921 resultados para Non-linear mechanics


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Different industrial induction melting processes involve free surface and melt-solid interface of the liquid metal subject to dynamic change during the technological operation. Simulation of the liquid metal dynamics requires to solve the non-linear, coupled hydrodynamic-electromagnetic-heat transfer problem accounting for the time development of the liquid metal free boundary with a suitable turbulent viscosity model. The present paper describes a numerical solution method applicable for various axisymmetric induction melting processes, such as, crucible with free top surface, levitation, semi-levitation, cold crucible and similar melting techniques. The presented results in the cases of semi-levitation and crucible with free top surface meltings demonstrate oscillating transient behaviour of the free metal surface indicating the presence of gravity-inertial-electromagnetic waves which are coupled to the internal fluid flow generated by both the rotational and potential parts of the electromagnetic force.

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A comprehensive simulation of solidification/melting processes requires the simultaneous representation of free surface fluid flow, heat transfer, phase change, non-linear solid mechanics and, possibly, electromagnetics together with their interactions in what is now referred to as "multi-physics" simulation. A 3D computational procedure and software tool, PHYSICA, embedding the above multi-physics models using finite volume methods on unstructured meshes (FV-UM) has been developed. Multi-physics simulations are extremely compute intensive and a strategy to parallelise such codes has, therefore, been developed. This strategy has been applied to PHYSICA and evaluated on a range of challenging multi-physics problems drawn from actual industrial cases.

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The Black Sea ecosystem experienced severe eutrophication-related degradation during the 1970s and 1980s. However, in recent years the Black Sea has shown some signs of recovery which are often attributed to a reduction in nutrient loading. Here, SeaWiFS chlorophyll a (chl a), a proxy for phytoplankton biomass, is used to investigate spatio-temporal patterns in Black Sea phytoplankton dynamics and to explore the potential role of climate in the Black Sea's recovery. Maps of chl a anomalies, calculated relative to the 8 year mean, emphasize spatial and temporal variability of phytoplankton biomass in the Black Sea, particularly between the riverine-influenced Northwest Shelf and the open Black Sea. Evolution of phytoplankton biomass has shown significant spatial variability of persistence of optimal bloom conditions between three major regions of the Black Sea. With the exception of 2001, chl a has generally decreased during our 8 year time-series. However, the winter of 2000–2001 was anomalously warm with low wind stress, resulting in reduced vertical mixing of the water column and retention of nutrients in the photic zone. These conditions were associated with anomalously high levels of chl a throughout much of the open Black Sea during the following spring and summer. The unusual climatic conditions occurring in 2001 may have triggered a shift in the Black Sea's chl a regime. The long-term significance of this recent shift is still uncertain but illustrates a non-linear response to climate forcing that makes future ecosystem changes in the pelagic Black Sea ecosystem difficult to predict.

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One of the first attempts to develop a formal model of depth cue integration is to be found in Maloney and Landy's (1989) "human depth combination rule". They advocate that the combination of depth cues by the visual sysetem is best described by a weighted linear model. The present experiments tested whether the linear combination rule applies to the integration of texture and shading. As would be predicted by a linear combination rule, the weight assigned to the shading cue did vary as a function of its curvature value. However, the weight assigned to the texture cue varied systematically as a function of the curvature value of both cues. Here we descrive a non-linear model which provides a better fit to the data. Redescribing the stimuli in terms of depth rather than curvature reduced the goodness of fit for all models tested. These results support the hypothesis that the locus of cue integration is a curvature map, rather than a depth map. We conclude that the linear comination rule does not generalize to the integration of shading and texture, and that for these cues it is likely that integration occurs after the recovery of surface curvature.

