Quadrilateral element in mixed FEM for analysis of thin shells of revolution

The purpose of study is to develop an algorithm for the analysis of thin shells of revolution based on the hybrid formulation of finite element method in two dimensions using a quadrilateral fragment of the middle surface as a discretization element. Nodal axial forces and moments, as well as components of the nodal displacement vector were selected as unknown variables. The number of unknowns in each node of the four-node discretization element reaches nine: six force variables and three kinematic variables. To obtain the flexibility matrix and the nodal forces vector, a modified Reissner functional was used, in which the total specific work of stresses is represented by the specific work of membrane forces and bending moments of the middle surface on its membrane and bending strains, and the specific additional work is determined by the specific work of membrane forces and bending moments of the middle surface. Bilinear shape functions of local coordinates were used as approximating expressions for both force and displacement unknowns. The dimensions of the flexibility matrix of the four-node discretization element were found to be 36×36. The solution of benchmark problem of analyzing a truncated ellipsoid of revolution loaded with internal pressure showed sufficient accuracy in calculating the strength parameters of the studied shell

THE FINITE ELEMENTS OF A QUADRILATED SHAPE FOR ANALYSIS OF SHELLS TAKING INTO CONSIDERATION A DISPLACEMENT OF A BODY WITH RIGID BODY MODES

On the basis of a curvilinear quadrilated finite element the new mode of approximation of fields of displacements is realized, which essence consists that at a stage of approximation of interior magnitudes through nodal unknown of a finite element accept not separate components of a vector of displacement and their derivative, and immediately vector of displacement of nodal points of a finite element and its derivative. On an example of account of an equalizer loaded by interior pressure with presence of constructional displacement as rigid body is shown. That use of the developed algorithm solves a well-known problem FEM - account of displacement of finite element as rigid body

Suppression of impurity ions optical transitions dephasing in nanocrystals

Abnormally narrow spectral lines have been observed in the luminescence spectra of Y₂SiO₅Pr³⁺ and YVO₄:Eu³⁺ nanocrystals at the room temperature. This fact was interpreted as the result of optical transitions dephasing processes suppression in the nanocrystals. The general cause of the observed effect is the weakening of phonon scattering on the impurity centre as a result of the quantum size effect in nanocrystal phonon subsystem. At first the dependence of spectral line width on the nanocrystal size has been shown. Unnecessary of the deep cooling for narrow optical resonances obtaining makes these nanocrystals a potential candidate for the wide set of applications in the optical memory and quantum computing devices.На спектрах люмінесценції нанокристалів Y₂SiO₅Pr³⁺ та YVO₄:Eu³⁺ за кімнатної температури спостерігалася наявність аномально вузьких спектральних ліній. Це було інтерпретовано як результат заглушення процесів дефазування оптичних переходів у нанокристалах. Причиною зазначеного ефекту є ослаблення розсіювання фононів на домішковому центрі внаслідок впливу квантово-розмірного ефекту на підсистему фононів у нанокристалі. Уперше отримано залежність ширини спектральних ліній від розміру нанокристала. Відсутність потреби глибокого заморожування для отримання вузьких оптичних резонансів відкриває можливості використання таких нанокристалів для створення пристроїв оптичної памяті та квантових компютерів.На спектрах люминесценции нанокристаллов Y₂SiO₅Pr³⁺ и YVO₄:Eu³⁺ при комнатной температуре наблюдалось наличие аномально узких спектральных линий. Это было интерпретировано как результат подавления процессов дефазировки оптических переходов в нанокристаллах. Причиной наблюдаемого эффекта является ослабление рассеяния фононов на примесном центре в результате влияния квантово-размерного эффекта на подсистему фононов в нанокристалле. Впервые получена зависимость ширины спектральных линий от размера нанокристалла. Отсутствие необходимости глубокого замораживания для получения узких оптических резонансов открывает широкие возможности применения данных нанокристаллов для создания устройств оптической памяти и квантовых компьютеров

On the hyperfine interaction in rare-earth Van Vleck paramagnets at high magnetic fields

An influence of high magnetic fields on hyperfine interaction in the rare-earth ions with non-magnetic ground state (Van Vleck ions) is theoretically investigated for the case of $Tm^{3+}$ ion in axial symmetrical crystal electric field (ethylsulphate crystal). It is shown that magnetic-field induced distortions of $4f$-electron shell lead to essential changes in hyperfine magnetic field at the nucleus. The proposed theoretical model is in agreement with recent experimental data.Comment: 4 pages, no figures, submitted to J. Phys. : Cond. Mat

Агрегаційна стійкість наночастинок на основі рідкісноземельних елементів в різному мікрооточенні та біологічних середовищах

