) e a anfotericina B-desoxicolato (D-AmB). Ensaios de susceptibilidade in vitro com S. brasiliensis mostraram que esta espécie é suscetível aos antifúngicos testados. Para os testes de eficácia in vivo foram estabelecidos um modelo de esporotricose disseminada e outro de esporotricose subcutânea, causados por S. brasiliensis. No modelo de esporotricose disseminada camundongos BALB/c foram inoculados intravenosamente com leveduras de S. brasiliensis e, 72 h pós-infecção, tratados sob diferentes regimes terapêuticos: i) uma monoterapia de ITC, D-AmB ou P-AmB; ii) uma combinação terapêutica entre D-AmB e ITC ou P-AmB e ITC; iii) um regime de pulso com D-AmB ou P-AmB. A sobrevivência (n= nove) e a carga fúngica em órgãos internos (n= três, no mínimo) foram avaliadas, sendo observado que o regime de pulso com D-AmB ou P-AmB foi o mais efetivo em prolongar a sobrevivência dos animais e reduzir a carga fúngica nos órgãos, seguido pela combinação terapêutica, porém o tratamento com D-AmB e ITC foi a combinação mais efetiva. A monoterapia com ITC e P-AmB e D-AmB foram menos eficazes, sendo corroborados pelas análises histopatológicas. Ensaios de toxicidade in vivo com as diferentes drogas revelaram que ITC e D-AmB induziram a uma toxicidade hepática e renal nos animais, respectivamente, mas P-AmB não induziu a nenhuma toxicidade. Nos ensaios de citoxicidade in vitro foi observado que ITC foi a menos citotóxica e hemolítica e a mais seletiva das drogas testadas, seguida por P-AmB, que foi menos citotóxica e mais seletiva que D-AmB. No modelo de esporotricose subcutânea camundongos da mesma linhagem foram inoculados por via subcutânea com conídios de S. schenckii e de S. brasiliensis (n=9/ grupo). Os animais infectados com S. brasiliensis apresentaram regressão das lesões primárias e disseminação. Usando o modelo de esporotricose subcutânea murina causada por S. brasiliensis testamos peliminarmente a formulação tópica de AmB poliagregada, que reduziu a extensão das lesões de animais infectados. Este é o primeiro trabalho a avaliar diferentes regimes de tratamento da esporotricose disseminada murina causada por S. brasiliensis utilizando ITC, D-AmB e uma nova formulação menos tóxica de anfotericina B poliagregada. O estudo revelou que o regime de pulso foi o mais eficaz para as formulações intravenosas de AmB. Nosso estudo também estabeleceu pioneiramente um modelo de esporotricose subcutânea induzido por S. brasiliensis, que se revelou uma ferramenta útil para comparar a virulência das espécies do complexo S. schenckii e para testar a eficácia de antifúngicos contra essas novas espécies.

Análise tribológica na interface aço carbono SAE 1020 e poliamida 11 em sistemas de deslizamento automotivos

Sistemas deslizantes com interface formada com aços baixa liga e polímeros variados são vastamente utilizados na indústria automotiva em sistemas de transmissão de torque submetidas à carregamento axial. Geralmente esses sistemas são acoplados aos sistemas de direção e interagem quase diretamente com o usuário final do veículo. Para conhecer as condições de desgaste mais severas as quais esses sistemas são submetidos e tentar minimiza-las, foi proposta a análise tribológica, em tribômetro do tipo pino-no-disco, da interface aço SAE 1020 com poliamida 11 em água destilada, solução aquosa com 5% em massa de cloreto de sódio e solução aquosa com 184,21 g/l. de areia natural, de acordo com as normas técnicas automotivas VW PV1210:2010-02 e VW PV2982:2013-07. Os ensaios foram realizados em frequências de 3,0 Hz e 1,5 Hz com quantidade fixada em 10.000 ciclos de rotação. O potencial de corrosão em circuito aberto foi monitorado ao longo dos ensaios e a taxa de desgaste foi calculada. Foram evidenciados maiores coeficientes de atrito, maiores taxas de desgaste e maiores amplitudes de potencial de corrosão nas amostras ensaiadas em solução de areia; com valores mais brandos para as amostras ensaiadas em água destilada e valores intermediários para as amostras ensaiadas em solução de cloreto de sódio.