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The greatest relaxation time for an assembly of three- dimensional rigid rotators in an axially symmetric bistable potential is obtained exactly in terms of continued fractions as a sum of the zero frequency decay functions (averages of the Legendre polynomials) of the system. This is accomplished by studying the entire time evolution of the Green function (transition probability) by expanding the time dependent distribution as a Fourier series and proceeding to the zero frequency limit of the Laplace transform of that distribution. The procedure is entirely analogous to the calculation of the characteristic time of the probability evolution (the integral of the configuration space probability density function with respect to the position co-ordinate) for a particle undergoing translational diffusion in a potential; a concept originally used by Malakhov and Pankratov (Physica A 229 (1996) 109). This procedure allowed them to obtain exact solutions of the Kramers one-dimensional translational escape rate problem for piecewise parabolic potentials. The solution was accomplished by posing the problem in terms of the appropriate Sturm-Liouville equation which could be solved in terms of the parabolic cylinder functions. The method (as applied to rotational problems and posed in terms of recurrence relations for the decay functions, i.e., the Brinkman approach c.f. Blomberg, Physica A 86 (1977) 49, as opposed to the Sturm-Liouville one) demonstrates clearly that the greatest relaxation time unlike the integral relaxation time which is governed by a single decay function (albeit coupled to all the others in non-linear fashion via the underlying recurrence relation) is governed by a sum of decay functions. The method is easily generalized to multidimensional state spaces by matrix continued fraction methods allowing one to treat non-axially symmetric potentials, where the distribution function is governed by two state variables. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

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The relationships among organisms and their surroundings can be of immense complexity. To describe and understand an ecosystem as a tangled bank, multiple ways of interaction and their effects have to be considered, such as predation, competition, mutualism and facilitation. Understanding the resulting interaction networks is a challenge in changing environments, e.g. to predict knock-on effects of invasive species and to understand how climate change impacts biodiversity. The elucidation of complex ecological systems with their interactions will benefit enormously from the development of new machine learning tools that aim to infer the structure of interaction networks from field data. In the present study, we propose a novel Bayesian regression and multiple changepoint model (BRAM) for reconstructing species interaction networks from observed species distributions. The model has been devised to allow robust inference in the presence of spatial autocorrelation and distributional heterogeneity. We have evaluated the model on simulated data that combines a trophic niche model with a stochastic population model on a 2-dimensional lattice, and we have compared the performance of our model with L1-penalized sparse regression (LASSO) and non-linear Bayesian networks with the BDe scoring scheme. In addition, we have applied our method to plant ground coverage data from the western shore of the Outer Hebrides with the objective to infer the ecological interactions. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

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This paper presents a three-dimensional continuum damage mechanics-based material model which was implemented in an implicit finite element code to simulate the progressive intralaminar degradation of fibre reinforced laminates. The damage model is based on ply failure mechanisms and uses seven damage variables assigned to tensile, compressive and shear damage at a ply level. Non-linear behaviour and irreversibility were taken into account and modelled. Some issues on the numerical implementation of the damage model are discussed and solutions proposed. Applications of the methodology are presented in Part II

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A three-dimensional continuum damage mechanics-based material model was implemented in an implicit Finite Element code to simulate the progressive intralaminar degradation of fibre reinforced laminates based on ply failure mechanisms. This paper presents some structural applications of the progressive failure model implemented. The focus is on the non-linear response of the shear failure mode and its interaction with other failure modes. Structural applications of the damage model show that the proposed model is able to reproduce failure loads and patterns observed experimentally.

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Composite beams with large web openings are often used, and their design is controlled by Vierendeel bending at the four corners of each opening, which is assisted by local composite action with the floor slab. Development of this Vierendeel bending resistance may be limited by pull-out failure of the shear connectors. In this paper, a non-linear elasto-plastic finite element model of a composite beam with web openings was used to investigate this mode of pull-out failure. A test was performed on a typical composite slab in which the shear connectors were subject to pure tension and the failure load was 67 kN, which is approximately 70% of the longitudinal shear resistance. The results of the finite element model are compared against those obtained using the established design theory, that does not limit the vertical pull-out resistance of the shear connectors. It is shown that the local bending resistance due to composite action should be reduced when limited by pull-out of the shear connectors. A parametric study investigated the effect of openings of 600 to 1200 mm length. A simple model is developed to establish the Vierendeel bending resistance, when limited by pull-out of the shear connectors.

