Knowledge-based system on optimum design of liquid retaining structures with genetic algorithms

This paper delineates the development of a prototype hybrid knowledge-based system for the optimum design of liquid retaining structures by coupling the blackboard architecture, an expert system shell VISUAL RULE STUDIO and genetic algorithm (GA). Through custom-built interactive graphical user interfaces under a user-friendly environment, the user is directed throughout the design process, which includes preliminary design, load specification, model generation, finite element analysis, code compliance checking, and member sizing optimization. For structural optimization, GA is applied to the minimum cost design of structural systems with discrete reinforced concrete sections. The design of a typical example of the liquid retaining structure is illustrated. The results demonstrate extraordinarily converging speed as near-optimal solutions are acquired after merely exploration of a small portion of the search space. This system can act as a consultant to assist novice designers in the design of liquid retaining structures.

A coupled knowledge-based expert system for design of liquid-retaining structures

This paper describes a coupled knowledge-based system (KBS) for the design of liquid-retaining structures, which can handle both the symbolic knowledge processing based on engineering heuristics in the preliminary synthesis stage and the extensive numerical crunching involved in the detailed analysis stage. The prototype system is developed by employing blackboard architecture and a commercial shell VISUAL RULE STUDIO. Its present scope covers design of three types of liquid-retaining structures, namely, a rectangular shape with one compartment, a rectangular shape with two compartments and a circular shape. Through custom-built interactive graphical user interfaces, the user is directed throughout the design process, which includes preliminary design, load specification, model generation, finite element analysis, code compliance checking and member sizing optimization. It is also integrated with various relational databases that provide the system with sectional properties, moment and shear coefficients and final member details. This system can act as a consultant to assist novice designers in the design of liquid-retaining structures with increase in efficiency and optimization of design output and automated record keeping. The design of a typical example of the liquid-retaining structure is also illustrated. (C) 2003 Elsevier B.V All rights reserved.

Constitutively active signal transducer and activator of transcription 5 can replace the requirement for growth hormone in adipogenesis of 3T3-F442A preadipocytes

Although it is the best characterized in vitro model of GH action, the mechanisms used by GH to induce differentiation of murine 3T3-F442A preadipocytes remain unclear. Here we have examined the role of three transcriptional regulators in adipogenesis. These regulators are either rapidly induced in response to GH [Stra13, signal transducer and activator of transcription (Stat) 3] or of central importance to GH signaling (Stat5). Retroviral transfection of 3T3-F442A preadipocytes was used to increase expression of Stra13, Stat3, and Stat5a. Only Stat5a transfection increased the expression of adipogenic markers peroxisome proliferator-activated receptor gamma, CCAAT enhancer binding protein (C/EBP)alpha, and adipose protein 2/fatty acid-binding protein in response to GH, as determined by quantitative RT-PCR. Transfection with constitutively active Stat3 and Stat5a revealed that constitutively active Stat5a but not Stat3 was able to replace the GH requirement for adipogenesis. Constitutively active Stat5a but not Stat3 was able to increase the formation of lipid droplets and expression of alpha-glycerol phosphate dehydrogenase toward levels seen in mature adipocytes. Constitutively active Stat5a was also able to increase the expression of transcripts for C/EBPalpha to similar levels as GH, and of C/EBPbeta, peroxisome proliferator-activated receptor gamma, and adipose protein 2/fatty acid-binding protein transcripts to a lesser extent. An in vivo role for GH in murine adipogenesis is supported by significantly decreased epididymal fat depot size in young GH receptor-deleted mice, before manifestation of the lipolytic actions of GH. We conclude that Stat5 is a critical factor in GH-induced, and potentially prolactin-induced, murine adipogenesis.

Winding patterns for actively shielded shim coils with asymmetric target-fields

A method is presented for calculating the currents and winding patterns required to design independent zonal and tesseral shim coils for magnetic resonance imaging. Both actively shielded and unshielded configurations are considered, and the region of interest can be located asymmetrically with respect to the coil's length. Streamline, target-field and Fourier-series methods are utilized. The desired target-field is specified at two cylindrical radii, on and inside a circular conducting cylinder of length 2L and radius a. The specification is over some asymmetric portion pL < z < qL of the coil's length (-1 < p < q < 1). Arbitrary functions are used in the outer sections, -L < z < pL and qL < z < L, to ensure continuity of the magnetic field across the entire length of the coil. The entire field is then periodically extended as a half-range cosine Fourier series about either end of the coil. The resultant Fourier coefficients are then substituted into the Fourier-series expressions for the internal and external magnetic fields, and current densities and stream functions on both the primary coil and shield. A contour plot of the stream function directly gives the required coil winding patterns. Spherical harmonic analysis and shielding analysis on field calculations from a ZX shim coil indicate that example designs and theory are well matched.

