How to feel “in love" with math: a MOOC experience

In the past few years we have witnessed astonishing developments on distance learning tools, in particular on Open Educational Resources (OER) such as Massive Open Online Courses (MOOC). In this paper we present the “Mathematics without STRESS”, a MOOC Project, which has been a collaborative volunteer effort that brought together professors, from four schools of the Polytechnic Institute of Oporto (IPP), in Portugal. Some concepts directly associated with MOOC and their quickly growing popularity are complemented with a discussion of some particular MOOC characterizations. The design process of this project is revealed by focusing on the MOOC structure we used, as well as on the several types of course materials that were produced. At last, we undertake a short discussion about some of the problems, achievements and challenges met throughout this project development, giving a special attention to the motivational aim of this work - hoping to contribute to a change in the way of teaching and learning Mathematics is seen and practiced nowadays.

Técnicas de deteção de dano estrutural com base na monitorização

Ao longo dos últimos anos, acompanhada da evolução tecnológica, da dificuldade da inspeção visual e da consciencialização dos efeitos de uma má inspeção, verificou-se uma maior sensibilidade para a importância da monitorização estrutural, principalmente nas grandes infra-estruturas de engenharia civil. Os sistemas de monitorização estrutural permitem o acompanhamento contínuo do comportamento de uma determinada estrutura de tal forma que com os dados obtidos, é possível avaliar alterações no comportamento da mesma. Com isso, tem-se desenvolvido e implementado estratégias de identificação de danos estruturais com o intuito de aumentar a fiabilidade estrutural e evitar precocemente que alterações na condição da estrutura possam evoluir para situações mais severas. Neste contexto, a primeira parte desta dissertação consiste numa introdução à monitorização estrutural e à deteção de dano estrutural. Relativamente à monitorização, são expostos os seus objetivos e os princípios da sua aplicação. Conjuntamente são apresentados e descritos os principais sensores e são explicadas as funcionalidades de um sistema de aquisição de dados. O segundo tema aborda a importância da deteção de dano introduzindo os métodos estudados neste trabalho. Destaca-se o método das linhas de influência, o método da curvatura dos modos de vibração e o método da transformada de wavelet. Na segunda parte desta dissertação são apresentados dois casos de estudo. O primeiro estudo apresenta uma componente numérica e uma componente experimental. Estuda-se um modelo de viga que se encontra submetida a vários cenários de dano e valida-se a capacidade do método das linhas de influência em detetar e localizar essas anomalias. O segundo estudo consiste na modelação numérica de uma ponte real, na posterior simulação de cenários de dano e na análise comparativa da eficácia de cada um dos três métodos de deteção de dano na identificação e localização dos danos simulados. Por último, são apresentadas as principais conclusões deste trabalho e são sugeridos alguns tópicos a explorar na elaboração de trabalhos futuros.

Systems biotechnology of baculovirus-producing insect cells

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Ciências da Engenharia e Tecnologia, especialidade Biotecnologia

Modelação e reforço de vigas de betão armado com laminados de fibra de carbono

Com o atual estado da construção em Portugal, a reabilitação urbana é uma realidade. Com muitos dos edifícios a necessitarem de reforço, procurou-se abordar o comportamento real das estruturas, indo além da típica análise linear elástica. Desta forma, pretendeu-se aumentar o conhecimento acerca da modelação numérica não-linear de estruturas de betão armado, expondo modelos de cálculo relativamente simples e de fácil compreensão, com o objetivo de servir de base a uma avaliação da capacidade de carga de um elemento estrutural. O modelo de cálculo foi validado com recurso ao trabalho experimental de Bresler e Scordelis (1963). Analisou-se o comportamento até à rotura de três vigas ensaiadas à flexão. Posteriormente, foi realizado um estudo paramétrico de algumas propriedades do betão com vista à discussão do melhor de ajuste. Em seguida, já no campo do reforço estrutural, simulou-se numericamente vigas reforçadas com CFRP, com recurso à técnica EBR e NSM. Comparam-se os resultados numéricos com os ensaios experimentais de Cruz et al. (2011a). Avaliou-se ainda o desempenho de soluções alternativas com variações na área e comprimento dos laminados. Para finalizar, foi desenvolvida uma campanha experimental com diferentes áreas de reforço. Conceberam-se e executaram-se três vigas de betão armado sobre as quais se instalaram laminados de CFRP. Os resultados experimentais são apresentados e discutidos à luz dos resultados do respetivo modelo numérico. No cômputo geral, o presente trabalho permitiu aferir a validade de modelos não-lineares na previsão do comportamento efetivo das estruturas até à rotura. Assinala-se a concordância em vários resultados experimentais analisados. Ficaram também patentes os principais fenómenos ligados ao reforço de vigas com CFRP, focados nos respetivos modelos de cálculo e nos resultados experimentais apresentados.

