Phase effects on synchronization by dynamical relaying in delay-coupled systems

Synchronization in an array of mutually coupled systems with a finite time delay in coupling is studied using the Josephson junction as a model system. The sum of the transverse Lyapunov exponents is evaluated as a function of the parameters by linearizing the equation about the synchronization manifold. The dependence of synchronization on damping parameter, coupling constant, and time delay is studied numerically. The change in the dynamics of the system due to time delay and phase difference between the applied fields is studied. The case where a small frequency detuning between the applied fields is also discussed.

Studies on rubber compositions as passive acoustic materials in underwater electro acoustic transducer technology-and their aging characteristics

Rubber has become an indispensable material in Ocean technology. Rubber components play critical roles such as sealing, damping, environmental protection, electrical insulation etc. in most under water engineering applications. Technology driven innovations in electro acoustic transducers and other sophisticated end uses have enabled quantum jump in the quality and reliability of rubber components. Under water electro acoustic transducers use rubbers as a critical material in their construction. Work in this field has lead to highly reliable and high performance materials which has enhanced service life of transducers to the extent of 1015 years. Present work concentrates on these materials. Conventional rubbers are inadequate to meet many of the stringent functional of the requirements. There exists large gap of information in the rubber technology of under water rubbers, particularly in the context of under water electro acoustic transducers. Present study is towards filling up the gaps of information in this crucial area. The research work has been in the area of compounding and characterisation of rubbers for use in under water electro acoustic transducers. The study also covers specific material system such as encapsulation material, baffle material, seal material, etc. Life prediction techniques of under water rubbers in general has been established with reference to more than one functional property. This thesis is divided into 6 chapters.

Synthesis, characterization and properties of Conductive elastomeric composites based on Polypyrrole and short Nylon-6 fiber

The search for new materials especially those possessing special properties continues at a great pace because of ever growing demands of the modern life. The focus on the use of intrinsically conductive polymers in organic electronic devices has led to the development of a totally new class of smart materials. Polypyrrole (PPy) is one of the most stable known conducting polymers and also one of the easiest to synthesize. In addition, its high conductivity, good redox reversibility and excellent microwave absorbing characteristics have led to the existence of wide and diversified applications for PPy. However, as any conjugated conducting polymer, PPy lacks processability, flexibility and strength which are essential for industrial requirements. Among various approaches to making tractable materials based on PPy, incorporating PPy within an electrically insulating polymer appears to be a promising method, and this has triggered the development of blends or composites. Conductive elastomeric composites of polypyrrole are important in that they are composite materials suitable for devices where flexibility is an important parameter. Moreover these composites can be moulded into complex shapes. In this work an attempt has been made to prepare conducting elastomeric composites by the incorporation of PPy and PPy coated short Nylon-6 fiber with insulating elastomer matrices- natural rubber and acrylonitrile butadiene rubber. It is well established that mechanical properties of rubber composites can be greatly improved by adding short fibers. Generally short fiber reinforced rubber composites are popular in industrial fields because of their processing advantages, low cost, and their greatly improved technical properties such as strength, stiffness, modulus and damping. In the present work, PPy coated fiber is expected to improve the mechanical properties of the elastomer-PPy composites, at the same time increasing the conductivity. In addition to determination of DC conductivity and evaluation of mechanical properties, the work aims to study the thermal stability, dielectric properties and electromagnetic interference shielding effectiveness of the composites. The thesis consists of ten chapters.

Variations of surface boundary layer parameters associated with Cyclone Gonu over the Arabian Sea using QuikSCAT data

