Building information modeling: uno strumento manageriale per l' efficientamento operativo

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Correlazione teorico-sperimentale del comportamento post-buckling di pannelli in C.F.R.P.

Introduzione La presente relazione ha come oggetto principale la modellazione e l’analisi agli elementi finiti di pannelli di fusoliera in materiale composito sottoposti a prova di compressione e lavoranti in campo post-buckling. In particolare se ne e’ analizzato il carico primo di instabilità, lo stato di deformazione in campo post-buckling e le previsioni di cedimento .Allo scopo sono stati impiegati due codici diversi (MSC Nastran ed HKS Abaqus) così da poterne raffrontare i risultati ed il campo di applicabilità al problema in esame. Infine i risultati della simulazione sono stati confrontati con i risultati sperimentali. Le prove sperimentali I pannelli, irrigiditi da tre correnti a “J” e da due ordinate, sono stati costruiti e sottoposti a prove sperimentali da personale Alenia Aeronautica. Essi sono di tre tipi geometricamente identici (1 m di lunghezza per 0.554 m di larghezza) ma differiscono per le tecnologie di collegamento correnti-rivestimento impiegati: co-cura, cucitura e co-cura, collegamento tramite HiLok. I materiali impiegati sono costituiti da resine epossidiche rinforzate da fibre di carbonio. Essi comprendono plies RFI (resin film infusion), plies pre-impregnate e braided tubes. I tre pannelli sono stati vincolati sull’attrezzatura sperimentale, sono stati loro applicati estensimetri e trasduttori di posizione secondo uno schema identico nei tre casi, dopodiché gli stessi sono stati sottoposti ad una prova di compressione. Questa prevedeva il graduale incremento del carico fino alla rottura. Per ogni valore del carico lo stato di deformazione del pannello è stato registrato attraverso l’annotazione delle letture estensimetriche. I tre pannelli hanno evidenziato un elevato valore della resistenza post-critica (essendo i carichi di rottura compresi tra il 550% e il 685% del carico di instabilità) e fenomeni di instabilità locale riguardanti il cambiamento del numero di semionde della deformata in maniera quasi istantanea (snap through). Il modello agli elementi finiti Il modello agli elementi finiti, data la natura spiccatamente bidimensionale degli articoli di prova, è stato realizzato ricorrendo ad elementi piani, tranne che per gli elementi simulanti HiLoks e cuciture (simulati con elementi monodimensionali) e per lo strato di resina di collegamento nel caso di co-cura (realizzato con elementi solidi). Ai fini di una migliore comprensione delle eventuali differenze fra i due codici impiegati, si è avuto cura di impiegare la stessa mesh sia in Nastran che in Abaqus. L’analisi agli elementi finiti eseguita è caratterizzata da marcate non-linearità di tipo geometrico imputabili ai considerevoli spostamenti associati al comportamento post-critico. Ciò ha richiesto diversi affinamenti del modello al fine di individuare una strategia che garantisse la convergenza della soluzione del problema nonché una buona correlazione delle soluzioni stesse con i dati sperimentali. La spiccata non-linearità di tipo geometrico ha inoltre reso necessaria una trattazione semplificata delle interazioni di contatto. L’accoppiamento tra non linearità geometriche e di contatto ha infatti condotto a rilevanti problemi di convergenza. Ciò ha comportato una perdita di precisione soprattutto nel caso del pannello con correnti rivettati al rivestimento, nel quale le interazioni di contatto assumono considerevole importanza nel meccanismo di trasferimento del carico fra correnti e rivestimento. Oltre alla necessità di trattare in modo semplificato le interazioni di contatto, altre cause di errore hanno riguardato la difficoltà dei programmi di simulare fenomeni di instabilità locale di natura quasi istantanea (snap through), l’approssimazione nella simulazione della rigidezza dei vincoli applicati ai pannelli, la problematicità nel registrare i valori di deformazione previsti dai codici in punti perfettamente coincidenti con quelli di applicazione degli estensimetri, l’impossibilità di simulare i danneggiamenti locali presenti sui pannelli a valori prossimi a quelli di cedimento e la conseguente alterazione nella