Desenvolvimento de revestimentos de óxidos mistos nanoestruturados de TiO2/Al2O3 em substratos metálicos de aço AISI 1020 e estudo das propriedades anticorrosivas

Sóis liofilizados precursores de Al2O3/TiO2, foram preparados via tecnologia sol-gel, com diferentes porcentagens de óxido de titânio (5%, 10%, 15% e 20%, em massa). Os sóis liofilizados foram caracterizados por meio de diversas análises, com o intuito de obter informações sobre o comportamento térmico, fases presentes, tamanho de partícula, composição e uniformidade das amostras. Os resultados obtidos indicam que os sóis apresentam as fases boemita e anatase, com partículas de tamanho nanométrico, tem composições muito similares quando analisadas em pontos distintos, átomos bem dispersos e distribuídos. Após esta etapa, amostras de aço AISI 1020 foram recobertas com estes sóis através do método dip-coating, o comportamento corrosivo foi estudado por meio de ensaios eletroquímicos e a morfologia das camadas, analisadas por meio de microscopias. Observou-se que as camadas eram uniformes e recobriam por completo toda a superfície das amostras, os ensaios de polarização indicaram melhorias no potencial eletroquímico para amostras recobertas, em comparação com amostras de aço sem recobrimento. O monitoramento de circuito aberto apresentou bons ajustes, indicando bom comportamento da camada. Notou-se pelas microscopias a presença de pontos de corrosão em algumas amostras antes dos ensaios, suspeitando-se que os resultados obtidos teriam sido melhores, caso houvesse um maior controle do processo de recobrimento.

Unsteady ejectors: The effect of driver jet mark-space ratio

mark Unsteady ejectors can be driven by a wide range of driver jets. These vary from pulse detonation engines, which typically have a long gap between each slug of fluid exiting the detonation tube (mark-space ratios in the range 0.1-0.2) to the exit of a pulsejet where the mean mass flow rate leads to a much shorter gap between slugs (mark-space ratios in the range 2-3). The aim of this paper is to investigate the effect of mark-space ratio on the thrust augmentation of an unsteady ejector. Experimental testing was undertaken using a driver jet with a sinusoidal exit velocity profile. The mean value, amplitude and frequency of the velocity profile could be changed allowing the length to diameter ratio of the fluid slugs L/D and the mark-space ratio (the ratio of slug length to the spacing between slugs) L/S to be varied. The setup allowed L/S of the jet to vary from 0.8 to 2.3, while the L/D ratio of the slugs could take any values between 3.5 and 7.5. This paper shows that as the mark-space ratio of the driver jet is increased the thrust augmentation drops. Across the range of mark-space ratios tested, there is shown to be a drop in thrust augmentation of 0.1. The physical cause of this reduction in thrust augmentation is shown to be a decrease in the percentage time over which the ejector entrains ambient fluid. This is the direct result ofthe space between consecutive slugs in the driver jet decreasing. The one dimensional model reported in Heffer et al. [1] is extended to include the effect of varying L/S and is shown to accurately capture the experimentally measured behavior ofthe ejector. Copyright © 2010 by the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc.

The impact of sand slugs against beams and plates: Coupled discrete particle/finite element simulations

The impact of a slug of dry sand particles against a metallic sandwich beam or circular sandwich plate is analysed in order to aid the design of sandwich panels for shock mitigation. The sand particles interact via a combined linear-spring-and-dashpot law whereas the face sheets and compressible core of the sandwich beam and plate are treated as rate-sensitive, elastic-plastic solids. The majority of the calculations are performed in two dimensions and entail the transverse impact of end-clamped monolithic and sandwich beams, with plane strain conditions imposed. The sand slug is of rectangular shape and comprises a random loose packing of identical, circular cylindrical particles. These calculations reveal that loading due to the sand is primarily inertial in nature with negligible fluid-structure interaction: the momentum transmitted to the beam is approximately equal to that of the incoming sand slug. For a slug of given incoming momentum, the dynamic deflection of the beam increases with decreasing duration of sand-loading until the impulsive limit is attained. Sandwich beams with thick, strong cores significantly outperform monolithic beams of equal areal mass. This performance enhancement is traced to the "sandwich effect" whereby the sandwich beams have a higher bending strength than that of the monolithic beams. Three-dimensional (3D) calculations are also performed such that the sand slug has the shape of a circular cylindrical column of finite height, and contains spherical sand particles. The 3D slug impacts a circular monolithic plate or sandwich plate and we show that sandwich plates with thick strong cores again outperform monolithic plates of equal areal mass. Finally, we demonstrate that impact by sand particles is equivalent to impact by a crushable foam projectile. The calculations on the equivalent projectile are significantly less intensive computationally, yet give predictions to within 5% of the full discrete particle calculations for the monolithic and sandwich beams and plates. These foam projectile calculations suggest that metallic foam projectiles can be used to simulate the loading by sand particles within a laboratory setting. © 2013 Elsevier Ltd.