This study attempted to quantify the variations of the surface marine atmospheric boundary layer (MABL) parameters associated with the tropical Cyclone Gonu formed over the Arabian Sea during 30 May–7 June 2007 (just after the monsoon onset). These characteristics were evaluated in terms of surface wind, drag coefficient, wind stress, horizontal divergence, and frictional velocity using 0.5◦ × 0.5◦ resolution Quick Scatterometer (QuikSCAT) wind products. The variation of these different surface boundary layer parameters was studied for three defined cyclone life stages: prior to the formation, during, and after the cyclone passage. Drastic variations of the MABL parameters during the passage of the cyclone were observed. The wind strength increased from 12 to 22 m s−1 in association with different stages of Gonu. Frictional velocity increased from a value of 0.1–0.6 m s−1 during the formative stage of the system to a high value of 0.3–1.4 m s−1 during the mature stage. Drag coefficient varied from 1.5 × 10−3 to 2.5 × 10−3 during the occurrence of Gonu. Wind stress values varied from 0.4 to 1.1 N m−2. Wind stress curl values varied from 10 × 10−7 to 45 × 10−7 N m−3. Generally, convergent winds prevailed with the numerical value of divergence varying from 0 to –4 × 10−5 s−1. Maximum variations of the wind parameters were found in the wall cloud region of the cyclone. The parameters returned to normally observed values in 1–3 days after the cyclone passage

Drastic variation in the surface boundary layer parameters over Cochin during the annular solar eclipse: Analysis using sonic anemometer data

Atmospheric surface boundary layer parameters vary anomalously in response to the occurrence of annular solar eclipse on 15th January 2010 over Cochin. It was the longest annular solar eclipse occurred over South India with high intensity. As it occurred during the noon hours, it is considered to be much more significant because of its effects in all the regions of atmosphere including ionosphere. Since the insolation is the main driving factor responsible for the anomalous changes occurred in the surface layer due to annular solar eclipse, occurred on 15th January 2010, that played very important role in understanding dynamics of the atmosphere during the eclipse period because of its coincidence with the noon time. The Sonic anemometer is able to give data of zonal, meridional and vertical wind as well as the air temperature at a temporal resolution of 1 s. Different surface boundary layer parameters and turbulent fluxes were computed by the application of eddy correlation technique using the high resolution station data. The surface boundary layer parameters that are computed using the sonic anemometer data during the period are momentum flux, sensible heat flux, turbulent kinetic energy, frictional velocity (u*), variance of temperature, variances of u, v and w wind. In order to compare the results, a control run has been done using the data of previous day as well as next day. It is noted that over the specified time period of annular solar eclipse, all the above stated surface boundary layer parameters vary anomalously when compared with the control run. From the observations we could note that momentum flux was 0.1 Nm 2 instead of the mean value 0.2 Nm-2 when there was eclipse. Sensible heat flux anomalously decreases to 50 Nm 2 instead of the mean value 200 Nm 2 at the time of solar eclipse. The turbulent kinetic energy decreases to 0.2 m2s 2 from the mean value 1 m2s 2. The frictional velocity value decreases to 0.05 ms 1 instead of the mean value 0.2 ms 1. The present study aimed at understanding the dynamics of surface layer in response to the annular solar eclipse over a tropical coastal station, occurred during the noon hours. Key words: annular solar eclipse, surface boundary layer, sonic anemometer

Characteristic Study of the Boundary Layer Parameters over the Arabian Sea and the Bay of Bengal Using the QuikSCAT Dataset

The marine atmospheric boundary layer (MABL) plays a vital role in the transport of momentum and heat from the surface of the ocean into the atmosphere. A detailed study on the MABL characteristics was carried out using high-resolution surface-wind data as measured by the QuikSCAT (Quick scatterometer) satellite. Spatial variations in the surface wind, frictional velocity, roughness parameter and drag coe±cient for the di®erent seasons were studied. The surface wind was strong during the southwest monsoon season due to the modulation induced by the Low Level Jetstream. The drag coe±cient was larger during this season, due to the strong winds and was lower during the winter months. The spatial variations in the frictional velocity over the seas was small during the post-monsoon season (»0.2 m s¡1). The maximum spatial variation in the frictional velocity was found over the south Arabian Sea (0.3 to 0.5 m s¡1) during the southwest monsoon period, followed by the pre-monsoon over the Bay of Bengal (0.1 to 0.25 m s¡1). The mean wind-stress curl during the winter was positive over the equatorial region, with a maximum value of 1.5£10¡7 N m¡3, but on either side of the equatorial belt, a negative wind-stress curl dominated. The area average of the frictional velocity and drag coe±cient over the Arabian Sea and Bay of Bengal were also studied. The values of frictional velocity shows a variability that is similar to the intraseasonal oscillation (ISO) and this was con¯rmed via wavelet analysis. In the case of the drag coe±cient, the prominent oscillations were ISO and quasi-biweekly mode (QBM). The interrelationship between the drag coe±cient and the frictional velocity with wind speed in both the Arabian Sea and the Bay of Bengal was also studied.

