Self-organization of developing embryo using scale-invariant approach

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Self-organization is a fundamental feature of living organisms at all hierarchical levels from molecule to organ. It has also been documented in developing embryos.</p> <p>Methods</p> <p>In this study, a scale-invariant power law (SIPL) method has been used to study self-organization in developing embryos. The SIPL coefficient was calculated using a centro-axial skew symmetrical matrix (CSSM) generated by entering the components of the Cartesian coordinates; for each component, one CSSM was generated. A basic square matrix (BSM) was constructed and the determinant was calculated in order to estimate the SIPL coefficient. This was applied to developing <it>C. elegans </it>during early stages of embryogenesis. The power law property of the method was evaluated using the straight line and Koch curve and the results were consistent with fractal dimensions (fd). Diffusion-limited aggregation (DLA) was used to validate the SIPL method.</p> <p>Results and conclusion</p> <p>The fractal dimensions of both the straight line and Koch curve showed consistency with the SIPL coefficients, which indicated the power law behavior of the SIPL method. The results showed that the ABp sublineage had a higher SIPL coefficient than EMS, indicating that ABp is more organized than EMS. The fd determined using DLA was higher in ABp than in EMS and its value was consistent with type 1 cluster formation, while that in EMS was consistent with type 2.</p

Earth hydroengineering structures and their subsoil in pressured filtration conditions

Bezpieczeństwo ziemnych budowli hydrotechnicznych stwarza potrzebę ustalenia rzeczywistych warunków filtracji towarzyszących tym obiektom. Uzyskane wyniki komputerowych obliczeń parametrów filtracji oraz badań porównawczych na modelu gruntowym, pozwoliły na ustalenie relacji pomiędzy wielkościami hydrodynamicznymi filtracji naporowej przestrzennej i płaskiej, określonymi na tych samych modelach warunków hydrogeologicznych. Relacje te pozwalają na urealnienie wartości hydrodynamicznych filtracji określonych na modelach płaskich, poprzez uwzględnienie w najistotniejszych obszarach, rzeczywistego przestrzennego charakteru filtracji.For the assurance stability of the ground hydroengineering buildings (structures),it is indispensable to base real filtration conditions of these objects. On the base of computer results of calculation filtrations parameters, and comparative reserches on the phisical model, has been consolidated relations beetwen spatial and flat hydrodynamic pressured filtration, determined under the same hydrogeologic conditions. These relations let to consolidate the real value of hydrodinamic filtrations made on flat models, by passing over in the most important areas, real spatial character of filtration

Analysis of stresses, cod and energy released rate G for symmetrically branching cracks

W pracy analizowano pola naprężeń i względne przemieszczenia brzegów niewielkich symetrycznych pęknięć powstałych w wierzchołku płaskiej szczeliny pod pewnym kątem do jej płaszczyzny. Zaproponowano analityczno-numeryczną metodę wyznaczania uogólnionej wartości współczynnika uwalniania energii G. Dla płaskiego i antypłaskiego stanu odkształcenia wyznaczono względne przemieszczenia brzegów odgałęzionych szczelin w zależności od kierunku nachylenia odgałęzionego pęknięcia i rodzaju obciążenia zewnętrznego. W obliczeniach wykorzystano metodę elementów skończonych MES. Względne rozwarcie brzegów odgałęzień szczeliny opisano odpowiednimi funkcjami uwzględniającymi charakter osobliwości pola naprężeń w okolicy wierzchołkowej umożliwiającymi obliczenie współczynników G.Mutual interactions between two neighboring singular stress fields for symmetrically branching cracks are analyzed. Using the finite element method and ANSYS program, relative crack opening displacements and range of validity of the singular stress fields have been obtained. Some special functions were chosen for describing crack face opening and calculating the ener- gy release rate G and its particular components. Numerical results made it possible to explain the influence and applicability of stress intensity factors for such cracks and show qualitatively additional effects and cracking conditions around the crack tip for plane and anti-plane crack problems

