A computer program for the analysis of the dynamic bending-torsion coupling in bridges using a mini-computer

The analysis of modes and natural frequencies is of primary interest in the computation of the response of bridges. In this article the transfer matrix method is applied to this problem to provide a computer code to calculate the natural frequencies and modes of bridge-like structures. The Fortran computer code is suitable for running on small computers and results are presented for a railway bridge.

Characterization of a Right Angle Transfer Point in a Fruit Packing Line

Characteristics of the impacts su!ered by the fruit on a transfer point of an experimental fruit packing line were analysed. The transfer is made up by two transporting belts at di!erent heights forming an angle of 903. These transfer points are very common in fruit packing lines, in which fruits receive two impacts: the "rst onto the belt base and the second into the lateral plate. Diferent tests were carried out to study the e!ect of transfer height, velocity, belt structure and padding on the acceleration values recorded by an instrumental sphere (IS 100). Results showed that transfer height and belt structure a!ect mainly impact values on the belt base, and padding a!ects mainly impact values registered for lateral contact. The elect of belt velocity in both impacts is less important when compared to the rest of the variables. Additionally, two powered transfer decelerators were tested at the same point with the aim of decreasing impacts su!ered by the fruit. Comparing impacts registered using these decelerators to those analysed in the first part of the study without decelerators, a high reduction of the impact values was observed.

Evaluation of angle-dependent absorption: Computer simulation and listening test for an objective and subjective evaluation

