Design of laminated piezocomposite shell transducers with arbitrary fiber orientation using topology optimization approach

Sensor and actuator based on laminated piezocomposite shells have shown increasing demand in the field of smart structures. The distribution of piezoelectric material within material layers affects the performance of these structures; therefore, its amount, shape, size, placement, and polarization should be simultaneously considered in an optimization problem. In addition, previous works suggest the concept of laminated piezocomposite structure that includes fiber-reinforced composite layer can increase the performance of these piezoelectric transducers; however, the design optimization of these devices has not been fully explored yet. Thus, this work aims the development of a methodology using topology optimization techniques for static design of laminated piezocomposite shell structures by considering the optimization of piezoelectric material and polarization distributions together with the optimization of the fiber angle of the composite orthotropic layers, which is free to assume different values along the same composite layer. The finite element model is based on the laminated piezoelectric shell theory, using the degenerate three-dimensional solid approach and first-order shell theory kinematics that accounts for the transverse shear deformation and rotary inertia effects. The topology optimization formulation is implemented by combining the piezoelectric material with penalization and polarization model and the discrete material optimization, where the design variables describe the amount of piezoelectric material and polarization sign at each finite element, with the fiber angles, respectively. Three different objective functions are formulated for the design of actuators, sensors, and energy harvesters. Results of laminated piezocomposite shell transducers are presented to illustrate the method. Copyright (C) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

On response time reduction of electrothermomechanical MEMS using topology optimization

Electrothermomechanical MEMS are essentially microactuators that operate based on the thermoelastic effect induced by the Joule heating of the structure. They can be easily fabricated and require relatively low excitation voltages. However, the actuation time of an electrothermomechanical microdevice is higher than the actuation times related to electrostatic and piezoelectric actuation principles. Thus, in this research, we propose an optimization framework based on the topology optimization method applied to transient problems, to design electrothermomechanical microactuators for response time reduction. The objective is to maximize the integral of the output displacement of the actuator, which is a function of time. The finite element equations that govern the time response of the actuators are provided. Furthermore, the Solid Isotropic Material with Penalization model and Sequential Linear Programming are employed. Finally, a smoothing filter is implemented to control the solution. Results aiming at two distinct applications suggest the proposed approach can provide more than 50% faster actuators. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Towards the stabilization of the low density elements in topology optimization with large deformation

This work addresses the treatment of lower density regions of structures undergoing large deformations during the design process by the topology optimization method (TOM) based on the finite element method. During the design process the nonlinear elastic behavior of the structure is based on exact kinematics. The material model applied in the TOM is based on the solid isotropic microstructure with penalization approach. No void elements are deleted and all internal forces of the nodes surrounding the void elements are considered during the nonlinear equilibrium solution. The distribution of design variables is solved through the method of moving asymptotes, in which the sensitivity of the objective function is obtained directly. In addition, a continuation function and a nonlinear projection function are invoked to obtain a checkerboard free and mesh independent design. 2D examples with both plane strain and plane stress conditions hypothesis are presented and compared. The problem of instability is overcome by adopting a polyconvex constitutive model in conjunction with a suggested relaxation function to stabilize the excessive distorted elements. The exact tangent stiffness matrix is used. The optimal topology results are compared to the results obtained by using the classical Saint Venant–Kirchhoff constitutive law, and strong differences are found.

Design methodology of piezoelectric energy-harvesting skin using topology optimization

Abstract This paper describes a design methodology for piezoelectric energy harvester s that thinly encapsulate the mechanical devices and expl oit resonances from higher- order vibrational modes. The direction of polarization determines the sign of the pi ezoelectric tensor to avoid cancellations of electric fields from opposite polarizations in the same circuit. The resultant modified equations of state are solved by finite element method (FEM). Com- bining this method with the solid isotropic material with penalization (SIMP) method for piezoelectric material, we have developed an optimization methodology that optimizes the piezoelectric material layout and polarization direc- tion. Updating the density function of the SIMP method is performed based on sensitivity analysis, the sequen- tial linear programming on the early stage of the opti- mization, and the phase field method on the latter stage

Numeric reconstruction of cytoskeleton with finite element method and topology optimization method