Influence of Ślęza river on groundwater level in the area of a new cemetery planned in Wrocław

We Wrocławiu, w rejonie pomiędzy rzeką Ślęzą a ul. Awicenny, przewidziano lokalizację nowego cmentarza komunalnego. W związku ze zmianą zagospodarowania terenu z rolniczego na budowlany zaistniała potrzeba zbadania wpływu zmiennych stanów wody w rz. Ślęza na poziomy zalegania wód podziemnych w badanym obszarze. W pracy przedstawiono wyniki badań modelowych z wykorzystaniem modelu matematycznego przepływu wód w strefie pełnego nasycenia. Wykonano obliczenia dla stanów niskiej i średniej wody w Ślęzie oraz dla okresowych piętrzeń dla wody 1%-wej i brzegowej. Badano także wpływ zwiększonego zasilania infiltracyjnego ze strefy aeracji. Analiza wyników numerycznych pozwoliła stwierdzić, że dla stanów niskich wód podziemnych w szeregu kwaterach projektowanego cmentarza nie jest zapewniona odpowiednia głębokość zalegania wód podziemnych. Stwierdzono także, że okresowe podwyższenie wód rz. Ślęzy skutkuje niewielkim, wynoszącym 0,10-0,20 m, podniesieniem zwierciadła wód gruntowych. W podsumowaniu stwierdzono, że nowa inwestycja wymaga wykonania trwałego systemu obniżającego rzędne wód gruntowych na terenie całego cmentarza.Localization of a new municipal cemetery in the area between the Ślęza river and the Awicenny street in Wrocław was planned. Because of the change in the land usage from agricultural to a municipal, it was necessary to investigate influence of unstable water level of Ślęza river on the ground water levels occurring in the analyzed area. The paper presents the results of model researches, which used a mathematical model of water flow in the totally saturated zone. Calculations were done for high and middle water level in Ślęza river as well as for periodic water damming up (of 1% probability) - and shore waters. Also the influence of increased infiltrating water flow from the aeration zone was studied. The numerical results analysis led to the conclusion, that for low groundwater level, in some quarters of the planned cemetery, the appropriate groundwater level is not assured. It was also found, that the periodic increase of a water level of Ślęza river results in a small, 0.10-0.20 m, elevation of the water table. In the recapitulation it was stated, that the new investment requires a permanent groundwater lowering system on the terrain of the cemetery

Analysis of stresses, cod and energy released rate g for branching cracks

W pracy analizowano pola naprężeń i względne przemieszczenia brzegów niewielkiego pęknięcia powstałego w wierzchołku płaskiej szczeliny pod pewnym kątem do jej płaszczyzny. Wykorzystując metodę elementów skończonych MES zbadano charakter, zasięg oraz wzajemne oddziaływanie sąsiadujących osobliwych pól naprężeń – w okolicy wierzchołkowej odgałęzienia i w ostrym narożu. Dla płaskiego i antypłaskiego stanu odkształcenia określono ilościowe i jakościowe różnice tych oddziaływań w zależności od kierunku nachylenia odgałęzionego pęknięcia i rodzaju obciążenia zewnętrznego. Względne rozwarcie brzegów odgałęzionej szczeliny opisano odpowiednimi funkcjami uwzględniającymi charakter obu osobliwości oraz porównano kształty rozwarcia z przybliżonym rozwiązaniem wynikającym z lokalnych wartości współczynników intensywności naprężeń. Zaproponowano analityczno-numeryczną metodę wyznaczania uogólnionej warto- ści współczynnika uwalniania energii G w takich przypadkach.Mutual interactions between two neighboring singular stress fields for branching cracks are analyzed. Using the finite element method and ANSYS program, relative crack opening and range of validity of the singular stress fields have been obtained. Some special functions were chosen for describing crack face opening, including two different singular stress field exponents. Numerical results make it possible to explain the influence and applicability of stress intensity factors for such cracks and show qualitatively additional effects and cracking conditions around the crack tip for plane and anti-plane crack problems

