Wave propagation in stiffened structures using spectrally formulated finite element

In this work, the wave propagation analysis of built-up composite structures is performed using frequency domain spectral finite elements, to study the high frequency wave responses. The paper discusses basically two methods for modeling stiffened structures. In the first method, the concept of assembly of 2D spectral plate elements is used to model a built-up structure. In the second approach, spectral finite element method (SFEM) model is developed to model skin-stiffener structures, where the skin is considered as plate element and the stiffener as beam element. The SFEM model developed using the plate-beam coupling approach is then used to model wave propagation in a multiple stiffened structure and also extended to model the stiffened structures with different cross sections such as T-section, I-section and hat section. A number of parametric studies are performed to capture the mode coupling, that is, the flexural-axial coupling present in the wave responses.

Automatic speech segmentation using probabilistic latent component modeling

Latent variable methods, such as PLCA (Probabilistic Latent Component Analysis) have been successfully used for analysis of non-negative signal representations. In this paper, we formulate PLCS (Probabilistic Latent Component Segmentation), which models each time frame of a spectrogram as a spectral distribution. Given the signal spectrogram, the segmentation boundaries are estimated using a maximum-likelihood approach. For an efficient solution, the algorithm imposes a hard constraint that each segment is modelled by a single latent component. The hard constraint facilitates the solution of ML boundary estimation using dynamic programming. The PLCS framework does not impose a parametric assumption unlike earlier ML segmentation techniques. PLCS can be naturally extended to model coarticulation between successive phones. Experiments on the TIMIT corpus show that the proposed technique is promising compared to most state of the art speech segmentation algorithms.

Temperature dependent current-voltage characteristics of zinc oxide nanowire/polypyrrole nanocomposite

Temperature dependent current-voltage (I-V) measurements of electrochemically prepared zinc oxide nanowire/polypyrrole (ZnONW/PPy) nanocomposite yielded non-linear I-V characteristics at temperatures between 300 and 4.5 K. The low-field conductance (G) of the ZnONW/PPy film exhibits pronounced temperature dependence with room temperature conductance (G(300K)) similar to 10(-3) S and a conductance ratio (G(300)K/G(4.5K)) of similar to 10(4), indicating dominance of significant temperature dependent charge transport processes. The conduction mechanism of the film is satisfactorily understood by extended fluctuation induced tunneling (FIT) model as the non-linear I-V characteristics fit fairly well to the extended FIT model. Further, the temperature dependence of G(o) obtained from fitting followed Sheng's model also. (C) 2014 AIP Publishing LLC.

Estimation and inference for grasping and manipulation tasks using vision and kinesthetic sensors

This thesis presents a novel framework for state estimation in the context of robotic grasping and manipulation. The overall estimation approach is based on fusing various visual cues for manipulator tracking, namely appearance and feature-based, shape-based, and silhouette-based visual cues. Similarly, a framework is developed to fuse the above visual cues, but also kinesthetic cues such as force-torque and tactile measurements, for in-hand object pose estimation. The cues are extracted from multiple sensor modalities and are fused in a variety of Kalman filters.

A hybrid estimator is developed to estimate both a continuous state (robot and object states) and discrete states, called contact modes, which specify how each finger contacts a particular object surface. A static multiple model estimator is used to compute and maintain this mode probability. The thesis also develops an estimation framework for estimating model parameters associated with object grasping. Dual and joint state-parameter estimation is explored for parameter estimation of a grasped object's mass and center of mass. Experimental results demonstrate simultaneous object localization and center of mass estimation.

Dual-arm estimation is developed for two arm robotic manipulation tasks. Two types of filters are explored; the first is an augmented filter that contains both arms in the state vector while the second runs two filters in parallel, one for each arm. These two frameworks and their performance is compared in a dual-arm task of removing a wheel from a hub.

This thesis also presents a new method for action selection involving touch. This next best touch method selects an available action for interacting with an object that will gain the most information. The algorithm employs information theory to compute an information gain metric that is based on a probabilistic belief suitable for the task. An estimation framework is used to maintain this belief over time. Kinesthetic measurements such as contact and tactile measurements are used to update the state belief after every interactive action. Simulation and experimental results are demonstrated using next best touch for object localization, specifically a door handle on a door. The next best touch theory is extended for model parameter determination. Since many objects within a particular object category share the same rough shape, principle component analysis may be used to parametrize the object mesh models. These parameters can be estimated using the action selection technique that selects the touching action which best both localizes and estimates these parameters. Simulation results are then presented involving localizing and determining a parameter of a screwdriver.