The importance of mechanical aspects related to cell activity and its environment is becoming more evident due to their influence in stem cell differentiation and in the development of diseases such as atherosclerosis. The mechanical tension homeostasis is related to normal tissue behavior and its lack may be related to the formation of cancer, which shows a higher mechanical tension. Due to the complexity of cellular activity, the application of simplified models may elucidate which factors are really essential and which have a marginal effect. The development of a systematic method to reconstruct the elements involved in the perception of mechanical aspects by the cell may accelerate substantially the validation of these models. This work proposes the development of a routine capable of reconstructing the topology of focal adhesions and the actomyosin portion of the cytoskeleton from the displacement field generated by the cell on a flexible substrate. Another way to think of this problem is to develop an algorithm to reconstruct the forces applied by the cell from the measurements of the substrate displacement, which would be characterized as an inverse problem. For these kind of problems, the Topology Optimization Method (TOM) is suitable to find a solution. TOM is consisted of an iterative application of an optimization method and an analysis method to obtain an optimal distribution of material in a fixed domain. One way to experimentally obtain the substrate displacement is through Traction Force Microscopy (TFM), which also provides the forces applied by the cell. Along with systematically generating the distributions of focal adhesion and actin-myosin for the validation of simplified models, the algorithm also represents a complementary and more phenomenological approach to TFM. As a first approximation, actin fibers and flexible substrate are represented through two-dimensional linear Finite Element Method. Actin contraction is modeled as an initial stress of the FEM elements. Focal adhesions connecting actin and substrate are represented by springs. The algorithm was applied to data obtained from experiments regarding cytoskeletal prestress and micropatterning, comparing the numerical results to the experimental ones

Development of heat sink device by using topology optimization

Small scale fluid flow systems have been studied for various applications, such as chemical reagent dosages and cooling devices of compact electronic components. This work proposes to present the complete cycle development of an optimized heat sink designed by using Topology Optimization Method (TOM) for best performance, including minimization of pressure drop in fluid flow and maximization of heat dissipation effects, aiming small scale applications. The TOM is applied to a domain, to obtain an optimized channel topology, according to a given multi-objective function that combines pressure drop minimization and heat transfer maximization. Stokes flow hypothesis is adopted. Moreover, both conduction and forced convection effects are included in the steady-state heat transfer model. The topology optimization procedure combines the Finite Element Method (to carry out the physical analysis) with Sequential Linear Programming (as the optimization algorithm). Two-dimensional topology optimization results of channel layouts obtained for a heat sink design are presented as example to illustrate the design methodology. 3D computational simulations and prototype manufacturing have been carried out to validate the proposed design methodology.

New Improved Version of J 1 ...J 4 Interferometry Method and its Application to Nanometric Vibration Measurements

Piezoelectric ceramics, such as PZT, can generate subnanometric displacements, bu t in order to generate multi- micrometric displacements, they should be either driven by high electric voltages (hundreds of volts ), or operate at a mechanical resonant frequency (in narrow band), or have large dimensions (tens of centimeters). A piezoelectric flextensional actuator (PFA) is a device with small dimensions that can be driven by reduced voltages and can operate in the nano- and micro scales. Interferometric techniques are very adequate for the characterization of these devices, because there is no mechanical contact in the measurement process, and it has high sensitivity, bandwidth and dynamic range. A low cost open-loop homodyne Michelson interferometer is utilized in this work to experimentally detect the nanovi brations of PFAs, based on the spectral analysis of the interfero metric signal. By employing the well known J 1 ...J 4 phase demodulation method, a new and improved version is proposed, which presents the following characteristics: is direct, self-consistent, is immune to fading, and does not present phase ambiguity problems. The proposed method has resolution that is similar to the modified J 1 ...J 4 method (0.18 rad); however, differently from the former, its dynamic range is 20% larger, does not demand Bessel functions algebraic sign correction algorithms and there are no singularities when the static phase shift between the interferometer arms is equal to an integer multiple of  /2 rad. Electronic noise and random phase drifts due to ambient perturbations are taken into account in the analysis of the method. The PFA nanopositioner characterization was based on the analysis of linearity betw een the applied voltage and the resulting displacement, on the displacement frequency response and determination of main resonance frequencies.

