Potential applications of shape memory alloys in seismic retrofitting of exterior RC beam-column joints

Shape memory alloys (SMAs) have the ability to undergo large deformations with minimum residual strain and also the extraordinary ability to undergo reversible hysteretic shape change known as the shape memory effect. The shape memory effect of these alloys can be utilised to develop a convenient way of actively confine concrete sections to improve their shear strength, flexural ductility and ultimate strain. Most of the previous work on active confinement of concrete using SMA has been carried out on circular sections. In this study retrofitting strategies for active confinement of non-circular sections have been proposed. The proposed schemes presented in this paper are conceived with an aim to seismically retrofit beam-column joints in non-seismically designed reinforced concrete buildings. SMAs are complex materials and their material behaviour depends on number of parameters. Depending upon the alloying elements, SMAs exhibit different behaviour in different conditions and are highly sensitive to variation in temperature, phase in which it is used, loading pattern, strain rate and pre-strain conditions. Therefore, a detailed discussion on the behaviour of SMAs under different thermo-mechanical conditions is presented first.

Shape Memory Alloy Features for Seismic Retrofitting of External RC Beam-Column Joint

Shape memory alloys (SMAs) have the ability to undergo large deformations with minimum residual strain and also the extraordinary ability to undergo reversible hysteretic shape change known as the shape memory effect. The shape memory effect of these alloys can be utilised to develop a convenient way of actively confining concrete sections to improve their shear strength, flexural ductility and ultimate strain capacity. Most of the previous work on active confinement of concrete using SMA has been carried out on circular sections. In this study retrofitting strategies for active confinement of non-circular sections have been proposed. The proposed schemes presented in this paper are conceived with an aim to seismically retrofit a beam-column joint in non-seismically designed reinforced concrete buildings.

The complex material behaviour of SMAs depends on number of parameters. Depending upon the alloying elements, SMAs exhibit different behaviour in different conditions and are highly sensitive to variation in temperature, phase in which it is used, loading pattern, strain rate and pre-strain conditions. Therefore, a detailed discussion on the behaviour of SMAs under different thermo-mechanical conditions is presented first in this paper.

Shape stabilised phase change materials based on a high melt viscosity HDPE and paraffin waxes

Shape stabilised phase change materials (SSPCMs) based on a high density poly(ethylene)(hv-HDPE) with high (H-PW, Tm = 56–58 °C) and low (L-PW, Tm = 18–23 °C) melting point paraffin waxes were readily prepared using twin-screw extrusion. The thermo-physical properties of these materials were assessed using a combination of techniques and their suitability for latent heat thermal energy storage (LHTES) assessed. The melt processing temperature (160 °C) of the HDPE used was well below the onset of thermal decomposition of H-PW (220 °C), but above that for L-PW (130 °C), although the decomposition process extended over a range of 120 °C and the residence time of L-PW in the extruder was <30 s. The SSPCMs prepared had latent heats up to 89 J/g and the enthalpy values for H-PW in the respective blends decreased with increasing H-PW loading, as a consequence of co-crystallisation of H-PW and hv-HDPE. Static and dynamic mechanical analysis confirmed both waxes have a plasticisation effect on this HDPE. Irrespective of the mode of deformation (tension, flexural, compression) modulus and stress decreased with increased wax loading in the blend, but the H-PW blends were mechanically superior to those with L-PW.

Heat Activated Prestressing of Shape Memory Alloys for Active Confinement of Concrete Sections

This paper presents the results from the experimental investigation on heat activated prestressing of Shape Memory Alloy (SMA) wires for active confinement of concrete sections. Active confinement of concrete is found to be much more effective than passive confinement which becomes effective only when the concrete starts to dilate. Active confinement achieved using conventional prestressing techniques often faces many obstacles due to practical limitations. A class of smart materials that has recently drawn attention in civil engineering is the super elastic SMA which has the ability to undergo reversible hysteretic shape change known as the shape memory effect. The shape memory effect of SMAs can be utilized to develop a convenient prestressing technique for active confinement of concrete sections.
In this study a series of experimental tests are conducted to study Heat Activated Prestress (HAP) in SMAs. Three different types of tests are conducted with different loading protocol to determine parameters such as HAP, residual strain after heating and range of strain that can be used for effective active confinement after HAP. Test results show a maximum HAP of about 500 MPa can be achieved after heating and approximately 450MPa is retained at 25oC in specimens pre-strained by 6%. A substantial amount of strain recovery upon unloading and after heating the SMA wires is recorded. About 2.5% elastic strain recovery upon unloading from 6% strain level is observed. In the specimen pre-strained by 6%, a total of 4% strain is recovered when unloaded after heating. A strain range of 3% is found available for effective confinement after HAP. Test results demonstrate that SMAs have unique features that can be intelligently employed in many civil engineering applications including active confinement of concrete sections.

