Passive gust load alleviation through bend-twist coupling of composite beams on typical commercial airplane wings

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 2012.Cataloged from department-submitted PDF version of thesis. This electronic version was submitted and approved by the author's academic department as part of an electronic thesis pilot project. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.Includes bibliographical references (p. 89-91).The effects of bend-twist coupling on typical commercial airplane wings are evaluated. An analytical formulation of the orthotropic box beam bending stiffness matrix is derived by combining Euler-Bernoulli beam theory and classical laminated plate theory. The out-of-plane displacement due to the twist of the cross section is modeled by a bilinear warping function. The analytical model is evaluated and validated against finite element analysis and experimental results. The model can accurately predict the twist and deformation of orthotropic box beams within 15% of the benchmarking data and provides best results for beams of higher aspect ratios and with layup angles below 30 degrees. Airplane level aero-structural simulations are performed in ASWING using models of Boeing's 737 and 777. The composite wings are sized for a static load increase and a set of gusts as prescribed by the FAA. Using unbalanced laminates to generate the structural coupling leads to significant strength penalties if the loading is not parallel to the laminate's fiber directions. The optimal laminate angle for which the weight saving benefits of bend-twist coupling are maximized corresponds to the wing's principal stress direction. Beyond that angle, the wings will exhibit more coupling but the laminate strength penalties are too large to be overcomed by the benefits of bend-twist coupling. The addition of coupling to the wings leads to reductions in peak spanwise bending moments in the order of 20% to 45%. It is demonstrated that the mechanism behind this reduction involves increased wing tip twist which alleviates part of the outboard wing load. This ultimately results in weight savings in the order of 2% to 4%. The findings suggest that the benefits of bend-twist coupling are more important on heavier airplanes such as the 777 due to the effects of the cube-square law.by Sébastien Gauthier Perron.S.M

Les marqueurs osseux d'activités physiques : une étude des restes humains du cimetière St. Matthew à Québec (XVIIIe et XIXe siècles)

De nombreuses études en anthropologie ont porté sur l’examen d’altérations osseuses en vue de reconstituer les activités physiques des hommes du passé. Notre recherche se distingue dans la mesure où nous avons réuni deux indicateurs pour prédire le comportement physique et l’asymétrie bilatérale des membres. Les squelettes de dix-huit individus représentant des hommes matures provenant de la série ostéo-archéologique du cimetière protestant St. Matthew à Québec ont été sélectionnés. Douze sites d’insertion musculaire ont été mesurés et quatre indices de stress mécanique ont été calculés pour les membres supérieurs et inférieurs. Nous observons des différences par catégories d’âge et les résultats ont permis de constituer quatre groupes d’individus selon le niveau total de stress physique. Les variations observées entre les groupes laissent supposer des modèles spécifiques de comportement physique, qu’il est possible d’associer à des catégories sociales de travailleurs.Recent bioarchaeological research managed to reconstruct physical activities of certain individuals on the basis of traces left on their skeleton. The integration of two indicators gives a good picture of the physical stress applied on the tissues. Consequently, we integrated bone structural adaptation and muscular modification in order to determine the level of physical stress and to establish the dominant limb implied in certain specialized tasks. We selected eighteen mature men out of the skeletal collection from the St. Matthew protestant cemetery in Quebec city. We recorded twelve muscular and tendinous insertions on a four point scale and measured medio-lateral and antero-posterior diameters to produce four activity related markers on the upper and lower limbs. Variations between the group suggest different models of physical behavior, which can be related to broad social categories of workers

Les marqueurs osseux d'activités physiques : une étude des restes humains du cimetière St. Matthew à Québec (XVIIIe et XIXe siècles)

