A Discrete-to-Continuum Model of Weakly Interacting Incommensurate Two-Dimensional Lattices: The hexagonal case

In this paper, we extend the discrete-to-continuum procedure we developed in our previous work to derive a continuum variational model for a hexagonal twisted bilayer material in which one layer is fixed. We use a discrete energy containing elastic terms and a weak interaction term that could utilize either a Lennard-Jones potential or a Kolmogorov-Crespi potential. To validate our modeling, we perform numerical simulations to compare the predictions of the original discrete model and the proposed continuum model, which also show an agreement with experimental findings for, e.g., twisted bilayer graphene.Comment: 33 pages, 16 figures. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1708.0097

Quasi-Homogeneous Backward-Wave Plasmonic Structures: Theory and Accurate Simulation

Backward waves and negative refraction are shown to exist in plasmonic crystals whose lattice cell size is a very small fraction of the vacuum wavelength (less than 1/40th in an illustrative example). Such ``quasi-homogeneity'' is important, in particular, for high-resolution imaging. Real and complex Bloch bands are computed using the recently developed finite-difference calculus of ``Flexible Local Approximation MEthods'' (FLAME) that produces linear eigenproblems, as opposed to quadratic or nonlinear ones typical for other techniques. FLAME dramatically improves the accuracy by incorporating local analytical approximations of the solution into the numerical scheme.Comment: 4 pages, 3 figure

Stability analysis of flow of active extensile fibers in confined domains

In this article, we study shear flow of active extensile filaments confined in a narrow channel. They behave as nematic liquid crystals that we assumed are governed by the Ericksen-Leslie equations of balance of linear and angular momentum. The addition of an activity source term in the Leslie stress captures the role of the biofuel prompting the dynamics. The dimensionless form of the governing system includes the Ericksen, activity, and Reynolds numbers together with the aspect ratio of the channel as the main driving parameters affecting the stability of the system. The active system that guides our analysis is composed of microtubules concentrated in bundles, hundreds of microns long, placed in a narrow channel domain, of aspect ratios in the range between 10(-2) and 10(-3) dimensionless units, which are able to align due to the combination of adenosine triphosphate-supplied energy and confinement effects. Specifically, this work aims at studying the role of confinement on the behavior of active matter. It is experimentally observed that, at an appropriately low activity and channel width, the active flow is laminar, with the linear velocity profile and the angle of alignment analogous to those in passive shear, developing defects and becoming chaotic, at a large activity and a channel aspect ratio. The present work addresses the laminar regime, where defect formation does not play a role. We perform a normal mode stability analysis of the base shear flow. A comprehensive description of the stability properties is obtained in terms of the driving parameters of the system. Our main finding, in addition to the geometry and magnitude of the flow profiles, and also consistent with the experimental observations, is that the transition to instability of the uniformly aligned shear flow occurs at a threshold value of the activity parameter, with the transition also being affected by the channel aspect ratio. The role of the parameters on the vorticity and angular profiles of the perturbing flow is also analyzed and found to agree with the experimentally observed transition to turbulent regimes. A spectral method based on Chebyshev polynomials is used to solve the generalized eigenvalue problems arising in the stability analysis

Разработка технологии доизвлечения запасов калийной руды из ранее отработанных панелей на глубинах свыше 600 метров Старобинского месторождения калийных солей

