Comparison of vibration and rolling noise emission of resilient and solid monobloc railway wheels in underground lines

Flat or worn wheels rolling on rough or corrugated tracks can provoke airborne noise and ground-borne vibration, which can be a serious concern for nearby neighbours of urban rail transit lines. Among the various treatments used to reduce vibration and noise, resilient wheels play an important role. In conventional resilient wheels, a slightly prestressed V­shaped rubber ring is mounted between the steel wheel centre and tyre. The elastic layer enhances rolling noise and vibration suppression, as well as impact reduction on the track. In this paper the effectiveness of resilient wheels in underground lines, in comparison to monobloc ones, is assessed. The analysed resilient wheel is able to carry greater loads than standard resilient wheels used for light vehicles. It also presents a greater radial resiliency and a higher axial stiffness than conventional V­wheels. The finite element method was used in this study. A quarter car model was defined, in which the wheelset was modelled as an elastic body. Several simulations were performed in order to assess the vibrational behaviour of elastic wheels, including modal, harmonic and random vibration analysis, the latter allowing the introduction of realistic vertical track irregularities, as well as the influence of the running speed. Due to numerical problems some simplifications were needed. Parametric variations were also performed, in which the sensitivity of the whole system to variations of rubber prestress and Poisson’s ratio of the elastic material was assessed.Results are presented in the frequency domain, showing a better performance of the resilient wheels for frequencies over 200 Hz. This result reveals the ability of the analyzed design to mitigate rolling noise, but not structural vibrations, which are primarily found in the lower frequency range.

Influencia de la temperatura en la deflexión de firmes flexibles

En esta investigación se ha estudiado el efecto de la variación de la temperatura en la deflexión de firmes flexibles. En primer lugar se han recopilado los criterios existentes de ajuste de la deflexión por efecto de la temperatura. Posteriormente, se ha llevado a cabo un estudio empírico mediante la auscultación de las deflexiones en cinco tramos de carretera con firme flexible y con diferentes espesores de mezclas bituminosas (entre 10 y 30 cm). Las medidas se han efectuado en dos campañas (verano e invierno), tratando de abarcar un amplio rango de temperaturas. En cada campaña, se han llevado a cabo distintas auscultaciones a diferentes temperaturas. Las medidas de cada campaña se han realizado el mismo día. Se han obtenido los coeficientes empíricos de ajuste por temperatura para cada tramo analizado. Además, se ha realizado un estudio teórico mediante la elaboración de diferentes modelos (multicapa elástico lineal, multicapa visco-elástico lineal y elementos finitos) que reproducen la respuesta estructural de los firmes flexibles auscultados. La caracterización mecánica de las mezclas bituminosas se ha realizado mediante ensayos de módulo complejo en laboratorio, a diferentes temperaturas y frecuencias, sobre testigos extraídos en las carreteras estudiadas. Se han calculado los coeficientes teóricos de ajuste por temperatura para cada modelo elaborado y tramo analizado. Finalmente, se ha realizado un estudio comparativo entre los distintos coeficientes de ajuste (existentes, empíricos y teóricos), que ha puesto de manifiesto que, en todos los casos analizados, los coeficientes obtenidos en el modelo de elementos finitos son los que más se aproximan a los coeficientes empíricos (valor de referencia para los tramos analizados). El modelo desarrollado de elementos finitos permite reproducir el comportamiento visco-elástico de las mezclas bituminosas y el carácter dinámico de las cargas aplicadas. Se han utilizado elementos tipo tetraedro isoparamétrico lineal (C3D8R) para el firme y la parte superior del cimiento, mientras que para la parte inferior se han empleado elementos infinitos (CIN3D8). In this research the effect produced by the temperature change on flexible pavements deflection is analysed. First, the existing criteria of deflection adjustment by temperature were collected. Additionally, an empirical analysis was carried out, consisting on deflection tests in five flexible-pavement road sections with different asphalt mix thickness (from 10 to 30 cm). The measures were taken in two seasons (summer and winter) in an effort to register a wide range of temperatures. Different surveys were carried out at different temperatures in each season. The tests of each season were done at the same day. The empirical temperature adjustment factors for every analysed section were obtained. A theoretical study was carried out by developing different models (linear elastic multilayer, linear visco-elastic multilayer and finite elements) that reproduce the structural response of the tested flexible pavements. The mechanical characterization of the asphalt mixes was achieved through laboratory complex-modulus tests at different temperatures and frequencies, using pavement cores from the surveyed roads. The theoretical temperature adjustment factors for each model developed and each section analysed were calculated. Finally, a comparative study among the different adjustment factors (existing, empirical and theoretical) was carried out. It has shown that, in all analysed cases, the factors obtained with the finite elements model are the closest to the empirical factors (reference value for the analysed sections). The finite elements model developed makes it possible to reproduce the visco-elastic behavior of the asphalt mixes and the dynamic nature of the applied loads. Linear isoparametric tetrahedral elements (C3D8R) have been used for the pavement and the subgrade, while infinite elements (CIN3D8) have been used for the foundations.

