Matrix analysis of an anisotropic optical thin film

Based on Maxwell's equations, standard boundary conditions are imposed on resultant electric- and magnetic-field vectors at interfaces, and the propagating characteristics of extraordinary waves, such as the forward- and backward-propagating directions of wave vectors, rays and their corresponding refractive indices are determined in a uniaxially birefringent thin film. Furthermore, 2 x 2 characteristic matrices of a birefringent thin film are derived including multiple reflections for the extraordinary wave.

Anisotropic expansion and SNIa: An open issue

We review the appropriateness of using SNIa observations to detect potential signatures of anisotropic expansion in the Universe. We focus on Union2 and SNLS3 SNIa datasets and use the hemispherical comparison method to detect possible anisotropic features. Unlike some previous works where nondiagonal elements of the covariance matrix were neglected, we use the full covariance matrix of the SNIa data, thus obtaining more realistic and not underestimated errors. As a matter of fact, the significance of previously claimed detections of a preferred direction in the Union2 dataset completely disappears once we include the effects of using the full covariance matrix. Moreover, we also find that such apreferred direction is aligned with the orthogonal direction of the SDSS observational plane and this suggests a clear indication that the SDSS subsample of the Union2 dataset introduces a significant bias, making the detected preferred direction unphysical. We thus find that current SNIa surveys are inappropriate to test anisotropic features due to their highly non-homogeneous angular distribution in the sky. In addition, after removal of the highest in homogeneous sub-samples, the number of SNIa is too low. Finally, we take advantage of the particular distribution of SNLS SNIa sub- sample in the SNLS3 data set, in which the observations were taken along four different directions. We fit each direction independently and find consistent results at the 1 sigma level. Although the likelihoods peak at relatively different values of Omega(m), the low number of data along each direction gives rise to large errors so that the likelihoods are sufficiently broad as to overlap within 1 sigma. (C) 2014 The Authors. Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY license (http:// creativecommons. org/licenses/by/4.0/).

Feedback on the Rate and Depth of Chest Compressions during Cardiopulmonary Resuscitation Using Only Accelerometers

Background Quality of cardiopulmonary resuscitation (CPR) is key to increase survival from cardiac arrest. Providing chest compressions with adequate rate and depth is difficult even for well-trained rescuers. The use of real-time feedback devices is intended to contribute to enhance chest compression quality. These devices are typically based on the double integration of the acceleration to obtain the chest displacement during compressions. The integration process is inherently unstable and leads to important errors unless boundary conditions are applied for each compression cycle. Commercial solutions use additional reference signals to establish these conditions, requiring additional sensors. Our aim was to study the accuracy of three methods based solely on the acceleration signal to provide feedback on the compression rate and depth. Materials and Methods We simulated a CPR scenario with several volunteers grouped in couples providing chest compressions on a resuscitation manikin. Different target rates (80, 100, 120, and 140 compressions per minute) and a target depth of at least 50 mm were indicated. The manikin was equipped with a displacement sensor. The accelerometer was placed between the rescuer's hands and the manikin's chest. We designed three alternatives to direct integration based on different principles (linear filtering, analysis of velocity, and spectral analysis of acceleration). We evaluated their accuracy by comparing the estimated depth and rate with the values obtained from the reference displacement sensor. Results The median (IQR) percent error was 5.9% (2.8-10.3), 6.3% (2.9-11.3), and 2.5% (1.2-4.4) for depth and 1.7% (0.0-2.3), 0.0% (0.0-2.0), and 0.9% (0.4-1.6) for rate, respectively. Depth accuracy depended on the target rate (p < 0.001) and on the rescuer couple (p < 0.001) within each method. Conclusions Accurate feedback on chest compression depth and rate during CPR is possible using exclusively the chest acceleration signal. The algorithm based on spectral analysis showed the best performance. Despite these encouraging results, further research should be conducted to asses the performance of these algorithms with clinical data.

Um metodo numerico com paralelismo no tempo para aproximar solucoes de EDPs

Este trabalho de pesquisa tem por objetivo apresentar e investigar a viabilidade de um método numérico que contempla o paralelismo no tempo. Este método numérico está associado a problemas de condição inicial e de contorno para equações diferenciais parciais (evolutivas). Diferentemente do método proposto neste trabalho, a maioria dos métodos numéricos associados a equações diferencias parciais evolutivas e tradicionalmente encontrados, contemplam apenas o paralelismo no espaço. Daí, a motivação em realizar o presente trabalho de pesquisa, buscando não somente um método com paralelismo no tempo mas, sobretudo, um método viável do ponto de vista computacional. Para isso, a implementação do esquema numérico proposto está por conta de um algoritmo paralelo escrito na linguagem C e que utiliza a biblioteca MPI. A análise dos resultados obtidos com os testes de desempenho revelam um método numérico escalável e que exige pouco nível de comunicação entre processadores.

Estimativas a priori para problemas não lineares de condução de calor, com o uso da transformada de Kirchhoff.

