Detecting Silent Data Corruptions in Aerospace-Based Computing Using Program Invariants

Soft error caused by single event upset has been a severe challenge to aerospace-based computing. Silent data corruption (SDC) is one of the results incurred by soft error. SDC occurs when a program generates erroneous output with no indications. SDC is the most insidious type of results and very difficult to detect. To address this problem, we design and implement an invariant-based system called Radish. Invariants describe certain properties of a program; for example, the value of a variable equals a constant. Radish first extracts invariants at key program points and converts invariants into assertions. It then hardens the program by inserting the assertions into the source code. When a soft error occurs, assertions will be found to be false at run time and warn the users of soft error. To increase the coverage of SDC, we further propose an extension of Radish, named Radish_D, which applies software-based instruction duplication mechanism to protect the uncovered code sections. Experiments using architectural fault injections show that Radish achieves high SDC coverage with very low overhead. Furthermore, Radish_D provides higher SDC coverage than that of either Radish or pure instruction duplication

Surface mines composite slope deformation mechanisms and stress distribution

Methods. Description and interpretations of the mechanical and stress computational model for a waste dump loading in the formation of a composite slope on the basis of the theory of plasticity and elasticity. Numerical and analytical simulations for composite slope stress distribution. Findings. From the numerical and analytical simulations, it is found that the increase in slope height and angle results in an increase in stress within the geo stress field of a composite slope. The numerical simulation also shows that as the dump is moved away from the point of application the settlement induced by the dump is larger beneath the dump and decreases away from the dump, hence the stress reduces. This highlights the sensitivity in simulating the effect of the waste dump at different position within the computation analysis of a composite slope stability problem. Furthermore, it is obtained that the stress induced by a trapezoidal loading is lesser than that of a rectangular loading, which is obvious. Finally, this paper provides the stress influence rule due to excavation in a surface mining operation. The stresses due to the dump loading were obtained and compared to stresses obtained from finite element analysis and both results are well in agreement. Originality. The paper provides novel approach for the mechanisms of composite slope stress distribution and deformation mechanisms. Practical implications. The results effectively describe the stress distribution mechanisms and stability analysis of composite slopes and provides basis for the preliminary design and stability of composite slopes.Мета. Дослідження механізмів деформацій і розподілу напружень в композитних укосах кар’єрів за допомогою чисельного моделювання методом скінчених елементів для прогнозу їх стійкості. Методика. Опис та інтерпретація механічної розрахункової моделі напружень для відвалу порожньої породи в процесі формування композитного укосу виконано на основі теорії пластичності та пружності. Проведено чисельне й аналітичне моделювання розподілу напружень в композитному схилі за допомогою використання потужного програмного забезпечення Sigma/W, який функціонує на основі методу скінченних елементів. Результати. Чисельне та аналітичне моделювання дозволило встановити, що збільшення висоти і кута укосу призводить до збільшення напружень в геонапруженному полі композитного укосу. Чисельне моделювання також показало, що в міру відсунення відвалу від точки прикладання навантаження, викликане ним осідання породи в більшій мірі проявляється під відвалом і зменшується при віддаленні від нього, що призводить до зменшення напружень. Дана тенденція показує чутливість моделі, яка описує вплив відвалу в різних точках при чисельному аналізі стійкості композитного укосу. Встановлено, що напруження, викликане трапецевидним навантаженням, менше, ніж напруження, що виникає під дією прямокутного навантаження. Сформульовано принципи впливу напружень, що виникають при відкритій розробці родовищ. Напруження, викликані навантаженням відвалу, були проаналізовані у порівнянні з напруженнями, одержаними за допомогою аналізу скінчених елементів, при цьому результати в обох випадках добре узгоджувалися між собою. Наукова новизна. Запропоновано новий підхід до аналізу механізмів розподілу напружень в композитному укосі та механізмів деформації. Зв’язок між умовами навантаження і параметрами укосу аналізується за допомогою теорії пластичності та пружності. Практична значимість. Результати дослідження ефективно описують механізми розподілу напружень і дозволяють проаналізувати стійкість композитних укосів, що є основою для попереднього проектування стійкого композитного укосу.Цель. Исследование механизмов деформаций и распределения напряжений в композитных откосах карьеров при помощи численного моделирования методом конечных элементов для прогноза их устойчивости. Методика. Описание и интерпретация механической расчетной модели напряжений для отвала пустой породы в процессе формирования композитного откоса выполнено на основе теории пластичности и упругости. Проведено численное и аналитическое моделирование распределения напряжений в композитном откосе посредством использования мощного программного обеспечения Sigma/W, функционирующего на основе метода конечных элементов. Результаты. Численное и аналитическое моделирование позволило установить, что увеличение высоты и угла откоса приводит к увеличению напряжений в геонапряженном поле композитного откоса. Численное моделирование также показало, что по мере отодвигания отвала от точки приложения нагрузки, вызванная им осадка породы в большей степени проявляется под отвалом и уменьшается при удалении от него, что приводит к уменьшению напряжений. Данная тенденция показывает чувствительность модели, описывающей влияние отвала в разных точках при численном анализе устойчивости композитного откоса. Установлено, что напряжение, вызванное трапецеидальной нагрузкой, меньше, чем напряжение, возникающее под действием прямоугольной нагрузки. Сформулированы принципы влияния напряжений, возникающих при открытой разработке месторождений. Напряжения, вызванные нагрузкой отвала, были проанализированы в сравнении с напряжениями, полученными с помощью анализа конечных элементов, при этом результаты в обоих случаях хорошо согласовывались друг с другом. Научная новизна. В статье предложен новый подход к анализу механизмов распределения напряжений в композитном откосе и механизмов деформации. Связь между условиями нагружения и параметрами откоса анализируется с помощью теории пластичности и упругости. Практическая значимость. Результаты исследования эффективно описывают механизмы распределения напряжений и позволяют проанализировать устойчивость композитных откосов, что является основой для предварительного проектирования устойчивого композитного откоса.The authors are thankful to everyone who supported during this research work