Structural changes in hemoglobin during adsorption to solid surfaces: Effects of pH, ionic strength, and ligand binding

We have studied the adsorption of two structurally similar forms of hemoglobin (met-Hb and HbCO) to a hydrophobic self-assembled methyl-terminated thiol monolayer on a gold surface, by using a Quartz Crystal Microbalance (QCM) technique. This technique allows time-resolved simultaneous measurements of changes in frequency (f) (c.f. mass) and energy dissipation (D) (c.f. rigidity/viscoelastic properties) of the QCM during the adsorption process, which makes it possible to investigate the viscoelastic properties of the different protein layers during the adsorption process. Below the isoelectric points of both met-Hb and HbCO, the ΔD vs. Δf graphs displayed two phases with significantly different slopes, which indicates two states of the adsorbed proteins with different visco-elastic properties. The slope of the first phase was smaller than that of the second phase, which indicates that the first phase was associated with binding of a more rigidly attached, presumably denatured protein layer, whereas the second phase was associated with formation of a second layer of more loosely bound proteins. This second layer desorbed, e.g., upon reduction of Fe3+ of adsorbed met-Hb and subsequent binding of carbon monoxide (CO) forming HbCO. Thus, the results suggest that the adsorbed proteins in the second layer were in a native-like state. This information could only be obtained from simultaneous, time-resolved measurements of changes in both D and f, demonstrating that the QCM technique provides unique information about the mechanisms of protein adsorption to solid surfaces.

Emergent anisotropy and flow alignment in viscous rock

A novel class of nonlinear, visco-elastic rheologies has recently been developed by MUHLHAUS et al. (2002a, b). The theory was originally developed for the simulation of large deformation processes including folding and kinking in multi-layered visco-elastic rock. The orientation of the layer surfaces or slip planes in the context of crystallographic slip is determined by the normal vector the so-called director of these surfaces. Here the model (MUHLHAUS et al., 2002a, b) is generalized to include thermal effects; it is shown that in 2-D steady states the director is given by the gradient of the flow potential. The model is applied to anisotropic simple shear where the directors are initially parallel to the shear direction. The relative effects of textural hardening and thermal softening are demonstrated. We then turn to natural convection and compare the time evolution and approximately steady states of isotropic and anisotropic convection for a Rayleigh number Ra=5.64x10(5) for aspect ratios of the experimental domain of 1 and 2, respectively. The isotropic case has a simple steady-state solution, whereas in the orthotropic convection model patterns evolve continuously in the core of the convection cell, which makes only a near-steady condition possible. This near-steady state condition shows well aligned boundary layers, and the number of convection cells which develop appears to be reduced in the orthotropic case. At the moderate Rayleigh numbers explored here we found only minor influences in the change from aspect ratio one to two in the model domain.

Automatic initialisation of 3D deformable models for cartilage segmentation

Deformable models are a highly accurate and flexible approach to segmenting structures in medical images. The primary drawback of deformable models is that they are sensitive to initialisation, with accurate and robust results often requiring initialisation close to the true object in the image. Automatically obtaining a good initialisation is problematic for many structures in the body. The cartilages of the knee are a thin elastic material that cover the ends of the bone, absorbing shock and allowing smooth movement. The degeneration of these cartilages characterize the progression of osteoarthritis. The state of the art in the segmentation of the cartilage are 2D semi-automated algorithms. These algorithms require significant time and supervison by a clinical expert, so the development of an automatic segmentation algorithm for the cartilages is an important clinical goal. In this paper we present an approach towards this goal that allows us to automatically providing a good initialisation for deformable models of the patella cartilage, by utilising the strong spatial relationship of the cartilage to the underlying bone.

Anisotropy model for mantle convection

The paper presents a new theory for modeling flow in anisotropic, viscous rock. This theory has originally been developed for the simulation of large deformation processes including folding and kinking in multi-layered visco-elastic rock. The orientation of slip planes in the context of crystallographic slip is determined by the normal vector, the so-called director of these surfaces. The model is applied to simulate anisotropic natural mantle convection. We compare the evolution of the director and approximately steady states of isotropic and anisotropic convection. The isotropic case has a simple steady state solution, whereas the orthotropic convection model produces a continuously evolving patterning in tile core of the convection cell which makes only a near-steady condition possible, in which the thermal boundary layer appears to be well aligned with the flow and hence as observed in seismic tomomgraphy strong anistropic.