Corrosion Fatigue Behaviour of Laser-welded Shape Memory NiTi Wires in a Simulated Body Fluid

Corrosion fatigue is a fracture process as a consequence of synergistic interactions between the material structure, corrosive environment and cyclic loads/strains. It is difficult to be detected and can cause unexpected failure of engineering components in use. This study reveals a comparison of corrosion fatigue behaviour of laser-welded and bare NiTi wires using bending rotation fatigue (BRF) test coupled with a specifically-designed corrosion cell. The testing medium was Hanks’ solution (simulated body fluid) at 37.5 oC. Electrochemical impedance spectroscopic (EIS) measurement was carried out to monitor the change of corrosion resistance of sample during the BRF test at different periods of time. Experiments indicate that the laser-welded NiTi wire would be more susceptible to the corrosion fatigue attack than the bare NiTi wire. This study can serve as a benchmark for the product designers and engineers to understand the corrosion fatigue behaviour of the NiTi laser weld joint and determine the fatigue life safety factor for NiTi medical devices/implants involving laser welding in the fabrication process.

Measuring the shape of degree distributions

Degree distribution is a fundamental property of networks. While mean degree provides a standard measure of scale, there are several commonly used shape measures. Widespread use of a single shape measure would enable comparisons between networks and facilitate investigations about the relationship between degree distribution properties and other network features. This paper describes five candidate measures of heterogeneity and recommends the Gini coefficient. It has theoretical advantages over many of the previously proposed measures, is meaningful for the broad range of distribution shapes seen in different types of networks, and has several accessible interpretations. While this paper focusses on degree, the distribution of other node based network properties could also be described with Gini coefficients.

Efficacy and Acceptability of Reduced Intensity Constraint-Induced Movement Therapy for Children Aged 9–11 years with Hemiplegic Cerebral Palsy: A Pilot Study

OBJECTIVE: Assess efficacy and acceptability of reduced intensity constraint-induced movement therapy (CIMT) in children with cerebral palsy (CP).

METHODS: Single-subject research design and semi-structured interviews. Children (9-11y) with hemiplegia underwent five baseline assessments followed by two weeks CIMT. Six further assessments were performed during treatment and follow-up phases. The primary outcome was the Melbourne Assessment of Unilateral Upper Limb Function (MUUL). Quantitative data were analysed using standard single-subject methods and qualitative data by thematic analysis.

RESULTS: Four of the seven participants demonstrated statistically significant improvements in MUUL (3-11%, p < .05). Two participants achieved significant improvements in active range of motion but strength and tone remained largely unchanged. Qualitative interviews highlighted limitations of the restraint, importance of family involvement, and coordination of treatment with education.

CONCLUSIONS: Reduced intensity CIMT may be effective for some children in this population; however it is not suitable for all children with hemiplegia.

