A bayesian probabilistic approach to structural health monitoring

A Bayesian probabilistic methodology for on-line structural health monitoring which addresses the issue of parameter uncertainty inherent in problem is presented. The method uses modal parameters for a limited number of modes identified from measurements taken at a restricted number of degrees of freedom of a structure as the measured structural data. The application presented uses a linear structural model whose stiffness matrix is parameterized to develop a class of possible models. Within the Bayesian framework, a joint probability density function (PDF) for the model stiffness parameters given the measured modal data is determined. Using this PDF, the marginal PDF of the stiffness parameter for each substructure given the data can be calculated.

Monitoring the health of a structure using these marginal PDFs involves two steps. First, the marginal PDF for each model parameter given modal data from the undamaged structure is found. The structure is then periodically monitored and updated marginal PDFs are determined. A measure of the difference between the calibrated and current marginal PDFs is used as a means to characterize the health of the structure. A procedure for interpreting the measure for use by an expert system in on-line monitoring is also introduced.

The probabilistic framework is developed in order to address the model parameter uncertainty issue inherent in the health monitoring problem. To illustrate this issue, consider a very simplified deterministic structural health monitoring method. In such an approach, the model parameters which minimize an error measure between the measured and model modal values would be used as the "best" model of the structure. Changes between the model parameters identified using modal data from the undamaged structure and subsequent modal data would be used to find the existence, location and degree of damage. Due to measurement noise, limited modal information, and model error, the "best" model parameters might vary from one modal dataset to the next without any damage present in the structure. Thus, difficulties would arise in separating normal variations in the identified model parameters based on limitations of the identification method and variations due to true change in the structure. The Bayesian framework described in this work provides a means to handle this parametric uncertainty.

The probabilistic health monitoring method is applied to simulated data and laboratory data. The results of these tests are presented.

Extracting material response from simple mechanical tests on hardening-softening-hardening viscoplastic solids

Compliant foams are usually characterized by a wide range of desirable mechanical properties. These properties include viscoelasticity at different temperatures, energy absorption, recoverability under cyclic loading, impact resistance, and thermal, electrical, acoustic and radiation-resistance. Some foams contain nano-sized features and are used in small-scale devices. This implies that the characteristic dimensions of foams span multiple length scales, rendering modeling their mechanical properties difficult. Continuum mechanics-based models capture some salient experimental features like the linear elastic regime, followed by non-linear plateau stress regime. However, they lack mesostructural physical details. This makes them incapable of accurately predicting local peaks in stress and strain distributions, which significantly affect the deformation paths. Atomistic methods are capable of capturing the physical origins of deformation at smaller scales, but suffer from impractical computational intensity. Capturing deformation at the so-called meso-scale, which is capable of describing the phenomenon at a continuum level, but with some physical insights, requires developing new theoretical approaches.

A fundamental question that motivates the modeling of foams is ‘how to extract the intrinsic material response from simple mechanical test data, such as stress vs. strain response?’ A 3D model was developed to simulate the mechanical response of foam-type materials. The novelty of this model includes unique features such as the hardening-softening-hardening material response, strain rate-dependence, and plastically compressible solids with plastic non-normality. Suggestive links from atomistic simulations of foams were borrowed to formulate a physically informed hardening material input function. Motivated by a model that qualitatively captured the response of foam-type vertically aligned carbon nanotube (VACNT) pillars under uniaxial compression [2011,“Analysis of Uniaxial Compression of Vertically Aligned Carbon Nanotubes,” J. Mech.Phys. Solids, 59, pp. 2227–2237, Erratum 60, 1753–1756 (2012)], the property space exploration was advanced to three types of simple mechanical tests: 1) uniaxial compression, 2) uniaxial tension, and 3) nanoindentation with a conical and a flat-punch tip. The simulations attempt to explain some of the salient features in experimental data, like
1) The initial linear elastic response.
2) One or more nonlinear instabilities, yielding, and hardening.