Study of wet porous filtration

A growing demand for efficient air quality management calls for the development of technologies capable of meeting the stringent requirements now being applied in areas of chemical, biological and medical activities. Currently, filtration is the most effective process available for removal of fine particles from carrier gases. Purification of gaseous pollutants is associated with adsorption, absorption and incineration. In this paper we discuss a new technique for highly efficient simultaneous purification of gaseous and particulate pollutants from carrier gases, and investigate the utilization of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) imaging for the study of the dynamic processes associated with gas-liquid flow in porous media. Our technique involves the passage of contaminated carrier gases through a porous medium submerged into a liquid, leading to the formation of narrow and tortuous pathways through the medium. The wet walls of these pathways result in outstanding purification of gaseous, liquid and solid alien additives. NMR imaging was successfully used to map the gas pathways inside the porous medium submerged into the liquid layer. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

API documentation with executable examples

The rise of component-based software development has created an urgent need for effective application program interface (API) documentation. Experience has shown that it is hard to create precise and readable documentation. Prose documentation can provide a good overview but lacks precision. Formal methods offer precision but the resulting documentation is expensive to develop. Worse, few developers have the skill or inclination to read formal documentation. We present a pragmatic solution to the problem of API documentation. We augment the prose documentation with executable test cases, including expected outputs, and use the prose plus the test cases as the documentation. With appropriate tool support, the test cases are easy to develop and read. Such test cases constitute a completely formal, albeit partial, specification of input/output behavior. Equally important, consistency between code and documentation is demonstrated by running the test cases. This approach provides an attractive bridge between formal and informal documentation. We also present a tool that supports compact and readable test cases; and generation of test drivers and documentation, and illustrate the approach with detailed case studies. (C) 2002 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Theoretical and experimental studies of unbraced tubular trusses allowing for torsional stiffness

This paper describes the buckling phenomenon of a tubular truss with unsupported length through a full-scale test and presents a practical computational method for the design of the trusses allowing for the contribution of torsional stiffness against buckling, of which the effect has never been considered previously by others. The current practice for the design of a planar truss has largely been based on the linear elastic approach which cannot allow for the contribution of torsional stiffness and tension members in a structural system against buckling. The over-simplified analytical technique is unable to provide a realistic and an economical design to a structure. In this paper the stability theory is applied to the second-order analysis and design of the structural form, with detailed allowance for the instability and second-order effects in compliance with design code requirements. Finally, the paper demonstrates the application of the proposed method to the stability design of a commonly adopted truss system used in support of glass panels in which lateral bracing members are highly undesirable for economical and aesthetic reasons.

Integrated control of nitrate recirculation and external carbon addition in a predenitrification system

The integrated control of nitrate recirculation and external carbon addition in a predenitrification biological wastewater treatment system is studied. The proposed control structure consists of four feedback control loops, which manipulate the nitrate recirculation and the carbon dosage flows in a highly coordinated manner such that the consumption of external carbon is minimised while the nitrate discharge limits (based on both grab and composite samples) are met. The control system requires the measurement of the nitrate concentrations at the end of both the anoxic and the aerobic zones. Distinct from ordinary control systems, which typically minimise the variation in the controlled variables, the proposed control system essentially maximises the diurnal variation of the effluent nitrate concentration and through this maximises the use of influent COD for denitrification, thus minimising the requirement for external carbon source. Simulation studies using a commonly accepted simulation benchmark show that the controlled system consistently achieves the designated effluent quality with minimum costs.

Avaliação da qualidade do leite e caracterização de laticínios do estado do Espírito Santo