De nombreuses études en anthropologie ont porté sur l’examen d’altérations osseuses en vue de reconstituer les activités physiques des hommes du passé. Notre recherche se distingue dans la mesure où nous avons réuni deux indicateurs pour prédire le comportement physique et l’asymétrie bilatérale des membres. Les squelettes de dix-huit individus représentant des hommes matures provenant de la série ostéo-archéologique du cimetière protestant St. Matthew à Québec ont été sélectionnés. Douze sites d’insertion musculaire ont été mesurés et quatre indices de stress mécanique ont été calculés pour les membres supérieurs et inférieurs. Nous observons des différences par catégories d’âge et les résultats ont permis de constituer quatre groupes d’individus selon le niveau total de stress physique. Les variations observées entre les groupes laissent supposer des modèles spécifiques de comportement physique, qu’il est possible d’associer à des catégories sociales de travailleurs.Recent bioarchaeological research managed to reconstruct physical activities of certain individuals on the basis of traces left on their skeleton. The integration of two indicators gives a good picture of the physical stress applied on the tissues. Consequently, we integrated bone structural adaptation and muscular modification in order to determine the level of physical stress and to establish the dominant limb implied in certain specialized tasks. We selected eighteen mature men out of the skeletal collection from the St. Matthew protestant cemetery in Quebec city. We recorded twelve muscular and tendinous insertions on a four point scale and measured medio-lateral and antero-posterior diameters to produce four activity related markers on the upper and lower limbs. Variations between the group suggest different models of physical behavior, which can be related to broad social categories of workers

Les marqueurs osseux d'activités physiques : une étude des restes humains du cimetière St. Matthew à Québec (XVIIIe et XIXe siècles)

De nombreuses études en anthropologie ont porté sur l’examen d’altérations osseuses en vue de reconstituer les activités physiques des hommes du passé. Notre recherche se distingue dans la mesure où nous avons réuni deux indicateurs pour prédire le comportement physique et l’asymétrie bilatérale des membres. Les squelettes de dix-huit individus représentant des hommes matures provenant de la série ostéo-archéologique du cimetière protestant St. Matthew à Québec ont été sélectionnés. Douze sites d’insertion musculaire ont été mesurés et quatre indices de stress mécanique ont été calculés pour les membres supérieurs et inférieurs. Nous observons des différences par catégories d’âge et les résultats ont permis de constituer quatre groupes d’individus selon le niveau total de stress physique. Les variations observées entre les groupes laissent supposer des modèles spécifiques de comportement physique, qu’il est possible d’associer à des catégories sociales de travailleurs.Recent bioarchaeological research managed to reconstruct physical activities of certain individuals on the basis of traces left on their skeleton. The integration of two indicators gives a good picture of the physical stress applied on the tissues. Consequently, we integrated bone structural adaptation and muscular modification in order to determine the level of physical stress and to establish the dominant limb implied in certain specialized tasks. We selected eighteen mature men out of the skeletal collection from the St. Matthew protestant cemetery in Quebec city. We recorded twelve muscular and tendinous insertions on a four point scale and measured medio-lateral and antero-posterior diameters to produce four activity related markers on the upper and lower limbs. Variations between the group suggest different models of physical behavior, which can be related to broad social categories of workers

Kinematic Characterisation of Hexapods for Industry

International audiencePurpose-The aim of this paper is to propose two simple tools for the kinematic characterization of hexapods. The paper also aims to share the authors' experience with converting a popular commercial motion base (Stewart-Gough platform, hex-apod) to an industrial robot for use in heavy duty aerospace manufacturing processes. Design/methodology/approach-The complete workspace of a hexapod is a six-dimensional entity that is impossible to visualize. Thus, nearly all hexapod manufacturers simply state the extrema of each of the six dimensions, which is very misleading. As a compromise, we propose a special three-dimensional subset of the complete workspace, an approximation of which can be readily obtained using a CAD/CAM software suite, such as CATIA. While calibration techniques for serial robots are readily available, there is still no generally-agreed procedure for calibrating hexapods. We propose a simple calibration method that relies on the use of a laser tracker and requires no programming at all. Instead, the design parameters of the hexapod are directly and individually measured and the few computations involved are performed in a CAD/CAM software such as CATIA. Findings-The conventional octahedral hexapod design has a very limited workspace, though free of singularities. There are important deviations between the actual and the specified kinematic model in a commercial motion base. Practical implications-A commercial motion base can be used as a precision positioning device with its controller retrofit-ted with state-of-the-art motion control technology with accurate workspace and geometric characteristics. Originality/value-A novel geometric approach for obtaining meaningful measures of the workspace is proposed. A novel, systematic procedure for the calibration of a hexapod is outlined. Finally, experimental results are presented and discussed