Sand column impact onto a Kolsky pressure bar

A laboratory-based methodology to launch cylindrical sand slugs at high velocities is developed. The methodology generates well-characterised soil ejecta without the need for detonation of an explosive; this laboratory-based tool thereby allows for the experimental investigation of the soil-structure events. The experimental set-up comprises a launcher with a cylindrical cavity and a piston to push out the sand slug. The apparatus is used to launch both dry and water-saturated sand slugs. High speed photography is used to characterise the evolution of the sand slugs after launch. We find that the diameter of the slugs remains unchanged, and the sand particles possess only an axial component of velocity. However, the sand particles have a uniform spatial gradient of axial velocity and this results in lengthening of the slugs as they travel towards their target. Thus, the density of the sand slugs remains spatially homogenous but decreases with increasing time. The velocity gradient is typically higher in the dry sand slugs than that of the water-saturated slugs. The pressure exerted by the slugs on a rigid-stationary target is measured by impacting the slugs against a direct impact Kolsky bar. After an initial high transient pressure, the pressure reduces to a value of approximately ρv 2 where ρ is the density of the impacting sand slug and v is the particle velocity. This indicates that loading due to the sand is primarily inertial in nature. The momentum transmitted to the Kolsky bar was approximately equal to the incident momentum of the sand slugs, regardless of whether they are dry or water-saturated. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dynamic compression of foam supported plates impacted by high velocity soil

The response of back-supported buffer plates comprising a solid face sheet and foam core backing impacted by a column of high velocity particles (sand slug) is investigated via a lumped parameter model and coupled discrete/continuum simulations. The buffer plate is either resting on (unattached) or attached to a rigid stationary foundation. The lumped parameter model is used to construct maps of the regimes of behaviour with axes of the ratio of the height of the sand slug to core thickness and the normalised core strength. Four regimes of behaviour are identified based on whether the core compression ends prior to the densification of the sand slug or vice versa. Coupled discrete/continuum simulations are also reported and compared with the lumped parameter model. While the model predicted regimes of behaviour are in excellent agreement with numerical simulations, the lumped parameter model is unable to predict the momentum transmitted to the supports as it neglects the role of elasticity in both the buffer plate and the sand slug. The numerical calculations show that the momentum transfer is minimised for intermediate values of the core strength when the so-called "soft-catch" mechanism is in play. In this regime the bounce-back of the sand slug is minimised which reduces the momentum transfer. However, in this regime, the impulse reduction is small (less than 10% of that transferred to a rigid structure). For high values of the core strength, the response of the buffer plate resembles a rigid plate with nearly no impulse mitigation while at low values of core strength, a slap event occurs when the face sheet impinges against the foundation due to full densification of the foam core. This slap event results in a significant enhancement of the momentum transfer to the foundation. The results demonstrate that appropriately designed buffer plates have potential as impulse mitigators in landmine loading situations. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Novel fluid grid and voidage calculation techniques for a discrete element model of a 3D cylindrical fluidized bed

A discrete element model (DEM) combined with computational fluid dynamics (CFD) was developed to model particle and fluid behaviour in 3D cylindrical fluidized beds. Novel techniques were developed to (1) keep fluid cells, defined in cylindrical coordinates, at a constant volume in order to ensure the conditions for validity of the volume-averaged fluid equations were satisfied and (2) smoothly and accurately measure voidage in arbitrarily shaped fluid cells. The new technique for calculating voidage was more stable than traditional techniques, also examined in the paper, whilst remaining computationally-effective. The model was validated by quantitative comparison with experimental results from the magnetic resonance imaging of a fluidised bed analysed to give time-averaged particle velocities. Comparisons were also made between theoretical determinations of slug rise velocity in a tall bed. It was concluded that the DEM-CFD model is able to investigate aspects of the underlying physics of fluidisation not readily investigated by experiment. © 2014 The Authors.