Iterative strong coupling of dimensionally heterogeneous models

In this article we address decomposition strategies especially tailored to perform strong coupling of dimensionally heterogeneous models, under the hypothesis that one wants to solve each submodel separately and implement the interaction between subdomains by boundary conditions alone. The novel methodology takes full advantage of the small number of interface unknowns in this kind of problems. Existing algorithms can be viewed as variants of the `natural` staggered algorithm in which each domain transfers function values to the other, and receives fluxes (or forces), and vice versa. This natural algorithm is known as Dirichlet-to-Neumann in the Domain Decomposition literature. Essentially, we propose a framework in which this algorithm is equivalent to applying Gauss-Seidel iterations to a suitably defined (linear or nonlinear) system of equations. It is then immediate to switch to other iterative solvers such as GMRES or other Krylov-based method. which we assess through numerical experiments showing the significant gain that can be achieved. indeed. the benefit is that an extremely flexible, automatic coupling strategy can be developed, which in addition leads to iterative procedures that are parameter-free and rapidly converging. Further, in linear problems they have the finite termination property. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

A Mass-Conserving Algorithm for Dynamical Lubrication Problems With Cavitation

A numerical algorithm for fully dynamical lubrication problems based on the Elrod-Adams formulation of the Reynolds equation with mass-conserving boundary conditions is described. A simple but effective relaxation scheme is used to update the solution maintaining the complementarity conditions on the variables that represent the pressure and fluid fraction. The equations of motion are discretized in time using Newmark`s scheme, and the dynamical variables are updated within the same relaxation process just mentioned. The good behavior of the proposed algorithm is illustrated in two examples: an oscillatory squeeze flow (for which the exact solution is available) and a dynamically loaded journal bearing. This article is accompanied by the ready-to-compile source code with the implementation of the proposed algorithm. [DOI: 10.1115/1.3142903]

Front tracking with moving-least-squares surfaces

The representation of interfaces by means of the algebraic moving-least-squares (AMLS) technique is addressed. This technique, in which the interface is represented by an unconnected set of points, is interesting for evolving fluid interfaces since there is]to surface connectivity. The position of the surface points can thus be updated without concerns about the quality of any surface triangulation. We introduce a novel AMLS technique especially designed for evolving-interfaces applications that we denote RAMLS (for Robust AMLS). The main advantages with respect to previous AMLS techniques are: increased robustness, computational efficiency, and being free of user-tuned parameters. Further, we propose a new front-tracking method based on the Lagrangian advection of the unconnected point set that defines the RAMLS surface. We assume that a background Eulerian grid is defined with some grid spacing h. The advection of the point set makes the surface evolve in time. The point cloud can be regenerated at any time (in particular, we regenerate it each time step) by intersecting the gridlines with the evolved surface, which guarantees that the density of points on the surface is always well balanced. The intersection algorithm is essentially a ray-tracing algorithm, well-studied in computer graphics, in which a line (ray) is traced so as to detect all intersections with a surface. Also, the tracing of each gridline is independent and can thus be performed in parallel. Several tests are reported assessing first the accuracy of the proposed RAMLS technique, and then of the front-tracking method based on it. Comparison with previous Eulerian, Lagrangian and hybrid techniques encourage further development of the proposed method for fluid mechanics applications. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Structural characterization of supported nanocrystalline ZnO thin films prepared by dip-coating

Nanocrystalline ZnO thin films prepared by the sol-gel dip-coating technique were characterized by grazing incidence X-ray diffraction (GIXD), atomic force microscopy (AFM), X-ray reflectivity (XR) and grazing incidence small-angle X-ray scattering (GISAXS). The structures of several thin films subjected to (i) isochronous annealing at 350, 450 and 550 degrees C, and (ii) isothermal annealing at 450 degrees C during different time periods, were characterized. The studied thin films are composed of ZnO nanocrystals as revealed by analysing several GIXD patterns, from which their average sizes were determined. Thin film thickness and roughness were determined from quantitative analyses of AFM images and XR patterns. The analysis of XR patterns also yielded the average density of the studied films. Our GISAXS study indicates that the studied ZnO thin films contain nanopores with an ellipsoidal shape, and flattened along the direction normal to the substrate surface. The thin film annealed at the highest temperature, T = 550 degrees C, exhibits higher density and lower thickness and nanoporosity volume fraction, than those annealed at 350 and 450 degrees C. These results indicate that thermal annealing at the highest temperature (550 degrees C) induces a noticeable compaction effect on the structure of the studied thin films. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

NMR Chemical Shielding and Spin-Spin Coupling Constants of Liquid NH(3): A Systematic Investigation using the Sequential QM/MM Method