Studied the possibility to extend the life of the Production Unit no. 3 mine of JSC “Belaruskali” through the additional extraction of sylvinite ore reserves left in the previously mined panels of the mine field of the 3rd potash level. It was determined, that during the period from 1971 to 1980 a considerable part of the southern direction of the mine field on the area of more than 5,3 million m2 was mined by the roadways on the layers 2, 2–3, 3 without the mining of the 4th sylvinite layer. The volume of the leftover reserves of minerals in the mined panels makes more than 22 million tons. There is direct access to these panels from the main southern gates. As a study result of geological structure of the mined panels it was determined that under the influence of rock pressure the undermined sylvinite layer no. 4 took the form of a wave-shaped seam with the capacity of about 1 meter which rests on compressed inter-chamber pillars and on compressed rocks of layers 2, 2–3, 3 of destroyed inter-roadway pillars, which fills the space of the roadways. Such geological structure of the seam enables to extract minerals using the technology of selective layer mining by successive top and bottom faces. As a study result of the stability of the mine workings performed along the roadways and inter-chamber pillars under conditions of different roof positioning, it was determined that during the preparation of the faces the most advantageous locations for development workings are the areas previously mined by the room and pillar mining system. In this case, the highest stability of mine workings located in the stopes of the room and pillar mining system will be provided by their roofing location with cut of 0.15 m of the 4th sylvinite layer. When this occurs, their predicted life without repair, even without the use of special protection methods, would be between 3.5 and 8 years. Based on the results of the study, a conclusion was made on the technical possibility and economic feasibility of additional extraction of sylvinite ore reserves left in the western panels of the southern direction of the mine field of the 3rd potash level of the Production Unit no. 3 mine, finished over 40 years ago by the room and pillar mining system using selective layer mining technology by the longwall faces. With minimal capital, organizational and technical expenditures, the extraction of these reserves will allow the company to produce additionally 5.5 million tons of potash fertilizers.Изучена возможность продления срока службы рудника Третьего рудоуправления ОАО «Беларуськалий» за счет доизвлечения запасов сильвинитовой руды, оставленных на глубинах свыше 600 м в отработанных ранее панелях шахтного поля Третьего калийного горизонта Старобинского месторождения калийных солей. Установлено, что в период с 1971 по 1980 г. значительная часть южного направления шахтного поля на площади более 5.3 млн м2 была отработана очистными ходами по слоям 2, 2–3, 3 без выемки 4-го сильвинитового слоя. Объем оставленных запасов полезного ископаемого в отработанных панелях составляет более 22 млн т. При этом имеется прямой доступ к этим панелям со стороны главных южных штреков. В результате изучения геологического строения отработанных панелей установлено, что под воздействием горного давления, подработанный 4-й сильвинитовый слой принял вид пласта волнообразного профиля, мощностью около 1 м, который покоится на сдавленных межкамерных целиках и на уплотненных породах слоев 2, 2–3, 3 разрушенных межходовых целиков, заполнивших пространство очистных ходов. Такое геологическое строение пласта делает возможным извлечение полезного ископаемого с применением технологии слоевой селективной выемки последовательно верхней и нижней лавами. В результате изучения устойчивости выработок, пройденных по очистным ходам и межкамерным целикам, в условиях разной привязки кровли установлено, что при подготовке очистных лав наиболее рациональными местами заложения подготовительных выработок являются участки ранее отработанные камерной системой, при этом наиболее высокую устойчивость выработок при расположении в очистных блоках камерной системы обеспечит привязка их кровли с прирезкой 0,15 м 4-го сильвинитового слоя. В этом случае их прогнозируемый безремонтный срок службы, даже без применения специальных способов охраны, составит от 3,5 до 8 лет. На основании результатов исследования сделан вывод о технической возможности и экономической целесообразности доизвлечения запасов сильвинитовой руды, оставленных в западных панелях южного направления шахтного поля Третьего калийного горизонта рудника Третьего рудоуправления, отработанных более 40 лет назад камерной системой разработки с использованием технологии слоевой селективной выемки пласта очистными лавами. При минимальных капитальных и организационно-технических затратах извлечение указанных запасов полезного ископаемого позволит предприятию выпустить дополнительно около 5,5 млн т калийных удобрений

Controlling a resonant transmission across the δ′\delta'-potential: the inverse problem

Recently, the non-zero transmission of a quantum particle through the one-dimensional singular potential given in the form of the derivative of Dirac's delta function, $\lambda \delta'(x)$, with $\lambda \in \R$, being a potential strength constant, has been discussed by several authors. The transmission occurs at certain discrete values of $\lambda$ forming a resonance set ${\lambda_n}_{n=1}^\infty$. For $\lambda \notin {\lambda_n}_{n=1}^\infty$ this potential has been shown to be a perfectly reflecting wall. However, this resonant transmission takes place only in the case when the regularization of the distribution $\delta'(x)$ is constructed in a specific way. Otherwise, the $\delta'$-potential is fully non-transparent. Moreover, when the transmission is non-zero, the structure of a resonant set depends on a regularizing sequence $\Delta'_\varepsilon(x)$ that tends to $\delta'(x)$ in the sense of distributions as $\varepsilon \to 0$. Therefore, from a practical point of view, it would be interesting to have an inverse solution, i.e. for a given $\bar{\lambda} \in \R$ to construct such a regularizing sequence $\Delta'_\varepsilon(x)$ that the $\delta'$-potential at this value is transparent. If such a procedure is possible, then this value $\bar{\lambda}$ has to belong to a corresponding resonance set. The present paper is devoted to solving this problem and, as a result, the family of regularizing sequences is constructed by tuning adjustable parameters in the equations that provide a resonance transmission across the $\delta'$-potential.Comment: 21 pages, 4 figures. Corrections to the published version added; http://iopscience.iop.org/1751-8121/44/37/37530

Автоматизированный контроль физиологических параметров человека во время нахождения в виртуальной реальности