distribuzione delle deformazioni. I risultati ottenuti Le previsioni effettuate per il primo carico di instabilità sono state effettuate attraverso un’analisi di bucking lineare. Ciò ha prodotto risultati apprezzabilmente precisi per i pannelli con correnti co-curati e cuciti al rivestimento (errori medi del 5.25% e del 5.03% rispettivamente), mentre per il pannello con correnti rivettati al rivestimento sia Nastran che Abaqus hanno notevolmente sottostimato il primo carico di instabilità (errori del -28.4% e del -14.8% rispettivamente). Ciò è dovuto principalmente alla limitata capacità di un’analisi lineare di tener conto delle interazioni di contatto; limitazione che porta a sottostimare un meccanismo di trasferimento del carico che per il pannello in questione riveste particolare importanza nella stabilizzazione del rivestimento. Le previsioni della rigidezza complessiva del pannello (intesa come spostamento delle estremità del pannello in funzione del carico di compressione applicato) si sono rivelate di ottima precisione, mentre le previsioni riguardanti il campo di deformazione post-critico sono di interpretazione leggermente più complessa. La correlazione fra letture estensimetriche e previsione FEA è, per ambedue i codici, di precisione ragionevolmente accettabile in zone del pannello prossime alla mezzeria del corrente centrale; la precisione della correlazione degrada gradualmente spostandosi verso zone più periferiche del pannello e diventa del tutto insoddisfacente in prossimità dei punti di introduzione delle forze di reazione vincolare quali le estremità del pannello. Le previsioni di cedimento hanno dato risultati simili per i tre tipi di pannello: inizialmente, a valori del carico compresi tra i 312 kN e i 340 kN, è previsto il danneggiamento locale di parti del rivestimento. Ciò non inficia però la resistenza del pannello in quanto in campo post-critico il carico è sopportato quasi esclusivamente dai correnti. A valori crescenti del carico (compresi tra i 383 kN e i 432 kN) i valori ammissibili di deformazione sono superati sui bordi delle flangie inferiori dei correnti, a indicare un incipiente distacco fra correnti e rivestimento. Quanto ora esposto è in buon accordo con quanto osservato sui pannelli in seguito alla loro rottura, e cioè ampie zone del rivestimento interessate da cedimenti locali e estese zone di separazione fra correnti e rivestimento. L’evento che si è però rivelato cruciale per la resistenza globale dei pannelli è il raggiungimento del carico per il quale si ha il superamento delle deformazioni ammissibili sulle anime dei correnti. Confrontati con il carichi di rottura sperimentale sono emerse differenze rispettivamente del 1.27%, -5.72% e -3.55% per il pannello con correnti co-curati, cuciti e rivettati al rivestimento. Per quanto riguarda le differenze emerse tra i due codici, Abaqus si è mostrato sensibilmente migliore di Nastran. Con Abaqus è stato infatti notevolmente più semplice ottenere la convergenza della soluzione per carichi pari a quello di rottura sperimentale. Inoltre, nonostante la correlazione con le letture estensimetriche sia di precisione paragonabile per i due codici, Abaqus è stato in grado di prevedere con miglior precisione il numero di semionde costituenti la deformata e, a differenza di Nastran, è stato in grado di cogliere il suo variare al crescere del carico a causa dei fenomeni di snap through.. Conclusioni Le conclusioni salienti di questa esperienza possono essere dunque così sintetizzate: • Le previsioni di buckling lineare sono ragionevolmente precise solo nei casi in cui sia prevedibile che le interazioni di contatto siano trascurabili. • Il campo di deformazione post-buckling non è simulabile con precisione in zone prossime a quelle di applicazione delle reazione vincolari; ciò nonostante è possibile prevedere con buona precisione la rigidezza globale del pannello. • Le previsioni di cedimento sono in buon accordo con i risultati sperimentali, a patto però che possa essere individuato un sottocomponente “critico” (come le anime dei correnti nel nostro caso) il cui danneggiamento locale causa il cedimento dell’intero pannello. • Le previsioni ottenute con Abaqus sono globalmente più precise e lo svolgimento di analisi non lineari è più agevole che nel caso di Nastran