The NMR spin coupling parameters, (1)J(N,H) and (2)J(H,H), and the chemical shielding, sigma((15)N), of liquid ammonia are studied from a combined and sequential QM/MM methodology. Monte Carlo simulations are performed to generate statistically uncorrelated configurations that are submitted to density functional theory calculations. Two different Lennard-Jones potentials are used in the liquid simulations. Electronic polarization is included in these two potentials via an iterative procedure with and without geometry relaxation, and the influence on the calculated properties are analyzed. B3LYP/aug-cc-pVTZ-J calculations were used to compute the V(N,H) constants in the interval of -67.8 to -63.9 Hz, depending on the theoretical model used. These can be compared with the experimental results of -61.6 Hz. For the (2)J(H,H) coupling the theoretical results vary between -10.6 to -13.01 Hz. The indirect experimental result derived from partially deuterated liquid is -11.1 Hz. Inclusion of explicit hydrogen bonded molecules gives a small but important contribution. The vapor-to-liquid shifts are also considered. This shift is calculated to be negligible for (1)J(N,H) in agreement with experiment. This is rationalized as a cancellation of the geometry relaxation and pure solvent effects. For the chemical shielding, U(15 N) Calculations at the B3LYP/aug-pcS-3 show that the vapor-to-liquid chemical shift requires the explicit use of solvent molecules. Considering only one ammonia molecule in an electrostatic embedding gives a wrong sign for the chemical shift that is corrected only with the use of explicit additional molecules. The best result calculated for the vapor to liquid chemical shift Delta sigma((15)N) is -25.2 ppm, in good agreement with the experimental value of -22.6 ppm.

Electric field gradients in (111)In-doped (Hf/Zr)(3)Al(2) and (Hf/Zr)(4)Al(3) mixed compounds: ab initio calculations, perturbed angular correlation measurements and site preference

The quadrupolar hyperfine interactions of in-diffused (111)In -> (111)Cd probes in polycrystalline isostructural Zr(4)Al(3) and Hf(4)Al(3) samples containing small admixtures of the phases (Zr/Hf)(3)Al(2) were investigated. A strong preference of (111)In solutes for the contaminant (Zr/Hf)(3)Al(2) minority phases was observed. Detailed calculations of the electric field gradient (EFG) at the Cd nucleus using the full-potential augmented plane wave + local orbital formalism allowed us to assign the observed EFG fractions to the various lattice sites in the (Zr/Hf)(3)Al(2) compounds and to understand the preferential site occupation of the minority phases by the (111)In atoms. The effects of the size of the supercell and relaxation around the oversized In and Cd probe atoms were investigated in detail.

Disruption of Saccharomyces cerevisiae by Plantaricin 149 and investigation of its mechanism of action with biomembrane model systems

The action of a synthetic antimicrobial peptide analog of Plantaricin 149 (Pln149a) against Saccharomyces cerevisiae and its interaction with biomembrane model systems were investigated. Pln149a was shown to inhibit S. cerevisiae growth by more than 80% in YPD medium, causing morphological changes in the yeast wall and remaining active and resistant to the yeast proteases even after 24 h of incubation. Different membrane model systems and carbohydrates were employed to better describe the Pln149a interaction with cellular components using circular dichroism and fluorescence spectroscopies, adsorption kinetics and surface elasticity in Langmuir monolayers. These assays showed that Pln149a does not interact with either mono/polysaccharides or zwitterionic LUVs, but is strongly adsorbed to and incorporated into negatively charged surfaces, causing a conformational change in its secondary structure from random-coil to helix upon adsorption. From the concurrent analysis of Pln149a adsorption kinetics and dilatational surface elasticity data, we determined that 2.5 mu M is the critical concentration at which Pln149a will disrupt a negative DPPG monolayer. Furthermore, Pln149a exhibited a carpet-like mechanism of action, in which the peptide initially binds to the membrane, covering its surface and acquiring a helical structure that remains associated to the negatively charged phospholipids. After this electrostatic interaction, another peptide region causes a strain in the membrane, promoting its disruption. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

The Crystal Complex of Phosphofructokinase-2 of Escherichia coli with Fructose-6-phosphate KINETIC AND STRUCTURAL ANALYSIS OF THE ALLOSTERIC ATP INHIBITION

