Programming and real-time control of a double-Delta parallel robotic mechanism with integrated surgical tool

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού

Studies in Multidimensional Stochastic Processes: Multivariate Long-Range Dependence and Synthesis of Gaussian Random Fields

This thesis is concerned with the study of multidimensional stochastic processes with special dependence structures. It is comprised of 3 parts. The first two parts concern multivariate long-range dependent time series. These are stationary multivariate time series exhibiting long-range dependence in the sense that the impact of past values of the series to the future ones dies out slowly with the increasing lag. In contrast to the univariate case, where long-range dependent time series are well understood and applied across a number of research areas such as Economics, Finance, Computer Networks, Physics, Climate Sciences and many others, the study of multivariate long-range dependent time series has not matured yet. This thesis sets proper theoretical foundations of such series and examines their statistical inference under novel models. The third part of the thesis is concerned with two-dimensional stationary Gaussian random fields. In particular, a fast algorithm is proposed for exact synthesis of such fields based on convex optimization and is shown to outperform existing approaches.Doctor of Philosoph

Achaiki Iatriki : official publication of the medical society of western Greece and Peloponnesus

In the current issue, the editorial by Cauchi et al. argues for eco-friendly measures in endoscopy and emphasies the role of healthcare providers in reducing waste. The editorial adeptly employs the three Rs (Reduce, Reuse, Recycle) framework to tackle waste management, offering practical solutions. The editorial by Milionis et al. focuses on the reverse cascade screening for paediatric familial hypercholesterolaemia (FH), which is an upcoming tool for public health. Advantages, practices, and challenges regarding FH are thoroughly discussed. Lastly, the editorial by Fousekis et al. presents the main aspects of a chronic immune-mediated cutaneous disease, dermatitis herpetiformis (DH), which constitutes an extraintestinal manifestation of celiac disease, including its diagnosis, pathogenesis, and management. Moreover, this issue includes three review articles. The review article by Krontira et al. discusses the evolving data on the epidemiology, diagnostic approach and appropriate management of foreign body and caustic substance ingestion, based on updated guidelines published by gastroenterological and endoscopic societies. The review by Halliasos et al. provides data on the clinical presentation, diagnosis, and management of metastatic acute spinal cord compression, focusing on the importance of a multidisciplinary team approach, including spine surgeons, radiation oncologists, medical oncologists, palliative care clinicians, physiotherapists, and psychologists. Lastly, the review by Schinas et al. outlines the potential of immune modulation in the treatment of infections and the need for individualised approaches in the modern world of personalised medicine by examining some of the key strategies and immune-based therapies being developed to combat infectious diseases.peer-reviewe

Multiscale granular mechanics: A neutron diffraction based experimental approach

Granular media (i.e., assemblies of grains, containing voids), such as sand, are highly complex materials, possessing inherently heterogeneous structure and properties that are manifested by the mobility and interaction of their constituent particles. Despite having been widely studied for centuries (i.e., the study of granular media in modern science essentially begins with the work of Charles-Augustin de Coulomb on sand, in 1776), there still exist key pieces of information regarding their (micro-)mechanical behaviour that have been largely eluding the scientific community. More specifically, under the effect of applied stress, these materials exhibit highly inhomogeneous mechanical behaviours, indicating varying and evolving local stress-strain relationships. As far as the strain is concerned, over the past decades, increasingly fine details have been revealed into the underlying grain-scale mechanisms, the origins of heterogeneous behaviour, including localisation, and how these lead to macroscopic material failure. However, details on the evolution of force/stress distribution are a key, missing piece of information and to be understood, requires appropriate, spatially-resolved local measurements.This thesis presents a novel, multiscale experimental approach, to characterise quantitatively the (micro-)structural evolution of granular media during loading, by associating traditional macroscale boundary measurements with microscale information acquired by neutron diffraction (ND), as well as digital image correlation (DIC), at a mesoscale in between. The ND method provides mapping of the distribution of stresses throughout the granular skeleton of the material, by inference from measured crystallographic strains of the grains, whilst DIC provides the complementary total strain field mapping, opening the possibility for local stress-strain analysis. A key component that enabled this novel approach is the development of a new, specially designed plane-strain loading apparatus. A series of experiments was realised with this apparatus, demonstrating the potential of the experimental approach through combined stress and strain mapping. These experimental developments also highlighted the need for appropriate, reference ND measurements for granular media, for the effective employment of the ND method, which, as of yet, do not exist. This need has been addressed and a newly assembled dataset of reference measurements for the material under study (i.e., Fontainebleau quartz sand) is presented in this thesis. With this reference dataset, a proper basis has been set for the better analysis of future experiments. Together, these experimental developments and results have laid the foundation for future, more detailed investigations of granular mechanics, where both stress and strain may be characterised locally in a specimen under load, in a full-field sense