O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,O leite é um alimento de grande importância na alimentação humana e amplamente consumido. Desta forma, justifica-se o estudo de suas características e a avaliação de procedimentos higiênicos durante toda a sua cadeia produtiva, desde a ordenha até o seu processamento. O objetivo do trabalho foi caracterizar laticínios localizados no estado do Espírito Santo, bem como avaliar as características de qualidade do leite cru e do leite pasteurizado de quatro estabelecimentos. O estudo foi dividido em quatro etapas: 1) seleção de dois laticínios com Selo de Inspeção Federal (SIF) e dois laticínios com Selo de Inspeção Estadual (SIE); 2) Elaboração de questionário para coleta de dados; 3) coleta de amostras de leite cru refrigerado e leite pasteurizado nos laticínios selecionados e avaliação da qualidade da matéria-prima e; 4) caracterização dos quatro laticínios e avaliação das condições higiênico-sanitárias dos estabelecimentos (aplicação questionário elaborado e da Lista de Verificação de Boas Práticas de Fabricação - check-list – presente na RDC nº 275 / 2002 da Anvisa).Os resultados obtidos com as análises de composição centesimal, acidez titulável, pH e Contagem de Células Somáticas (CCS) das amostras dos laticínios SIF 1, SIF 2, SIE 1 e SIE 2 indicaram conformidade com o padrão exigido pela Instrução Normativa nº 62/2011 do MAPA. Com relação ao teste do alizarol, todas as amostras analisadas apresentaram coloração parda avermelhada sem coagulação, indicando conformidade com a exigência da legislação. Para o teste de detecção de antibiótico da classe β-lactâmicos, todas as amostras de leite dos quatro laticínios analisadas nas três coletas tiveram ausência pelo método utilizado. Em uma das amostras coletadas da indústria SIF 1 foi verificada a presença da enzima fosfatase alcalina em leite pasteurizado, indicando que o tratamento térmico não foi adequado e que, portanto, poderia haver presença de microrganismos patogênicos na amostra, ou que a enzima se renaturou, apresentando um resultado falso positivo para o teste. Além disso, foi verificado que duas amostras de leite coletadas do laticínio SIE 1 apresentaram ausência da enzima lactoperoxidase,indicando a sua desnaturação devido à superpasteurização do leite. Para as análises microbiológicas de contagem bacteriana total e bactérias psicrotróficas, foi verificado uma contagem acima do estabelecido pela legislação. Além disso, os maiores valores médios de Contagem Bacteriana Total (CBT), contagem de microrganismos psicrotróficos e coliformes totais nas amostras de leite cru refrigerado foram verificados entre os laticínios com SIF, podendo ter como causa o uso de tanques comunitários pelos produtores, tempo de transporte para coleta de leite maior do que a média dos laticínios com SIE, a falta de adoção das Boas Práticas de Ordenha e o maior volume de leite coletado de diferentes produtores. Com relação à CBT e à contagem de coliformes totais em leite pasteurizado, os maiores valores médios foram verificados também nos laticínios SIF 1 e SIF 2. Os laticínios que apresentaram maior porcentagem de adequação aos requisitos das BPF foram os laticínios SIF 1 (87,82 %) e SIF 2 (80,66 %), os quais já possuíam os POP’s (Procedimento Operacional Padronizado), CIP (Controle Integrado de Pragas) e BPF (Boas Práticas de Fabricação) implantados ou em fase final de implantação. A análise dos resultados das análises microbiológicas, da aplicação do check-list e da aplicação do questionário permitiu a conclusão de que as empresas que possuíam SIF, apesar de apresentarem uma maior porcentagem de adequação aos requisitos de boas práticas de fabricação, possuíam uma qualidade da matéria-prima menor do que as indústrias com SIE. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que o estudo de laticínios no estado do Espírito Santo possibilitou o conhecimento do setor e de seus problemas, contribuindo para o emprego de ações de melhoria e prevenção de futuros problemas.

Estudo da resistência não drenada de solo de baixa consistência por meio de ensaios de campo e laboratório

A variabilidade natural dos solos torna complexo o conhecimento de suas propriedades na elaboração de projetos geotécnicos, sendo a determinação da resistência ao cisalhamento não drenada um parâmetro importante nas análises de estabilidade de solos moles. Os ensaios de laboratório de cone e palheta, não convencionais, os ensaios de campo de palheta e piezocone e os ensaios de compressão simples e triaxial não adensado e não drenado foram utilizados para mensurar a resistência não drenada de uma camada de argila marinha mole localizada na planície costeira central brasileira. Os ensaios de laboratório foram realizados em amostras indeformadas coletadas com amostradores de pistão estacionário em vertical próxima à realização dos ensaios de campo. O sítio foi investigado preliminarmente por sondagens de simples reconhecimento, sendo apresentado o perfil estratigráfico por meio de modelagem computacional. Foram também realizados ensaios para caracterização física (análise granulométrica, teor de umidade, limites de liquidez e plasticidade, densidade real dos grãos) e mineralógica (difração de raios X), e ensaios de adensamento para obtenção do histórico de tensões e classificação de qualidade das amostras indeformadas. Os valores de resistência não drenada obtidos pelos ensaios de laboratório foram comparados ao perfil contínuo de resistência determinado empiricamente pelo ensaio de piezocone, com fator de cone Nkt calibrado pelo ensaio de palheta de campo, apresentando boa concordância, com a variabilidade natural do solo influenciando de forma preponderante a qualidade das amostras na variação entre os resultados. Os valores de resistência obtidos pelos ensaios de laboratório de cone e palheta foram comparados entre si, apresentando boa compatibilidade. Ambos, quando comparados ao ensaio de palheta de campo, não apresentaram boa concordância. Os resultados de resistência obtidos pelos ensaios de compressão simples e triaxial apresentaram boa compatibilidade com os resultados do ensaio de laboratório de cone, o que não ocorreu com os resultados do ensaio de laboratório de palheta. Na comparação entre a resistência normalizada pela tensão de sobreadensamento obtida pelos diversos métodos e algumas correlações empíricas da literatura internacional, foi observado para as amostras de solo com índice de plasticidade superior a 60% boa concordância com as correlações de Mesri (1975) e Jamiolkowski et al (1985). Os ensaios não convencionais apresentaram boa confiabilidade, que aliado a simplicidade e agilidade de execução, justificam a difusão destes na prática da investigação geotécnica brasileira como método alternativo para complementar e dar suporte às estimativas de resistência não drenada de solos moles.