Substrate inhibition by ATP is a regulatory feature of the phosphofructokinases isoenzymes from Escherichia coli (Pfk-1 and Pfk-2). Under gluconeogenic conditions, the loss of this regulation in Pfk-2 causes substrate cycling of fructose-6-phosphate (fructose-6-P) and futile consumption of ATP delaying growth. In the present work, we have broached the mechanism of ATP-induced inhibition of Pfk-2 from both structural and kinetic perspectives. The crystal structure of Pfk-2 in complex with fructose-6-P is reported to a resolution of 2 angstrom. The comparison of this structure with the previously reported inhibited form of the enzyme suggests a negative interplay between fructose-6-P binding and allosteric binding of MgATP. Initial velocity experiments show a linear increase of the apparent K(0.5) for fructose-6-P and a decrease in the apparent k(cat) as a function of MgATP concentration. These effects occur simultaneously with the induction of a sigmoidal kinetic behavior (n(H) of approximately 2). Differences and resemblances in the patterns of fructose-6-P binding and the mechanism of inhibition are discussed for Pfk-1 and Pfk-2, as an example of evolutionary convergence, because these enzymes do not share a common ancestor.

Fano resonance in heavily doped porous silicon

Unexpectedly, the Fano resonance caused by the interference of continuum electron excitations with the longitudinal optical (LO) phonons was observed in random porous Si by Raman scattering. The analysis of the experimental data shows that the electron states trapped at the Si-SiO(2) interface dominate in the observed Raman scattering. The gap energy associated with the interface states was determined. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Informação, comunicação e saúde: o avanço tecnológico e uso de PDA (Personal Data Assistent) no mapeamento de situações de risco de dengue

artigo apresentado em congresso nacional de comunicação

Análise do processo de geração de conhecimento para inivação tecnolôgica em instituições de pesquisa agripecuária

Tese apresentada ao Programa de Pós-graduação em Administração da Universidade Municipal de São Caetano do Sul.

Desenvolvimento de um modelo de intervenção baseado no sistema toyota de produção e na teoria das restrições : autilização da pesquisa-ação em uma indústria de cerâmica vermelha de pequeno porte da região metropolitana de Porto Alegre

As teorias de gestão da produção, como o Sistema Toyota de Produção e a Teoria das Restrições, têm apresentado resultados positivos, em realidades organizacionais muito diferenciadas. Contudo, é preciso garantir a efetividade das ações em provocar as mudanças desejadas. Neste sentido, métodos de pesquisa participativa, como a pesquisaação, promovem a participação e o comprometimento das pessoas implicadas no processo de mudança. Esta dissertação propõe a construção de um modelo de intervenção visando aumentar a competitividade de uma realidade organizacional específica. Foram utilizados a pesquisa-ação, como método de trabalho e a Teoria das Restrições (TOC) e o Sistema Toyota de Produção (STP), como embasamento teórico. Cabe ressaltar que este modelo foi construído a partir de uma intervenção realizada em uma indústria de cerâmica vermelha da região metropolitana de Porto Alegre. Assim, a presente dissertação foi organizada da seguinte maneira: revisão bibliográfica do método de condução da pesquisa e adaptação do mesmo para o presente trabalho, fundamentação teórica, composta pelos princípios básicos de sustentação do STP e da TOC, análise do contexto do segmento industrial em questão, descrição da intervenção realizada e apresentação do modelo construído, análise dos resultados finais, conclusões e recomendações para futuras pesquisas. A análise dos resultados obtidos e as conclusões do estudo revelam a possibilidade de generalização parcial do modelo proposto, desde que observadas as características específicas da realidade industrial em questão.

Uma Metodologia para o desenvolvimento de aplicações de visão computacional utilizando um projeto conjunto de hardware e software

As tarefas de visão computacional incentivam uma significativa parte da pesquisa em todas as áreas científicas e industriais, entre as quais, cita-se a área voltada para o desenvolvimento de arquiteturas de computadores. A visão computacional é considerada um dos problemas mais desafiadores para a computação de alto desempenho, pois esta requer um grande desempenho, bem como um alto grau de flexibilidade. A flexibilidade é necessária pois a visão computacional abrange aplicações em que há diferentes tarefas a serem realizadas com diferentes necessidades de desempenho. Esta flexibilidade é particularmente importante em sistemas destinados a atuar como ambientes experimentais para novas técnicas de processamento visual ou para a prototipação de novas aplicações. Computação configurável tem demonstrado, por meio de exemplos implementados pela comunidade científica, fornecer uma boa relação entre alto desempenho e flexibilidade necessária para a implementação de diferentes técnicas utilizadas na área de visão computacional. Contudo, poucos esforços de pesquisa têm sido realizados na concepção de sistemas completos visando a solução de um problema de visão computacional, incluindo ambos os requisitos de software e de hardware. O principal objetivo deste trabalho é mostrar que as técnicas e tecnologias disponíveis na área de computação configurável podem ser empregadas para a concepção de um sistema capaz de implementar um grande número de aplicações da área de visão computacional na pesquisa e no ambiente industrial. Entretanto, não é escopo deste trabalho implementar um sistema de computação que seja suficiente para abordar os requerimentos necessários para todas as aplicações em visão computacional, mas os métodos aqui introduzidos podem ser utilizados como uma base geral de implementação de várias tarefas de visão computacional. Este trabalho utiliza ambientes que permitem implementações conjuntas de hardware e software, pois os mesmos facilitam a validação das técnicas aqui apresentadas, por meio da implementação de um estudo de caso, sendo parte deste estudo de caso implementado em software e outra parte em hardware.