Research on the viscous behaviour of the surrounding rock mass of a tunnel

400 σ.Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) "Σχεδιασμός & Κατασκευή Υπόγειων Έργων"Η παρούσα Διπλωματική Εργασία πραγματεύεται το θέμα της ιξώδους συμπεριφοράς που ενδεχομένως παρουσιάζει η περιβάλλουσα βραχόμαζα μίας σήραγγας. Σημειώνεται ότι ιξώδη, δηλαδή χρονικά εξαρτώμενη, συμπεριφορά είναι δυνατό να παρουσιάσουν όλα τα πετρώματα. Το ζήτημα όμως είναι το εάν και σε τι βαθμό θα ενεργοποιηθεί η δυνατότητα αυτή των πετρωμάτων να εμφανίσουν ιξώδη συμπεριφορά σε μία συνήθη κατασκευή όπως είναι μία σήραγγα. Σκοπός της Εργασίας αυτής είναι η κατά το δυνατό πληρέστερη προσέγγιση του παραπάνω αντικειμένου, καθώς και ο εντοπισμός και η αποσαφήνιση όλων των στοιχείων που σχετίζονται με αυτό. Στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας Εργασίας, το οποίο ουσιαστικά αποτελεί και την εισαγωγή στο θέμα που πραγματεύεται, γίνεται μία εκτενής αναφορά στο φαινόμενο της σύνθλιψης των πετρωμάτων και στο συσχετισμό αυτού με το συγγενές φαινόμενο του ερπυσμού. Στη μηχανική των πετρωμάτων άλλωστε, η χρονικά εξαρτώμενη συμπεριφορά της βραχόμαζας είναι γνωστή και ως ερπυσμός. Επομένως, μέσω της εκτενούς αυτής αναφοράς στα δύο προαναφερθέντα φαινόμενα, αποσαφηνίζονται θεμελιώδεις έννοιες και δημιουργείται έτσι η θεωρητική βάση της Διπλωματικής αυτής Εργασίας. Παράλληλα, στο κεφάλαιο αυτό πραγματοποιείται και μία αναλυτική περιγραφή του σκοπού της παρούσας Εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2 παρατίθενται και επεξηγούνται ορισμένα απλουστευμένα μοντέλα ροϊκής συμπεριφοράς, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την αρχική προσέγγιση του φαινομένου της σύνθλιψης λόγω ερπυσμού, τόσο των ιξωδοελαστικών, όσο και των ιξωδοπλαστικών πετρωμάτων. Πιο συγκεκριμένα, αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας τους μέσω κατάλληλου συνδυασμού μηχανικών στοιχείων, ενώ αναλύονται συνοπτικά και οι καταστατικές εξισώσεις που τα διέπουν. Ένα από τα απλουστευμένα μοντέλα ροϊκής συμπεριφοράς που περιγράφονται είναι το μοντέλο Burgers. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αναλύονται ορισμένες κλειστές λύσεις που έχουν αναπτυχθεί για το απλουστευμένο αυτό μοντέλο, ενώ παράλληλα επεξηγούνται και οι παράμετροι ερπυσμού που ουσιαστικά περιγράφουν τη χρονικά εξαρτώμενη συμπεριφορά των ιξωδοελαστικών πετρωμάτων, και κατ’ επέκταση των ιξωδοπλαστικών. Τέλος, παρατίθενται τα αποτελέσματα παραμετρικής ανάλυσης που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της Εργασίας αυτής, η οποία είχε ως στόχο τη διερεύνηση της επίδρασης των παραμέτρων ερπυσμού στην εκδήλωση του φαινομένου της σύνθλιψης λόγω ερπυσμού. Για την παραμετρική αυτή ανάλυση, χρησιμοποιήθηκαν οι κλειστού τύπου επιλύσεις που αναφέρονται παραπάνω, ενώ πραγματοποιήθηκε και μία εκτεταμένη έρευνα στη διεθνή βιβλιογραφία για την αναζήτηση παραμέτρων ερπυσμού διαφόρων πετρωμάτων, τα αποτελέσματα της οποίας επίσης παρουσιάζονται στο κεφάλαιο αυτό. Η εκτενέστερη προσέγγιση του φαινομένου της σύνθλιψης λόγω ερπυσμού γύρω από σήραγγες, πραγματοποιήθηκε μέσω αριθμητικών αναλύσεων. Για τη διεξαγωγή των αναλύσεων αυτών χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό προσομοίωσης Flac 3D (Itasca, 2006). Το σύνολο των αριθμητικών αναλύσεων της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας διαχωρίστηκε σε τρεις επιμέρους φάσεις