The physiological role of APP in the activation of neuroprotective signaling mechanisms

Accumulating evidence indicates that loss of physiological amyloid precursor protein (APP) function leads to enhanced susceptibility of neurons to cellular stress during brain aging. This study investigated the neuroprotective function of the soluble APP ectodomain sAPPα. Recombinant sAPPα protected primary hippocampal neurons and neuroblastoma cells from cell death induced by trophic factor deprivation. This protective effect was abrogated in APP-depleted neurons, but not in APLP1-, APLP2- or IGF1-R-deficient cells, indicating that expression of holo-APP is required for sAPPα-dependent neuroprotection. Strikingly, recombinant sAPPα, APP-E1 domain and the copper-binding growth factor-like domain (GFLD) of APP were able to stimulate PI3K/Akt survival signaling in different wildtype cell models, but failed in APP-deficient cells. An ADAM10 inhibitor blocking endogenous sAPPα secretion exacerbated neuron death in organotypic hippocampal slices subjected to metabolic stress, which could be rescued by exogenous sAPPα. Interestingly, sAPPα-dependent neuroprotection was unaffected in neurons of APP-ΔCT15 mice which lack the intracellular C-terminal YENPTY motif of APP. In contrast, sAPPα-dependent Akt signaling was completely abolished in APP mutant cells lacking the C-terminal G-protein interaction motif and by specifically blocking Gi/o-dependent signaling with pertussis toxin. Collectively, the present thesis provides new mechanistic insights into the physiological role of APP: the data suggest that cell surface APP mediates sAPPα-induced neuroprotection via Go-protein-coupled activation of the Akt pathway.

Concepciones acerca de la discapacidad de los niños y jóvenes de las escuelas de Misiones. 16H291

Elaborar trabajos para un evento científico y para su publicación en una revista científica: Escribir un artículo sobre los avances de la indagación y remitir-lo a una revista especializada para su publicación. Elaborar trabajos para presentar en un evento científico relevante. Diseñar instrumentos: Redactar los protocolos y el guión correspondiente, a los Grupos Focales. Seleccionar las unidades de análisis: Seleccionar las instituciones educativas y los sujetos que participarán de los Grupos Focales. Planificar y gestionar el ingreso al campo: Establecer el vínculo con las instituciones educativas, para garantizar el desarrollo del trabajo de campo. Recopilar datos empíricos: Desarrollar el trabajo de campo (grupos focales). Sistematizar los datos: Desgrabar las sesiones de los Grupos Focales y codificar los aspectos relevantes. Desarrollar de la investigación biográfica (Primera Parte): Iniciar las entrevistas para el desarrollo de la investigación biográfico-narrativa, en el marco de la Beca CEDIT de una de las integrantes del equipo. Diseñar otra investigación paralela sobre estado de la inclusión en el sistema educativo de Misiones: Elaborar un Plan de Trabajo sobre la temática, que complemente los restantes aspectos de la investigación, que se desarrollará en el caso de que otra integrante del equipo acceda a una Beca CIN o a una Beca de la FHyCS-UNaM.

Las representaciones sociales de los graduados, en relacion con la incidencia de la enseñanza de idiomas extranjeros en la formación de grado universitario. 16H379

El presente proyecto, continuidad de los Proyecto EIERS (16H-254) y EIERS 2(16H- 314), tiene por objeto relevar las representaciones sociales de los graduados de la FHyCS-UNaM sobre el valor otorgado a la inclusión del aprendizaje de idiomas extranjeros en la formación académica de grado y contrastarlos con los resultados obtenidos en el Proyecto EIERS ( Encuestas) y en EIERS 2 (programas de cátedras, producciones didácticas e Informes de Investigación, de Avance y Finales, producidos por los docentes de las carreras de grado) y con los Informes Finales de estos proyecto. En esta tercera etapa el equipo de investigadores se propone explorar la percepción que tienen los graduados sobre los aprendizajes instrumentales de lenguas extranjeras desarrollados en su formación de grado y la valoración que realizan acerca del impacto de estos conocimientos en la habilitación y desarrollo profesional; como así también en la continuidad de carreras de postgrado. El análisis de las RSg sobre la importancia de los IE en su formación de grado, brindará información acerca de los modos en que los graduados construyeron este espacio disciplinar a fin de trazar nuevas y más complejas redes conceptuales, redimensionando sus experiencias como graduados y las RS que como estudiantes dieron lugar a estas construcciones. La finalidad será construir un corpus crítico relacionando lo relevado en los anteriores proyectos que integran esta línea investigativa; y lo que se hace en la praxis tanto por parte de docentes como de estudiantes, en cuanto a la incorporación de lenguas extranjeras en los procesos de enseñanza y aprendizaje en la formación de estudiantes universitarios de las carreras de grado de la FHyCS-UNaM. Con este proceso de indagación se busca disponer de conocimiento, analizado a partir de datos primarios y fuentes secundarias, para construir criterios de análisis que posibiliten desarrollar acciones críticas sobre el quehacer en la formación universitaria de grado en relación a la adquisición de competencias lingüísticas que posibiliten el acceso a la producción científico académica que se realiza en lenguas extranjeras en la FHyCS-UNaM..

