Nonlinear Mechanical Modeling Of Cell Adhesion

Cell adhesion, which is mediated by the receptor-ligand bonds, plays an essential role in various biological processes. Previous studies often described the force-extension relationship of receptor-ligand bond with linear assumption. However, the force-extension relationship of the bond is intrinsically nonlinear, which should have significant influence on the mechanical behavior of cell adhesion. In this work, a nonlinear mechanical model for cell adhesion is developed, and the adhesive strength was studied at various bond distributions. We find that the nonlinear mechanical behavior of the receptor-ligand bonds is crucial to the adhesive strength and stability. This nonlinear behavior allows more bonds to achieve large bond force simultaneously, and therefore the adhesive strength becomes less sensitive to the change of bond density at the outmost periphery of the adhesive area. In this way, the strength and stability of cell adhesion are soundly enhanced. The nonlinear model describes the cell detachment behavior better than the linear model. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Nonlinear Dynamic Response of Tension Leg Platform

Tension Leg Platform (TLP) is a typical compliant offshore structure for oil exploitation in deep water. Most of the existing mathematical models for analyzing the dynamic response of TLP are based on explicit or implicit assumptions that displacements (translations and rotations) are small magnitude. Herein a theoretical method for analyzing the nonlinear dynamic behavior of TLP with finite displacement is developed, in which multifold nonlinearities are taken into account, i.e. finite displacement, coupling of the six degrees of freedom, instantaneous position, instantaneous wet surface, free surface effects and viscous drag force. Using this theoretical model, we perform the numerical analysis of dynamic response of a representative TLP. The comparison between the degenerative linear solution of the proposed nonlinear model and the published one shows good agreements. Furthermore, numerical results are presented which illustrate that nonlinearities exert a distinct influence on the dynamic responses of the TLP.

Modelagem do comportamento dinâmico de edifícios mistos (aço-concreto) submetidos à ação do vento.

Com base em um cenário econômico favorável combinado aos avanços tecnológicos das ciências dos materiais e processos de construção, nas últimas três décadas, as cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial, no que diz respeito à construção de edifícios residenciais e comerciais de múltiplos andares. Atualmente, estes edifícios apresentam níveis de esbeltez elevados e têm sido construídos com estruturas cada vez mais ousadas e que englobam a experiência e o conhecimento dos engenheiros de estruturas. Como o principal objetivo dos projetistas está associado à concepção de estruturas mais leves, o projeto estrutural requer um conhecimento teórico substancial a fim de tornar compatíveis os requisitos arquitetônicos com as condições necessárias para a estabilidade. Assim sendo, o objetivo desta dissertação de mestrado é o de investigar o comportamento estrutural estático e dinâmico (linear e não linear) de um edifício misto (aço-concreto) de 20 pavimentos. Para tal, o estudo apresenta os resultados de análises estáticas e dinâmicas lineares e não lineares para ações de serviço. O comportamento estrutural do edifício, quando submetido às ações dinâmicas induzidas pelo vento, também foi investigado. Os resultados revelam que edifícios esbeltos merecem atenção especial, no que diz respeito à concepção do projeto estrutural, sendo que seu comportamento deve ser verificado através de metodologias completas que incluam análises do tipo estática e dinâmica (lineares e não lineares).

Comportamento estrutural de ligações tubulares T e KT.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000, sendo assim diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligações tipo KT e T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira e do CIDECT. Adicionalmente procedeu-se na comparação do comportamento numérico global do nó de uma treliça, com a análise do comportamento numérico do nó isolado. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nas diagonais e montantes. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0, as não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. Concluiu-se entre outras coisas que. para o nó da treliça em estudo neste trabalho, o carregamento de projeto máximo permitido através do dimensionamento pelas normas fica a favor da segurança quando comparado com o critério de deformação limite.

Análise de ligações tubulares T com reforço de chapa.

O uso de perfis estruturais tubulares vem aumentando em grande escala no mundo, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levando a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. Diante deste fato, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000. Sendo assim, diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligação reforçada tipo T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004 e do CIDECT. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nos montantes. Nestas análises verificou-se a influência do reforço na região de encontro de banzo e montante, bem como a influência do esforços atuantes no banzo no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente dessa ligação. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0. Como resultado final deste trabalho é apresentado o comportamento da ligação tipo T com reforço para diversos tipos de perfis (banzo e montante) e diferentes espessuras da chapa de reforço, fazendo comparação com o dimensionamento proposto pelo Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004.

Modelagem do comportamento estrutural de sistemas treliçados espaciais para escoramentos de estruturas de aço, concreto e mistas (aço-concreto).

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção.

Análise numérica do comportamento de juntas entre aduelas de vigas protendidas.

Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de aduelas de concreto, que constituem as vigas segmentadas em sistemas estruturais, de maneira especial pontes e viadutos. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. O comportamento destas vigas contrasta com as clássicas vigas monolíticas em diversos aspectos, pois, a estrutura é composta de partes de elementos de concreto pré-moldado que, após serem posicionados no local definitivo, são protendidos. A protensão pode ser aderente ou não aderente. A principal vantagem deste sistema de construção é a rapidez e o alto controle de qualidade, por isso é largamente utilizado, havendo uma demanda de estudo de previsão do seu real comportamento No presente trabalho apresenta-se uma modelagem numérica via elementos finitos, para simular o comportamento de vigas compostas por aduelas justapostas sem material ligante entre as juntas. A protensão aplicada é aderente e a análise considera a não linearidade da região da junta. Assim sendo, o objetivo desta investigação é dar uma contribuição ao estudo do comportamento estrutural estático de vigas segmentadas, atentando para o comportamento das juntas, utilizando um programa comercial. Para o modelo são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos SAP2000[93]. O modelo proposto é constituído de elementos de placa próprios para concreto para representar a viga, a protensão é introduzida por meio de barras bidimensionais que transferem as tensões ao longo de seu comprimento e as juntas são implementadas utilizando elementos de contato. A analise é bidimensional e considera os efeitos das perdas de protensão. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo de elementos de contato especialmente as características de deformação para esta ferramenta computacional. A definição dos parâmetros para o modelo foi feita com base em dados experimentais disponíveis na literatura. O modelo numérico foi calibrado e confrontado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório.

Optimization study of the structural HACFRA composition (Self Compacting Concrete Steel Fiber Reinforced)

The interest of HACFRA (self compacting concrete reinforced with steel fibers), is the combination of the residual strength increase and cracking decrease compared to plain concrete by the introduction of steel fibers in the mass with the advantages of the self-compacting. The paper presents an analysis of the influence of different components of the HACRFA and provides their selection, refered to the granular skeleton and to different steel fiber types and amount, in order to obtain an optimization of its features and structural behavior.

Precracked reinforced concrete t-beams repaired in shear with prestressed carbon fiber-reinforced polymer straps

The results of an experimental and numerical investigation involving unstrengthened reinforced concrete (RC) T-beams and precracked RC T-beams strengthened in shear with prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) straps are presented and discussed. The results provide insights into the influence of load history and beam depth on the structural behavior of both unstrengthened and strengthened beams. The strengthened beams exhibited capacity enhancements of 21.6 to 46% compared to the equivalent unstrengthened beams, demonstrating the potential effectiveness of the prestressed CFRP strap system. Nonlinear finite element (FE) predictions, which incorporated the load history, reproduced the observed experimental behavior but either underestimated or overestimated the post-cracking stiffness of the beams and strap strain at higher load levels. These limitations were attributed to the concrete shear models used in the FE analyses.

Enhancement of dielectric constant and associated coupling of polarization behavior in thin film relaxor superlattices

Thin film capacitor structures in which the dielectric is composed of superlattices of the relaxors [0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O- 3-0.8BaTiO(3)] and Pb(Mg1/3Nb2/3)O-3 have been fabricated by pulsed laser deposition. Superlattice wavelength (Lambda) was varied between similar to3 and similar to 600 nm, and dielectric properties were investigated as a function of Lambda. Progressive enhancement of the dielectric constant was observed on decreasing Lambda, and, in contrast to previous work, this was not associated with the onset of Maxwell-Wagner behavior. Polarization measurements as a function of temperature suggested that the observed enhancement in dielectric constant was associated with the onset of a coupled response. The superlattice wavelength (Lambda =20 nm) at which coupled functional behavior became apparent is comparable to that found in literature for the onset of coupled structural behavior (between Lambda =5 nm and Lambda =10 nm). (C) 2001 American Institute of Physics.

Spectral and nonlinear optical characteristics of nanocomposites of ZnO-CdS

In this article, we present the spectral and nonlinear optical properties of ZnO–CdS nanocomposites prepared by colloidal chemical synthesis. The optical band gap (Eg) of the material is tunable between 2.62 and 3.84 eV. The emission peaks of ZnO–CdS nanocomposites change from 385 to 520 nm almost in proportion to changes in Eg. It is possible to obtain a desired luminescence color from UV to green by simply adjusting the composition. The nonlinear optical response of these samples is studied by using nanosecond laser pulses from a tunable laser at the excitonic resonance and off-resonance wavelengths. The nonlinear response is wavelength dependent, and switching from saturable absorption (SA) to reverse SA (RSA) has been observed for samples as the excitation wavelength changes from the excitonic resonance to off-resonance wavelengths. Such a changeover in the sign of the nonlinearity of ZnO–CdS nanocomposites is related to the interplay of exciton bleach and optical limiting mechanisms. The ZnO–CdS nanocomposites show self-defocusing nonlinearity and good nonlinear absorption behavior at off-resonant wavelengths. The nonlinear refractive index and the nonlinear absorption increase with increasing CdS volume fraction at 532 nm. The observed nonlinear absorption is attributed to two photon absorption followed by weak free carrier absorption. The enhancement of the third-order nonlinearity in the composites can be attributed to the concentration of exciton oscillator strength. This study is important in identifying the spectral range and composition over which the nonlinear material acts as a RSA based optical limiter. ZnO–CdS is a potential nanocomposite material for the tunable light emission and for the development of nonlinear optical devices with a relatively small limiting threshold.