The aim of this thesis is the subjective and objective evaluation of angledependent absorption coefficients. As the assumption of a constant absorption coefficient over the angle of incidence is not always held, a new model acknowledging an angle-dependent reflection must be considered, to get a more accurate prediction in the sound field. The study provides information about the behavior of different materials in several rooms, depending on the reflection modeling of incident sound waves. An objective evaluation was run for an implementation of angle-dependent reflection factors in the image source and ray tracing simulation models. Results obtained were analysed after comparison to diffuse-field averaged data. However, changes in acoustic characteristics of a room do not always mean a variation in the listener’s perception. Thus, additional subjective evaluation allowed a comparison between the different results obtained with the computer simulation and the response from the individuals who participated in the listening test. The listening test was designed following a three-alternative forced-choice (3AFC) paradigm. In each interaction asked to the subjects a sequence of either three pink noise bursts or three natural signals was alternated. These results were supposed to show the influence and perception of the two different ways to implement surface reflection –either with diffuse or angle-dependent absorption properties. Results show slightly audible effects when material properties were exaggerated. El objetivo de este trabajo es la evaluación objetiva y subjetiva del coeficiente de absorción en función del ángulo de incidencia de la onda de sonido. La suposición de un coeficiente de absorción constante con respecto al ángulo de incidencia no siempre se sostiene. Por ello, un nuevo modelo considerando la reflexión dependiente del ángulo se debe tener en cuenta para obtener predicciones más certeras en el campo del sonido. El estudio proporciona información sobre el comportamiento de diferentes materiales en distintos recintos, dependientes del modelo de reflexión de las ondas de sonido incidentes. Debido a las dificultades a la hora de realizar las medidas y, por lo tanto, a la falta de datos, los coeficientes de absorción dependientes del ángulo a menudo no se tienen en cuenta a la hora de realizar las simulaciones. Hoy en día, aún no hay una tendencia de aplicar el coeficiente de absorción dependiente del ángulo para mejorar los modelos de reflexión. Por otra parte, para una medición satisfactoria de la absorción dependiente del ángulo, sólo hay unos pocos métodos. Las técnicas de medición actuales llevan mucho tiempo y hay algunos materiales, condiciones y ángulos que no pueden ser reproducidos y, por lo tanto, no es posible su medición. Sin embargo, en el presente estudio, los ángulos de incidencia de las ondas de sonido son conocidos y almacenados en una de base de datos para cada uno de los materiales, de modo que los coeficientes de absorción para el ángulo dado pueden ser devueltos siempre que sean requeridos por el usuario. Para realizar el estudio se llevó a cabo una evaluación objetiva, por medio de la implementación del factor de reflexión dependiente del ángulo en los modelos de fuentes imagen y trazado de rayos. Los resultados fueron analizados después de ser comparados con el promedio de los datos obtenidos en medidas en el campo difuso. La simulación se hizo una vez se configuraron un número de materiales creados por el autor, a partir de los datos existentes en la literatura y los catálogos de fabricantes. Los modelos de Komatsu y Mechel sirvieron como referencia para los materiales porosos, configurando la resistividad al aire o el grosor, y para los paneles perforados, introduciendo el radio de los orificios y la distancia entre centros, respectivamente. Estos materiales se situaban en la pared opuesta a la que se consideraba que debía alojar a la fuente sonora. El resto de superficies se modelaban con el mismo material, variando su coeficiente de absorción y/o de dispersión. Al mismo tiempo, una serie de recintos fueron modelados para poder reproducir distintos escenarios de los que obtener los resultados. Sin embargo, los cambios en las características acústicas de un recinto no significan variaciones en la percepción por parte del oyente. Por ello, una evaluación subjetiva adicional permitió una comparación entre los diferentes resultados obtenidos mediante la simulación informática y la respuesta de los individuos que participaron en la prueba de escucha. Ésta fue diseñada bajo las pautas del modelo de test three-alternative forced-choice (3AFC), con treinta y dos preguntas diferentes. En cada iteración los sujetos fueron preguntados por una secuencia alterna entre tres señales, siendo dos de ellas iguales. Éstas podían ser tanto ráfagas de ruido rosa como señales naturales, en este test se utilizó un fragmento de una obra clásica interpretada por un piano. Antes de contestar al cuestionario, los bloques de preguntas eran ordenados al azar. Para cada ensayo, la mezcla era diferente, así los sujetos no repetían la misma prueba, evitando un sesgo por efectos de aprendizaje. Los bloques se barajaban recordando siempre el orden inicial, para después almacenar los resultados reordenados. La prueba de escucha fue realizada por veintitrés personas, toda ellas con conocimientos dentro del campo de la acústica. Antes de llevar a cabo la prueba de escucha en un entorno adecuado, una hoja con las instrucciones fue facilitada a cada persona. Los resultados muestran la influencia y percepción de las dos maneras distintas de implementar las reflexiones de una superficie –ya sea con respecto a la propiedad de difusión o de absorción dependiente del ángulo de los materiales. Los resultados objetivos, después de ejecutar las simulaciones, muestran los datos medios obtenidos para comprender el comportamiento de distintos materiales de acuerdo con el modelo de reflexión utilizado en el caso de estudio. En las tablas proporcionadas en la memoria se muestran los valores del tiempo de reverberación, la claridad y el tiempo de caída temprana. Los datos de las características del recinto obtenidos en este análisis tienen una fuerte dependencia respecto al coeficiente de absorción de los diferentes materiales que recubren las superficies del cuarto. En los resultados subjetivos, la media de percepción, a la hora de distinguir las distintas señales, por parte de los sujetos, se situó significativamente por debajo del umbral marcado por el punto de inflexión de la función psicométrica. Sin embargo, es posible concluir que la mayoría de los individuos tienden a ser capaces de detectar alguna diferencia entre los estímulos presentados en el 3AFC test. En conclusión, la hipótesis de que los valores del coeficiente de absorción dependiente del ángulo difieren es contrastada. Pero la respuesta subjetiva de los individuos muestra que únicamente hay ligeras variaciones en la percepción si el coeficiente varía en intervalos pequeños entre los valores manejados en la simulación. Además, si los parámetros de los materiales acústicos no son exagerados, los sujetos no perciben ninguna variación. Los primeros resultados obtenidos, proporcionando información respecto a la dependencia del ángulo, llevan a una nueva consideración en el campo de la acústica, y en la realización de nuevos proyectos en el futuro. Para futuras líneas de investigación, las simulaciones se deberían realizar con distintos tipos de recintos, buscando escenarios con geometrías irregulares. También, la implementación de distintos materiales para obtener resultados más certeros. Otra de las fases de los futuros proyectos puede realizarse teniendo en cuenta el coeficiente de dispersión dependiente del ángulo de incidencia de la onda de sonido. En la parte de la evaluación subjetiva, realizar una serie de pruebas de escucha con distintos individuos, incluyendo personas sin una formación relacionada con la ingeniería acústica.