A study was conducted on the control of a person’s pulse in the normal state and while in virtual reality. It has been established that a person’s pulse can increase significantly when he is in virtual reality. In this case, there may be various stressful situations, during which the pulse sharply quickens several times. In the process of research, a person’s pulse was predicted based on several machine learning models, which made it possible to predict a person’s condition in the near future and coordinate a series of actions to prevent risks. The most suitable models were linear regression and SSA, which showed the most accurate and plausible results. By monitoring the human heart rate in virtual reality, virtual reality scenes can be classified according to the degree of their effect on the human body. This allows to take into account people with various chronic diseases and to limit their access to scenes that are contraindicated for them. The result of the research was a software package that allows to continuously collectheart beat rate data while in virtual reality from a Bluetooth Low Energy device.Проведено исследование по контролю пульса человека в обычном состоянии и во время нахождения в виртуальной реальности. Установлено, что пульс человека может значительно учащаться, когда он находится в виртуальной реальности. При этом могут существовать различные стрессовые ситуации, во время которых пульс резко учащается в несколько раз. В процессе исследований был спрогнозирован пульс человека на основе нескольких моделей машинного обучения, что позволило предсказать состояние человека в ближайшее время и скоординировать ряд действий по предотвращению рисков. Наиболее подходящими моделями оказались линейная регрессия и SSA, которые показали самые точные и правдоподобные результаты. Благодаря контролю частоты сердечных сокращений человека в виртуальной реальности можно классифицировать сцены виртуальной реальности по степени их влияния на организм человека. Это позволяет учесть людей с различными хроническими заболеваниями и не предоставлять им допуск к сценам, которые им противопоказаны. Результатом исследований является программный комплекс, позволяющий непрерывно собирать показатели частоты сердечных сокращений во время нахождения в виртуальной реальности с устройства Bluetooth Low Energy

Обоснование возможности выемки оставленных запасов Третьего калийного горизонта Старобинского месторождения, отработанных камерной системой

A technique has been developed of justification of possibility and expediency of extraction of the reserves left, which were mined more than 40 years ago by chamber system with maintenance in a safe condition of underground mining constructions. The methodology includes the identification by studying the geological and mine surveying documentation of districts with reserves in the mine fields; calculation of volumes and quality indicators of reserves left at these areas; assessment of a condition of mine workings that have direct access to the reserves concerned, and the possibility of their re-use, as well as the possibility of new development workings and ensuring their sustainability and maintenance in a safe condition; establishing the features of geomechanical processes in the rock mass and the presence of dangerous violations in the worked-out zone, the degree of the violation and the nature of the deformation of rigid and pliable pillars in the extraction chambers, including the use of specially conducted  mine openings; development of technological schemes for safety extraction of abandoned minerals. With the use of this technique for the first time the technological opportunities and economic feasibility of mining minerals from the treatment units of the First and Second Mines of JSC Belaruskali, worked out more than 40 years ago, has been estimated. The possibility of excavating abandoned reserves in the sylvinite layer 4 and layers 2, 2–3, 3 in inter-chamber pillars in areas previously worked out by the chamber system with total volumes of more than 57 million tons is shown. The results of surveys of the state of capital and development workings are given, according to which for the re-mining of most of the worked-out blocks, new capital and development workings will be required. The results of visual examinations of panel and block drifts, their conjugations with treatment passages, as well as the state and degree of violation of inter-passage and inter-chamber pillars in the treatment chambers are described. Possible methods for re-mining the reserves of the Third potash horizon with treatment longwalls and a chamber system are proposed, which are distinguished by high technical and economic efficiency and mining safety.Разработана методика обоснования возможности и целесообразности выемки оставленных запасов, отработанных более 40 лет назад камерной системой, с поддержанием в безопасном состоянии подземных горнотехнических сооружений. Методика включает выявление путем изучения геолого-маркшейдерской документации участков с оставленными запасами в пределах шахтных полей; расчет объемов и качественных показателей оставленных запасов на этих участках; определение состояния выработок, имеющих непосредственный доступ к рассматриваемым запасам, и возможности их повторного использования, а также возможности проведения новых подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости и поддержания в безопасном состоянии; установление особенностей геомеханических процессов в породном массиве и наличия опасных нарушений в зоне выработанного пространства, степени нарушенности и характера деформирования жестких и податливых целиков в очистных камерах, в том числе с использованием специально проведенных вскрывающих исследовательских выработок; разработку технологических схем безопасной отработки оставленных запасов. С использованием этой методики впервые выполнено обоснование технологической возможности и экономической целесообразности выемки полезного ископаемого из отработанных более 40 лет назад очистных блоков Первого и Второго рудников ОАО «Беларуськалий». Показана возможность выемки оставленных запасов в 4-м сильвинитовом слое и слоях 2, 2–3, 3 в междукамерных целиках на участках, отработанных ранее камерной системой, с общим объемом более 57 млн т. Приводятся результаты обследований состояния капитальных и подготовительных выработок в местах возможного доступа на эти участки, согласно которым для повторной отработки большинства отработанных блоков потребуется проведение новых капитальных и подготовительных выработок. Описываются результаты визуальных обследований панельных и блоковых штреков, их сопряжений с очистными ходами, а также состояния и степени нарушенности междуходовых и междукамерных целиков в очистных камерах. Предложены возможные способы повторной отработки оставленных запасов Третьего калийного горизонта очистными лавами и камерной системой, отличающиеся высокой технико-экономической эффективностью и безопасностью ведения горных работ