Актуальність. На сьогоднішній день актуальним завданням сучасної медицини і фармації є створення нових лікарських форм, здатних підвищити терапевтичну ефективність уже відомих лікарських речовин, знизити побічні ефекти, збільшити комфортність лікування для пацієнта. Одним із найперспективніших напрямів у цій галузі є використання різних наноматеріалів, серед яких привертають увагу наноматеріали на основі рідкісноземельних елементів (РЗЕ). В той же час, питання щодо зв'язку біологічної активності наноматеріалів з їх фізико-хімічними властивостями, а також особливостей взаємодії з мікрооточенням в біосистемах залишаються дискусійними. Мета роботи. Оцінити агрегаційну стійкість наночастинок (НЧ) на основі РЗЕ в інкубаційних середовищах різного складу та роль окремих чинників у стабілізації НЧ в біологічному мікрооточенні. Методи дослідження. В дослідженнях визначали агрегаційну стійкість наночастинок GdYVO4:Eu3+, LaVO4: Eu3+, CeO2, GdVO4:Eu3+ для чого використовували методи динамічного та електрофоретичного рoзсіювання світла. Інкубацію НЧ проводили в 5% глюкозі або буферах: 50 мМ Трис буфер (з рiзними рН фізіологічного діапазону); середовище Ігла МЕМ; Кребс-Рінгер буфер pH 7,4; HBSS-буфер (HEPES-buffered-saline-solution) pH 7,4, за відсутності або присутності 0,2% БСА, протягом 30 хвилин та 24 годин. Охарактеризовано також вплив окремих компонентів біологічних буферних розчинів (глутатіон окиснений та відновлений) на процеси агрегації. Результати. Результати показали, що на відміну від стабілізуючого впливу розчину 5% глюкози, в сольових системах відбувається значна агрегація наночастинок. Найбільший ступінь агрегації зазначено в середовищі Ігла МЕМ та Кребс-Рінгер буфера. Додавання до всіх середовищ 0,2% альбуміну перешкоджало агрегації. При взаємодії наночастинок з імуноглобуліном спостерігалося збільшення гідродинамічного діаметру, особливо значне для деяких типів наночастинок вже при найменших з використаних концентрацій білку. Сприяв агрегації всіх типів ортованадатних НЧ в кислому середовищі (Трис-буфері рН=6,7) окислений, але не відновлений глутатіон. Висновки. Агрегативна стабільність НЧ в сольових інкубаційних середовищах значно підвищується за присутності сироваткового альбуміну, що пов’язано зі змінами співвідношення електростатичного та стеричного компонентів взаємодії НЧ з мікрооточенням

Вплив наночастинок рідкісноземельних елементів на репродуктивну функцію самців щурів на низхідній стадії онтогенезу

The anti-aging effects of the rare-earth metals nanoparticles have been studied on the 18-21-month-old rat males. It was shown that the nanoparticles of Gadolinium Ortovanadate activated by Europium (GdVO4 : Eu3+ ) in a dose of 0,33 mg/kg during chronic using (70 days) have demonstrated the anti-aging effects on the old male’s reproductive function manifested by the increasing the sex hormone level and activating the spermatogenesis.На самцах крысах возрастом 18-21 мес. исследованы антивозрастные эффекты наночастиц редкоземельных металлов. Показано, что наночастицы гадолиний ортованадата активированного европием в дозе 0,33 мг/кг массы тела при хроническом применении (70 суток) замедляли возрастной рост массы тела и развитие гипергликемии (до 50-х суток) в сравнении с исходным уровнем. Установленно антивозрастное действие GdVO4 : Еu3+ относительно репродуктивной функции старых животных, у которых выросла концентрация мужского полового гормона, активировался сперматогенез.На самцях щурів віком 18-21 міс. досліджені антивікові ефекти наночастинок рідкоземельних металів. Показано, що наночастинки ґадоліній ортованадату активованого Європієм (GdVO4 : Еu3+ ) у дозі 0,33 мг/кг маси тіла при хронічному застосуванні (70 діб) проявляють антивікову дію щодо репродуктивної функ­ції старих тварин, у яких зросла концентрація чоловічого статевого гормону та активувався сперматогенез.

Microwave-Assisted Hydrothermal Synthesis and Annealing of DyF 3

The series of DyF3 nanosized samples was synthesized by the colloidal chemistry method. The microwave-assisted hydrothermal treatment was used for the first time for the modification of DyF3 nanoparticles. Transmission electron microscopy images show that the DyF3 nanoparticles have average particle size of about 16–18 nm and the size distribution becomes narrower during the microwave irradiation. The X-ray diffraction analysis shows the narrowing of the diffraction peaks versus microwave treatment time. The experimental data demonstrates restructuring of the nanoparticles and their crystal structure becomes closer to the ideal DyF3 regular structure during the microwave irradiation of colloidal solution. The defect-annealing model of the microwave-assisted hydrothermal modification process is suggested

Стан метаболічних показників крові білих щурів за субхронічного перорального надходження наночастинок ортованадату гадолінію на фоні кормового стресу