Electrospun silk-elastin-like fiber mats for tissue engineering applications

Protein-based polymers are present in a wide variety of organisms fulfilling structural and mechanical roles. Advances in protein engineering and recombinant DNA technology allow the design and production of recombinant protein-based polymers (rPBPs) with an absolute control of its composition. Although the application of recombinant proteins as biomaterials is still an emerging technology, the possibilities are limitless and far superior to natural or synthetic materials, as the complexity of the structural design can be fully customized. In this work, we report the electrospinning of two new genetically engineered silk-elastin-like proteins (SELPs) consisting of alternate silk- and elastin-like blocks. Electrospinning was performed with formic acid and aqueous solutions at different concentrations without addition of further agents. The size and morphology of the electrospun structures was characterized by scanning electron microscopy showing to be dependent of concentration and solvent used. Treatment with air saturated with methanol was employed to stabilize the structure and promote water insolubility through a time-dependent conversion of random coils into β-sheets (FTIR). The resultant methanol-treated electrospun mats were characterized for swelling degree (570-720%), water vapour transmission rate (1083 g/m2/day) and mechanical properties (modulus of elasticity of ~126 MPa). Furthermore, the methanol-treated SELP fiber mats showed no cytotoxicity and were able to support adhesion and proliferation of normal human skin fibroblasts. Adhesion was characterized by a filopodia-mediated mechanism. These results demonstrate that SELP fiber mats can provide promising solutions for the development of novel biomaterials suitable for tissue engineering applications.

Estimating Local Part Thickness in Midplane Meshes for Finite Element Analysis

Within the development of motor vehicles, crash safety (e.g. occupant protection, pedestrian protection, low speed damageability), is one of the most important attributes. In order to be able to fulfill the increased requirements in the framework of shorter cycle times and rising pressure to reduce costs, car manufacturers keep intensifying the use of virtual development tools such as those in the domain of Computer Aided Engineering (CAE). For crash simulations, the explicit finite element method (FEM) is applied. The accuracy of the simulation process is highly dependent on the accuracy of the simulation model, including the midplane mesh. One of the roughest approximations typically made is the actual part thickness which, in reality, can vary locally. However, almost always a constant thickness value is defined throughout the entire part due to complexity reasons. On the other hand, for precise fracture analysis within FEM, the correct thickness consideration is one key enabler. Thus, availability of per element thickness information, which does not exist explicitly in the FEM model, can significantly contribute to an improved crash simulation quality, especially regarding fracture prediction. Even though the thickness is not explicitly available from the FEM model, it can be inferred from the original CAD geometric model through geometric calculations. This paper proposes and compares two thickness estimation algorithms based on ray tracing and nearest neighbour 3D range searches. A systematic quantitative analysis of the accuracy of both algorithms is presented, as well as a thorough identification of particular geometric arrangements under which their accuracy can be compared. These results enable the identification of each technique’s weaknesses and hint towards a new, integrated, approach to the problem that linearly combines the estimates produced by each algorithm.

Effect of poling state and morphology of piezoelectric poly(vinylidene fluoride) membranes for skeletal muscle tissue engineering

This work reports on the influence of polarization and morphology of electroactive poly(vinylidene fluoride), PVDF, on the biological response of myoblast cells. Non-poled, ‘‘poled +’’ and “poled-“ -PVDF were prepared in the form of films. Further, random and aligned electrospun -PVDF fiber mats were also prepared. It is demonstrated that negatively charged surfaces improve cell adhesion and proliferation and that the directional growth of the myoblast cells can be achieved by the cell culture on oriented fibers. Therefore, the potential application of electroative materials for muscle regeneration is demonstrated.