Improved boundary elements in torsion problems

Since the epoch-making "memoir" of Saint-Venant in 1855 the torsion of prismatic and cilindrical bars has reduced to a mathematical problem: the calculation of an analytical function satisfying prescribed boundary values. For over one century, till the first applications of the F.E.M. to the problem, the only possibility of study in irregularly shaped domains was the beatiful, but limitated, theory of complex function analysis, several functional approaches and the finite difference method. Nevertheless in 1963 Jaswon published an interestingpaper which was nearly lost between the splendid F. E.M. boom. The method was extended by Rizzo to more complicated problems and definitively incorporated to the scientific community background through several lecture-notes of Cruse recently published, but widely circulated during past years. The work of several researches has shown the tremendous possibilities of the method which is today a recognized alternative to the well established F .E. procedure. In fact, the first comprehensive attempt to cover the method, has been recently published in textbook form. This paper is a contribution to the implementation of a difficulty which arises if the isoparametric elements concept is applicated to plane potential problems with sharp corners in the boundary domain. In previous works, these problems was avoided using two principal approximations: equating the fluxes round the corner or establishing a binode element (in fact, truncating the corner). The first approximation distortes heavily the solution in thecorner neighbourhood, and a great amount of element is neccesary to reduce its influence. The second is better suited but the price payed is increasing the size of the system of equations to be solved. In this paper an alternative formulation, consistent with the shape function chosen in the isoparametric representation, is presented. For ease of comprehension the formulation has been limited to the linear element. Nevertheless its extension to more refined elements is straight forward. Also a direct procedure for the assembling of the equations is presented in an attempt to reduce the in-core computer requirements.

Instability and topology bifurcations on a hemisphere-cylinder at high angle of attack