The prohibition of using antibiotics with growth-stimulating properties in the European Union led to the search for new, safer, more effective, and cheaper feed additives. One of these substances was rare earth elements (REE, atomic numbers 57–71) due to their low toxicity and protective and antioxidant properties. At the same time, higher efficiency of organic forms of REE was noted. Thanks to this, it is possible to assume their even more pronounced effect in nano-sized form as feed additives and the need to conduct research in this direction. Therefore, this work aims to study the metabolic parameters of the blood in rats under long-term oral administration of nanoparticles of one of the representatives of rare earth elements – gadolinium orthovanadate (NP GdVO4:Eu3+) under food stress. Experimental samples of gadolinium orthovanadate nanoparticles activated by Europium (spindle-shaped geometry; size 8×25 nm; initial concentration 1.0 g/dm3) were used in work. Experimental studies on rats were carried out based on the vivarium of the NSC “IEKVM”. The object of research was 140 mature male Wistar rats with an initial weight of 180–200 g. Four groups of animals, 35 rats each, were formed according to the principle of analogs. During the experiment, animals of the control group received drinking water without additives; rats of the І experimental group were given a solution of NP GdVO4:Eu3+ at a dose of 0.2 mg/dm3 (≈ 0.03 mg/kg of body weight); II research group – at a dose of 1.0 mg/dm3 (≈ 0.15 mg/kg of body weight) and rats of III research group – at a dose of 2.0 mg/dm3 (≈ 0.30 mg/kg of body weight). Drinking was carried out for 56 days, then it was completed, and the rats were observed for another 14 days. A nutritionally unbalanced diet was used as a stress factor. Taking into account the results of biochemical studies, the adaptogenic effect of NP GdVO4:Eu3+ in the range of doses of 0.2–1.0 mg/dm3 of drinking water (≈ 0.03–0.15 mg/kg of body weight) on the body of white rats was established under conditions of food stress with optimal duration of action – 28–42 days. Under the conditions of administration at a dose of 2.0 mg/dm3 of drinking water (≈ 0.30 mg/kg of body weight), a hepatic(cyto-)toxic effect of nanoparticles was detected, which was accompanied by an irreversible decrease in the structural indicators of lipid metabolism, the consumption of antioxidant resources and the induction of intensity processes of lipid peroxidation against the background of alanine aminotransferase hyperenzymemia.Заборона у Європейському Союзі застосування антибіотиків з ростостимулювальними властивостями спровокувала потребу пошуку нових більш безпечних, ефективних та дешевих кормових добавок. Одними з таких речовин виявилися рідкісноземельні елементи (РЗЕ, атомні номери 57–71), завдяки низькій токсичності, протекторним та антиоксидантним властивостям. При цьому виявлено вищу ефективність органічних форм РЗЕ, що дозволяє зробити припущення про ще більш виражену їх дію у нанорозмірній формі як кормових добавок і необхідність проводити дослідження в цьому напрямі. Тому метою даної роботи стало дослідження метаболічних показників крові щурів за субхронічного переорального надходження наночастинок одного з представників рідкісноземельних елементів – ортованадату гадолінію (NP GdVO4:Eu3+) на фоні кормового стресу. У роботі використовували дослідні зразки наночастинок ортованадату гадолінію, активованих Європієм (веретеноподібна геометрія; розмір 8×25 нм; вихідна концентрація 1,0 г/дм3). Експериментальні дослідження на щурах були проведені на базі віварію ННЦ “ІЕКВМ”. Як об’єкт досліджень було використано 140 статевозрілих щурів-самців лінії Wistar з початковою масою (180–200) г. За принципом аналогів було сформовано 4 групи тварин по 35 щурів у кожній. Упродовж експерименту тварини контрольної групи отримували питну воду без добавок; щурам І дослідної групи випоювали розчин NP GdVO4:Eu3+ у дозі 0,2 мг/дм3 (≈ 0,03 мг/кг маси тіла); ІІ дослідної групи – у дозі 1,0 мг/дм3 (≈ 0,15 мг/кг маси тіла) і щурам ІІІ дослідної групи – у дозі 2,0 мг/дм3 (≈ 0,30 мг/кг маси тіла). Випоювання здійснювали протягом 56 діб, потім його завершували і спостерігали за щурами ще 14 діб. Як стресовий фактор використовували незбалансований за поживними речовинами раціон. Враховуючи результати біохімічних досліджень, за умов кормового стресу установлено адаптогенну дію NP GdVO4:Eu3+ у діапазоні доз 0,2–1,0 мг/дм3 питної води (≈ 0,03 – 0,15 мг/кг маси тіла) на організм білих щурів із оптимальним терміном дії – 28–42 доби, тимчасом як за введення у дозі 2,0 мг/дм3 питної води (≈ 0,30 мг/кг маси тіла) виявлено гепато(цито-)токсичну дію наночастинок, що супроводжується незворотним зниженням структурних показників ліпідного обміну, витрачанням антиоксидантних ресурсів та індукцією інтенсивності процесів пероксидного окиснення ліпідів на фоні гіперензимемії аланінамінотрансферази