Linear and nonlinear optical characteristics of ZnO-SiO2 nanocomposites.

We present the spectral and nonlinear optical properties of ZnO-SiO2 nanocomposites prepared by colloidal chemical synthesis. Obvious enhancement of ultraviolet (UV) emission of the samples is observed, and the strongest UV emission of a typical ZnO-SiO2 nanocomposite is over three times stronger than that of pure ZnO. The nonlinearity of the silica colloid is low, and its nonlinear response can be improved by making composites with ZnO. These nanocomposites show self-defocusing nonlinearity and good nonlinear absorption behavior. The observed nonlinear absorption is explained through two photon absorption followed by weak free carrier absorption and nonlinear scattering. The nonlinear refractive index and the nonlinear absorption increase with increasing ZnO volume fraction and can be attributed to the enhancement of exciton oscillator strength. ZnO-SiO2 is a potential nanocomposite material for the UV light emission and for the development of nonlinear optical devices with a relatively small limiting threshold.

Enhanced luminescence and nonlinear optical properties of nanocomposites of ZnO–Cu

In this article, we present the spectral and nonlinear optical properties of ZnOCu nanocomposites prepared by colloidal chemical synthesis. The emission consisted of two peaks. The 385-nm ultraviolet (UV) peak is attributed to ZnO and the 550-nm visible peak is attributed to Cu nanocolloids. Obvious enhancement of UV and visible emission of the samples is observed and the strongest UV emission of a typical ZnOCu nanocomposite is over three times stronger than that of pure ZnO. Cu acts as a sensitizer and the enhancement of UV emission are caused by excitons formed at the interface between Cu and ZnO. As the volume fraction of Cu increases beyond a particular value, the intensity of the UV peak decreases while the intensity of the visible peak increases, and the strongest visible emission of a typical ZnOCu nanocomposite is over ten times stronger than that of pure Cu. The emission mechanism is discussed. Nonlinear optical response of these samples is studied using nanosecond laser pulses from a tunable laser in the wavelength range of 450650 nm, which includes the surface plasmon absorption (SPA) band. The nonlinear response is wavelength dependent and switching from reverse saturable absorption (RSA) to saturable absorption (SA) has been observed for Cu nanocolloids as the excitation wavelength changes from the low absorption window region to higher absorption regime near the SPA band. However, ZnO colloids and ZnOCu nanocomposites exhibit induced absorption at this wavelength. Such a changeover in the sign of the nonlinearity of ZnOCu nanocomposites, with respect to Cu nanocolloids, is related to the interplay of plasmon band bleach and optical limiting mechanisms. The SA again changes back to RSA when we move over to the infrared region. The ZnOCu nanocomposites show self-defocusing nonlinearity and good nonlinear absorption behavior. The nonlinear refractive index and the nonlinear absorption increases with increasing Cu volume fraction at 532 nm. The observed nonlinear absorption is explained through two-photon absorption followed by weak free-carrier absorption and interband absorption mechanisms. This study is important in identifying the spectral range and composition over which the nonlinear material acts as a RSA-based optical limiter. ZnOCu is a potential nanocomposite material for the light emission and for the development of nonlinear optical devices with a relatively small limiting threshold.

QFT control for vibration reduction in structures equipped with MR dampers

This short paper addresses the problem of designing a QFT (quantitative feedback theory) based controllers for the vibration reduction in a 6-story building structure equipped with shear-mode magnetorheological dampers. A new methodology is proposed for characterizing the nonlinear hysteretic behavior of the MR damper through the uncertainty template in the Nichols chart. The design procedure for QFT control design is briefly presented

Estructura a Plazo Colombia: Modelo Afín de tres factores

La estimación e interpretación de la estructura a plazo de la tasas de interés es de gran relevancia porque permite realizar pronósticos, es fundamental para la toma de decisiones de política monetaria y fiscal, es esencial en la administración de riesgos y es insumo para la valoración de diferentes activos financieros. Por estas razones, es necesario entender que puede provocar un movimiento en la estructura a plazo. En este trabajo se estiman un modelo afín exponencial de tres factores aplicado a los rendimientos de los títulos en pesos de deuda pública colombianos. Los factores estimados son la tasa corta, la media de largo plazo de la tasa corta y la volatilidad de la tasa corta. La estimación se realiza para el periodo enero 2010 a mayo de 2015 y se realiza un análisis de correlaciones entre los tres factores. Posterior a esto, con los factores estimados se realiza una regresión para identificar la importancia que tiene cada uno de estos en el comportamiento de las tasas de los títulos de deuda pública colombiana para diferentes plazos al vencimiento. Finalmente, se estima la estructura a plazo de las tasas de interés para Colombia y se identifica la relación de los factores estimados con los encontrados por Litterman y Scheinkman [1991] correspondientes al nivel, pendiente y curvatura.