Influence of composite slope geometrical parameters on soft rock slope stability

Purpose. To analyze the key parameters influencing the stability of a composite soft rock slope. Methods. Description of the key geometrical parameters of a composite slope and their influence on soft rock slope stability. Numerical simulation is performed to validate the primary effects of the key geometrical parameters of a composite slope on stability without consideration of external factors such as ground water, seismic and blasting factors. Findings. This paper put forward the influence pattern of the dumping height, excavation depth, slope angle, dumping angle, and dumping position on the safety factor of the composite slope. Furthermore, the results prove that as the dump is moved away from the reference crest or toe, the factor of safety increases. Thus, improvement of the safety factor on the critical sliding surface is defined by the area of the parallelogram. Also, when the critical position of the dump away from the edge is exceeded and the lateral pressure induced by the superimposition of the waste dump has no influence on the critical sliding surface, failure takes place in the surface mines slope and stability is relatively controlled by the mechanical strength and geometrical parameters of the surface mines slope. Originality. The paper provides a pioneering detailed description of the interactions of the key geometrical parameters of a composite slope and their influence on stability and the factor of safety. Practical implications. The results can be used for designing and stability analysis of composite slopes.Мета. Обґрунтування параметрів, що визначають стійкість укосу, складених зі змішаних м'яких порід на основі проведення чисельного моделювання. Методика. Застосовано чисельне моделювання для визначення базового впливу основних геометричних параметрів композитного борту на його стабільність без урахування таких зовнішніх факторів, як грунтові води, сейсмічний та вибуховий вплив. Схема впливу глибини виїмки, висоти розвантаження, кута нахилу, кута розвантаження і положення розвантаження на фактор безпеки композитного укосу була проаналізована за допомогою FLAC/Slope. Результати. Доведено, що, чим більше відстань між відвалом і верхньої або нижньої бровкою уступу, тим вище фактор безпеки, а поліпшення фактору безпеки по критичній поверхні ковзання визначається площею паралелограма. Встановлено, що якщо відстань між відвалом і бровкою відвалу більше критичного і бічного тиску, що виникає за рахунок нашарування відвалу, то вона не впливає на критичну поверхню ковзання і на поверхні укосу виникають деформації, в той час як його стійкість знаходиться під відносним впливом механічної міцності й геометричних параметрів укосу. Визначено, що висота схилу впливає не тільки на фактор безпеки, але і на режим руйнування, зі збільшенням висоти відносний внесок зчеплення в загальний опір зменшується, однак для дуже високих ухилів стабільний кут нахилу наближається до кута тертя. Наукова новизна. Виявлено новий характер взаємодії між основними геометричними параметрами композитного укосу та їх впливу на стабільність та фактор безпеки. Практична значимість. Результати дослідження можуть бути використані для проектування та аналізу стабільності композитних укосів, складених з м'яких порід.Цель. Обоснование параметров, определяющих устойчивость откоса, сложенного из смешанных мягких пород на основе проведения численного моделирования. Методика. Применено численное моделирование для определения базового воздействия основных геометрических параметров композитного борта на его стабильность без учета таких внешних факторов, как грунтовые воды, сейсмическое и взрывное воздействие. Схема влияния глубины выемки, высоты разгрузки, угла наклона, угла разгрузки и положения разгрузки на фактор безопасности композитного откоса была проанализирована с помощью FLAC/Slope. Результаты. Доказано, что, чем больше расстояние между отвалом и верхней или нижней бровкой уступа, тем выше фактор безопасности, а улучшение фактора безопасности по критической поверхности скольжения определяется площадью параллелограмма. Установлено, что если расстояние между отвалом и бровкой отвала больше критического и бокового давления, возникающего за счет напластования отвала, то не оказывается влияния на критическую поверхность скольжения и на поверхности откоса возникают деформации, в то время как его устойчивость находится под относительным влиянием механической прочности и геометрических параметров откоса. Определено, что высота склона влияет не только на фактор безопасности, но и на режим разрушения, с увеличением высоты относительный вклад сцепления в общее сопротивление уменьшается, однако для очень высоких уклонов стабильный угол наклона приближается к углу трения. Научная новизна. Выявлен новый характер взаимодействия между основными геометрическими параметрами композитного откоса и их влияния на стабильность и фактор безопасности. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для проектирования и анализа стабильности композитных откосов, сложенных из мягких пород.The support of everyone during the said research work is appreciated. The authors have no conflict of interest

