Spherical Harmonics on constitutive equations for biological cells

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019.Desenvolvem-se e avaliam-se neste trabalho modelos constitutivos não-lineares incluindo o estudo de grandes deformações com o objetivo de modelar células biológicas representadas por elementos de cascas finas. É utilizada como ponto de partida a formulação clássica de elementos de cascas finas, considerando as hipóteses de Kirchhoff que apresentam como mais importante característica a redução dimensional. Esta é atingida derivando tensões 2D como médias das tensões 3D pela integração direta sob a espessura da casca. Para a definição da deformação do continuo é utilizada uma descrição Lagrangiana. As células biológicas não podem ser modeladas de forma correta utilizando modelos constitutivos lineares. Especificamente no estudo dos glóbulos vermelhos devem ser considerados: o comportamento elástico não linear e o aporte da viscosidade da parede da célula. Consequentemente, neste trabalho, modelos hiperelasticos são implementados junto ao modelo de Kelvin-Voigth para obter um modelo viscoelástico. Na implementação computacional Funções de Esféricos Harmônicos são utilizadas para sintetizar as principais variáveis, esforços e deslocamentos. Isto se deve a que a geometria dos glóbulos vermelhos pode ser descrita de forma simples utilizando coordenadas esféricas. Resultando numa implementação de baixo custo computacional que consegue lidar com altas não linearidades. Este trabalho apresenta uma formulação de um método indireto pois consiste no cálculo de coeficientes da expansão de Esféricos Harmônicos, sendo que estes coeficientes não têm sentido físico. É importante mencionar que o projeto se encontra num estágio inicial e não foi encontrado na literatura uma aplicação utilizando teoria de cascas, Harmônicos Esféricos junto com modelos constitutivos lidando com grandes deformações. Finalmente o método é validado e estudado suas possíveis aplicações.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In this work, constitutive models are developed and evaluated with the aim of modeling biological cells represented by thin shell elements in a second-order analysis. The classical formulation of thin shell elements is used while considering dimensional reduction, which is the main feature of the Kirchhoff hypotheses. This reduction is achieved by deriving two-dimensional stresses as averages of the true three-dimensional stresses by means of direct integration through the shell thickness. A Lagrangian description is used to define the deformation of the continuum. Biological cells cannot be correctly modeled using linear constitutive relations. Specifically, in the study of red blood cells, one should consider both their nonlinear elastic behavior and the contribution of the cell wall viscosity. Consequently, hyperelastic constitutive equations are implemented using the Kelvin-Voigt approach to obtain a viscoelastic model. In the computational implementation, spherical harmonic functions are used to synthesize the main variables, resultant forces and displacements since the geometry of red blood cells can be simply described using spherical coordinates. As a result, a low-cost computational implementation for highly nonlinear analyses is obtained. This work presents a formulation of an indirect method since consists on the calculation of the expansion coefficients of a Spherical Harmonic Analysis, these coefficients have no physical meaning. It is important to mention that this work is part of a project that is at an early stage. In the literature no application was found using shell theory, Spherical Harmonics with constitutive models dealing with large deformations. Finally, the method is validated and its possible applications are discussed

Uso del método de integración closest point projection method en análisis elastoplásticos con endurecimiento cinemático

El objetivo de este trabajo es la implementación del método de integración Closest Point Projection Method, CPPM, bajo una cinemática de deformaciones infinitesimales. Se considera un material con propiedades elásticas constantes, se emplea el criterio de fluencia de von Mises y una regla asociativa de flujo para describir el comportamiento tensión - deformación del material. Es utilizada una ley de endurecimiento cinemático no lineal para definir la evolución de las deformaciones plásticas. Son presentados resultados numéricos para el cálculo incremental de las tensiones y de las variables internas, y son validados con resultados existentes en la literatura

Monitorización y seguimiento del esfuerzo realizado por los estudiantes y de su asistencia a actividades presenciales

Este artículo documenta el planteamiento, la metodología y los primeros resultados de un plan de monitorización detallada del esfuerzo y de asistencia a actividades presenciales por parte de los estudiantes de las titulaciones ofertadas por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales de la Universidad Politécnica de Madrid durante el segundo cuatrimestre del curso 2011-2012. Se ha establecido un sistema mecánico de recogida de datos de esfuerzo por parte de los estudiantes utilizando una hoja tipo test especialmente configurada al efecto. Se pasa una hoja en todas y cada una de las actividades presenciales realizadas y en la hoja se solicita información sobre el trabajo "fuera de clase". Se documenta en este artículo cómo se ha estructurado esa hoja, qué tipo de datos se recogen, cómo se tratan mediante una base de datos creada al efecto, qué tipo de análisis se puede realizar y qué resultados preliminares obtenemos de dichos análisis

Clonal chromosomal mosaicism and loss of chromosome Y in elderly men increase vulnerability for SARS-CoV-2

The pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2, COVID-19) had an estimated overall case fatality ratio of 1.38% (pre-vaccination), being 53% higher in males and increasing exponentially with age. Among 9578 individuals diagnosed with COVID-19 in the SCOURGE study, we found 133 cases (1.42%) with detectable clonal mosaicism for chromosome alterations (mCA) and 226 males (5.08%) with acquired loss of chromosome Y (LOY). Individuals with clonal mosaic events (mCA and/or LOY) showed a 54% increase in the risk of COVID-19 lethality. LOY is associated with transcriptomic biomarkers of immune dysfunction, pro-coagulation activity and cardiovascular risk. Interferon-induced genes involved in the initial immune response to SARS-CoV-2 are also down-regulated in LOY. Thus, mCA and LOY underlie at least part of the sex-biased severity and mortality of COVID-19 in aging patients. Given its potential therapeutic and prognostic relevance, evaluation of clonal mosaicism should be implemented as biomarker of COVID-19 severity in elderly people. Among 9578 individuals diagnosed with COVID-19 in the SCOURGE study, individuals with clonal mosaic events (clonal mosaicism for chromosome alterations and/or loss of chromosome Y) showed an increased risk of COVID-19 lethality

Elastoplastic analysis of metal structures using the concept of plastic hinges an the radial return algorithm

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014.O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento e implementação de uma rotina de aplicação prática para uma análise elastoplástica de primeira ordem (pequenas deformações e pequenos deslocamentos), baseada nos conceitos de algoritmo de retorno radial, preditor/corretor e o conceito de rótulas plásticas. Espera-se obter uma ferramenta numérica precisa e computacionalmente econômica para a solução de diferentes tipos de estruturas metálicas. Para a análise limite, é utilizada uma superfície de escoamento assumida como uma função convexa e contínua das forças, agindo na seção transversal da estrutura. Para a solução das equações de equilíbrio, é utilizado um método iterativo baseado no método de Newton-Raphson combinado com o método de comprimento de arco. É introduzido o endurecimento isotrópico no regime plástico. As deformações plásticas são regidas pelo princípio da normalidade e são restritas aos extremos dos elementos. Os extremos dos elementos podem mudar bruscamente do estado elástico ao estado plástico. A matriz modular tangente consistente é determinada e aplicada sendo essencial para obter precisão e convergência. Finalmente, diferentes exemplos numéricos são estudados para avaliar a eficiência e aplicabilidade dos métodos empregados. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe objective of this work is the development and implementation of a routine of practical application for a first order elastoplastic analysis (small strains and small displacements). Based on the concepts of radial return algorithm, predictor / corrector and the concept of plastic hinge. It is expected to obtain a numerical tool accurate and computationally economical for the solution of different metal structural typologies. For the limit analysis is used a yield surface assumed as a convex and continuous function of the forces acting at the cross section of the structure and therefore, for the solution of the equilibrium equations is used an iterative method based on the Newton-Raphson method combined whit the arc length method. Isotropic hardening in the plastic regime is introduced. The plastic deformations are governed by the principle of normality and are restricted to the extremes of the elements. The extremes of the elements can change abruptly from elastic to plastic state. Consistent modular tangent matrix is determined and applied since it is essential for the accuracy and convergence. Finally, different numerical examples are studied to evaluate the efficiency and applicability of the methods employed

LAJ2D - ROTINA DE DETALHAMENTO DE LAJES NO AMBIENTE AUTOCAD

A presente pesquisa apresenta uma rotina de cálculo programada em linguagem AutoLISP, elaborada para dimensionar e detalhar, dentro do ambiente AutoCAD, lajes maciças retangulares em concreto armado utilizando os critérios de normas vigentes. Para tal fim utilizou-se a linguagem de programação AutoLISP para o desenvolvimento da rotina. Essa rotina permite o cálculo e detalhamento de uma determinada laje, com base nas informações introduzidas pelo usuário, controlando as flechas e verificando os esforços solicitantes, que são realizados de acordo com as normas brasileiras atualizadas. A partir dessas informações, a rotina realiza o detalhamento das barras de aço usadas no dimensionamento e, além disto, cria uma tabela resumo com a quantidade de aço usado. Para testar a funcionalidade da rotina, três lajes de diferentes dimensões e propriedades foram calculadas, primeiramente utilizando a rotina de cálculo desenvolvida e posteriormente usando um software de elementos finitos, buscando validar a rotina desenvolvida. Por fim, os resultados encontrados com o dimensionamento das lajes por meio da rotina criada, mostraram uma boa concordância com os resultados obtidos com elementos finitos. Assim, a rotina criada mostrou-se capaz de proporcionar uma economia de tempo tanto para a realização dos cálculos quanto para o detalhamento de lajes em projetos estruturais

Geodivulgar: Geología y Sociedad

Memoria final del Proyecto Innova Docencia 2023-23 nº 58. GEODIVULGAR: Geología y SociedadUCMDepto. de Geodinámica, Estratigrafía y PaleontologíaFac. de Ciencias GeológicasFALSEsubmitte