Estimation of clogging processes in the bottom of Szałe reservoir

W pracy badano przebieg procesu kolmatacji dna zbiornika retencyjnego w Szałem. Na podstawie wieloletnich pomiarów wielkości odpływu drenarskiego określono dynamikę procesu, a prędkość zmniejszania się współczynnika filtracji warstw wodonośnych, zalegających pod dnem zbiornika, opisano funkcją eksponencjalną z parametrami wyznaczonymi z wykorzystaniem danych pomiarowych przepływu wód infiltrujących przez korpus i podłoże zapory ziemnej zbiornika w Kobylej Górze, jako analoga zbiornika w Szałem. Przeprowadzono symulację przepływów przez zaporę w Szałem, od początku piętrzenia wody, z uwzględnieniem zmniejszającej się w czasie eksploatacji zbiornika przepuszczalności dna czaszy. Obliczenia przeprowadzono z wykorzystaniem dwuwymiarowego modelu przepływu w pionowym przekroju przez warstwę wodonośną. Wykazano, że w pierwszym okresie po piętrzeniu, przez ok. 5 miesięcy, powierzchnia swobodnego zwierciadła wody gruntowej podnosiła się, przepływy przez warstwę wodonośną wzrastały, a następnie przez ok. 15 lat procesu kolmatacji dna, przepływy przez warstwę sukcesywnie malały, powierzchnia swobodna obniżała się i po tym okresie ustabilizowała się na poziomie obserwowanym obecnie. Zbadano również, poprzez obliczenia symulacyjne, jak w trakcie eksploatacji zbiornika w Szałem zmieniały się wielkości dopływu do drenażu i rowu opaskowego odwadniającego zaporę. Stwierdzono, że zakolmatowanie dna zbiornika ogranicza wielkość przesiąków i ma pozytywny wpływ na stateczność budowli.Clogging process in the bottom of Szałe Reservoir is described in this paper. Long-term observations of drainage outflow were used to characterise clogging dynamics. Decreasing of seepage coefficient in bottom layer was described by an exponential function. Flows through the earth dam were simulated with the consideration of decreasing seepage coefficient during exploitation of the reservoir. Two-dimensional mathematical model of water flow in vertical cross-section through aquifer was used in calculations. It was demonstrated that the piezometric head and total flow through the aquifer increased during the initial 5-month period after damming. Later on, during the next 15 years of clogging, free surface and drainage outflow decreased and finally stabilized at presently observed values. Variability of the inflow to drainage system and draining ditch during the exploitation of reservoir were analyzed too. It was concluded that silted-up layer in reservoir's bottom had positive effect on the stability and safety of the earth dam

An influence of earthwork screen parameters on seepage conditions in hydro technical constructions

Jednym z ważnych elementów konstrukcyjnych ziemnego wału przeciwpowodziowego może być ekran przeciw-filtracyjny na skarpie odwodnej. Jego podstawowym zadaniem jest najczęściej obniżenie powierzchni swobodnej w całym przekroju od skarpy odwodnej do skarpy odpowietrznej, a dodatkowymi skutkami ubocznymi może być zmniejszenie natężenia przepływu przez warstwę wodonośną, a także lokalne podwyższenie prędkości przepływu, szczególnie w rejonie styku ekranu i polderu zalewowego. Ekran taki będzie skutecznie ograniczał przepływ pod warunkiem, że jego grubość i przepuszczalność będzie dobrana optymalnie dla konkretnego przekroju. W pracy bada się na modelu matematycznym, jak wspomniane parametry ekranu wpływają na warunki filtracji przez korpus i podłoże wału. Wykazano, że natężenie przepływu, uskok zwierciadła wody gruntowej na ekranie oraz maksymalna długość wektora przepływu w otoczeniu ekranu w przybliżeniu liniowo zależą od grubości i przepuszczalności ekranu. Poprawne wykonanie ekranu, dotrzymanie na etapie wykonawstwa jego parametrów zgodnie z projektem, jest warunkiem koniecznym jego skutecznego działania.An anti flood screen on inner slope may be an important part of earthwork dike. Groundwater level fall, decrease of groundwater flow through aquifer and local increase of water velocity around screen are additional results of screen work. Such screen will effectively decrease water flow when its thickness and permeability is optimal to specific cross section. In the paper an influence of screen parameters on seepage conditions is investigated using a mathematical model. A linear relationship between flow characteristic and screen parameters was confirmed. The necessary conditions for effective work of earth screen is its workmanship according to projected parameters