Microstructure design of Titanate-based electroceramics

Electrocerâmicos são uma classe de materiais avançados com propriedades eléctricas valiosas para aplicações. Estas propriedades são geralmente muito dependentes da microestrutura dos materiais. Portanto, o objectivo geral deste trabalho é investigar o desenho da resposta dieléctrica de filmes espessos obtidos por Deposição Electroforética (EPD) e cerâmicos monolíticos, através do controlo da evolução da microestrutura durante a sinterização de electrocerâmicos à base de titanatos. Aplicações sem fios na indústria microelectrónica e de comunicações, em rápido crescimento, tornaram-se um importante mercado para os fabricantes de semicondutores. Devido à constante necessidade de miniaturização, redução de custos e maior funcionalidade e integração, a tecnologia de filmes espessos está a tornar-se uma abordagem de processamento de materiais funcionais cada vez mais importante. Uma técnica adequada neste contexto é EPD. Os filmes espessos resultantes necessitam de um passo subsequente de sinterização que é afectada pelo substrato subjacente, tendo este um forte efeito sobre a evolução da microestrutura. Relacionado com a miniaturização e a discriminação do sinal, materiais dieléctricos usados como componentes operando a frequências das microondas em aplicações na industria microelectrónica de comunicações devem apresentar baixas perdas dieléctricas e elevadas permitividade dieléctrica e estabilidade com a temperatura. Materiais do sistema BaO-Ln2O3- TiO2 (BLnT: Ln = La ou Nd), como BaLa4Ti4O15 (BLT) e Ba4.5Nd9Ti18O54 (BNT), cumprem esses requisitos e são interessantes para aplicações, por exemplo, em estações de base para comunicações móveis ou em ressonadores para telefones móveis, onde a miniaturização dos dispositivos é muito importante. Por sua vez, o titanato de estrôncio (SrTiO3, STO) é um ferroeléctrico incipiente com constante dieléctrica elevada e baixas perdas, que encontra aplicação em, por exemplo, condensadores de camada interna, tirando partido de fronteiras de grão altamente resistivas. A dependência da permitividade dieléctrica do campo eléctrico aplicado torna este material muito interessante para aplicações em dispositivos de microondas sintonizáveis. Materiais à base de STO são também interessantes para aplicações termoeléctricas, que podem contribuir para a redução da actual dependência de combustíveis fósseis por meio da geração de energia a partir de calor desaproveitado. No entanto, as mesmas fronteiras de grão resistivas são um obstáculo relativamente à eficiência do STO para aplicações termoeléctricas. Para além do efeito do substrato durante a sinterização constrangida, outros factores, como a presença de fase líquida, a não-estequiometria ou a temperatura de sinterização, afectam significativamente não apenas a microestrutura dos materiais funcionais, mas também a sua resposta dieléctrica. Se adequadamente compreendidos, estes factores podem ser intencionalmente usados para desenhar a microestrutura dos electrocerâmicos e, desta forma, as suas propriedades dieléctricas. O efeito da não-estequiometria (razão Sr/Ti 0.995-1.02) no crescimento de grão e resposta dieléctrica de cerâmicos de STO foi investigado neste trabalho. A mobilidade das fronteiras de grão aumenta com a diminuição da razão Sr/Ti. A resistividade do interior dos grãos e das fronteiras de grão é sistematicamente diminuída em amostras não-estequiométricas de STO, em comparação com o material estequiométrico. O efeito é muito mais forte para as fronteiras de grão do que para o seu interior. Dependências sistemáticas da não-estequiometria foram também observadas relativamente à dependência da condutividade da temperatura (muito mais afectada no caso da contribuição das fronteiras de grão), à capacitância do interior e fronteiras de grão e à espessura das fronteiras de grão. Uma anomalia no crescimento de grão em cerâmicos de STO ricos em Ti foi também observada e sistematicamente analisada. Foram detectadas três descontinuidades na dependência do tipo Arrhenius do crescimento de grão relativamente à temperatura com diminuições no tamanho de grão a temperaturas em torno de 1500, 1550 e 1605 °C. Além disso, descontinuidades semelhantes foram também observadas na dependência da energia de activação relativamente à condutividade das fronteiras de grão e na espessura das fronteiras de grão, avaliadas por Espectroscopia de Impedância. Estas notáveis coincidências suportam fortemente a formação de diferentes complexos de fronteira de