How ionic liquids can help to stabilize native proteins

The native state of a globular protein is essential for its biocatalytic function, but is marginally stable against unfolding. While unfolding equilibria are often reversible, folding intermediates and misfolds can promote irreversible protein aggregation into amorphous precipitates or highly ordered amyloid states. Addition of ionic liquids—low-melting organic salts—offers intriguing prospects for stabilizing native proteins and their enzymatic function against these deactivating reaction channels. The huge number of cations and anions that form ionic liquids allows fine-tuning of their solvent properties, which offers robust and efficient strategies for solvent optimization. Going beyond case-by-case studies, this article aims at discussing principles for a rational design of ionic liquid-based formulations in protein chemistry and biocatalysis

An explorative study towards the chemical synthesis of the immunoglobulin G1 Fc CH3 domain

Monoclonal antibodies, fusion proteins including the immunoglobulin fragment c (Ig Fc) CH2CH3 domains, and engineered antibodies are prominent representatives of an important class of drugs and drug candidates, which are referred to as biotherapeutics or biopharmaceuticals. These recombinant proteins are highly heterogeneous due to their glycosylation pattern. In addition, enzymeindependent reactions, like deamidation, dehydration, and oxidation of sensitive side chains, may contribute to their heterogeneity in a minor amount. To investigate the biological impact of a spontaneous chemical modification, especially if found to be recurrent in a biotherapeutic, it would be necessary to reproduce it in a homogeneous manner. Herein, we undertook an explorative study towards the chemical synthesis of the IgG1 Fc CH3 domain, which has been shown to undergo spontaneous changes like succinimide formation and methionine oxidation. We used Fmocsolidphase peptide synthesis (SPPS) and native chemical ligation (NCL) to test the accessibility of large fragments of the IgG1 Fc CH3 domain. In general, the incorporation of pseudoproline dipeptides improved the quality of the crude peptide precursors; however, sequences larger than 44 residues could not be achieved by standard stepwise elongation with FmocSPPS. In contrast, the application of NCL with cysteine residues, which were either native or introduced ad hoc, allowed the assembly of the Cterminal IgG1 Fc CH3 sequence 371 to 450. The syntheses reported here show advantages and limitations of the chemical approaches chosen for the preparation of the synthetic IgG1 Fc CH3 domain and will guide future plans towards the synthesis of both the native and selectively modified fulllength domain.(VLID)310652

Participation of Low Molecular Weight Electron Carriers in Oxidative Protein Folding

Oxidative protein folding is mediated by a proteinaceous electron relay system, in which the concerted action of protein disulfide isomerase and Ero1 delivers the electrons from thiol groups to the final acceptor. Oxygen appears to be the final oxidant in aerobic living organisms, although the existence of alternative electron acceptors, e.g. fumarate or nitrate, cannot be excluded. Whilst the protein components of the system are well-known, less attention has been turned to the role of low molecular weight electron carriers in the process. The function of ascorbate, tocopherol and vitamin K has been raised recently. In vitro and in vivo evidence suggests that these redox-active compounds can contribute to the functioning of oxidative folding. This review focuses on the participation of small molecular weight redox compounds in oxidative protein folding

The Journal of Biological Chemistry / Structural analyses of Arabidopsis thaliana legumain reveal differential recognition and processing of proteolysis and ligation substrates

Legumain is a dual-function proteasepeptide ligase whose activities are of great interest to researchers studying plant physiology and to biotechnological applications. However, the molecular mechanisms determining the specificities for proteolysis and ligation are unclear because structural information on the substrate recognition by a fully activated plant legumain is unavailable. Here, we present the X-ray structure of Arabidopsis thaliana legumain isoform (AtLEG) in complex with the covalent peptidic Ac-YVAD chloromethyl ketone (CMK) inhibitor targeting the catalytic cysteine. Mapping of the specificity pockets preceding the substrate-cleavage site explained the known substrate preference. The comparison of inhibited and free AtLEG structures disclosed a substrate-induced disorderorder transition with synergistic rearrangements in the substrate-recognition sites. Docking and in vitro studies with an AtLEG ligase substrate, sunflower trypsin inhibitor (SFTI), revealed a canonical, protease substratelike binding to the active sitebinding pockets preceding and following the cleavage site. We found the interaction of the second residue after the scissile bond, P2′S2′, to be critical for deciding on proteolysis versus cyclization. cis-trans-Isomerization of the cyclic peptide product triggered its release from the AtLEG active site and prevented inadvertent cleavage. The presented integrative mechanisms of proteolysis and ligation (transpeptidation) explain the interdependence of legumain and its preferred substrates and provide a rational framework for engineering optimized proteases, ligases, and substrates.W_01213M1901(VLID)266778