Human TRIM Gene Expression in Response to Interferons

Tripartite motif (TRIM) proteins constitute a family of proteins that share a conserved tripartite architecture. The recent discovery of the anti-HIV activity of TRIM5α in primate cells has stimulated much interest in the potential role of TRIM proteins in antiviral activities and innate immunity.To test if TRIM genes are up-regulated during antiviral immune responses, we performed a systematic analysis of TRIM gene expression in human primary lymphocytes and monocyte-derived macrophages in response to interferons (IFNs, type I and II) or following FcγR-mediated activation of macrophages. We found that 27 of the 72 human TRIM genes are sensitive to IFN. Our analysis identifies 9 additional TRIM genes that are up-regulated by IFNs, among which only 3 have previously been found to display an antiviral activity. Also, we found 2 TRIM proteins, TRIM9 and 54, to be specifically up-regulated in FcγR-activated macrophages.Our results present the first comprehensive TRIM gene expression analysis in primary human immune cells, and suggest the involvement of additional TRIM proteins in regulating host antiviral activities

Résolution avec la méthode des volumes finis dirigés de l'équation de la chaleur pour des problèmes diphasiques en 1D et 2D

Ce travail porte sur la résolution de problèmes de changement de phase en ID et 2D lorsque le seul mode de transfert de chaleur est la conduction. On ne considère que les changements de phase liquide-solide (solidification) et solide-liquide (fusion) à une température donnée. Ce type de problème peut être modélisé par l'équation aux dérivées partielles -V-(fcVT(x,*)) = 0, dt ou H = , T<Tf \ pcpsTf + pcpl(T -Tf) + pL, T>Tf est une fonction discontinue à T = Tf. Cette discontinuité marque la séparation entre le solide et le liquide et est appelée interface diphasique. Les propriétés k, cps et cpi sont constantes pour une phase donnée, L et p sont constantes. Cette équation doit habituellement être résolue avec un schéma numérique. Le schéma numérique que l'on utilise est la méthode des volumes finis dirigés. Il s'agit d'un nouveau schéma numérique de résolution d'équations aux dérivées partielles. Ce schéma numérique est une méthode de volumes finis espace-temps qui permet le déplacement des noeuds du maillage. Lors de la résolution des équations de discrétisation, la position de certains noeuds du maillage est inconnue. De plus, puisque le schéma permet la rencontre de noeuds, le pas de temps est parfois inconnu. Dans ce travail, on définit les volumes de contrôle, les fonctions interpolantes et la base d'approximation pour des problèmes ID et 2D. De plus, on présente les équations discrètes utilisées pour la résolution de problèmes ID. Pour les problèmes en 2D, seul le développement des équations discrètes est présenté. Des résultats numériques en ID et 2D sont présentés. En premier lieu, des résultats numériques sont comparés avec des solutions analytiques. Ensuite, des tests originaux sont présentés. Ces tests montrent que la méthode permet de gérer naturellement la présence de plusieurs interfaces. De plus, les solutions sont très précises et ne comportent aucune oscillation

Résolution numérique d'écoulements 3 dimensions avec une nouvelle méthode de volumes finis pour maillages non structurés

L'objectif de cette thèse de doctorat est de développer un nouveau schéma numérique de résolution des équations 3D de Navier-Stokes. Les écoulements considérés sont incompressibles et les propriétés physiques telle la viscosité peuvent être variables. De plus, des quantités scalaires telle l'enthalpie ou une fraction volumique peuvent être transportées par l'écoulement. Ce schéma est basé sur une discrétisation spatiale de type volumes finis classique (une seule inconnue par volume de contrôle) qui permet l'utilisation de maillages non structurés. Les équations du modèle mathématique sont découplées et une méthode de projection de type pas de temps fractionnaire est utilisée pour calculer un champ de vitesse satisfaisant l'équation de conservation de la masse. La pression et la vélocité sont couplées à l'aide d'une ré-interpolation de la vélocité sur les faces des volumes de contrôle, l'utilisation d'un maillage décalé ("staggered grid") n'est donc pas nécessaire. On présente une revue détaillée du modèle mathématique décrivant les écoulements thermiques et le modèle de turbulence k ? e de Launder et Spalding. De plus, on fait un rappel de quelques algorithmes de résolution numérique des systèmes d'équations linéaires et des concepts fondamentaux qui leur sont associés. On discute d'une librairie d'objets et de programmes utilitaires qui ont été développés pour encourager l'utilisation et le développement du schéma par d'autres chercheurs. Des résultats numériques obtenus avec le schéma sont présentés : écoulement entre deux plans parallèles, écoulement engendré par le déplacement d'une paroi, écoulement de Boussinesq dans une cavité carrée, écoulement turbulent au-dessus d'une marche, écoulements autour d'un disque et d'un cylindre et écoulement thermique dans une conduite cylindrique