La configuración de un cilindro acoplado a una semi-esfera, conocida como ’hemispherecylinder’, se considera como un modelo simplificado para numerosas aplicaciones industriales tales como fuselaje de aviones o submarinos. Por tanto, el estudio y entendimiento de los fenómenos fluidos que ocurren alrededor de dicha geometría presenta gran interés. En esta tesis se muestra la investigación del origen y evolución de los, ya conocidos, patrones de flujo (burbuja de separación, vórtices ’horn’ y vórtices ’leeward’) que se dan en esta geometría bajo condiciones de flujo separado. Para ello se han llevado a cabo simulaciones numéricas (DNS) y ensayos experimentales usando la técnica de Particle Image Velocimetry (PIV), para una variedad de números de Reynolds (Re) y ángulos de ataque (AoA). Se ha aplicado sobre los resultados numéricos la teoría de puntos críticos obteniendo, por primera vez para esta geometría, un diagrama de bifurcaciones que clasifica los diferentes regímenes topológicos en función del número de Reynolds y del ángulo de ataque. Se ha llevado a cabo una caracterización completa sobre el origen y la evolución de los patrones estructurales característicos del cuerpo estudiado. Puntos críticos de superficie y líneas de corriente tridimensionales han ayudado a describir el origen y la evolución de las principales estructuras presentes en el flujo hasta alcanzar un estado de estabilidad desde el punto de vista topológico. Este estado se asocia con el patrón de los vórtices ’horn’, definido por una topología característica que se encuentra en un rango de números de Reynolds muy amplio y en regímenes compresibles e incompresibles. Por otro lado, con el objeto de determinar las estructuras presentes en el flujo y sus frecuencias asociadas, se han usado distintas técnicas de análisis: Proper Orthogonal Decomposition (POD), Dynamic Mode Decomposition (DMD) y análisis de Fourier. Dichas técnicas se han aplicado sobre los datos experimentales y numéricos, demostrándose la buena concordancia entre ambos resultados. Finalmente, se ha encontrado en ambos casos, una frecuencia dominante asociada con una inestabilidad de los vórtices ’leeward’. ABSTRACT The hemisphere-cylinder may be considered as a simplified model for several geometries found in industrial applications such as aircrafts’ fuselages or submarines. Understanding the complex flow phenomena that surrounds this particular geometry is therefore of major industrial interest. This thesis presents an investigation of the origin and evolution of the complex flow pattern; i.e. separation bubbles, horn vortices and leeward vortices, around the hemisphere-cylinder under separated flow conditions. To this aim, threedimensional Direct Numerical Simulations (DNS) and experimental tests, using Particle Image Velocimetry (PIV) techniques, have been performed for a variety of Reynolds numbers (Re) and angles of attack (AoA). Critical point theory has been applied to the numerical simulations to provide, for the first time for this geometry, a bifurcation diagram that classifies the different flow topology regimes as a function of the Reynolds number and the angle of attack. A complete characterization about the origin and evolution of the complex structural patterns of this geometry has been put in evidence. Surface critical points and surface and volume streamlines were able to describe the main flow structures and their strong dependence with the flow conditions up to reach the structurally stable state. This state was associated with the pattern of the horn vortices, found on ranges from low to high Reynolds numbers and from incompressible to compressible regimes. In addition, different structural analysis techniques have been employed: Proper Orthogonal Decomposition (POD), Dynamic Mode Decomposition (DMD) and Fourier analysis. These techniques have been applied to the experimental and numerical data to extract flow structure information (i.e. modes and frequencies). Experimental and numerical modes are shown to be in good agreement. A dominant frequency associated with an instability of the leeward vortices has been identified in both, experimental and numerical results.

Wide-angle, high-concentration photovoltaics to compete with flat plate systems

A novel photovoltaic concentrator enables highly uniform irradiance on a small number of efficient solar cells. The maximum electrical power of a photovoltaic (PV) energy installation depends on three factors: the available irradiance, the size of the systems collecting sunlight, and the rate at which the device transforms light into electricity (the conversion efficiency). Developers can maximize the irradiance by carefully selecting the site and orientation of the solar facility. But they can only expand their sunlight collection systems for standard flat plate PV devices by increasing the number of solar cells, at greater cost. Here, we consider the advantages of an alternative PV system that produces more energy without increasing the number of cells used (actually, reducing it), by improving the conversion rates.We also present a new device that may enhance the commercial viability of such technologies.

Fracture behaviour of notched round bars made of PMMA subjected to torsion at -60 °C

This paper presents seventy new experimental results from PMMA notched specimens tested under torsion at 60 C. The notch root radius ranges from 0.025 to 7.0 mm. At this temperature the non-linear effects previously observed on specimens of the same material tested at room temperature strongly reduce. The averaged value of the strain energy density over a control volume is used to assess the critical loads to failure. The radius of the control volume and the critical strain energy density are evaluated a priori by using in combination the mode III critical stress intensity factor from cracked-like specimens and the critical stress to failure detected from semicircular notches with a large notch root radius

The Cohesive Crack Model Applied To Notched PMMA Specimens Obeying a Non Linear Behaviour Under Torsion Loading

This article presents a new material model developed with the aim of analyzing failure of blunt notched components made of nonlinear brittle materials. The model, which combines the cohesive crack model with Hencky's theory of total deformations, is used to simulate an experimental benchmark carried out previously by the authors. Such combination is achieved through the embedded crack approach concept. In spite of the unavailability of precise material data, the numerical predictions obtained show good agreement with the experimental results.