grão com transições entre os regimes de crescimento de grão observados, que podem ser correlacionados com diferentes mobilidades de fronteira de grão e propriedades dieléctricas. Um modelo é sugerido, que se baseia na diminuição da fase líquida localizada nas fronteiras de grão, como o aumento da temperatura de sinterização, um cenário compatível com um fenómeno de solubilidade retrógrada, observado anteriormente em metais e semicondutores, mas não em cerâmicos. A EPD de filmes espessos de STO em substratos de folha de Pt e a sinterização constrangida dos filmes fabricados foram também preliminarmente tratadas. Filmes espessos de STO foram depositados com êxito por EPD sobre substratos de Pt e, depois de sinterizados, atingiram densidades elevadas. Um aumento da densificação e do tamanho de grão assim como o alargamento da distribuição de tamanho do grão foram observados com a diminuição da razão Sr/Ti, tal como anteriormente observado em amostras cerâmicas. Grãos equiaxiados foram observados para todas as composições, mas um certo grau de anisotropia na orientação dos poros foi detectado: os poros revelaram uma orientação vertical preferencial. Este trabalho focou-se também na sinterização constrangida do sistema BLnT (Ln = La ou Nd), nomeadamente de filmes espessos de BLT e BNT sobre substratos de folha de platina, e na relação do desenvolvimento de anisotropia microestrutural com as propriedades dieléctricas. As observações durante a sinterização constrangida foram comparadas com cerâmicos monolíticos equivalentes sinterizados livremente. Filmes espessos de BLnT (Ln = La ou Nd) com elevada densidade foram obtidos por EPD e subsequente sinterização constrangida. A anisometria cristalográfica do material em conjunto com um passo de sinterização constrangida resultou em grãos alongados e microestruturas anisotrópicas. O efeito do stress do substrato durante a sinterização constrangida originou graus mais elevados de anisotropia (grãos e poros alongados e orientação preferencial, bem como textura cristalográfica) nos filmes sinterizados relativamente aos cerâmicos equivalentes sinterizados livremente, não obstante o estado equivalente das amostras em verde. A densificação dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é retardada em comparação com os cerâmicos, mas depois de longos tempos de sinterização densidades semelhantes são obtidas. No entanto, em oposição a observações na sinterização constrangida de outros sistemas, o crescimento do grão em filmes de BLnT (Ln = La ou Nd) é favorecido pelo constrangimento causado pelo substrato. Além disso, grãos e poros alongados orientados paralelamente ao substrato foram desenvolvidos durante a sinterização constrangida de filmes espessos. Verificou-se uma forte correlação entre a evolução de grãos e poros, que começou assim que o crescimento do grão se iniciou. Um efeito da tensão do substrato no aumento do crescimento de grão, bem como um forte “Zener pinning”, origina microestruturas altamente texturizadas, o que também é observado a nível cristalográfico. Efeitos marcantes da anisotropia microestrutural foram também detectados nas propriedades dieléctricas dos filmes de BLnT (Ln = La ou Nd). Juntamente com o aumento da razão de aspecto dos grãos, do factor de orientação e do grau de textura cristalográfica, a permitividade relativa é ligeiramente diminuída e o coeficiente de temperatura da permitividade evolui de negativo para positivo com o aumento do tempo isotérmico de sinterização. Este trabalho mostra que a não-estequiometria pode ser usada para controlar a mobilidade das fronteiras de grão e, portanto, desenhar a microestrutura e as propriedades dieléctricas de electrocerâmicos à base de STO, com ênfase nas propriedades das fronteiras de grão. O papel da não-estequiometria no STO e dos complexos de fronteira de grão no desenvolvimento microestrutural é discutido e novas oportunidades para desenhar as propriedades de materiais funcionais são abertas. As observações relativamente à sinterização constrangida apontam para o efeito de tensões mecânicas desenvolvidas devido ao substrato subjacente no desenvolvimento da microestrutura de materiais funcionais. É assim esperado que a escolha adequada de substrato permitia desenhar a microestrutura de filmes espessos funcionais com desempenho optimizado. “Stress Assisted Grain Growth” (SAGG) é então proposto como uma técnica potencial para desenhar a microestrutura de materiais funcionais, originando microestruturas anisotrópicas texturizadas com propriedades desejadas.

