Behavior of Granular Materials Under Triaxial Compression with Pulsating Deviator Stress, HR-131, Special Report

Behavior of granular material subjected to repeated load triaxial compression tests is characterized by a model based on rate process theory. Starting with the Arrhenius equation from chemical kinetics, the relationship of temperature, shear stress, normal stress and volume change to deformation rate is developed. The proposed model equation includes these factors as a product of exponential terms. An empirical relationship between deformation and the cube root of the number of stress applications at constant temperature and normal stress is combined with the rate equation to yield an integrated relationship of temperature, deviator stress, confining pressure and number of deviator stress applications to axial strain. The experimental program consists of 64 repeated load triaxial compression tests, 52 on untreated crushed stone and 12 on the same crushed stone material treated with 4% asphalt cement. Results were analyzed with multiple linear regression techniques and show substantial agreement with the model equations. Experimental results fit the rate equation somewhat better than the integrated equation when all variable quantities are considered. The coefficient of shear temperature gives the activation enthalpy, which is about 4.7 kilocalories/mole for untreated material and 39.4 kilocalories/mole for asphalt-treated material. This indicates the activation enthalpy is about that of the pore fluid. The proportionality coefficient of deviator stress may be used to measure flow unit volume. The volumes thus determined for untreated and asphalt-treated material are not substantially different. This may be coincidental since comparison with flow unit volumes reported by others indicates flow unit volume is related to gradation of untreated material. The flow unit volume of asphalt-treated material may relate to asphalt cement content. The proposed model equations provide a more rational basis for further studies of factors affecting deformation of granular materials under stress similar to that in pavement subjected to transient traffic loads.

Characterization of the glial scar tissue in a murine model of spinal cord compression, with focus on hyaluronan

Spinal cord injury (SCI) is a devastating neurological disorder that affects thousands of people each year. Although in recent decades significant progress has been made in relation to understanding the molecular and cellular events underlying the nervous damage, spinal cord injury is still a highly disabling condition for which there is no curative therapy. People affected by spinal cord injuries manifested dysfunction or loss, temporary or permanent, of motor, sensory and / or autonomic functions depending on the spinal lesion damaged. Currently, the incidence rate of this type of injury is approximately 15-40 cases per million people worldwide. At the origin of these lesions are: road accidents, falls, interpersonal violence and the practice of sports. In this work we placed the hypothesis that HA is one of the component of the scar tissue formed after a compressive SCI, that it is likely synthetised by the perilesional glial cells and that it might support the permeation of the glial scar during the late phase of SCI. Nowadays, much focus is drawn on the recovery of CNS function, made impossible after SCI due to the high content of sulfated proteoglycans in the extracellular matrix. Counterbalancing the ratio between these proteoglycans and hyaluronic acid could be one of the experimental therapy to re-permeate the glial scar tissue formed after SCI, making possible axonal regrowth and functional recovery. Therefore, we established a model of spinal cord compression in mice and studied the glial scar tissue, particularly through the characterization of the expression of enzymes related to the metabolism of HA and the subsequent concentration thereof at different distances of the lesion epicenter. Our results show that the lesion induced in mice shows results similar to those produced in human lesions, in terms of histologic similarities and behavioral results. but these animals demonstrate an impressive spontaneous reorganization mechanism of the spinal cord tissue that occurs after injury and allows for partial recovery of the functions of the CNS. As regards the study of the glial scar, changes were recorded at the level of mRNA expression of enzymes metabolizing HA i.e., after injury there was a decreased expression of HA synthases 1-2 (HAS 1-2) and an increase of the expression HAS3 synthase mRNA, as well as the enzymes responsible for the HA catabolism, HYAL 1-2. But the amount of HA measured through the ELISA test was found unchanged after injury, it is not possible to explain this fact only with the change of expression of enzymes. At two weeks and in response to SCI, we found synthesized HA by reactive astrocytes and probably by others like microglial cells as it was advanced by the HA/GFAP+ and HA/IBA1+ cells co-location.