The recombinant inhibitor of DNA binding Id2 forms multimeric structures via the helix-loop-helix domain and the nuclear export signal

The inhibitor of DNA binding and cell differentiation 2 (Id2) is a helix-loop-helix (HLH) protein that acts as negative dominant regulator of basic-HLH transcription factors during development and in cancer. The structural properties of Id2 have been investigated so far by using synthetic or recombinant fragments reproducing single domains (N-terminus, HLH, C-terminus): the HLH domain tends to dimerize into a four-helix bundle, whereas the flanking regions are flexible. In this work, the intact protein was expressed in E. coli, solubilized from inclusion bodies with urea, purified and dissolved in water at pH4. Under these conditions, Id2 was obtained with both cysteine residues disulfide-bonded to -mercaptoethanol that was present during the solubilization process. Moreover, it existed in a self-assembled state, in which the N-terminus remained highly flexible, while the HLH domain and, surprisingly, part of the C-terminus, which corresponds to the nuclear export signal (NES), both were involved in slowly tumbling, rigid structures. The protein oligomers also formed twisted fibrils that were several micrometers long and up to 80 nm thick. These results show that self-assembly decreases the backbone flexibility of those two protein regions (HLH and NES) that are important for interaction with basic-HLH transcription factors or for nucleocytoplasmic shuttling.(VLID)253307

Combinatory cytotoxic effects produced by E1B-55kDa-deleted adenoviruses and chemotherapeutic agents are dependent on the agents in esophageal carcinoma

We examined possible combinatory antitumor effects of replication-competent type 5 adenoviruses (Ad) lacking E1B-55kDa molecules (Ad-delE1B55) and chemotherapeutic agents in nine human esophageal carcinoma cells. Ad-delE1B55 produced cytotoxic effects on all the carcinoma cells and the cytotoxicity is not directly linked with the p53 status of the tumors or with the infectivity to respective tumors. A combinatory treatment with Ad-delE1B55 and an anticancer agent, 5-fluorouracil (5-FU), mitomycin C or etoposide, produced greater cytotoxic effects than that with either the Ad or the agent. Administration of 5-FU could minimally inhibit the viral replication and a simultaneous treatment with the Ad and 5-FU achieved better cytotoxicity than sequential treatments. We also confirmed the antitumor effects by the combination of Ad-delE1B55 with 5-FU in vivo. Cisplatin, however, did not achieve the combinatory effects in most of the cells tested. These data indicate that the Ad-delE1B55 produce combinatory antitumor effects with a chemotherapeutic agent irrespective of the administration schedule, but the effects depend on an agent in esophageal carcinoma

Rapid selection of cyclic peptides that reduce alpha-synuclein toxicity in yeast and animal models

Phage display has demonstrated the utility of cyclic peptides as general protein ligands but cannot access proteins inside eukaryotic cells. Expanding a new chemical genetics tool, we describe the first expressed library of head-to-tail cyclic peptides in yeast (Saccharomyces cerevisiae). We applied the library to selections in a yeast model of alpha-synuclein toxicity that recapitulates much of the cellular pathology of Parkinson's disease. From a pool of 5 million transformants, we isolated two related cyclic peptide constructs that specifically reduced the toxicity of human alpha-synuclein. These expressed cyclic peptide constructs also prevented dopaminergic neuron loss in an established Caenorhabditis elegans Parkinson's model. This work highlights the speed and efficiency of using libraries of expressed cyclic peptides for forward chemical genetics in cellular models of human disease