Epoxy-modiWed, unsaturated polyester hybrid networks

Hybrid polymer networks (HPNs) based on unsaturated polyester resin (UPR) and epoxy resins were synthesized by reactive blending. The epoxy resins used were epoxidised phenolic novolac (EPN), epoxidised cresol novolac (ECN) and diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA). Epoxy novolacs were prepared by glycidylation of the novolacs using epichlorohydrin. The physical, mechanical, and thermal properties of the cured blends were compared with those of the control resin. Epoxy resins show good miscibility and compatibility with the UPR resin on blending and the co-cured resin showed substantial improvement in the toughness and impact resistance. Considerable enhancement of tensile strength and toughness are noticed at very low loading of EPN. Thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA) and diVerential scanning calorimetry (DSC) were employed to study the thermal properties of the toughened resin. The EPN/ UPR blends showed substantial improvement in thermal stability as evident from TGA and damping data. The fracture behaviour was corroborated by scanning electron microscopy (SEM). The performance of EPN is found to be superior to other epoxy resins

Studies on scattering and thermodynamics of black holes in f(R) theory and Einstein's theory

One of the interesting consequences of Einstein's General Theory of Relativity is the black hole solutions. Until the observation made by Hawking in 1970s, it was believed that black holes are perfectly black. The General Theory of Relativity says that black holes are objects which absorb both matter and radiation crossing the event horizon. The event horizon is a surface through which even light is not able to escape. It acts as a one sided membrane that allows the passage of particles only in one direction i.e. towards the center of black holes. All the particles that are absorbed by black hole increases the mass of the black hole and thus the size of event horizon also increases. Hawking showed in 1970s that when applying quantum mechanical laws to black holes they are not perfectly black but they can emit radiation. Thus the black hole can have temperature known as Hawking temperature. In the thesis we have studied some aspects of black holes in f(R) theory of gravity and Einstein's General Theory of Relativity. The scattering of scalar field in this background space time studied in the first chapter shows that the extended black hole will scatter scalar waves and have a scattering cross section and applying tunneling mechanism we have obtained the Hawking temperature of this black hole. In the following chapter we have investigated the quasinormal properties of the extended black hole. We have studied the electromagnetic and scalar perturbations in this space-time and find that the black hole frequencies are complex and show exponential damping indicating the black hole is stable against the perturbations. In the present study we show that not only the black holes exist in modified gravities but also they have similar properties of black hole space times in General Theory of Relativity. 2 + 1 black holes or three dimensional black holes are simplified examples of more complicated four dimensional black holes. Thus these models of black holes are known as toy models of black holes in four dimensional black holes in General theory of Relativity. We have studied some properties of these types of black holes in Einstein model (General Theory of Relativity). A three dimensional black hole known as MSW is taken for our study. The thermodynamics and spectroscopy of MSW black hole are studied and obtained the area spectrum which is equispaced and different thermo dynamical properties are studied. The Dirac perturbation of this three dimensional black hole is studied and the resulting quasinormal spectrum of this three dimensional black hole is obtained. The different quasinormal frequencies are tabulated in tables and these values show an exponential damping of oscillations indicating the black hole is stable against the mass less Dirac perturbation. In General Theory of Relativity almost all solutions contain singularities. The cosmological solution and different black hole solutions of Einstein's field equation contain singularities. The regular black hole solutions are those which are solutions of Einstein's equation and have no singularity at the origin. These solutions possess event horizon but have no central singularity. Such a solution was first put forward by Bardeen. Hayward proposed a similar regular black hole solution. We have studied the thermodynamics and spectroscopy of Hay-ward regular black holes. We have also obtained the different thermodynamic properties and the area spectrum. The area spectrum is a function of the horizon radius. The entropy-heat capacity curve has a discontinuity at some value of entropy showing a phase transition.