Modélisation et analyse d'une machine à absorption/compression hybride fonctionnant à partir de rejets thermiques basse température

Les applications de réfrigération sont aujourd’hui majoritairement réalisées par des machines à compression alimentées en électricité. Animées à partir d’une source chaude, l’utilisation de machines à absorption permet d’utiliser très peu d’électricité comparée à une machine à compression et d’utiliser des réfrigérants écologiques. Le faible coefficient de performance et le coût élevé de ces machines est compensé par l’utilisation de rejets thermiques industriels destinés à être rejeté dans l’environnement et donc considérés comme gratuits. Le but de cette étude est de modéliser une machine à absorption hybride, utilisant le couple de fluide eau et ammoniac, en y ajoutant un compresseur ou booster dans la zone haute pression du circuit et d’évaluer ses performances. Cette modification crée une pression intermédiaire au désorbeur permettant de diminuer la température des rejets thermiques exploitables. Une température de rejets réutilisable de 50°C, contre 80°C actuellement, ouvrirait alors la voie à de nouvelles sources communes d’énergie. Le logiciel ASPEN Plus de simulation des procédés a été choisi afin de modéliser en régime permanent le système. Le modèle est en partie validé par l’étude expérimentale d’une machine à absorption commerciale de 10kW pour des applications de climatisation. Cette machine est située au Laboratoire des Technologies de l’Énergie d’Hydro-Québec. Ensuite, une étude de design permet de montrer, à puissance de réfrigération constante, les impacts bénéfiques de la technologie hybride sur le rendement exergétique, mais également sur la taille globale des échangeurs nécessaires. La technologie hybride est alors analysée économiquement face à une machine à absorption chauffée au gaz pour montrer sa rentabilité.

Étude du comportement des fluides magnétorhéologiques (MR) en compression-cisaillement simultanée

Les fluides magnétorhéologiques (MR) sont des fluides intelligents dont la viscosité apparente peut être modifiée rapidement (<1ms) par l'application d'un champ magnétique externe. À l'aide de cette caractéristique unique, les embrayages MR permettent de moduler rapidement un couple entre deux surfaces sans contact mécanique direct. De construction simple et robuste, les embrayages MR offrent ainsi un potentiel remarquable d'innovation pour diverses applications robotiques nécessitant un contrôle rapide et une haute fiabilité, comme dans les domaines de l'automobile [10], de l'aéronautique [16] ou de l'interaction humaine [77]. À ce jour, les embrayages MR exploitent le fluide MR strictement en cisaillement pur. Dans de telles conditions, la densité de couple des embrayages est limitée par l'optimisation de la mécanique des embrayages (ex. : poids) [63] et les propriétés fondamentales des fluides MR (ex. : contrainte) [11]. Alors qu'en cisaillement pur, la contrainte des fluides MR est limitée à ∼100 kPa, des études récentes démontrent qu'elle peut être augmentée d'un ordre de grandeur (>1000 kPa) lorsque le fluide MR est soumis à une compression, avant d'être cisaillé [89]. La combinaison de la compression et du cisaillement du fluide MR pourrait ainsi décupler la densité de couple des embrayages MR, mais ce phénomène d'agrégation assistée par compression, aussi appelé squeeze-strengthening ou super-strong} (SS), est toujours très mal compris. Beaucoup d'incertitude persiste quant à l'origine exacte du phénomène [45], des conditions qui le favorisent [55] [75] et des effets qu'il engendre [31]. Dans le but ultime d'augmenter la densité de couple des embrayages MR à l'aide du phénomène SS, le présent projet de recherche vise à étudier le comportement rhéologique des fluides MR dans des conditions de compression et de cisaillement simultané afin d'en comprendre les conditions qui favorisent le phénomène d'augmentation des contraintes. Pour ce faire, un banc d'essai permettant la compression pure, le cisaillement pur et la compression-cisaillement simultanée des fluides MR est conçu et utilisé pour étudier le fluide MR lorsque soumis à des conditions de chargement typique des embrayages MR. Les résultats expérimentaux issus de cette vaste étude expérimentale permettront d'établir un lien direct entre ce phénomène et le celui de filtration, duquel un modèle prédictif sera proposé. À l'aide du modèle théorique, le phénomène SS sera étudié à l'aide de diverses compositions de fluide MR (ex. : concentration, taille des particules, viscosité) et différentes géométries de compression, ce qui permettra de valoriser le modèle pour la conception préliminaire d'embrayages MR qui exploitent le phénomène SS.