Las representaciones sociales de los docentes, en relación con la incidencia de la enseñanza de idiomas extranjeros en la formación de grado universitario en el ámbito de la Facultad de Humanidades y Ciencias Sociales (FHyCS-UNaM). EIERS 2. 16H314

Es continuidad del Proyecto EIERS (16H-254); continuando con el diseño de investigación exploratoria, cuali-cuantitativo, que tiene por objeto relevar las representaciones sociales de los docentes de la FHyCS-UNaM sobre el valor otorgado a la inclusión del aprendizaje de idiomas extranjeros en la formación académica de grado y contrastarlos con las prácticas académicas (programas de cátedras, producciones didácticas e Informes de Investigación, de Avance y Finales, producidos por los docentes de las carreras de grado en estudio y con el Informe Final del proyecto EIERS). La finalidad será construir un corpus crítico entre lo relevado en los discursos y lo que se hace en la praxis en cuanto a la incorporación de la lengua extranjera en los procesos de enseñanzaaprendizaje en la formación de estudiantes universitarios de las carreras de grado de la FHyCSUNaM. Con este proceso de indagación se busca disponer de conocimiento, analizado a partir de datos primarios y fuentes secundarias, para construir criterios de análisis que posibiliten desarrollar acciones críticas sobre el quehacer en la formación universitaria de grado en relación a la adquisición de competencias lingüísticas que posibiliten el acceso a la producción científico académica que se realiza en otros idiomas. En esta segunda etapa el equipo de investigadores se propone explorar la percepción que tienen los docentes sobre los aprendizajes instrumentales de lenguas extranjeras y la valoración que realizan acerca del impacto de estos conocimientos en la habilitación académica de los estudiantes en su formación de grado universitario; como así también en la continuidad de las carreras de postgrado y / en su desarrollo profesional. El análisis de las RSd sobre la importancia de los IE en su formación de grado, brindará información acerca de los modos en que el docente construye el espacio disciplinar en que está inmerso a fin de trazar nuevas y más complejas redes conceptuales, redimensionando sus prácticas áulicas Resumen técnico: Es continuidad del Proyecto EIERS (16H-254); continuando con el diseño de investigación exploratoria, cuali-cuantitativo, que tiene por objeto relevar las representaciones sociales de los docentes de la FHyCS-UNaM sobre el valor otorgado a la inclusión del aprendizaje de idiomas extranjeros en la formación académica de grado y contrastarlos con las prácticas académicas (programas de cátedras, producciones didácticas e Informes de Investigación, de Avance y Finales, producidos por los docentes de las carreras de grado en estudio y con el Informe Final del proyecto EIERS). La finalidad será construir un corpus crítico entre lo relevado en los discursos y lo que se hace en la praxis en cuanto a la incorporación de la lengua extranjera en los procesos de enseñanzaaprendizaje en la formación de estudiantes universitarios de las carreras de grado de la FHyCSUNaM. Con este proceso de indagación se busca disponer de conocimiento, analizado a partir de datos primarios y fuentes secundarias, para construir criterios de análisis que posibiliten desarrollar acciones críticas sobre el quehacer en la formación universitaria de grado en relación a la UNaM – FHCS – SinvyP Gsinvyp03 adquisición de competencias lingüísticas que posibiliten el acceso a la producción científico académica que se realiza en otros idiomas.