Lastly, the next best touch theory is further extended to model classes. Instead of estimating parameters, object class determination is incorporated into the information gain metric calculation. The best touching action is selected in order to best discern between the possible model classes. Simulation results are presented to validate the theory.

Biossorção de tório e urânio pela macroalga marinha sargassum filipendula

Por ser um material de baixo custo e apresentar propriedades ligantes, a macroalga marinha Sargassum filipendula vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada no estudo cinético e de equilíbrio dos íons de tório e urânio individuais e os resultados comparados à biossorção desses metais em sistema binário. Os testes foram realizados nas concentrações 1 e 10 mg/L e pH= 1,0 e 4,0 na temperatura de 25 1C. A melhor condição para biossorção de tório foi encontrada para 1 mg/L e pH= 1,0, enquanto que para urânio foi em 1 mg/L e pH= 4,0. O estudo cinético de biossorção de tório mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 1 mg/L (R2= 0,9987) e 10 mg/L (R2= 0,9919) em pH= 1,0 e 1 mg/L (R2= 0,9976) em pH= 4,0, enquanto em 10 mg/L (R2= 0,9787) pH= 4,0 a curva encontrada representou uma cinética de primeira ordem. Para a cinética de urânio os dois modelos se adequaram bem aos dados em ambas as condições experimentais. O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de captação de tório, com uma remoção de 96% e 54% do metal em pH= 1,0 e 4,0, respectivamente, a partir da Co= 1 mg/L. A melhor eficiência de captação dos íons de urânio foi de 33% para Co= 100 mg/L em pH= 1,0 e 71% para Co= 1 mg/L em pH= 4,0. Os dados experimentais da isoterma de tório mostraram-se mais adequados ao modelo de Freundlich para pH= 1,0, enquanto que para o pH= 4,0 esses foram melhor representados pelo modelo de Langmuir, com valores de coeficiente de determinação superiores. Em relação à isoterma do urânio, o modelo de Freundlich representou bem os dados experimentais. Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (kL, qmax ) e Freundlich (kF, n) indicaram uma maior afinidade da biomassa pelos íons de tório em ambas as condições experimentais. O estudo de equilíbrio do sistema binário mostrou que a biossorção dos íons de tório não é afetada pela presença do urânio em solução. Por outro lado, a sorção do urânio foi fortemente afetada pela coexistência com os íons de tório.

Biossorção de vanádio pela macroalga marinha Sargassum filipendula

Muitos biossorventes naturais têm sido pesquisados por possuírem baixo custo e apresentarem propriedades ligantes, como é o caso da macroalga marinha Sargassum filipendula (S. filipendula) que vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais pesados. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada para estudos realizados em batelada, onde se determinou o pH ideal de biossorção de vanádio, a relação sólido/líquido ideal e a importância da velocidade de agitação. O estudo cinético e de equilíbrio dos íons metálicos também foram realizados em bateladas nas seguintes condições de ensaio: (1) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 18,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação; (2) 0,10 g de biomassa, 25,0 mL de solução de vanádio igual a 36,0 mg L-1, temperatura 25,0 C e 150 rpm de agitação. A melhor condição para biossorção de vanádio foi encontrada para 36,0 mg L-1 e pH= 2,0. O estudo cinético de biossorção de vanádio mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 36,0 mg L-1 (R2= 0,9825). O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de remoção de vanádio. A melhor eficiência de captação dos íons de vanádio foi de 61,0 % para Co= 40,0 mg L-1 em pH= 2,0. Os dados experimentais da isoterma de vanádio mostraram-se mais adequados ao modelo de Langmuir para pH= 2,0, Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (b, qmax ) 0,009 e 43,3 mg/g, respectivamente, corroboram melhor para a interpretação dos resultados quando comparados com o modelo de Freundlich (kF, n) 1,56 e 2,41, visto que o coeficiente de correlação é maior para Langmuir