BATTERY POWERED PORTABLE VAPOR COMPRESSION CYCLE SYSTEM WITH PCM CONDENSER

A battery powered air-conditioning device was developed to provide an improved thermal comfort level for individuals in inadequately cooled environments. This device is a battery powered air-conditioning system with the phase change material (PCM) for heat storage. The condenser heat is stored in the PCM during the cooling operation and is discharged while the battery is charged by using the vapor compression cycle as a thermosiphon loop. The main focus of the current research was on the development of the cooling system. The cooling capacity of the vapor compression cycle measured was 165.6 W with system COP at 2.85. It was able to provide 2 hours cooling without discharging heat to the ambient. The PCM was recharged in nearly 8 hours under thermosiphon mode.

3D Porous Architecture of Stacks of β-TCP Granules Compared with That of Trabecular Bone: A microCT, Vector Analysis, and Compression Study

International audience

The impact of mechanical compression on cortical microtubules in Arabidopsis: a quantitative pipeline

Exogenous mechanical perturbations on living tissues are commonly used to investigate whether cell effectors can respond to mechanical cues. However, in most of these experiments, the applied mechanical stress and/or the biological response are described only qualitatively. We developed a quantitative pipeline based on microindentation and image analysis to investigate the impact of a controlled and prolonged compression on microtubule behaviour in the Arabidopsis shoot apical meristem, using microtubule fluorescent marker lines. We found that a compressive stress, in the order of magnitude of turgor pressure, induced apparent microtubule bundling. Importantly, that response could be reversed several hours after the release of compression. Next, we tested the contribution of microtubule severing to compression-induced bundling: microtubule bundling seemed less pronounced in the katanin mutant, in which microtubule severing is dramatically reduced. Conversely, some microtubule bundles could still be observed 16 hours after the release of compression in the spiral2 mutant, in which severing rate is instead increased. To quantify the impact of mechanical stress on anisotropy and orientation of microtubule arrays, we used the nematic tensor based FibrilTool ImageJ/Fiji plugin. To assess the degree of apparent bundling of the network, we developed several methods, some of which were borrowed from geostatistics. The final microtubule bundling response could notably be related to tissue growth velocity that was recorded by the indenter during compression. Because both input and output are quantified, this pipeline is an initial step towards correlating more precisely the cytoskeleton response to mechanical stress in living tissues.

Nonlinear combining and compression in multicore fibers

We demonstrate numerically light-pulse combining and pulse compression using wave-collapse (self-focusing) energy-localization dynamics in a continuous-discrete nonlinear system, as implemented in a multicore fiber (MCF) using one-dimensional (1D) and 2D core distribution designs. Large-scale numerical simulations were performed to determine the conditions of the most efficient coherent combining and compression of pulses injected into the considered MCFs. We demonstrate the possibility of combining in a single core 90% of the total energy of pulses initially injected into all cores of a 7-core MCF with a hexagonal lattice. A pulse compression factor of about 720 can be obtained with a 19-core ring MCF.

Optimisation thermodynamique d’un procédé solaire utilisant un système de réfrigération à éjecto-compression pour la production du froid