The model-inherent relationships between the material properties and the overall stress-strain behavior were validated against the available experimental data. The material properties include the gradient in stiffness along the height, plastic and elastic compressibility, and hardening. Each of these tests was evaluated in terms of their efficiency in extracting material properties. The uniaxial simulation results proved to be a combination of structural and material influences. Out of all deformation paths, flat-punch indentation proved to be superior since it is the most sensitive in capturing the material properties.

Análisis del proceso de Friction Drilling: Análisis de la calidad de la junta atornillada

[ES]En el presente trabajo, se pretende optimizar la unión atornillada de chapas de dos materiales disimilares (acero y aluminio) mediante un proceso no convencional, el taladrado por fricción. Dicho proceso está orientado a la calderería fina, sector en el cual tiene gran número de aplicaciones. Se comenzará con una serie de ensayos iníciales y se procederá a realizar pruebas sistemáticas. Se realizarán mediciones de temperaturas, momentos torsores y fuerzas, y se analizaran las tolerancias dimensionales generadas por el proceso para la elección de los parámetros óptimos. El documento se centrará en analizar de forma teórica el comportamiento mecánico de la unión y de los ensayos de tracción correspondientes. Esto servirá para realizar los futuros ensayos de calidad y posteriormente comparar los resultados con los de las uniones convencionales.

Tests of some specific effect substances in duck nutrition. Translation from: Biologisace a chemisaze vyzivy svirat 5, 43-48, 1969.]

There is a constantly increasing collection of manufactured substances, whose effectiveness in the sustenance of ducks is under investigation. The author examines the effects of some substances already previously tested and also there were examined substances which had not hitherto been studied. The use of different supplements for late autumn fattening is studied through various experiments.

Um estudo da atenção primária à saúde mediante o indicador: Internações por condições sensíveis à atenção ambulatorial (CSAA)

A Atenção Primária à Saúde - APS é reconhecida como o nível fundamental e porta de entrada do sistema de atenção à saúde, sendo o lugar adequado onde pode ser atendida e resolvida a maior parte dos problemas de saúde. É considerada pela OMS como a principal proposta de modelo assistencial. Essa importância da APS leva a necessidade de pesquisas avaliativas dos seus resultados para adequação e melhoria de políticas e planos de ação delineados em relação à mesma. Pesquisas internacionais e nacionais são realizadas, nas quais indicadores relativos às atividades hospitalares estão sendo empregados com o objetivo de medir resultados como efetividade e acesso da APS. Um desses indicadores, desenvolvido por John Billings da Universidade de Nova York, na década de 90, consiste nas condições pelas quais as internações hospitalares por Condições Sensíveis à Atenção Ambulatorial (CSAA) deveriam ser evitadas caso os serviços da APS fossem efetivos e acessíveis. Utilizando-se o SIH-AIH/2008 e a lista brasileira de Internações por Condições Sensíveis a Atenção Primária, publicada em 2008, a proposta do presente trabalho é a de estudar os cuidados primários à saúde baseando-se nas ICSAA, na área urbana da cidade de Juiz de Fora-MG. Buscou-se responder sobre os efeitos que ocorrem nessas internações a partir das características individuais dos pacientes, das características das Unidades Básicas de Saúde-UBS (infraestrutura, produção e modelos assistenciais) e das condições sócio-econômicas/ambientais das áreas cobertas por UAPS e descobertas (sem UAPS), com a utilização de modelos multiníveis logísticos com intercepto aleatório. Buscou-se conhecer, também, a distribuição espacial das taxas padronizadas por idade das ICSAA nessas áreas e suas associações com as variáveis contextuais, utilizando-se ferramentas da análise espacial. Os resultados do presente trabalho mostraram que a porcentagem de internações por CSAA, foi de 4,1%. Os modelos assistenciais ESF e o Modelo Tradicional, base da organização da atenção primária no Brasil, não apresentaram no município, impacto significativo nas ICSAA, somente na forma de áreas descobertas tendo como referência as áreas cobertas. Também não foram significativas as variáveis de infraestrutura e produção das UAPS. Os efeitos individuais (idade e sexo) nas ICSAA foram significativos, apresentando probabilidades de significância menores que 1%, o mesmo acontecendo com o Índice de Desenvolvimento Social-IDS, que contempla as condições sociais, econômicas e ambientais das áreas analisadas. A distribuição espacial das taxas padronizadas por idade apresentou padrão aleatório e os testes dos Multiplicadores de Lagrange não foram significativos indicando o modelo de regressão clássico (MQO) como adequado para explicar as taxas em função das variáveis contextuais. Para a análise conjunta das áreas cobertas e descobertas foram fatores de risco: a variável econômica (% dos domicílios com renda até 2 SM), áreas descobertas tendo como referência as áreas cobertas e a região nordeste do município. Para as áreas cobertas as variáveis de produção das UAPS, econômica e a região nordeste apresentaram como fator de risco para as taxas de internação por CSAA.