Development of numerical methodologies for parameter identification and shape optimization in metal forming simulations

Por parte da indústria de estampagem tem-se verificado um interesse crescente em simulações numéricas de processos de conformação de chapa, incluindo também métodos de engenharia inversa. Este facto ocorre principalmente porque as técnicas de tentativa-erro, muito usadas no passado, não são mais competitivas a nível económico. O uso de códigos de simulação é, atualmente, uma prática corrente em ambiente industrial, pois os resultados tipicamente obtidos através de códigos com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) são bem aceites pelas comunidades industriais e científicas Na tentativa de obter campos de tensão e de deformação precisos, uma análise eficiente com o MEF necessita de dados de entrada corretos, como geometrias, malhas, leis de comportamento não-lineares, carregamentos, leis de atrito, etc.. Com o objetivo de ultrapassar estas dificuldades podem ser considerados os problemas inversos. No trabalho apresentado, os seguintes problemas inversos, em Mecânica computacional, são apresentados e analisados: (i) problemas de identificação de parâmetros, que se referem à determinação de parâmetros de entrada que serão posteriormente usados em modelos constitutivos nas simulações numéricas e (ii) problemas de definição geométrica inicial de chapas e ferramentas, nos quais o objetivo é determinar a forma inicial de uma chapa ou de uma ferramenta tendo em vista a obtenção de uma determinada geometria após um processo de conformação. São introduzidas e implementadas novas estratégias de otimização, as quais conduzem a parâmetros de modelos constitutivos mais precisos. O objetivo destas estratégias é tirar vantagem das potencialidades de cada algoritmo e melhorar a eficiência geral dos métodos clássicos de otimização, os quais são baseados em processos de apenas um estágio. Algoritmos determinísticos, algoritmos inspirados em processos evolucionários ou mesmo a combinação destes dois são usados nas estratégias propostas. Estratégias de cascata, paralelas e híbridas são apresentadas em detalhe, sendo que as estratégias híbridas consistem na combinação de estratégias em cascata e paralelas. São apresentados e analisados dois métodos distintos para a avaliação da função objetivo em processos de identificação de parâmetros. Os métodos considerados são uma análise com um ponto único ou uma análise com elementos finitos. A avaliação com base num único ponto caracteriza uma quantidade infinitesimal de material sujeito a uma determinada história de deformação. Por outro lado, na análise através de elementos finitos, o modelo constitutivo é implementado e considerado para cada ponto de integração. Problemas inversos são apresentados e descritos, como por exemplo, a definição geométrica de chapas e ferramentas. Considerando o caso da otimização da forma inicial de uma chapa metálica a definição da forma inicial de uma chapa para a conformação de um elemento de cárter é considerado como problema em estudo. Ainda neste âmbito, um estudo sobre a influência da definição geométrica inicial da chapa no processo de otimização é efetuado. Este estudo é realizado considerando a formulação de NURBS na definição da face superior da chapa metálica, face cuja geometria será alterada durante o processo de conformação plástica. No caso dos processos de otimização de ferramentas, um processo de forjamento a dois estágios é apresentado. Com o objetivo de obter um cilindro perfeito após o forjamento, dois métodos distintos são considerados. No primeiro, a forma inicial do cilindro é otimizada e no outro a forma da ferramenta do primeiro estágio de conformação é otimizada. Para parametrizar a superfície livre do cilindro são utilizados diferentes métodos. Para a definição da ferramenta são também utilizados diferentes parametrizações. As estratégias de otimização propostas neste trabalho resolvem eficientemente problemas de otimização para a indústria de conformação metálica.

Shape control of laminated panels using piezoelectric actuators

This paper presents a finite element formulation based on the classical laminated plate theory for laminated structures with integrated piezoelectric layers or patches, acting as actuators.The finite element model is a single layer trinaguular nonconforming plate/shell element with 18 degrees of fredom for the generalized displacements, and one electrical potential degree of freedom for each piezoelectric element elemenet layer or patch. An optimization of the patches position is perfomed to maximize the piezoelectric actuators efficiency as well as,the electric potential distribution is serach to reach the specified strusctura transverse displacement distribution is search to reach the specified structures trsnsverse displacement distribution (shape control). A gradient based algorithm is used for this purpose.Results are presented and discussed.

Geographic and host factors shape the evolution of a newly recognized subgroup within the U genogroup of the fish rhabdovirus IHNV

Thesis (Master's)--University of Washington, 2015

Examining Chinese Tourists’ Nature-based Tourism Participantion Behavior: Incorporating Environmental Concern into a Constraint-Negotiation Modela

Finding the balance between economic development and preservation of the natural environment is a challenging yet important task. This is a particularly pressing issue in the case of China, as it is the largest and fastest-growing market for tourism. The purpose of this research is to examine Chinese tourists’ participation in nature-based, tourism activities by incorporating tourists’ environmental concern, measured by a revised New Environmental Paradigm (NEP) scale, into a tourism constraint-negotiation model. The responses of 409 Chinese tourists show environmental concern will positively affect tourists’ motivation, which, in turn, will affect their negotiation strategy and ultimately their participation behavior. The theoretical and managerial implications of this study are discussed in the context of the tourism literature.