Goldnanoteilchen auf Titandioxid

In dieser Arbeit wurde das Wachstum sowie die ultraschnelle Elektronendynamik des Oberflächenplasmon Polaritons von Goldnanoteilchen auf Titandioxid untersucht. Die Messung der Dephasierungszeit des Oberflächenplasmons von Nanoteilchen mit definierter Form und Größe erfolgte dabei mit der Methode des spektralen Lochbrennens. Die Nanoteilchen wurden durch Deposition von Goldatomen aus einem thermischen Atomstrahl mit anschließender Diffussion und Nukleation, d.h. Volmer-Weber-Wachstum, auf Titandioxidsubstraten hergestellt und mittels einer Kombination aus optischer Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie systematisch untersucht. Dabei lässt sich das Nanoteilchenensemble durch das mittlere Achsverhältnis und den mittleren Äquivalentradius charakterisieren. Die Messungen zeigen, dass die Proben große Größen- und Formverteilungen aufweisen und ein definierter Zusammenhang zwischen Größe und Form der Teilchen existiert. Während kleine Goldnanoteilchen nahezu kugelförmig sind, flachen die Teilchen mit zunehmender Größe immer mehr ab. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit die Methode des lasergestützten Wachstums auf das System Gold auf Titandioxid angewendet. Systematische Untersuchungen zeigten, dass sich das Achsverhältnis der Teilchen durch geeignete Wahl von Photonenenergie und Fluenz des eingestrahlten Laserlichts definiert und gezielt vorgeben lässt. Die Methode des lasergestützten Wachstums erschließt damit den Bereich außerhalb der Zugänglichkeit des natürlichen Wachstums. Aufgrund der Formabhängigkeit der spektrale Lage der Plasmonresonanz ist man somit in der Lage, die optischen Eigenschaften der Nanoteilchen gezielt einzustellen und z.B. für technische Anwendungen zu optimieren. Die Untersuchung der ultraschnellen Elektronendynamik von Goldnanoteilchen auf Titandioxid mit äquivalenten Radien zwischen 8 bis 15 nm erfolgte in dieser Arbeit mit der Methode des spektralen Lochbrennes. Hierzu wurde die Dephasierungszeit des Oberflächenplasmons systematisch als Funktion der Photonenenergie in einem Bereich von 1,45 bis 1,85 eV gemessen. Es zeigte sich, dass die gemessenen Dephasierungszeiten von 8,5 bis 16,2 fs deutlich unter den in der dielektrischen Funktion von Gold enthaltenen Werten lagen, was den erwarteten Einfluss der reduzierten Dimension der Teilchen demonstriert. Um die Messwerte trotz verschiedener Teilchengrößen untereinander vergleichen und den Einfluss der intrinsischen Dämpfung quantifizieren zu können, wurde zusätzlich der Dämpfungsparameter A bestimmt. Die ermittelten A-Faktoren zeigten dabei eine starke Abhängigkeit von der Plasmonenergie. Für Teilchen mit Plasmonenergien von 1,45 bis 1,55 eV wurde ein Dämpfungsfaktor von A ~ 0,2 nm/fs ermittelt, der lediglich Oberflächenstreuung als dominierenden Dämpfungsmechanismus widerspiegelt. Hingegen wurde für Teilchen mit Plasmonenergien oberhalb von 1,55 eV ein drastischer Anstieg der Dämpfung auf A ~ 0,4 nm/fs beobachtet. Die erhöhte Dämpfung wurde dabei dem zusätzlichen Vorliegen einer chemischen Dämpfung durch das Titandioxidsubstrat zugeschrieben. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse somit, dass eine starke Abhängigkeit der chemischen Dämpfung von der Photonenenergie vorliegt. Es konnte erstmals nachgewiesen werden, dass die chemische Dämpfung erst ab einer bestimmten unteren Schwelle der Photonenenergie einsetzt, die für Goldnanoteilchen auf Titandioxid bei etwa 1,6 eV liegt.

Die aeroelastische Stabilitätsanalyse – ein praxisnaher Ansatz zur intervalltheoretischen Betrachtung von Modellierungsunsicherheiten am Flugzeug

Die Untersuchung des dynamischen aeroelastischen Stabilitätsverhaltens von Flugzeugen erfordert sehr komplexe Rechenmodelle, welche die wesentlichen elastomechanischen und instationären aerodynamischen Eigenschaften der Konstruktion wiedergeben sollen. Bei der Modellbildung müssen einerseits Vereinfachungen und Idealisierungen im Rahmen der Anwendung der Finite Elemente Methode und der aerodynamischen Theorie vorgenommen werden, deren Auswirkungen auf das Simulationsergebnis zu bewerten sind. Andererseits können die strukturdynamischen Kenngrößen durch den Standschwingungsversuch identifiziert werden, wobei die Ergebnisse Messungenauigkeiten enthalten. Für eine robuste Flatteruntersuchung müssen die identifizierten Unwägbarkeiten in allen Prozessschritten über die Festlegung von unteren und oberen Schranken konservativ ermittelt werden, um für alle Flugzustände eine ausreichende Flatterstabilität sicherzustellen. Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Arbeit ein Rechenverfahren entwickelt, welches die klassische Flatteranalyse mit den Methoden der Fuzzy- und Intervallarithmetik verbindet. Dabei werden die Flatterbewegungsgleichungen als parameterabhängiges nichtlineares Eigenwertproblem formuliert. Die Änderung der komplexen Eigenlösung infolge eines veränderlichen Einflussparameters wird mit der Methode der numerischen Fortsetzung ausgehend von der nominalen Startlösung verfolgt. Ein modifizierter Newton-Iterations-Algorithmus kommt zur Anwendung. Als Ergebnis liegen die berechneten aeroelastischen Dämpfungs- und Frequenzverläufe in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit mit Unschärfebändern vor.

Magneto-optische Oberflächenplasmonresonanzeffekte in austauschverschobenen Dünnschichtsystemen

Die Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen spielen eine zentrale Rolle in der biochemischen und pharmazeutischen Forschung. In der biomolekularen Interaktionsanalyse sind dabei Biosensoren auf Basis des Oberflächenplasmonresonanzeffekts (SPR-Effekt) weitverbreitet. Seit Einführung der ersten kommerziellen SPR-Biosensoren Anfang der 1990er Jahre wurden verschiedenste Messanordnungen sowie Materialsysteme mit dem Ziel einer möglichst hohen Empfindlichkeit getestet. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Empfindlichkeit klassischer SPR-Systeme bieten sogenannte magneto-optische SPR-Biosensoren (MOSPR-Biosensoren). Grundlage der Empfindlichkeitssteigerung ist die gleichzeitige Messung des SPR-Effekts und des transversalen magneto-optischen KERR-Effekts (tMOKE). Bisherige Untersuchungen haben sich meist auf den Einfluss der Magnetisierung freier ferromagnetischer Schichten beschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden erstmals austauschverschobene Dünnschichtsysteme (EB-Systeme), eine Kombination aus Ferromagnet und Antiferromagnet, hinsichtlich ihrer Eignung für SPR- und MOSPR-basierte biosensorische Anwendungen untersucht. Aufgrund der remanenten Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht und ihrer magnetischen Strukturierbarkeit sind EB-Systeme eine hochinteressante Plattform zur Realisierung neuer Biosensorkonzepte. Zur Reduzierung der stark dämpfendenden Wirkung magnetischer Materialien wurde das hier betrachtete IrMn/Co EB-System zwischen zwei Goldschichten eingebettet. Eine Gegenüberstellung optimierter Au/ IrMn/Co/Au-Systeme mit einem reinen Au-System, wie es typischerweise in kommerziellen SPR-basierten Biosensoren eingesetzt wird, demonstriert, dass mit den entwickelten EB-Systemen vergleichbare Empfindlichkeiten in SPR-Sensor-Anwendungen erreicht werden können. Die magneto-optische Aktivität der untersuchten Dünnschichtsysteme liegt im Bereich der Literaturwerte für Au/Co/Au-Systeme, mit denen erhöhte Empfindlichkeiten gegenüber Standard-SPR-Biosensoren realisiert wurden. Auf Grundlage magnetisch strukturierter Au/IrMn/Co/Au-Systeme wurden neue Biosensorkonzepte entwickelt und getestet. Erste Experimente belegen, dass mit diesen Schichtsystemen eine gleichzeitige Detektion der magnetisierungsabhängigen Reflektivitäten in ortsauflösenden MOSPR-Messungen möglich ist. Eine solche Messanordnung profitiert von der erhöhten Empfindlichkeit MOSPR-basierter Biosensoren, hohen Messgeschwindigkeiten und einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis. Weiterhin wurde der domänenwandassistierte Transport (DOWMAT) superparamagnetischer Partikel über der Oberfläche eines exemplarischen EB-Systems, zur Sensorintegration von Misch-, Reinigungs- und Aufkonzentrationsfunktionen erfolgreich getestet. Die Ergebnisse demonstrieren, dass ein Transport von Partikelreihen mit hohen Geschwindigkeiten bei moderaten externen Magnetfeldern über den entwickelten Schichtsystemen möglich ist. Die Agglomeration der Partikel wird dabei intrinsisch vermieden. Diese Beobachtungen verdeutlichen die Vorzüge des DOWMAT-Mechanismus für biosensorische Anwendungen. Die präsentierten Untersuchungen bilden die Grundlage auf dem Weg zur Umsetzung neuer vielversprechender Biosensorkonzepte, die eine Schlüsselfunktion in der medizinischen point-of-care-Diagnostik bei der Detektion kleinster Konzentrationen krankheitsrelevanter Biomarker einnehmen können.