Apparatus and test methods for measuring the impact of golf balls on turf and their application in the field

An apparatus was developed to project spinning golf balls directly onto golf greens. This employed a modified baseball/practice machine with two counter-rotating pneumatic wheels. The speed of the wheels could be varied independently allowing backspin to be given to the ball. The ball was projected into a darkened enclosure where the motion of the ball before and after impacting with the turf was recorded using a still camera and a stroboscope. The resulting photographs contained successive images of the ball on a single frame of film. The apparatus was tested on eighteen golf courses resulting in 721 photographs of impacts. Statistical analysis was carried out on the results of the photographs and from this, two types of green emerged. On the first, the ball tended to rebound with topspin, while on the second, the ball retained backspin after impact if the initial backspin was greater than about 350 rads-1. Eleven tests were devised to determine the characteristics of greens and statistical techniques were used to analyse the relationships between these tests. These showed the effects of the green characteristics on ball/turf impacts. It was found that the ball retained backspin on greens that were freely drained and had less than 60% of Poa annua (annual meadow grass) in their swards. Visco-elastic models were used to simulate the impact of the ball with the turf. Impacts were simulated by considering the ball to be rigid and the turf to be a two layered system consisting of springs and dampers. The model showed good agreement with experiment and was used to simulate impacts from two different shots onto two contrasting types of green.

Strain response of POF sensors

With regard to polymer fibre Bragg gratings, we investigate one of the consequences of the visco-elastic nature of the constituent polymer: hysteresis in the response of wavelength shift vs sensor elongation. We show that when a grating sensor is directly bonded to a substrate, the hysteresis is reduced by a factor of 10 from the case where the sensor is freely suspended between two supports.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Coupled electrostatic-elastic analysis for topology optimization using material interpolation

In this paper, we present a novel analytical formulation for the coupled partial differential equations governing electrostatically actuated constrained elastic structures of inhomogeneous material composition. We also present a computationally efficient numerical framework for solving the coupled equations over a reference domain with a fixed finite-element mesh. This serves two purposes: (i) a series of problems with varying geometries and piece-wise homogeneous and/or inhomogeneous material distribution can be solved with a single pre-processing step, (ii) topology optimization methods can be easily implemented by interpolating the material at each point in the reference domain from a void to a dielectric or a conductor. This is attained by considering the steady-state electrical current conduction equation with a `leaky capacitor' model instead of the usual electrostatic equation. This formulation is amenable for both static and transient problems in the elastic domain coupled with the quasi-electrostatic electric field. The procedure is numerically implemented on the COMSOL Multiphysics (R) platform using the weak variational form of the governing equations. Examples have been presented to show the accuracy and versatility of the scheme. The accuracy of the scheme is validated for the special case of piece-wise homogeneous material in the limit of the leaky-capacitor model approaching the ideal case.

An Improved Ce/Se Scheme For Multi-Material Elastic-Plastic Flows And Its Applications

In this paper, a new definition of SE and CE, which is based on the hexahedron mesh and simpler than Chang's original CE/SE method (the space-time Conservation Element and Solution Element method), is proposed and an improved CE/SE scheme is constructed. Furthermore, the improved CE/SE scheme is extended in order to solve the elastic-plastic flow problems. The hybrid particle level set method is used for tracing the interfaces of materials. Proper boundary conditions are presented in interface tracking. Two high-velocity impact problems are simulated numerically and the computational results are carefully compared with the experimental data, as well as the results from other literature and LS-DYNA software. The comparisons show that the computational scheme developed currently is clear in physical concept, easy to be implemented and high accurate and efficient for the problems considered. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Large plane deformations of thin elastic sheets of neo-hookean material

Large plane deformations of thin elastic sheets of neo-Hookean material are considered and a method of successive substitutions is developed to solve problems within the two-dimensional theory of finite plane stress. The first approximation is determined by linear boundary value problems on two harmonic functions, and it is approached asymptotically at very large extensions in the plane of the sheet. The second and higher approximations are obtained by solving Poisson equations. The method requires modification when the membrane has a traction-free edge.

Several problems are treated involving infinite sheets under uniform biaxial stretching at infinity. First approximations are obtained when a circular or elliptic inclusion is present and when the sheet has a circular or elliptic hole, including the limiting cases of a line inclusion and a straight crack or slit. Good agreement with exact solutions is found for circularly symmetric deformations. Other examples discuss the stretching of a short wide strip, the deformation near a boundary corner which is traction-free, and the application of a concentrated load to a boundary point.

A heuristic model for the simulation of the deformation of elastic and spongy material for virtual reality applications

This paper presents a practical algorithm for the simulation of interactive deformation in a 3D polygonal mesh model. The algorithm combines the conventional simulation of deformation using a spring-mass-damping model, solved by explicit numerical integration, with a set of heuristics to describe certain features of the transient behaviour, to increase the speed and stability of solution. In particular, this algorithm was designed to be used in the simulation of synthetic environments where it is necessary to model realistically, in real time, the effect on non-rigid surfaces being touched, pushed, pulled or squashed. Such objects can be solid or hollow, and have plastic, elastic or fabric-like properties. The algorithm is presented in an integrated form including collision detection and adaptive refinement so that it may be used in a self-contained way as part of a simulation loop to include human interface devices that capture data and render a realistic stereoscopic image in real time. The algorithm is designed to be used with polygonal mesh models representing complex topology, such as the human anatomy in a virtual-surgery training simulator. The paper evaluates the model behaviour qualitatively and then concludes with some examples of the use of the algorithm.