A search for fractionally charged particles in cosmic rays and a theoretical interpretation of the results

An array of two spark chambers and six trays of plastic scintillation counters was used to search for unaccompanied fractionally charged particles in cosmic rays near sea level. No acceptable events were found with energy losses by ionization between 0.04 and 0.7 that of unit-charged minimum-ionizing particles. New 90%-confidence upper limits were thereby established for the fluxes of fractionally charged particles in cosmic rays, namely, (1.04 ± 0.07)x10^-10 and (2.03 ± 0.16)x10^-10 cm^-2sr^-1sec^-1 for minimum-ionizing particles with charges 1/3 and 2/3, respectively.

In order to be certain that the spark chambers could have functioned for the low levels of ionization expected from particles with small fractional charges, tests were conducted to estimate the efficiency of the chambers as they had been used in this experiment. These tests showed that the spark-chamber system with the track-selection criteria used might have been over 99% efficient for the entire range of energy losses considered.

Lower limits were then obtained for the mass of a quark by considering the above flux limits and a particular model for the production of quarks in cosmic rays. In this model, which is one involving the multi-peripheral Regge hypothesis, the production cross section and a corresponding mass limit are critically dependent on the Regge trajectory assigned to a quark. If quarks are "elementary'' with a flat trajectory, the mass of a quark can be expected to be at least 6 ± 2 BeV/c². If quarks have a trajectory with unit slope, just as the existing hadrons do, the mass of a quark might be as small as 1.3 ± 0.2 BeV/c². For a trajectory with unit slope and a mass larger than a couple of BeV/c², the production cross section may be so low that quarks might never be observed in nature.

Avaliação dos níveis de metaloproteinases da matriz no fluido gengival durante a movimentação dentária ortodôntica

Durante o tratamento ortodôntico, a resposta inicial dos tecidos periodontais ao estímulo mecânico envolve várias alterações estruturais e bioquímicas que permitem a movimentação do dente. As metaloproteinases da matriz (MMPs) parecem desempenhar um papel importante na manutenção da integridade funcional da matriz extracelular periodontal. O objetivo do presente estudo foi avaliar, em diferentes intervalos de tempo, os níveis de metaloproteinases da matriz -1, -2, -3, -7, -8, -12 e -13 no fluido gengival (FG) de caninos superiores submetidos ao movimento de distalização e testar a hipótese de possíveis alterações nos níveis destas MMPs com o emprego de forças ortodônticas. Amostras de FG foram obtidas de dezesseis pacientes ortodônticos saudáveis (nove do sexo masculino e sete do sexo feminino, com idades entre 13 e 27 anos, média de idade 17,7 anos) que possuíam indicação de exodontias dos primeiros pré-molares superiores e tiveram os caninos distalizados como parte da terapia ortodôntica. Um dos caninos superiores foi distalizado ortodonticamente, sendo considerado dente teste. O canino contralateral não foi submetido a nenhuma força, no entanto foi incluído na aparatologia ortodôntica e utilizado como controle. A coleta de FG foi realizada nos sítios mesial (tensão) e distal (pressão) dos dentes testes e controles 7 dias antes da montagem da aparatologia ortodôntica, imediatamennte após a aplicação da força ortodôntica, e após 1 h, 24 h, e 7, 14 e 21 dias, respectivamente denominados -7d, 0h, 1h, 24h, 7d, 14d e 21d. A arcada superior de cada paciente foi dividida em um lado teste e um lado controle. Os resultados mostraram que foram encontradas diferenças significativas no volume do FG apenas nos intervalos de tempo entre -7d e 0h nos lados controle-pressão (CP), teste-tensão (TT) e teste-pressão (TP). Em TP foi observado ainda aumento do volume entre os tempos 0h e 14d. Foi possível detectar no FG as MMPs estudadas nos lados controle/teste e lados pressão/tensão, em todos os intervalos de tempo. As flutuações dos níveis das MMPs apresentaram poucas alterações significativas nos diferentes intervalos de tempo, nos lados controle/teste e lados pressão/ tensão. As diferenças intergrupos (TT, TP, CT e CP) em cada tempo não mostraram resultados significativos assim como as comparações entre os lados pressão e tensão para cada tempo individualmente. Os níveis de expressão da MMP-8 foram muito superiores aos das outras MMPs avaliadas, porém sem diferenças signficativas entre os lados teste e controle.