Este trabalho apresenta uma estimativa a priori para o limite superior da distribuição de temperatura considerando um problema em regime permanente em um corpo com uma condutividade térmica dependente da temperatura. A discussão é realizada supondo que as condições de contorno são lineares (lei de Newton do resfriamento) e que a condutividade térmica é constante por partes (quando considerada como uma função da temperatura). Estas estimativas consistem em uma ferramenta poderosa que pode prescindir da necessidade de uma simulação numérica cara de um problema de transferência de calor não linear, sempre que for suficiente conhecer o valor mais alto de temperatura. Nestes casos, a metodologia proposta neste trabalho é mais eficaz do que as aproximações usuais que assumem tanto a condutividade térmica quanto as fontes de calor como constantes.

Posicionamento aproximado do estado final para sistemas térmicos descritos pela equação do calor.

Neste trabalho, será considerado um problema de controle ótimo quadrático para a equação do calor em domínios retangulares com condição de fronteira do tipo Dirichlet é nos quais, a função de controle (dependente apenas no tempo) constitui um termo de fonte. Uma caracterização da solução ótima é obtida na forma de uma equação linear em um espaço de funções reais definidas no intervalo de tempo considerado. Em seguida, utiliza-se uma sequência de projeções em subespaços de dimensão finita para obter aproximações para o controle ótimo, o cada uma das quais pode ser gerada por um sistema linear de dimensão finita. A sequência de soluções aproximadas assim obtidas converge para a solução ótima do problema original. Finalmente, são apresentados resultados numéricos para domínios espaciais de dimensão 1.

Análise vibratória de fundações de máquinas sobre estacas.

A análise de fundações sob solicitações dinâmicas é algo sempre presente em projetos na área industrial. É um campo pouco explorado na área de engenharia geotécnica, onde existem relativamente poucas informações no Brasil, de maneira geral. O método mais comum de realizar essas análises é a simplificação de modelos estruturais a partir do uso de molas. Sabe-se que esses coeficientes de reação têm uma variação relativamente grande e que esse enfoque de projeto pode, em alguns casos, mostrar-se contra a segurança ou levar a superdimensionamentos desnecessários. Verifica-se, então, a necessidade de uma avaliação mais criteriosa, utilizando a interação solo x estrutura, onde as molas comumente utilizadas nas análises vibratórias convencionais são substituídas pela rigidez real do solo quando concebido como um meio contínuo, através de sua discretização pelo método dos elementos finitos. A presente dissertação analisa o problema através do módulo de dinâmica do programa Plaxis 2D. Neste tipo de análise, além da modelagem do solo como um meio contínuo, torna-se possível introduzir condições de contorno específicas ao problema em estudo, múltiplas camadas de solo, sejam horizontais ou inclinadas, além da introdução de amortecedores capazes de evitar a reflexão espúria das ondas incidentes nos limites da malha de elementos finitos e assim modelar mais adequadamente a perda de energia por radiação. A presente dissertação compara medições experimentais e soluções eficientes de métodos vibratórios clássicos com a resposta obtida pelo MEF, mostrando resultados bastante satisfatórios tanto pelos métodos clássicos quanto pelo MEF.

Jato transversal de gotas: simulações por ALE/FEM e efeitos interfaciais.

Um código computacional para escoamentos bifásicos incorporando metodologia híbrida entre oMétodo dos Elementos Finitos e a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária do movimento é usado para simular a dinâmica de um jato transversal de gotas na zona primária de quebra. Os corpos dispersos são descritos por meio de um método do tipo front-tracking que produz interfaces de espessura zero através de malhas formadas pela união de elementos adjacentes em ambas as fases e de técnicas de refinamento adaptativo. Condições de contorno periódicas são implementadas de modo variacionalmente consistente para todos os campos envolvidos nas simulações apresentadas e uma versão modificada do campo de pressão é adicionada à formulação do tipo um-fluido usada na equação da quantidade de movimento linear. Simulações numéricas diretas em três dimensões são executadas para diferentes configurações de líquidos imiscí veis compatíveis com resultados experimentais encontrados na literatura. Análises da hidrodinâmica do jato transversal de gotas nessas configurações considerando trajetórias, variação de formato de gota, espectro de pequenas perturbações, além de aspectos complementares relativos à qualidade de malha são apresentados e discutidos.

Formação de nanopadrões em superfícies por sputtering iônico: Estudo numérico da equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky.

Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência.