L’objectif essentiel de cette thèse est de développer un système industriel de réfrigération ou de climatisation qui permet la conversion du potentiel de l’énergie solaire en production du froid. Ce système de réfrigération est basé sur la technologie de l’éjecto-compression qui propose la compression thermique comme alternative économique à la compression mécanique coûteuse. Le sous-système de réfrigération utilise un appareil statique fiable appelé éjecteur actionné seulement par la chaleur utile qui provient de l’énergie solaire. Il est combiné à une boucle solaire composée entre autres de capteurs solaires cylindro-paraboliques à concentration. Cette combinaison a pour objectif d’atteindre des efficacités énergétiques et exergétiques globales importantes. Le stockage thermique n’est pas considéré dans ce travail de thèse mais sera intégré au système dans des perspectives futures. En première étape, un nouveau modèle numérique et thermodynamique d’un éjecteur monophasique a été développé. Ce modèle de design applique les conditions d’entrée des fluides (pression, température et vitesse) et leur débit. Il suppose que le mélange se fait à pression constante et que l’écoulement est subsonique à l’entrée du diffuseur. Il utilise un fluide réel (R141b) et la pression de sortie est imposée. D’autre part, il intègre deux innovations importantes : il utilise l'efficacité polytropique constante (plutôt que des efficacités isentropiques constantes utilisées souvent dans la littérature) et n’impose pas une valeur fixe de l'efficacité du mélange, mais la détermine à partir des conditions d'écoulement calculées. L’efficacité polytropique constante est utilisée afin de quantifier les irréversibilités au cours des procédés d’accélérations et de décélération comme dans les turbomachines. La validation du modèle numérique de design a été effectuée à l’aide d’une étude expérimentale présente dans la littérature. La seconde étape a pour but de proposer un modèle numérique basé sur des données expérimentales de la littérature et compatible à TRNSYS et un autre modèle numérique EES destinés respectivement au capteur solaire cylindro-parabolique et au sous-système de réfrigération à éjecteur. En définitive et après avoir développé les modèles numériques et thermodynamiques, une autre étude a proposé un modèle pour le système de réfrigération solaire à éjecteur intégrant ceux de ses composantes. Plusieurs études paramétriques ont été entreprises afin d’évaluer les effets de certains paramètres (surchauffe du réfrigérant, débit calorifique du caloporteur et rayonnement solaire) sur sa performance. La méthodologie proposée est basée sur les lois de la thermodynamique classique et sur les relations de la thermodynamique aux dimensions finies. De nouvelles analyses exergétiques basées sur le concept de l’exergie de transit ont permis l'évaluation de deux indicateurs thermodynamiquement importants : l’exergie produite et l’exergie consommée dont le rapport exprime l’efficacité exergétique intrinsèque. Les résultats obtenus à partir des études appliquées à l’éjecteur et au système global montrent que le calcul traditionnel de l’efficacité exergétique selon Grassmann n’est désormais pas un critère pertinent pour l'évaluation de la performance thermodynamique des éjecteurs pour les systèmes de réfrigération.

Improving the Flexibility of Active Grids through Web Services

Active Grids are a form of grid infrastructure where the grid network is active and programmable. These grids directly support applications with value added services such as data migration, compression, adaptation and monitoring. Services such as these are particularly important for eResearch applications which by their very nature are performance critical and data intensive. We propose an architecture for improving the flexibility of Active Grids through web services. These enable Active Grid services to be easily and flexibly configured, monitored and deployed from practically any platform or application. The architecture is called WeSPNI ('Web Services based on Programmable Networks Infrastructure'). We present the architecture together with some early experimental results on using web services to monitor data movement in an active grid.

Radiographic outcomes over time after endoscopic anterior scoliosis correction

A prospective, consecutive series of 106 patients receiving endoscopic anterior scoliosis correction. The aim was to analyse changes in radiographic parameters and rib hump in the two years following surgery. Endoscopic anterior scoliosis correction is a level sparing approach, therefore it is important to assess the amount of decompensation which occurs after surgery. All patients received a single anterior rod and vertebral body screws using a standard compression technique. Cleared disc spaces were packed with either mulched femoral head allograft or rib head/iliac crest autograft. Radiographic parameters (major, instrumented, minor Cobb, T5-T12 kyphosis) and rib hump were measured at 2,6,12 and 24 months after surgery. Paired t-tests and Wilcoxon signed ranks tests were used to assess the statistical significant of changes between adjacent time intervals.----- Results: Mean loss of major curve correction from 2 to 24 months after surgery was 4 degrees. Mean loss of rib hump correction was 1.4 degrees. Mean sagittal kyphosis increased from 27 degrees at 2 months to 30.6 degrees at 24 months. Rod fractures and screw-related complications resulted in several degrees less correction than patients without complications, but overall there was no clinically significant decompensation following complications. The study concluded that there are small changes in deformity measures after endoscopic anterior scoliosis surgery, which are statistically significant but not clinically significant.