Efeito da Suplementação com L-arginina em subpopulações linfocitárias de ratos submetidos a esplenectomia total isolada ou combinada com autoimplante esplênico

A L-arginina é reconhecida como um nutriente de fundamental importância na resposta imune, apesar de seus efeitos serem, por vezes, considerados inconstantes. O autoimplante esplênico tem sido proposto como alternativa à esplenectomia total isolada, mas existem preocupações quanto à eficácia do restabelecimento da resposta imune, haja vista que o paciente pode permanecer com risco aumentado de desenvolvimento de infecção fulminante pós esplenectomia, mesmo após a regeneração morfológica do órgão. O objetivo deste estudo foi avaliar a participação da suplementação dietética com L-arginina em subpopulações linfocitárias no sangue, no baço e nos autoimplantes esplênicos de ratos submetidos a esplenectomia isolada ou combinada com autoimplante esplênico. Foram utilizados 42 ratos Sprague-Dawley machos, randomicamente distribuídos em seis grupos: 1 Controle operação simulada; 2 esplenectomia total; 3 esplenectomia total combinada com autoimplante esplênico; 4 Controle operação simulada, com suplementação de L-arginina; 5 esplenectomia total, com suplementação de L-arginina; e 6 esplenectomia total combinada com autoimplante esplênico, com suplementação de L-arginina. Os animais dos grupos 4, 5 e 6 receberam suplementação de L-arginina, uma vez ao dia, durante 15 dias anteriores a coleta sangüínea realizada imediatamente antes dos procedimentos operatórios (semanas 0 e 12). A dose utilizada foi de 1,0 g/kg/dia, administrada por via intragástrica em bolus. As avaliações foram realizadas por meio de hemograma e citometria de fluxo. A análise estatística utilizou testes paramétricos e nãoparamétricos, sendo p<0,05 considerado para a rejeição da hipótese nula. A suplementação com L-arginina acarretou elevação da contagem relativa e absoluta de neutrófilos periféricos, 12 semanas após a realização de esplenectomia total combinada com autoimplante esplênico. A esplenectomia total ocasionou diminuição da contagem relativa de linfócitos T totais, T CD4+ e T CD8β no sangue, mas a suplementação dietética com L-arginina evitou a diminuição do percentual de células T totais e T CD8β no sangue dos animais submetidos a autoimplante esplênico. Tanto a realização de autoimplante esplênico como a suplementação de L-arginina previnem a diminuição da subpopulação de linfócitos T CD4+ no sangue periférico, fato que usualmente ocorre após realização de esplenectomia total. Houve maior proliferação de células brancas / g de tecido nos autoimplante esplênico dos animais suplementados, porém a suplementação não influenciou a contagem de linfócitos T, T CD4+ e B de zona marginal de baço. A suplementação do aminoácido L-arginina após a realização de esplenectomia total combinada com autoimplante esplênico em ratos foi capaz de reverter alterações observadas em algumas das subpopulações linfocitárias, ocasionadas pela esplenectomia.