Biossorção de tório com emprego de Sargassum filipendula

Com o aumento do rigor para descarte de efluentes contaminado com metais pesados, as pesquisas têm se intensificado na busca de métodos de remoção, que tragam bons resultados de captação dos metais, aliado a um baixo custo. O uso de biomassas como bactérias, fungos e algas marinhas como material adsorvente, tem se apresentado como uma alternativa, principalmente para soluções com baixo teor de metais. Neste trabalho, a alga marinha Sargassum filipendula foi avaliada na sua capacidade de remoção do metal tório de uma solução sintética e do efluente dos laboratórios de análises ambientais do IRD. A cinética desta biossorção foi estudada em regime de batelada e o equilíbrio foi alcançado com 180 min de reação. Dois modelos cinéticos foram utilizados nesta avaliação, um de primeira ordem e um modelo de pseudo segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado um melhor ajuste dos dados. Na avaliação da capacidade máxima de captação do tório pela biomassa marinha em regime de batelada, foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação alcançando um máximo de 2,59 mol/g. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, tendo apresentado maior correlação com os dados o modelo de Langmuir, resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 2,92 mol/g. A capacidade de remoção do metal tório da alga Sargassum filipendula também foi avaliada em regime contínuo. Um estudo de altura crítica de leito foi realizado preenchendo-se uma coluna com diferentes massas de alga correspondendo a diferentes alturas de leito. A concentração de tório residual foi quantificada na solução de saída e a menor concentração na saída foi alcançada com 40 cm de leito ou 96 g de biomassa. Após este estudo um sistema contínuo com duas colunas, com 96 g de biomassa cada, e uma bomba peristáltica foi utilizado para o tratamento do efluente real do IRD, contendo não apenas o metal tório, mas outros metais como urânio, cálcio, cromo, ferro, chumbo, etc. Cento e cinco litros de efluente foram tratados numa concentração de 6 mg/L, a concentração do efluente de saída foi de 3,75 mg/L. A caracterização do efluente quanto aos metais presentes foi realizada em ICP-MS, os resultados demonstraram que não houve competição pelos sítios ligantes da biomassa entre o tório e os demais metais. Além disso, alguns metais como cálcio, ferro e magnésio, tiveram um aumento na concentração de saída indicando a presença do mecanismo de troca iônica na biossorção do tório por Sargassum filipendula

Efeito da temperatura de incubação na cinética e no equilíbrio da biossorção do cádmio por Sargassum filipendula

O uso de biomassas para biossorção de metais pesados é bem documentado na literatura e vários tipos de espécies de microrganismos e algas já foram testados. A maior parte destes trabalhos foi realizada com biomassa seca para prevenir qualquer resposta metabólica indesejável. Vários estudos na literatura sugerem o uso de biomassa seca sobre condições moderadas, tais como secagem ao sol; por outro lado, vários trabalhos recomendam a faixa de 313K a 353K para garantir completa inativação da biomassa. O efeito da biomassa seca ao sol a 303K e seca a 333K em estufa na remoção de Cd2+ é aqui reportado. A avaliação dos resultados foi baseada na cinética e capacidade de remoção do metal pela alga Sargassum filipendula. Os resultados indicam que a adsorção máxima de metal não foi notadamente reduzida quando a biomassa seca em estufa foi usada, para concentrações de cádmio na faixa de 10,0 a 500,0 mg L-1. O estudo cinético realizado indicou que o modelo de pseudo segunda ordem ajustou melhor os dados experimentais, tanto para uma solução diluída (10 mg L-1) quanto para a concentrada (100 mg L-1). Em ambos os casos, os efeitos da secagem em estufa, a 60C refletiu-se suavemente na remoção do metal. Os dados experimentais foram melhor ajustados pelo modelo de Langmuir em comparação com o modelo de Freundlich. Análises termogravimétricas mostraram que não havia dano estrutural no biossorvente devido à secagem em estufa. O espectro de infravermelho não indicou diferença entre a biomassa in natura e seca. O efeito da temperatura na biossorção do metal significativo na faixa de 303K a 328K, refletindo-se na capacidade de remoção do cádmio

On the Stability and Equilibrium Points of Multistaged SI (n) R Epidemic Models

This paper relies on the concept of next generation matrix defined ad hoc for a new proposed extended SEIR model referred to as SI(n)R-model to study its stability. The model includes n successive stages of infectious subpopulations, each one acting at the exposed subpopulation of the next infectious stage in a cascade global disposal where each infectious population acts as the exposed subpopulation of the next infectious stage. The model also has internal delays which characterize the time intervals of the coupling of the susceptible dynamics with the infectious populations of the various cascade infectious stages. Since the susceptible subpopulation is common, and then unique, to all the infectious stages, its coupled dynamic action on each of those stages is modeled with an increasing delay as the infectious stage index increases from 1 to n. The physical interpretation of the model is that the dynamics of the disease exhibits different stages in which the infectivity and the mortality rates vary as the individual numbers go through the process of recovery, each stage with a characteristic average time.