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This paper details the theory and implementation of a composite damage model, addressing damage within a ply (intralaminar) and delamination (interlaminar), for the simulation of crushing of laminated composite structures. It includes a more accurate determination of the characteristic length to achieve mesh objectivity in capturing intralaminar damage consisting of matrix cracking and fibre failure, a load-history dependent material response, an isotropic hardening nonlinear matrix response, as well as a more physically-based interactive matrix-dominated damage mechanism. The developed damage model requires a set of material parameters obtained from a combination of standard and non-standard material characterisation tests. The fidelity of the model mitigates the need to manipulate, or "calibrate", the input data to achieve good agreement with experimental results. The intralaminar damage model was implemented as a VUMAT subroutine, and used in conjunction with an existing interlaminar damage model, in Abaqus/Explicit. This approach was validated through the simulation of the crushing of a cross-ply composite tube with a tulip-shaped trigger, loaded in uniaxial compression. Despite the complexity of the chosen geometry, excellent correlation was achieved with experimental results.

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A three-dimensional continuum damage mechanics-based material model has been implemented in an implicit Finite Element code to simulate the progressive degradation of advanced composite materials. The damage model uses seven damage variables assigned to tensile, compressive and non-linear shear damage at a laminae level. The objectivity of the numerical discretization is assured using a smeared formulation. The material model was benchmarked against experimental uniaxial coupon tests and it is shown to reproduce key aspects observable during failure, such as the inclined fracture plane in matrix compression and the shear band in a ±45° tension specimen.

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A glicosilação não-enzimática e o stress oxidativo representam dois processos importantes visto desempenharem um papel importante no que respeita às complicações de vários processos patofisiológicos. No presente, a associação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação de proteínas é reconhecida como sendo um dos principais responsáveis pela acumulação de proteínas não-funcionais que, por sua vez, promove uma contínua sensibilização para um aumento do stress oxidativo ao nível celular. Embora esteja disponível bastante informação no que respeita aos dois processos e suas consequências ao nível estrutural e funcional, permanecem questões por esclarecer acerca do que se desenvolve ao nível molecular. Com o objectivo de contribuir para uma melhor compreensão da relação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação, proteínas modelo (albumina, insulina e histonas H2B e H1) foram submetidas a sistemas in vitro de glicosilação não-enzimática e oxidação em condições controladas e durante um período de tempo específico. A identificação dos locais de glicosilação e oxidação foi realizada através de uma abordagem proteómica, na qual após digestão enzimática se procedeu à análise por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa tandem (MALDI-TOF/TOF). Esta abordagem permitiu a obtenção de elevadas taxas de cobertura das sequências proteicas, permitindo a identificação dos locais preferenciais de glicosilação e oxidação nas diferentes proteínas estudadas. Como esperado, os resíduos de lisina foram os preferencialmente glicosilados. No que respeita à oxidação, além das modificações envolvendo hidroxilações e adições de oxigénio, foram identificadas deamidações, carbamilações e conversões oxidativas específicas de vários aminoácidos. No geral, os resíduos mais afectados pela oxidação foram os resíduos de cisteína, metionina, triptofano, tirosina, prolina, lisina e fenilalanina. Ao longo do período de tempo estudado, os resultados indicaram que a oxidação teve início em zonas expostas da proteína e/ou localizadas na vizinhança de resíduos de cisteína e metionina, ao invés de exibir um comportamente aleatório, ocorrendo de uma forma nãolinear por sua vez dependente da estabilidade conformacional da proteína. O estudo ao longo do tempo mostrou igualmente que, no caso das proteínas préglicosiladas, a oxidação das mesmas ocorreu de forma mais rápida e acentuada, sugerindo que as alterações estruturais induzidas pela glicosilação promovem um estado pro-oxidativo. No caso das proteínas pré-glicosiladas e oxidadas, foi identificado um maior número de modificações oxidativas assim como de resíduos modificados na vizinhança de resíduos glicosilados. Com esta abordagem é realizada uma importante contribuição na investigação das consequências do dano ‘glico-oxidativo’ em proteínas ao nível molecular através da combinação da espectrometria de massa e da bioinformática.