Modelos Teóricos de Difusão Dérmica: abordagens matemáticas e computacionais para terapias transdérmicas da Obesidade

É de senso comum que os nutrientes são fundamentais à vida e que a subnutrição leva à acumulação de gorduras que pode chegar a casos de obesidade, tendo como consequência inúmeras complicações de saúde. Diferentes estruturas neuroanatómicas do cérebro têm um papel essencial no comportamento digestivo. A ação de várias moléculas de sinalização (hormonas, neurotransmissores e neuropéptidos) resulta na regulação da ingestão de alimentos, sendo que, por exemplo, algumas hormonas podem aumentar a sensação de saciedade podendo diminuir o apetite e a ingestão calórica. A descoberta de hormonas envolvidas no balanço energético proporcionou novas oportunidades para desenvolver meios para o tratamento da obesidade. A transferência de medicação antiobesidade por via tópica ou transdérmica é um desafio pois a pele funciona como uma barreira natural e protetora. Sendo uma barreira com uma grande área de superfície e de fácil acessibilidade, a pele tem potencial interesse na libertação de fármacos específicos a cada terapia. Vários métodos têm sido estudados de modo a permitir um aumento da permeabilidade de moléculas terapêuticas para o interior da pele e através da pele. As biotecnologias transdérmicas são um campo de interesse cada vez maior, devido as aplicações dérmicas e farmacêuticas que lhes estão subjacentes. Existem vários modelos computacionais e matemáticos em uso que permite uma visão mais abrangente de puros dados experimentais e até mesmo permite a extrapolação prática de novas metodologias de difusão dérmica. Contudo, eles compreendem uma complexa variedade de teorias e suposições que atribuem a sua utilização para situações específicas. Este trabalho, primeiramente analisa, de forma extensiva, as várias metodologias teóricas para o estudo da difusão dérmica e sistematiza as suas características, realizando depois a fase prévia duma nova abordagem computacional para o estudo da difusão dérmica, que determina características microscópicas de moléculas capazes de provocar a perda de peso, tais como a Leptina e/ou os seus agonistas.

High-Content Analysis of Breast Cancer Using Single-Cell Deep Transfer Learning

High-content analysis has revolutionized cancer drug discovery by identifying substances that alter the phenotype of a cell, which prevents tumor growth and metastasis. The high-resolution biofluorescence images from assays allow precise quantitative measures enabling the distinction of small molecules of a host cell from a tumor. In this work, we are particularly interested in the application of deep neural networks (DNNs), a cutting-edge machine learning method, to the classification of compounds in chemical mechanisms of action (MOAs). Compound classification has been performed using image-based profiling methods sometimes combined with feature reduction methods such as principal component analysis or factor analysis. In this article, we map the input features of each cell to a particular MOA class without using any treatment-level profiles or feature reduction methods. To the best of our knowledge, this is the first application of DNN in this domain, leveraging single-cell information. Furthermore, we use deep transfer learning (DTL) to alleviate the intensive and computational demanding effort of searching the huge parameter's space of a DNN. Results show that using this approach, we obtain a 30% speedup and a 2% accuracy improvement.

Avaliação numérica e experimental da carga admissível de vigas compostas para monocarris de sistemas de elevação

Este trabalho foi realizado com o apoio, e em colaboração da empresa Flexcrane, que constrói e comercializa soluções flexíveis de pontes rolantes para cargas ligeiras. Com cargas máximas de 2 toneladas estas pontes e seus caminhos de rolamento são construídas essencialmente enformados a frio. O objetivo deste trabalho é a verificação numérica e experimental das cargas que este tipo de estrutura suporta, nas suas diferentes configurações. Numa aproximação por engenharia inversa, com a realização deste trabalho, foi possível determinar a carga admissível das vigas compostas utilizadas, assim como o seu comportamento quando em carga. Para obtenção destes resultados foram realizadas simulações computacionais recorrendo ao método de elementos finitos, utilizando para isso o software Ansys Workbench e ainda ensaios experimentais que permitiram validar os resultados obtidos numericamente e consolidar o conhecimento sobre o comportamento desta solução comercial. Por ser de construção modular, são possíveis diferentes combinações para o produto final, por esta razão foram estudados numericamente diferentes configurações possíveis, com e sem reforços. Foi realizada a validação experimental para a configuração mais usual, fazendo recurso a um dispositivo para ensaio de estruturas e componentes, pertencente ao Isep. Foi ainda utilizada a técnica extensométrica para avaliar as tensões em pontos selecionados e compara-los com os obtidos numericamente. Concluiu-se pelo ótimo desempenho dos produtos Flexcrane.