Biossorção de lantânio por Sargassum sp.: ensaios em batelada e contínuos

Diante dos avanços tecnológicos, pesquisadores têm intensificado a busca por métodos de remoção de metais, que tragam bons resultados de captação a partir de efluentes contaminados, aliados a um baixo custo. A utilização de materiais biológicos como algas marinhas, fungos e bactérias vem se destacando e se tornando uma solução atrativa quando comparados com os tratamentos químicos convencionais; essa técnica é denominada biossorção. A biossorção é um processo de captação de íons metálicos de uma solução, a partir de interações entre o metal e determinados sítios ativos presentes na parede celular da biomassa. Existe também um crescente interesse pelo estudo dos elementos de terras raras (TR) por possuirem alto valor agregado, acarretado por processos caros e de alta complexidade na sua separação e purificação. Desta forma, este trabalho teve como objetivo descrever o potencial de biossorção de lantânio - um representante dos TR - pela macroalga Sargassum sp., a partir de soluções aquosas. Para isso foram realizados estudos em batelada, aplicando modelos cinéticos e de equilíbrio, e estudos em regime contínuo de biossorção dos íons de lantânio (III), além de um sistema contínuo bimetálico, no qual houve a adição do metal cério, outro TR. As determinações analíticas foram realizadas por espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado. Os ensaios cinéticos foram realizados nas concentrações metálicas de 10 e 100 mg.L-1 e em duas concentrações distintas de biomassa 2 e 5 g.L-1 na temperatura de 301C. Dois modelos cinéticos foram testados, pseudo-primeira ordem e segunda ordem, tendo o modelo de segunda ordem apresentado melhor ajuste dos dados, com r2 igual a 0,9697. No ensaio de equilíbrio foi construída a isoterma que apresentou um perfil crescente na captação no entanto não alcançou a remoção máxima. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados da isoterma, sendo verificado maior correlação dos dados com o modelo de Langmuir; resultando num valor de captação máxima calculado pelo modelo de 3,55 mmol.g-1. No ensaio dinâmico foram realizados dois experimentos, 1 e 2. O Experimento 1 foi realizado com três colunas interligadas e recheadas com 20g de biomassa cada, sendo bombeada uma solução aquosa de lantânio na concentração de 1,41mmol.L-1. O Experimento 2 foi constituido de uma solução contendo lantânio e cério ambos na mesma concentração anterior de 1,41 mmol.L-1, sendo bombeada somente para uma única coluna recheada com 20g de biomassa. Os resultados demonstraram que o ponto de saturação não foi atingido dentro das 8 horas em que se deu o processo, o que indica a alta afinidade da Sargassum sp. pelo lantânio e que a presença do cério associada a redução da vazão prejudicou a captação do lantânio

Palm frond biochar production and characterisation

Palm oil has been the world's main source of oil and fats since 2004, producing over 45 million tonnes in 2009. Malaysia alone has over 4·5 million hectares planted with oil palm and, based on common practice, ~300 palm fronds are pruned per hectare per year. This agricultural waste is currently either being used as roughage feed or, more frequently, being left between rows of palm trees to prevent soil erosion, or for nutrient recycling purposes. This paper proposes an alternative use for palm frond as a source of biochar. A traditional method commonly use by gardeners in Malaysia to improve soil fertility was used to produce the biochar. A shallow earth pit was dug in the ground for the carbonisation process. The process is described and the impact of carbonisation on the earth wall is analysed and presented. The process was later re-assessed by using TGA-FTIR. Most of the hemicelluloses had fully disintegrated, but the depolymerisation of the cellulose was still incomplete at the carbonisation temperature. Most of the lignin aromatic structure was still present in the biochar. The carbonisation process was repeated in the laboratory and biochar was characterised by using BET, SEM and FTIR. An adsorption isotherm study was conducted and the experimental data were fitted to the Langmuir model. The model predicted Pb2+ adsorption rates of 83·3 mg/g, Cu2+ 41·4 mg/g, Ni2+ 13·0 mg/g and Zn2+ 19·7 mg/g. Copyright © The Royal Society of Edinburgh 2012.

Density matrix Loschmidt echo and quantum phase transitions

We introduce the concept of the Loschmidt echo (LE) to the space of the reduced density matrix of spin and fermionic systems to study the density matrix LEs (DMLEs) of the one-dimensional extended Hubbard model and the transverse field Ising model. Our results show that the DMLEs are remarkably influenced by the criticality of the system, and the method is a convenient way to study quantum phase transitions.