Piezoelectric Ultrasonic Micromotors

This report describes development of micro-fabricated piezoelectric ultrasonic motors and bulk-ceramic piezoelectric ultrasonic motors. Ultrasonic motors offer the advantage of low speed, high torque operation without the need for gears. They can be made compact and lightweight and provide a holding torque in the absence of applied power, due to the traveling wave frictional coupling mechanism between the rotor and the stator. This report covers modeling, simulation, fabrication and testing of ultrasonic motors. Design of experiments methods were also utilized to find optimal motor parameters. A suite of 8 mm diameter x 3 mm tall motors were machined for these studies and maximum stall torques as large as 10^(- 3) Nm, maximum no-load speeds of 1710 rpm and peak power outputs of 27 mW were realized. Aditionally, this report describes the implementation of a microfabricated ultrasonic motor using thin-film lead zirconate titanate. In a joint project with the Pennsylvania State University Materials Research Laboratory and MIT Lincoln Laboratory, 2 mm and 5 mm diameter stator structures were fabricated on 1 micron thick silicon nitride membranes. Small glass lenses placed down on top spun at 100-300 rpm with 4 V excitation at 90 kHz. The large power densities and stall torques of these piezoelectric ultrasonic motors offer tremendous promis for integrated machines: complete intelligent, electro-mechanical autonomous systems mass-produced in a single fabrication process.

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¿A quiénes afecta el desempleo? análisis de la tasa de incidencia en Colombia

El análisis de la dimensión de riesgo en el estudio del desempleo, complementa el estudio de aspectos como su tipología, la importancia de la intermediación laboral o la vulnerabilidad de ciertos grupos. En este sentido, la tasa de incidencia representa un indicador compuesto que tiene en cuenta el volumen de desempleados y la persistencia en este estado mediante la incorporación de la duración media del desempleo. El análisis de la tasa de incidencia permite caracterizar de manera más completa a quienes tienen una mayor probabilidad de entrar en el desempleo o permanecer en esta situación. . Se encuentra que en Colombia existen diferencias significativas entre la tasa de desempleo y la tasa de incidencia, lo que implica que la situación del mercado de trabajo no sólo se explica por el efecto que los choques económicos tienen sobre la composición de la oferta y demanda de trabajo sino también por los fenómenos de duración en los diferentes estados laborales. Estos eventos se pueden considerar igualmente importantes para explicar la dinámica de corto y mediano plazo del mercado laboral.