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Por parte da indústria de estampagem tem-se verificado um interesse crescente em simulações numéricas de processos de conformação de chapa, incluindo também métodos de engenharia inversa. Este facto ocorre principalmente porque as técnicas de tentativa-erro, muito usadas no passado, não são mais competitivas a nível económico. O uso de códigos de simulação é, atualmente, uma prática corrente em ambiente industrial, pois os resultados tipicamente obtidos através de códigos com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) são bem aceites pelas comunidades industriais e científicas Na tentativa de obter campos de tensão e de deformação precisos, uma análise eficiente com o MEF necessita de dados de entrada corretos, como geometrias, malhas, leis de comportamento não-lineares, carregamentos, leis de atrito, etc.. Com o objetivo de ultrapassar estas dificuldades podem ser considerados os problemas inversos. No trabalho apresentado, os seguintes problemas inversos, em Mecânica computacional, são apresentados e analisados: (i) problemas de identificação de parâmetros, que se referem à determinação de parâmetros de entrada que serão posteriormente usados em modelos constitutivos nas simulações numéricas e (ii) problemas de definição geométrica inicial de chapas e ferramentas, nos quais o objetivo é determinar a forma inicial de uma chapa ou de uma ferramenta tendo em vista a obtenção de uma determinada geometria após um processo de conformação. São introduzidas e implementadas novas estratégias de otimização, as quais conduzem a parâmetros de modelos constitutivos mais precisos. O objetivo destas estratégias é tirar vantagem das potencialidades de cada algoritmo e melhorar a eficiência geral dos métodos clássicos de otimização, os quais são baseados em processos de apenas um estágio. Algoritmos determinísticos, algoritmos inspirados em processos evolucionários ou mesmo a combinação destes dois são usados nas estratégias propostas. Estratégias de cascata, paralelas e híbridas são apresentadas em detalhe, sendo que as estratégias híbridas consistem na combinação de estratégias em cascata e paralelas. São apresentados e analisados dois métodos distintos para a avaliação da função objetivo em processos de identificação de parâmetros. Os métodos considerados são uma análise com um ponto único ou uma análise com elementos finitos. A avaliação com base num único ponto caracteriza uma quantidade infinitesimal de material sujeito a uma determinada história de deformação. Por outro lado, na análise através de elementos finitos, o modelo constitutivo é implementado e considerado para cada ponto de integração. Problemas inversos são apresentados e descritos, como por exemplo, a definição geométrica de chapas e ferramentas. Considerando o caso da otimização da forma inicial de uma chapa metálica a definição da forma inicial de uma chapa para a conformação de um elemento de cárter é considerado como problema em estudo. Ainda neste âmbito, um estudo sobre a influência da definição geométrica inicial da chapa no processo de otimização é efetuado. Este estudo é realizado considerando a formulação de NURBS na definição da face superior da chapa metálica, face cuja geometria será alterada durante o processo de conformação plástica. No caso dos processos de otimização de ferramentas, um processo de forjamento a dois estágios é apresentado. Com o objetivo de obter um cilindro perfeito após o forjamento, dois métodos distintos são considerados. No primeiro, a forma inicial do cilindro é otimizada e no outro a forma da ferramenta do primeiro estágio de conformação é otimizada. Para parametrizar a superfície livre do cilindro são utilizados diferentes métodos. Para a definição da ferramenta são também utilizados diferentes parametrizações. As estratégias de otimização propostas neste trabalho resolvem eficientemente problemas de otimização para a indústria de conformação metálica.

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The domain of thermal therapies applications can be improved with the development of accurate non-invasive timespatial temperature models. These models should represent the non-linear tissue thermal behaviour and be capable of tracking temperature at both time-instant and spatial position. If such estimators exist then efficient controllers for the therapeutic instrumentation could be developed, and the desired safety and effectiveness reached.

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Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil