Analysis and Simulation of Transverse Random Fracture of Long Fibre Reinforced Composites

La present tesi proposa una metodología per a la simulació probabilística de la fallada de la matriu en materials compòsits reforçats amb fibres de carboni, basant-se en l'anàlisi de la distribució aleatòria de les fibres. En els primers capítols es revisa l'estat de l'art sobre modelització matemàtica de materials aleatoris, càlcul de propietats efectives i criteris de fallada transversal en materials compòsits. El primer pas en la metodologia proposada és la definició de la determinació del tamany mínim d'un Element de Volum Representatiu Estadístic (SRVE) . Aquesta determinació es du a terme analitzant el volum de fibra, les propietats elàstiques efectives, la condició de Hill, els estadístics de les components de tensió i defromació, la funció de densitat de probabilitat i les funcions estadístiques de distància entre fibres de models d'elements de la microestructura, de diferent tamany. Un cop s'ha determinat aquest tamany mínim, es comparen un model periòdic i un model aleatori, per constatar la magnitud de les diferències que s'hi observen. Es defineix, també, una metodologia per a l'anàlisi estadístic de la distribució de la fibra en el compòsit, a partir d'imatges digitals de la secció transversal. Aquest anàlisi s'aplica a quatre materials diferents. Finalment, es proposa un mètode computacional de dues escales per a simular la fallada transversal de làmines unidireccionals, que permet obtenir funcions de densitat de probabilitat per a les variables mecàniques. Es descriuen algunes aplicacions i possibilitats d'aquest mètode i es comparen els resultats obtinguts de la simulació amb valors experimentals.

Dynamic management and restoration of virtual paths in broadband networks based on distributed software agents

La gestió de xarxes és un camp molt ampli i inclou molts aspectes diferents. Aquesta tesi doctoral està centrada en la gestió dels recursos en les xarxes de banda ampla que disposin de mecanismes per fer reserves de recursos, com per exemple Asynchronous Transfer Mode (ATM) o Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Es poden establir xarxes lògiques utilitzant els Virtual Paths (VP) d'ATM o els Label Switched Paths (LSP) de MPLS, als que anomenem genèricament camins lògics. Els usuaris de la xarxa utilitzen doncs aquests camins lògics, que poden tenir recursos assignats, per establir les seves comunicacions. A més, els camins lògics són molt flexibles i les seves característiques es poden canviar dinàmicament. Aquest treball, se centra, en particular, en la gestió dinàmica d'aquesta xarxa lògica per tal de maximitzar-ne el rendiment i adaptar-la a les connexions ofertes. En aquest escenari, hi ha diversos mecanismes que poden afectar i modificar les característiques dels camins lògics (ample de banda, ruta, etc.). Aquests mecanismes inclouen els de balanceig de la càrrega (reassignació d'ample de banda i reencaminament) i els de restauració de fallades (ús de camins lògics de backup). Aquests dos mecanismes poden modificar la xarxa lògica i gestionar els recursos (ample de banda) dels enllaços físics. Per tant, existeix la necessitat de coordinar aquests mecanismes per evitar possibles interferències. La gestió de recursos convencional que fa ús de la xarxa lògica, recalcula periòdicament (per exemple cada hora o cada dia) tota la xarxa lògica d'una forma centralitzada. Això introdueix el problema que els reajustaments de la xarxa lògica no es realitzen en el moment en què realment hi ha problemes. D'altra banda també introdueix la necessitat de mantenir una visió centralitzada de tota la xarxa. En aquesta tesi, es proposa una arquitectura distribuïda basada en un sistema multi agent. L'objectiu principal d'aquesta arquitectura és realitzar de forma conjunta i coordinada la gestió de recursos a nivell de xarxa lògica, integrant els mecanismes de reajustament d'ample de banda amb els mecanismes de restauració preplanejada, inclosa la gestió de l'ample de banda reservada per a la restauració. Es proposa que aquesta gestió es porti a terme d'una forma contínua, no periòdica, actuant quan es detecta el problema (quan un camí lògic està congestionat, o sigui, quan està rebutjant peticions de connexió dels usuaris perquè està saturat) i d'una forma completament distribuïda, o sigui, sense mantenir una visió global de la xarxa. Així doncs, l'arquitectura proposada realitza petits rearranjaments a la xarxa lògica adaptant-la d'una forma contínua a la demanda dels usuaris. L'arquitectura proposada també té en consideració altres objectius com l'escalabilitat, la modularitat, la robustesa, la flexibilitat i la simplicitat. El sistema multi agent proposat està estructurat en dues capes d'agents: els agents de monitorització (M) i els de rendiment (P). Aquests agents estan situats en els diferents nodes de la xarxa: hi ha un agent P i diversos agents M a cada node; aquests últims subordinats als P. Per tant l'arquitectura proposada es pot veure com una jerarquia d'agents. Cada agent és responsable de monitoritzar i controlar els recursos als que està assignat. S'han realitzat diferents experiments utilitzant un simulador distribuït a nivell de connexió proposat per nosaltres mateixos. Els resultats mostren que l'arquitectura proposada és capaç de realitzar les tasques assignades de detecció de la congestió, reassignació dinàmica d'ample de banda i reencaminament d'una forma coordinada amb els mecanismes de restauració preplanejada i gestió de l'ample de banda reservat per la restauració. L'arquitectura distribuïda ofereix una escalabilitat i robustesa acceptables gràcies a la seva flexibilitat i modularitat.

Modeling and Mapping Golden-winged Warbler Abundance to Improve Regional Conservation Strategies

Conservation planning requires identifying pertinent habitat factors and locating geographic locations where land management may improve habitat conditions for high priority species. I derived habitat models and mapped predicted abundance for the Golden-winged Warbler (Vermivora chrysoptera), a species of high conservation concern, using bird counts, environmental variables, and hierarchical models applied at multiple spatial scales. My aim was to understand habitat associations at multiple spatial scales and create a predictive abundance map for purposes of conservation planning for the Golden-winged Warbler. My models indicated a substantial influence of landscape conditions, including strong positive associations with total forest composition within the landscape. However, many of the associations I observed were counter to reported associations at finer spatial extents; for instance, I found Golden-winged Warblers negatively associated with several measures of edge habitat. No single spatial scale dominated, indicating that this species is responding to factors at multiple spatial scales. I found Golden-winged Warbler abundance was negatively related with Blue-winged Warbler (Vermivora cyanoptera) abundance. I also observed a north-south spatial trend suggestive of a regional climate effect that was not previously noted for this species. The map of predicted abundance indicated a large area of concentrated abundance in west-central Wisconsin, with smaller areas of high abundance along the northern periphery of the Prairie Hardwood Transition. This map of predicted abundance compared favorably with independent evaluation data sets and can thus be used to inform regional planning efforts devoted to conserving this species.

Aerosol optical depths over North Africa: 2. Modeling and model validation

An operational dust forecasting model is developed by including the Met Office Hadley Centre climate model dust parameterization scheme, within a Met Office regional numerical weather prediction (NWP) model. The model includes parameterizations for dust uplift, dust transport, and dust deposition in six discrete size bins and provides diagnostics such as the aerosol optical depth. The results are compared against surface and satellite remote sensing measurements and against in situ measurements from the Facility for Atmospheric Airborne Measurements for a case study when a strong dust event was forecast. Comparisons are also performed against satellite and surface instrumentation for the entire month of August. The case study shows that this Saharan dust NWP model can provide very good guidance of dust events, as much as 42 h ahead. The analysis of monthly data suggests that the mean and variability in the dust model is also well represented.

New insights on growth mechanisms of protein clusters at surfaces: an AFM and simulation study

Despite its relevance to a wide range of technological and fundamental areas, a quantitative understanding of protein surface clustering dynamics is often lacking. In inorganic crystal growth, surface clustering of adatoms is well described by diffusion-aggregation models. In such models, the statistical properties of the aggregate arrays often reveal the molecular scale aggregation processes. We investigate the potential of these theories to reveal hitherto hidden facets of protein clustering by carrying out concomitant observations of lysozyme adsorption onto mica surfaces, using atomic force microscopy. and Monte Carlo simulations of cluster nucleation and growth. We find that lysozyme clusters diffuse across the substrate at a rate that varies inversely with size. This result suggests which molecular scale mechanisms are responsible for the mobility of the proteins on the substrate. In addition the surface diffusion coefficient of the monomer can also be extracted from the comparison between experiments and simulations. While concentrating on a model system of lysozyme-on-mica, this 'proof of concept' study successfully demonstrates the potential of our approach to understand and influence more biomedically applicable protein-substrate couples.

Design, testing, and simulation of fibre composite leaf springs for heavy axle loads

This paper summarizes the design, manufacturing, testing, and finite element analysis (FEA) of glass-fibre-reinforced polyester leaf springs for rail freight vehicles. FEA predictions of load-deflection curves under static loading are presented, together with comparisons with test results. Bending stress distribution at typical load conditions is plotted for the springs. The springs have been mounted on a real wagon and drop tests at tare and full load have been carried out on a purpose-built shaker rig. The transient response of the springs from tests and FEA is presented and discussed.

Efficient modeling and inference for event-related fMRI data

Event-related functional magnetic resonance imaging (efMRI) has emerged as a powerful technique for detecting brains' responses to presented stimuli. A primary goal in efMRI data analysis is to estimate the Hemodynamic Response Function (HRF) and to locate activated regions in human brains when specific tasks are performed. This paper develops new methodologies that are important improvements not only to parametric but also to nonparametric estimation and hypothesis testing of the HRF. First, an effective and computationally fast scheme for estimating the error covariance matrix for efMRI is proposed. Second, methodologies for estimation and hypothesis testing of the HRF are developed. Simulations support the effectiveness of our proposed methods. When applied to an efMRI dataset from an emotional control study, our method reveals more meaningful findings than the popular methods offered by AFNI and FSL. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.