Análise da evolução termomecânica da Bacia do Amazonas

Os dados geológicos e geofísicos escolhidos para o tema de estudo pertencem a Bacia do Amazonas, na região centro-norte do Brasil. A Bacia do Amazonas é uma bacia intracratônica com cerca de 500.000 km. A mesma está limitada ao norte pelo Escudo das Guianas e ao sul pelo Escudo Brasileiro. O limite oeste com a Bacia do Solimões é marcado pelo Arco de Purus, ao passo que o Arco de Gurupá constitui seu limite leste. Possui características inerentes a uma bacia intracratônica paleozóica, com uma longa história evolutiva, marcada por discordâncias expressivas e com uma cunha sedimentar relativamente rasa se comparada às bacias cretáceas brasileiras, o que levanta controvérsia a respeito da suficiência do soterramento para a eficiência de geração de hidrocarboneto. Podem ser reconhecidas nos 5000 m do preenchimento sedimentar da Bacia do Amazonas, duas seqüências de primeira ordem: uma paleozóica, intrudida por diques e soleiras de diabásio, na passagem do Triássico para o Jurássico, e uma mesozóica-cenozóica que representam um aspecto importante na evolução térmica da matéria orgânica que ocorre na primeira seqüência. Com relação à exploração de petróleo, apesar do fomento exploratório ocorrido nos últimos anos, a bacia ainda é considerada pouco explorada sendo sua maior reserva a da província de Urucu. Um dos fatores que dificultam bastante a exploração desta bacia assim como a bacia do Solimões a oeste é o acesso restrito, pois estão situadas em áreas remotas e florestadas, de difícil acesso, com muitas reservas indígenas e florestais, o que causa restrições logísticas, operacionais e legais. O efeito térmico das intrusões ígneas é considerado como o responsável pelo acréscimo de calor necessário à maturação da matéria orgânica e conseqüente geração de hidrocarbonetos. Este trabalho contribui com a reconstrução da história térmica desta bacia a partir da modelagem das variáveis termais e da história de soterramento. Para isso, foram utilizados modelos consagrados na literatura, que permitem, de forma simples, a estimativa do fluxo térmico através do embasamento e da seqüência sedimentar. Na análise da influência de intrusões ígneas na estrutura térmica da bacia, o modelo bidimensional desenvolvido pelo método de diferenças finitas se mostrou apropriado. Utilizou-se o fluxo térmico basal calculado nas condições de contorno da modelagem da influência térmica das ígneas. Como resultado obteve-se a estruturação térmica da bacia e a historia maturação de suas rochas geradoras

Analysis and simulation of combustion oscillations in a laboratory spray combustor

The unstable combustion that can occur in combustion chambers is a major problem for aeroengines and ground-based industrial gas turbines. Nowadays, CFD provides a flexible, low cost tool to supplement direct measurement. This paper presents simulations of combustion oscillations in a liquid-fuelled experimental rig at the University of Cambridge. Linear acoustic theory was used to describe the acoustic waves propagating upstream and downstream of the combustion zone and to develop inlet and outlet boundary conditions just upstream and downstream of the combustion region enabling the CFD calculation to be efficiently concentrated on the combustion zone. A combustion oscillation was found to occur with its predicted frequency in good agreement with experimental measurements. More details about the unstable combustion can be obtained from the simulation results. The approach developed here is expected to provide a powerful tool for the design and operation of stable combustion systems. Copyright © 2009 by ASME.

Microstructural optimization of cellular acoustic materials

A microstructure based acoustic model is introduced, which can be used to optimize the microstructure of cellular materials and thus to obtain their optimal acoustic property. This acoustic model is an unsteady one which is appropriate in the limit of low Reynolds numbers. The model involves three elements. This first involves the propagation of acoustic waves passing the cylinders whose axes are aligned parallel to the direction of propagation. The second model relates to the propagation of acoustic waves passing the cylinders whose axes are aligned perpendicular to the direction of propagation. In both cases the interaction between adjacent cylinders is taken into account by considering the effect of polygonal periodic boundary conditions. As these two models are linear they are combined to give the characteristics of propagation at arbitrary incidence. The third model involves propagation passing spheres in order to represent the joints. Heat transfer is also included. These three models are then used to expand the design space and calculate the optimum cell structure for desired acoustic performance in a number of different applications. Moreover, the application fields are also analyzed.

A statistical model of climates in the southwestern United States

EXTRACT (SEE PDF FOR FULL ABSTRACT): We describe an empirical-statistical model of climates of the southwestern United States. Boundary conditions include sea surface temperatures, atmospheric transmissivity, and topography. Independent variables are derived from the boundary conditions along 1000-km paths of atmospheric circulation. ... Predictor equations are derived over a larger region than the application area to allow for the increased range of paleoclimate. This larger region is delimited by the autocorrelation properties of climatic data.

Investigation of the losses in the stator duct spacers of large A.C. motors using the A -ip 3-D eddy current formulation

This paper describes how the A -if) formulation may be applied to determine the losses in the stator duct spacers of large a.c. motors. The model is described in terms of its geometry and boundary conditions. The novel aspects of the application of the formulation to this problem are explained. These include the modelling of fixed currents sources (the stator windings), the location of the necessary cut surfaces and the determination of their magnetic scalar potential differences, and the implementation of periodic boundary conditions for vector variables. Results are presented showing how the duct spacer losses vary with load, and with the relative permeability of the spacer material. The effects of modelling iron nonlinearity, of both the spacer and the steel laminations, are also illustrated. © 1996 IEEE.

On the domain decomposition and transmission line modelling finite element method for time-domain induction motor analysis

This paper demonstrates how a finite element model which exploits domain decomposition is applied to the analysis of three-phase induction motors. It is shown that a significant gain in cpu time results when compared with standard finite element analysis. Aspects of the application of the method which are particular to induction motors are considered: the means of improving the convergence of the nonlinear finite element equations; the choice of symmetrical sub-domains; the modelling of relative movement; and the inclusion of periodic boundary conditions. © 1999 IEEE.