基于分布式认知理论的扩展资源模型

分布式认知理论通过协调人机对话，结合人和计算机各自的优势解决问题，在人机交互研究中扮演了指导者的角色．尽管分布式认知理论支持的资源模型在分析人机交互时取得了成功，但模型存在不能提供复杂用户任务支持、缺乏对模型中元素的准确定义等问题，在一定程度上导致了表现形式上的混乱．使用分布式认知理论构造了扩展资源模型，建立人机交互活动中的动作和表征之间的联系，从而指导界面的设计和实现．扩展资源模型从静态结构和交互策略两个方面对界面交互动作提供支持，在交互中减少人的认知负担．该研究对设计符合人的认知特点的界面具有一定的指导作用．

活性炭纤维(ACF)吸附法处理河流突发污染事故模拟研究

环境突发污染事故给人民生活、经济发展和生态环境造成重大影响，研究污染物泄漏造成河流突发污染事故的应急处理方法十分必要。本论文选取苯酚、苯胺和亚甲基蓝等典型污染物为实验对象，采用吸附容量大、密度与水接近的活性炭纤维(ACF)为吸附剂。在自制的河流模型中，研究了ACF以苯酚、苯胺和亚甲基蓝为典型污染物的吸附过程，考察了吸附剂投加量、污染物浓度、吸附剂比表面积、吸附剂投加方式、水流速度与水质等对吸附速率与吸附效果的影响。实验结果表明，ACF能以较快的速率吸附苯酚、苯胺和亚甲基蓝，吸附率都在95％以上； ACF投加量是影响吸附速率最重要的因素，当一次性投加ACF质量之比为 1:2:4时，吸附速率常数之比近似为1:2:4；污染物浓度对吸附速率的影响显著，浓度较低时吸附速率较高。苯酚初始浓度为7mg·L-1时，经过86分钟的吸附，处理后的浓度可以达到地表水Ⅴ类水中挥发酚的限值要求(0.1mg·L-1)；在吸附11分钟左右追加适量的ACF，能够明显提高吸附速率；河水流速和河流中的天然有机物、浊度、河水硬度对ACF吸附都不产生显著影响，这说明ACF作为河流突发污染事故应急处理的吸附剂，有广泛的适应性。在实际河水中，ACF对苯酚的吸附过程与在模拟河水中相似，吸附效果显著。实验结果还表明，ACF对苯酚的吸附是放热反应，符合Freundlich模型和Langmuir模型。事故应急处理后，应该及时将吸附了污染物的ACF打捞上来，有利于进行后续处理。 Emergency environmental pollution accidents pose significant impacts on our living, economic development and ecological environment. The study on the approach of emergency control for the contingency caused by leakage of pollutants in rivers is very necessary. In the experiment, phenol, aniline and methylene blue were selected as representative pollutant and activated carbon fiber (ACF) was selected as adsorbent, which has strong adsorption capacity and similar density to water. In the self-made river model, the effects of ACF dosage, pollutant concentration, ACF surface area, ACF adding ways, water flow rate and water quality on adsorption courses were investigated. The experimental results showed that ACF could adsorb pollutant quickly and effectively. The ACF dosage was the most important factor that affected adsorption rate .When the ACF dosage rate was 1:2:4, the constants of adsorption rate was approximately 1:2:4. The effect of pollutant concentrations on the adsorption rate was notable. Faster adsorption rates were achieved at low pollutant concentrations. Phenol concentration reached the limits of volatile phenol in Category Ⅴ surface water (0.1 mg·L-1) after 86 minutes of adsorption with initial phenol concentration of 7 mg·L-1. After 11 minutes of adsorption, certain amount of ACF was added and the adsorption rate was improved significantly. River flow rate and water quality have little effect on the adsorption rate. The adsorption results obtained in actual river water were comparable with that in simulating river water. The results also showed that, ACF on the absorption of phenol is exothermic reaction, witch matched with the Freundlich model and the Langmuir model. After emergency treatment, the ACF absorbed pollutants should be promptly salvaged for follow-up treatment.

Nucleation in A/B/AB blends: Interplay between microphase assembly and macrophase separation

We study the interplay between microphase assembly and macrophase separation in A/B/AB ternary polymer blends by examining the free energy of localized fluctuation structures (micelles or droplets), with emphasis on the thermodynamic relationship between swollen micelles (microemulsion) and the macrophase-separated state, using self-consistent field theory and an extended capillary model. Upon introducing homopolymer B into a micelle-forming binary polymer blend A/AB, micelles can be swollen by B. A small amount of component B (below the A-rich binodal of macrophase coexistence) will not affect the stability of the swollen micelles. A large excess of homopolymer, B, will induce a microemulsion failure and lead to a macrophase separation.