Concepciones acerca de la discapacidad de los niños y jóvenes de las escuelas de Misiones. 16H291

Las actuales políticas educativas, se inscriben dentro de la denominada “perspectiva de derechos.” Hoy se considera a la educación como un derecho básico y debe garantizarse que todos los niños, jóvenes y adultos que la requieran, accedan a ella. En relación con la cuestión de garantizar accesibilidad e igualdad de oportunidades para todos, se inscribe la denominada “educación inclusiva.” En este marco, las escuelas se comprometerían a dar cabida a todos los niños, independientemente de sus condiciones físicas, intelectuales, sociales, emocionales, lingüísticas o de otro tipo; pasando a funcionar como “escuelas inclusivas.” Como consecuencia de esto, algunos/as niños/as y jóvenes con discapacidad, (que cumplen con ciertos requisitos) inician procesos de inclusión en escuelas comunes, para desarrollar en ellas su escolaridad. La mayoría de las investigaciones referidas a estas experiencias, se centran en los discursos y perspectivas acerca de las mismas, de los docentes que participan en ellas: tanto los docentes de Educación Común, como los docentes de Educación Especial. Pero se desconocen investigaciones sobre la percepción y las concepciones, desde la perspectiva de los alumnos/as de las escuelas en las que se implementan proyectos de inclusión, siendo que son parte fundamental de estos procesos, en tanto conforman el grupo que recibirá a los sujetos que se desea incluir y serán su pares durante las actividades escolares. Creemos que estudiando las cuestiones vinculares y valorativas, que se ponen en juego durante los procesos de inclusión, se podrá intervenir en ellas de modo de facilitar el proceso de inclusión escolar de niños y jóvenes con discapacidad. El abordaje metodológico será cualitativo, mediante grupos focales y entrevistas.

Las relaciones de poder en el aula universitaria. Un caso paradigmático: el examen. 16H195

Este proyecto de investigación sostiene que el currículum, en tanto proyecto políticoeducativo, envuelve a todo el conjunto de elementos que juegan en el espacio de la práctica educativa, entendida como práctica social. En efecto, pensamos a la educación como práctica que se construye desde lo singular, lo social, lo histórico y lo político; y proponemos pensar esta práctica social como una práctica desarrollada por ciertos actores, en determinados escenarios y conformando tramas específicas. En tanto escenario la Universidad es una institución que se encuentra entre las más complejas de la sociedad contemporánea y al mismo tiempo es posible reconocer que la misma se inserta en escenarios mayores (la sociedad global y las profesiones) y contiene escenarios menores, como el aula universitaria, a la cual reconocemos como espacio de condensación. Es precisamente allí donde se pone en juego una trama particular que relaciona a dos tipos centrales de actores: los alumnos y los docentes. Decir en la actualidad que la Universidad está en crisis resulta banal; indagar sobre algunas causas y mecanismos que generan y/o potencian esta crisis puede resultar útil como modo de aportar a la imperiosa redefinición que esta institución requiere. Proponemos trabajar allí donde los discursos caen y las practicas construyen el verdadero significado del hacer institucional educativo. Para ello tomaremos una perspectiva particular: centrar el enfoque en los rituales académicos. Los rituales producen sentido, en tanto son instancias esencialmente dramáticas a partir de las cuales una sociedad comunica algo importante acerca de si misma. Pero al mismo tiempo, construyen nuevas prácticas. En este caso particular trabajaremos sobre la interpretación de un ritual específico y particularmente dominante en la institución universitaria: El examen. Por ello tomaremos el análisis del examen como un ritual particularmente revelador de las relaciones de poder que se establecen al interior del aula universitaria. El paradigma de investigación será predominantemente cualitativo, aunque se prevé la posibilidad de triangulación con algunos abordajes cuantitativos.

Geochemical parameters of sediments and water of the Black Sea, data of Cruise 8 of R/V Vityaz-2

The book presents results of comprehensive geological investigations carried out during Cruise 8 of R/V "Vityaz-2" to the western part of the Black Sea in 1984. Systematic studies in the Black Sea during about hundred years have not weakened interest in the sea. Lithological and geochemical studies of sediments in estuarine areas of the Danube and the Kyzyl-Irmak rivers, as well as in adjacent parts of the deep sea and some other areas were the main aims of the cruise. Data on morphological structures of river fans, lithologic and chemical compositions of sediments in the fans and their areal distribution, forms of occurrence of chemical elements, role of organic matter and gases in sedimentation and diagenesis are given and discussed in the book.

Ayax de Sófocles : Tragedia y hegemonía política

Fil: Nelli, María Florencia. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educación; Argentina.