Comorbid depressive symptoms can aggravate the functional changes of the pain matrix in patients with chronic back pain: A resting-state fMRI study

ObjectiveThe purposes of this study are to explore (1) whether comorbid depressive symptoms in patients with chronic back pain (CBP) affect the pain matrix. And (2) whether the interaction of depression and CBP exacerbates impaired brain function.MethodsThirty-two patients with CBP without comorbid depressive symptoms and thirty patients with CBP with comorbid depressive symptoms were recruited. All subjects underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) scans. The graph theory analysis, mediation analysis, and functional connectivity (FC) analysis were included in this study. All subjects received the detection of clinical depressive symptoms and pain-related manifestations.ResultCompared with the CBP group, subjects in the CBP with comorbid depressive symptoms (CBP-D) group had significantly increased FC in the left medial prefrontal cortex and several parietal cortical regions. The results of the graph theory analyses showed that the area under the curve of small-world property (t = −2.175, p = 0.034), gamma (t = −2.332, p = 0.023), and local efficiency (t = −2.461, p = 0.017) in the CBP-D group were significantly lower. The nodal efficiency in the ventral posterior insula (VPI) (t = −3.581, p = 0.0007), and the network efficiency values (t = −2.758, p = 0.008) in the pain matrix were significantly lower in the CBP-D group. Both the topological properties and the FC values of these brain regions were significantly correlated with self-rating depression scale (SDS) scores (all FDR corrected) but not with pain intensity. Further mediation analyses demonstrated that pain intensity had a mediating effect on the relationship between SDS scores and Pain Disability Index scores. Likewise, the SDS scores mediated the relationship between pain intensity and PDI scores.ConclusionOur study found that comorbid depressive symptoms can aggravate the impairment of pain matrix function of CBP, but this impairment cannot directly lead to the increase of pain intensity, which may be because some brain regions of the pain matrix are the common neural basis of depression and CBP

Mechanical, thermal and tribological properties of polyimide/nano-SiO2 composites synthesized using an in-situ polymerization

Polyimide (PI)/nano-SiO2 composites were successfully fabricated via a novel in-situ polymerization. Microstructure, thermal properties, mechanical performance and tribological behaviors of these composites were investigated. The results indicate that nano-SiO2 dispersed homogeneously. Compared with pure PI, thermal stability and heat resistance are higher about 10 °C with the addition of 5 wt% nano-SiO2. Compressive strength and modulus of composite with 5 wt% nano-SiO2 increase by 42.6 and 45.2%, respectively. The coefficient of friction (COF) of composite with 5 wt% nano-SiO2 decrease by 6.8% owing to the thick and uniform transfer films. Excess nano-SiO2 could adversely affect the COF of PI/nano-SiO2 composite. Additionally, wear resistance deteriorates obviously since transfer film exfoliates easily and nano-SiO2 aggregates on the surface of transfer films

Experimental Study on Nonlinear Seepage Characteristics and Particle Size Gradation Effect of Fractured Sandstones

Seepage mutation of fractured rock mass is one of the main inducements of dump slide and other disasters. Pore structure is a significant factor affecting the seepage characteristics of fractured rock mass, while particle size gradation has an important effect on the distribution of pore structure. Through the self-developed experimental system, the nonlinear seepage test on the fractured sandstones of the coalseam roof was conducted to investigate the influence of seepage pressure, porosity, and fractal dimension. Besides, the nonlinear seepage model was established by Barree–Conway theory. The results showed that, during the seepage process of fractured sandstone, there were significant nonlinear characteristics, which increased with the increase of the seepage pressure. With the increasing porosity, there was greater average pore size of fractured sandstone, stronger permeability, and weaker nonlinear seepage. The seepage characteristics approximated to that of Darcy model. However, with increasing grading fractal dimension, there were smaller average pore size of fractured sandstone, weaker permeability, and stronger nonlinear seepage. The seepage characteristics approximated to that of Forchheimer model