Технология устройства ледопородного ограждения при проходке шахтных стволов на примере объектов Петриковского ГОКа

Scientific-technical aspects of technology of use of the ice wall when shaft sinking in water-bearing rocks, using an example of objects under construction of the Petrikov mining and processing plant, are studied. The algorithm of process of freezing of the mountain massif is described. The method is developed of calculation of the main parameters of the ice barrier, based on classical scientific concepts in the field of geotechnology, geomechanics and mountain thermal physics, containing modified formulas of thickness and time of the ice wall formation. The high efficiency of the developed technique is confirmed by the results of the successful use of the obtained numerical values of the parameters of the fence in the implementation of the project of sinking shafts. It is shown the possibility of choosing a method of defrosting frozen rocks, based on the analysis of a real three-dimensional model of the ice barrier. The most important criterion for this choice is the uniformity of the thickness of the ice barrier along the circumference of the vertical cylinder. The conclusion is made about the high scientific and practical competence of Belarusian mine builders – scientists and specialists. The country has developed a reliable system of scientific and technical support for the technology of sinking vertical mine shafts using temporary ice fences. Effective methods of preliminary geological studies, calculation of parameters of ice-rock fences and freezing equipment, selection of technology of work have been created. The necessary material and technical base for fast and high-quality performance of all complex of works on a construction of mine trunks in the special way is created.Изучены научно-технические аспекты технологии использования ледопородного ограждения при проходке шахтных стволов в водоносных горных породах на примере объектов строящегося Петриковского ГОКа. Описан алгоритм процесса замораживания горного массива. Разработана методика расчета основных параметров ледопородного ограждения, основанная на классических научных представлениях в области геотехнологии, геомеханики и горной теплофизики, содержащая модифицированные формулы толщины и времени образования ледопородной стенки. Высокая эффективность разработанной методики подтверждается результатами успешного использования полученных численных значений параметров ограждения при реализации проекта проходки стволов. Показана возможность выбора способа размораживания мерзлых пород на основе анализа реальной трехмерной модели ледопородного ограждения. Важнейшим критерием такого выбора является равномерность толщины ледопородного ограждения по окружности вертикального ствола. Сделан вывод о достигнутой высокой научной и практической компетенции белорусских шахтостроителей – ученых и специалистов. В стране разработана надежная система научно-технического обеспечения технологии проходки вертикальных шахтных стволов с использованием временных ледопородных ограждений. Созданы эффективные методики проведения предварительных геологических исследований, расчета параметров ледопородных ограждений и замораживающего оборудования, выбора технологии проведения работ. Сформирована необходимая материально-техническая база для быстрого и качественного выполнения всего комплекса работ по сооружению шахтных стволов специальным способом

Access to Water Source, Latrine Facilities and Other Risk Factors of Active Trachoma in Ankober, Ethiopia

Objective: This study aims to determine the prevalence and correlates of active trachoma in Ankober, Ethiopia. Methods: A cross-sectional community-based study was conducted during July 2007. A total of 507 children (ages 1–9 years), from 232 households were included in the study. All children were examined for trachoma by ophthalmic nurses using the WHO simplified clinical grading system. Interviews and observations were used to assess risk factors. Logistic regression procedures were used to determine associations between potential risk factors and signs of active trachoma. Results: Overall, the prevalence of active trachoma was found to be 53.9 % (95%CI 49.6%–58.2%). Presence of fly-eye (fly contact with the eyelid margin during eye examination) (Odds Ratio (OR) = 4.03 95 % CI 1.40–11.59), absence of facial cleanliness (OR = 7.59; 95%CI 4.60–12.52), an illiterate mother (OR = 5.88; 95%CI 2.10–15.95), lack of access to piped water (OR = 2.19; 95%CI 1.14–6.08), and lack of access to latrine facilities (OR = 4.36; 95%CI 1.49–12.74) were statistically significantly associated with increased risk of active trachoma. Conclusion: Active trachoma among children 1–9 years of age in Ankober is highly prevalent and significantly associated with a number of risk factors including access to water and latrine facilities. Trachoma prevention programs that include improved access to water and sanitation, active fly control, and hygiene education are recommended to lower the burde