A coupled elastoplastic-damage constitutive model with Lode angle dependent failure criterion

A coupled elastoplastic-damage constitutive model with Lode angle dependent failure criterion for high strain and ballistic applications is presented. A Lode angle dependent function is added to the equivalent plastic strain to failure definition of the Johnson–Cook failure criterion. The weakening in the elastic law and in the Johnson–Cook-like constitutive relation implicitly introduces the Lode angle dependency in the elastoplastic behaviour. The material model is calibrated for precipitation hardened Inconel 718 nickel-base superalloy. The combination of a Lode angle dependent failure criterion with weakened constitutive equations is proven to predict fracture patterns of the mechanical tests performed and provide reliable results. Additionally, the mesh size dependency on the prediction of the fracture patterns was studied, showing that was crucial to predict such patterns

A simple torsion-free nonlinear beam element for multibody dynamics

We propose in this work a very simple torsion-free beam element capable of capturing geometrical nonlinearities. The simple formulation is objective and unconditionally con- vergent for geometrically nonlinear models with large displacements, in the traditional sense that guarantees more precise numerical solutions for finer discretizations. The formulation does not employ rotational degrees of freedom, can be applied to two and three-dimensional problems, and it is computationally very efficient.

Analysis of the performance of tapered semiconductor optical amplifiers: role of the taper angle

The beam properties of tapered semiconductor optical amplifiers emitting at 1.57 μm are analyzed by means of simulations with a self-consistent steady state electro-optical and thermal simulator. The results indicate that the self-focusing caused by carrier lensing is delayed to higher currents for devices with taper angle slightly higher than the free diffraction angle.

ESTUDO COMPARATIVO DA POSIÇÃO ÂNTERO POSTERIOR DOS PRIMEIROS MOLARES INFERIORES NO TRATAMENTO ORTODÔNTICO, UTILIZANDO AS TÉCNICAS STRAIGHT-WIRE E EDGEWISE, EM CASOS DE MÁ OCLUSÃO DE CLASSE I DE ANGLE, COM EXTRAÇÃO DE PRIMEIROS PRÉ-MOLARES

Este estudo avaliou o posicionamento ântero posterior dos primeiros molares inferiores, durante o tratamento ortodôntico, utilizando o arco lingual inferior como acessório de ancoragem na técnica Straight-Wire, em comparação aos casos tratados pela técnica Edgewise, sem a utilização do arco lingual. Dois grupos foram selecionados, ambos apresentando má oclusão de Classe I de Angle7, tratados com extração dos primeiros pré-molares superiores e inferiores. Foi utilizada uma amostra de 255 telerradiografias em norma lateral, obtidas de pacientes brasileiros, de ambos os sexos, com média de idade de 13 anos e 6 meses e com diferentes padrões de crescimento facial. Embasado na análise e discussão dos resultados, concluiu-se que: 1) do início do tratamento ao fim da fase de nivelamento, a perda de ancoragem coronária do primeiro molar inferior foi maior nos casos tratados com a técnica Straight-Wire; 2) do fim da fase de nivelamento ao fim do tratamento, a perda de ancoragem coronária e radicular do primeiro molar inferior foi maior na técnica Edgewise; 3) do início ao fim tratamento a perda de ancoragem radicular foi maior nos pacientes tratados com a técnica Edgewise; e 4) o deslocamento ântero-posterior dos incisivos inferiores não apresentou diferença estatisticamente significante para ambas as técnicas, em todas as etapas observadas.(AU)

ESTUDO COMPARATIVO DA POSIÇÃO ÂNTERO POSTERIOR DOS PRIMEIROS MOLARES INFERIORES NO TRATAMENTO ORTODÔNTICO, UTILIZANDO AS TÉCNICAS STRAIGHT-WIRE E EDGEWISE, EM CASOS DE MÁ OCLUSÃO DE CLASSE I DE ANGLE, COM EXTRAÇÃO DE PRIMEIROS PRÉ-MOLARES