A flexible navigation system for autonomous robots operating in heterogeneous environments

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Precast concrete wall-foundation connection. Development of a seismic dissipative connection

Seismic events are a major factor to consider in structural design of buildings in many countries. With the purpose of saving lives, most of the design codes lead to structural solutions that withstand large seismic actions without collapsing, but without taking into account a possible usage of the structures after the earthquake. As a result, it is necessary to consider the time needed to repair/retrofit the damaged structures (i.e. the downtime) since this period of inactivity may result in huge financial implications for the occupants of the buildings. In order to minimise the damages and simplify repair operations, structural solutions with rocking systems and negligible residual displacements have been developed during the last two decades. Systems with precast concrete rocking walls were studied with the aim of investigat- ing suitable and convenient structural alternatives to minimise the damage in case of an earthquake. Experimental, numerical and analytical analyses on post-tensioned solutions, with and without energy dissipation devices, were carried out in this research. The energy dissipation devices were made from steel angles that were further developed during the research. Different solutions for these devices were experimentally tested under cyclic loading and the results are presented. Numerical and analytical work on steel angles was also carried out. Regarding the concrete rocking wall systems, two concrete rocking wall systems were studied: post-tensioned walls and post-tensioned walls with energy dissipation devices. In the latter, the solution was to fix them externally to the wall, allowing their easy replacement after an earthquake. It is shown that the dissipaters are a viable solution for use in precast concrete rocking wall systems. A building case study is presented. The comparison between a traditional monolithic system and a hybrid solution was carried out, allowing the evaluation of the efficiency of the solution that was developed.

Determinants of success of Nova SBE’s undergraduate students

Applied Policy Analysis major

Dor e parentalidade : A vinculação na criança hospitalizada

Dissertação de Mestrado apresentada ao ISPA - Instituto Universitário

Development of an experimental setup for metal cutting research

Analytical, numerical and experimental models have been developed over time to try to characterize and understand the metal cutting process by chip removal. A true knowledge of the cutting process by chip removal is required by the increasing production, by the quality requirements of the product and by the reduced production time, in the industries in which it is employed. In this thesis an experimental setup is developed to evaluate the forces and the temperature distribution in the tool according to the orthogonal cutting model conditions, in order to evaluate its performance and its possible adoption in future works. The experimental setup is developed in a CNC lathe and uses an orthogonal cutting configuration, in which thin discs fixed onto a mandrel are cut by the cutting insert. In this experimental setup, the forces are measured by a piezoelectric dynamometer while temperatures are measured by thermocouples placed juxtaposed to the side face of the cutting insert. Three different solutions are implemented and evaluated for the thermocouples attachment in the cutting insert: thermocouples embedded in thermal paste, thermocouples embedded in copper plate and thermocouples brazed in the cutting insert. From the tests performed in the experimental setup it is concluded that the adopted forces measurement technique shows a good performance. Regarding to the adopted temperatures measurement techniques, only the thermocouples brazed in the cutting insert solution shows a good performance for temperature measurement. The remaining solutions show contact problems between the thermocouple and the side face of the cutting insert, especially when the vibration phenomenon intensifies during the cut. It is concluded that the experimental setup does not present a sufficiently robust and reliable performance, and that it can only be used in future work after making improvements in the assembly of the thermocouples.

Damage propagation in composite Materials meso-mechanical models

Composite materials have a complex behavior, which is difficult to predict under different types of loads. In the course of this dissertation a methodology was developed to predict failure and damage propagation of composite material specimens. This methodology uses finite element numerical models created with Ansys and Matlab softwares. The methodology is able to perform an incremental-iterative analysis, which increases, gradually, the load applied to the specimen. Several structural failure phenomena are considered, such as fiber and/or matrix failure, delamination or shear plasticity. Failure criteria based on element stresses were implemented and a procedure to reduce the stiffness of the failed elements was prepared. The material used in this dissertation consist of a spread tow carbon fabric with a 0°/90° arrangement and the main numerical model analyzed is a 26-plies specimen under compression loads. Numerical results were compared with the results of specimens tested experimentally, whose mechanical properties are unknown, knowing only the geometry of the specimen. The material properties of the numerical model were adjusted in the course of this dissertation, in order to find the lowest difference between the numerical and experimental results with an error lower than 5% (it was performed the numerical model identification based on the experimental results).

Seismic evaluation of environmentally degraded FRP-strengthened masonry walls

Fiber Reinforced Polymers (FRPs) have been extensively used for externally bonded reinforcement of masonry structures during the last years. Available information shows that FRPs can significantly improve the seismic performance of masonry elements without altering their structural mass. However, the durability and long-term performance of the strengthened elements are not clearly known yet. Recent experimental results show that environmental conditions can lead to degradation of the bond between FRP and masonry and FRP delaminations. But the effect of these local degradation mechanisms on the global structural response is not studied yet. This paper is therefore aimed at numerically investigating the effect of environmental degradation on the global performance of strengthened masonry walls. The nonlinear behavior of masonry walls strengthened with FRP composites is initially simulated with the aim of a FE package. The adopted numerical modeling strategy is verified by comparison of numerical and experimental results. The model, once validated, is used for investigating the effect of materials and bond degradation on the global behavior and failure modes of strengthened walls. The effect of strengthening scheme on the long-term performance of strengthened walls is also investigated. The degradation data are taken from experimental tests previously performed by the authors. The numerical results show that the effect of local material degradation on the global response of strengthened walls depends on the strengthening schemes, and severity of the environmental conditions. Moreover, environmental induced degradations and FRP delaminations can lead to change of expected failure modes in the strengthened elements. These observations, that are usually neglected at the design stage, can be critical in the long-term performance of strengthened structures.

High strain rate constitutive modeling forhistorical structures subjected to blast loading

Doctoral Thesis Civil Engineering