Processo de interação escola-empresa : o caso do Núcleo de Assessoria Técnica Tecnológica (NATT), do Centro Tecnológico de Mecatrônica SENAI-RS de Caxias do Sul

Muitas empresas passaram utilizar a tecnologia como um diferencial competitivo, seja no processo de produção ou no desenvolvimento de produtos. Contudo, somente algumas empresas conseguem realizar os investimentos necessários à manutenção de recursos humanos qualificados para o desenvolvimento de processos e de produtos, fazendo com que muitas empresas optem por realizar essas funções por meio de parcerias com universidades, institutos ou escolas técnicas. Por outro lado, algumas escolas técnicas, com equipes técnicas qualificadas, buscam novas formas de interação com o setor produtivo, além da formação de recursos humanos. Tal interação também é uma fonte de recursos financeiros para auxiliar na auto-sustentação destas escolas. Este trabalho descreve o processo de interação Escola-Empresa, especificamente o caso do Núcleo de Assessoria Técnica e Tecnológica (NATT), do Centro Tecnológico de Mecatrônica de Caxias do Sul, e tem como objetivo identificar como ocorrem os processos de interação Escola -Empresa em projetos do NATT, nas suas diferentes fases, sob a ótica do representante da empresa e do técnico de desenvolvimento, bem como, identificar fatores facilitadores e oportunidades de melhoria nos processos de interação. Neste trabalho são abordados assuntos relevantes ao tema, como o processo de interação escola-empresa, as formas de interação, os fatores facilitadores e possíveis oportunidades de melhoria deste tipo de processo, apresenta-se a forma de coleta de dados, os resultados da pesquisa realizada e as conclusões. Dentre as constatações deste estudo, destacam-se a efetiva interação do NATT com o setor produtivo, a iniciativa do setor produtivo na busca pela interação e a formalização dos registros de atendimento que permitem a transformação dos conhecimentos tácitos em explícitos.

Uso da informação em C&T para estudo da capacitação científica instalada : o caso da pesquisa médica em câncer no Brasil

Apresenta-se neste estudo o potencial de recuperação de informação em C&T nas bases de dados nacionais e internacionais na grande área das Ciências da Saúde, na área da Medicina e na pesquisa médica em Câncer no Brasil. Esta capacitação científica instalada foi hierarquizada geográfica e institucionalmente usando como parâmetro o conceito de mérito científico fornecido pelo próprio sistema de C&T brasileiro. Os dados foram complementados pela análise da produção científica para identificar o grau de inserção internacional da pesquisa médica em Câncer no Brasil. Para tanto foram incorporadas informações das bases de dados do Institute for Scientific Information. Pode-se concluir que a grande área das Ciências da Saúde é a maior em contingente de pesquisa no Brasil, sendo a Medicina a área numericamente predominante. Na pesquisa médica em Câncer constatou-se que existem apenas dois cursos de pós-graduação diretamente relacionados com a formação de recursos humanos neste tema de pesquisa, 569 grupos de pesquisa (3,8% do total do país), 785 pesquisadores doutores, dos quais somente 153 são pesquisadores com bolsa de produtividade em pesquisa do CNPq (1,7% do total do país) No entanto, a produção científica, apesar de pouco expressiva do ponto de vista quantitativo, apresenta uma inserção internacional qualificada, sendo utilizada por outros pesquisadores com um elevado percentual, 84% de citações dos artigos brasileiros produzidos entre 1998-2002. Conclui-se, portanto, que apesar de não esgotar completamente as muitas especificidades do tema investigado, as informações disponíveis nas bases de dados nacionais e internacionais podem apontar caminhos para a investigação de tendências significativas da comunidade científica em todas as áreas do conhecimento ou temas de pesquisa, conforme os modos de recuperação apresentados. Através da interpretação criteriosa a partir de estudos continuados nessas bases, como é o caso deste trabalho, é possível utilizar a informação em C&T como subsídio para o planejamento de políticas de CT&I no Brasil.