Este estudo avaliou o posicionamento ântero posterior dos primeiros molares inferiores, durante o tratamento ortodôntico, utilizando o arco lingual inferior como acessório de ancoragem na técnica Straight-Wire, em comparação aos casos tratados pela técnica Edgewise, sem a utilização do arco lingual. Dois grupos foram selecionados, ambos apresentando má oclusão de Classe I de Angle7, tratados com extração dos primeiros pré-molares superiores e inferiores. Foi utilizada uma amostra de 255 telerradiografias em norma lateral, obtidas de pacientes brasileiros, de ambos os sexos, com média de idade de 13 anos e 6 meses e com diferentes padrões de crescimento facial. Embasado na análise e discussão dos resultados, concluiu-se que: 1) do início do tratamento ao fim da fase de nivelamento, a perda de ancoragem coronária do primeiro molar inferior foi maior nos casos tratados com a técnica Straight-Wire; 2) do fim da fase de nivelamento ao fim do tratamento, a perda de ancoragem coronária e radicular do primeiro molar inferior foi maior na técnica Edgewise; 3) do início ao fim tratamento a perda de ancoragem radicular foi maior nos pacientes tratados com a técnica Edgewise; e 4) o deslocamento ântero-posterior dos incisivos inferiores não apresentou diferença estatisticamente significante para ambas as técnicas, em todas as etapas observadas.(AU)

Comparação das atividades musculares durante a mastigação nas maloclusões de classe I e II de Angle

O objetivo deste estudo foi comparar a atividade muscular dos músculos da face e pescoço nas maloclusões Classe I e II de Angle, segundo o sexo. A amostra constou de 36 indivíduos, sendo 22 indivíduos com maloclusão classe I com média de idade de 22,4 anos e 14 indivíduos com maloclusão Classe II com média de idade de 22,8 anos. Os registros foram realizados por um eletromiógrafo de superfície, sendo analisada a atividade dos músculos masseter, temporal feixe anterior, esternocleidomastoídeo e digástrico ventre anterior dos lados direito e esquerdo durante a mastigação dos alimentos uva passa, bolacha água e sal e goma de mascar-PLOC. Após análise estatística descritiva e análise de variância os resultados mostraram que houve diferença estatisticamente significante apenas para os músculos: masseter direito durante a mastigação de uva passa quando comparadas as maloclusões de Classe I e II no sexo masculino; para o músculo digástrico direito quando comparado sexo e as maloclusões Classe I e II durante a mastigação dos três alimentos. Por fim, para o músculo digástrico esquerdo durante a mastigação de uva passa também encontramos diferença estatisticamente significante entre os sexos para as maloclusões Classe I e II. Nossos resultados sugerem que dependendo da consistência do alimento o tipo de maloclusão e sexo podem influenciar na atividade muscular durante a função da mastigação.(AU)

Comparação das atividades musculares durante a mastigação nas maloclusões de classe I e II de Angle

O objetivo deste estudo foi comparar a atividade muscular dos músculos da face e pescoço nas maloclusões Classe I e II de Angle, segundo o sexo. A amostra constou de 36 indivíduos, sendo 22 indivíduos com maloclusão classe I com média de idade de 22,4 anos e 14 indivíduos com maloclusão Classe II com média de idade de 22,8 anos. Os registros foram realizados por um eletromiógrafo de superfície, sendo analisada a atividade dos músculos masseter, temporal feixe anterior, esternocleidomastoídeo e digástrico ventre anterior dos lados direito e esquerdo durante a mastigação dos alimentos uva passa, bolacha água e sal e goma de mascar-PLOC. Após análise estatística descritiva e análise de variância os resultados mostraram que houve diferença estatisticamente significante apenas para os músculos: masseter direito durante a mastigação de uva passa quando comparadas as maloclusões de Classe I e II no sexo masculino; para o músculo digástrico direito quando comparado sexo e as maloclusões Classe I e II durante a mastigação dos três alimentos. Por fim, para o músculo digástrico esquerdo durante a mastigação de uva passa também encontramos diferença estatisticamente significante entre os sexos para as maloclusões Classe I e II. Nossos resultados sugerem que dependendo da consistência do alimento o tipo de maloclusão e sexo podem influenciar na atividade muscular durante a função da mastigação.(AU)