The force transducer design with strain gauges method application

W artykule przedstawiono model stanowiska z siłomierzem. Pokazano ogólną konstrukcję siłomierza, metodę archiwizacji danych oraz przeprowadzono pomiary z zastosowaniem tensometrii elektrooporowej. Kolejno wykonano niezbędne obliczenia i sprawdzono ich poprawność, wykorzystując analizę MES w programie Unigraphics NX7.The article describes approach to design of force transducer. Its general form, the method of data archiving were introduced. Moreover, measurements with strain gauges method were introduced. The necessary calculations were performed and verified by FEM analysis in Unigraphics NX7 program

The influence of vegetation on velocity profiles in small river

Roślinność porastająca koryto cieku istotnie oddziałowuje na warunki przepływu. Redukcji ulega czynny przekrój przepływowy, zaburzone jest pole prędkości i rosną opory przepływu. Konsekwencją tego jest zmiana położenia zwierciadła wody, wzrost głębokości w porównaniu do przepływu w korycie bez roślin. Jednym ze sposobów matematycznego opisu oddziaływania hydraulicznego roślin są równania zachowania pędu dla przepływu w korycie z drzewami oparte na koncepcji lepkości wirowej, zaproponowane przez Rowińskiego i Kubraka [2002]. Równania powyższe rozwiązano, wykorzystując jawny i niejawny schemat różnicowy, otrzymując jako rozwiązanie rozkład prędkości przepływu w profilu pionowym. Dokładność zaproponowanych algorytmów przetestowano, porównując rozwiązania numeryczne ze szczególnymi rozwiązaniami analitycznymi, uzyskując bardzo dobrą zgodność. Wyliczony z modelu rozkład prędkości wykorzystano do wyznaczenia wielkości przepływu. W celu oceny możliwości zastosowania opracowanego modelu do obliczeń małych cieków z roślinnością przeprowadzone zostały badania terenowe na odcinku cieku Ślęganina. Oprócz pomiarów geodezyjnych, wykonane zostały profile lokalnej prędkości przepływu dla przekrojów porośniętych oraz wolnych od roślinności. Wyniki pomiarów terenowych posłużyły do weryfikacji modelu matematycznego bazującego na równaniach zachowania pędu.Vegetation growing in the River Bed is strongly influencing flowing condition. Effective flow section is reduced, velocity field is disturbed and flow resistance is increased. Its consequence is change of water level and depth in comparison with flow in river bed without vegetation. Equations of momentum conservation in river bed with trees based on a concept of whirly viscosity proposed by Rowiński and Kubrak [2002] are one of mathematical description of vegetation hydraulic influence. Above equations were solved using implicit and explicit differential scheme to determine flow velocities distribution in vertical profile. Accuracy of proposed algorithms was tested by comparing numerical solutions with detailed analytical solution obtaining very good conformity. Velocity distribution calculated on the base of the model was used to determine volume of the flow. To evaluate possibilities of using developed model for calculation concerning small rivers with vegetation, some filed investigation on one section of Ślęganina river were carried out. Despite of geodetic measurements, some profiles of local flow velocities for vegetated and free of plants sections were made. Field measurements results were used for verification of mathematical model based on equations of momentum conservation