προσομοιώσεων. Στο Κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται μία συνοπτική περιγραφή του Flac 3D ως προς τον τρόπο με τον οποίο επεξεργάζεται γεωτεχνικά προβλήματα, ενώ αναλύεται και η πρώτη φάση των προσομοιώσεων. Στόχοι της φάσης αυτής ήταν αφενός η εκμάθηση του τριδιάστατου κώδικα Flac 3D και αφετέρου, η εξέταση του συνόλου των παραμέτρων που επηρεάζουν τις αριθμητικές αναλύσεις. Η εξέταση αυτή πραγματοποιήθηκε μέσω συγκρίσεων με τις κλειστές λύσεις του προηγούμενου κεφαλαίου, τα αποτελέσματα των οποίων παρατίθενται στο τρίτο κεφάλαιο και στο Παράρτημα Α. Κατά τη δεύτερη φάση των προσομοιώσεων, η οποία αναλύεται στο Κεφάλαιο 4, πραγματοποιήθηκε μία σειρά παραμετρικών αριθμητικών αναλύσεων με σκοπό τη λεπτομερέστερη διερεύνηση της επίδρασης των παραμέτρων ερπυσμού στο φαινόμενο της σύνθλιψης. Για τις παραμετρικές αυτές αναλύσεις κατασκευάστηκε μία σειρά αξισυμμετρικών αριθμητικών μοντέλων προσομοίωσης, τα οποία βασίστηκαν ουσιαστικά στα μοντέλα της πρώτης φάσης προσομοιώσεων. Από τις παραμετρικές αυτές αναλύσεις προέκυψε ένας πολύ μεγάλος όγκος αποτελεσμάτων και σχολίων επ’ αυτών. Τα σχόλια και ορισμένα από τα αποτελέσματα αυτά παρατίθενται στο τέταρτο κεφάλαιο, ενώ το σύνολο των υπόλοιπων αποτελεσμάτων επισυνάπτεται στο Παράρτημα Β της Εργασίας. Η τρίτη και τελική φάση των προσομοιώσεων είχε ως στόχο τη διεξαγωγή προσομοιώσεων για ένα πραγματικό έργο (μελέτη περίπτωσης – case study). Το έργο αυτό είναι η σήραγγα «Μαύρα Λιθάρια» του νέου αυτοκινητοδρόμου «Ολυμπία Οδός», η οποία βρίσκεται υπό κατασκευή. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα στοιχεία της σήραγγας αυτής, έτσι όπως αντλήθηκαν από τη μελέτη του έργου (ΟΤΜ, 2009). Αναλύονται ακόμη τα τριδιάστατα μοντέλα που κατασκευάστηκαν για την προσομοίωση της σήραγγας, και τέλος παρατίθενται τα αποτελέσματα που προέκυψαν, και σχολιάζονται ως προς τις συγκρίσεις που πραγματοποιήθηκαν με επιτόπου μετρήσεις του έργου. Σημειώνεται ότι λόγω του όγκου των αποτελεσμάτων και αυτής της φάσης των προσομοιώσεων, ορισμένα από αυτά τα αποτελέσματα επισυνάπτονται στο Παράρτημα Γ της Εργασίας. Στο τελευταίο κεφάλαιο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας συνοψίζεται το σύνολο των συμπερασμάτων που προέκυψαν καθ’ όλη τη διάρκεια της εκπόνησής της. Σχολιάζονται τόσο οι διαπιστώσεις από τη βιβλιογραφική και θεωρητική έρευνα που περιλαμβάνει η Εργασία αυτή, όσο και από το σύνολο των τριών φάσεων των αριθμητικών προσομοιώσεων. Τέλος, διατυπώνονται συγκεκριμένες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα σχετικά με το φαινόμενο του ερπυσμού των πετρωμάτων κατά τη διάνοιξη σηράγγων.The object of this Thesis is the viscous behaviour that might be presented in the surrounding rock mass of a tunnel. It is noted that viscous, meaning time dependent behaviour, can be presented in all kinds of rocks. However, as far as a tunnel is concerned, the question is if, and to what extent viscous behaviour could be exhibited in rocks of such a common construction. The aim of the Thesis is to provide a complete answer to this question, as well as trace and clarify all the relevant features. Chapter 1 of the Thesis is an introduction to the object of research through an extensive reference to the squeezing phenomenon and its association with the related one of creep. In rock mechanics, the time dependent behaviour of the rock mass is also known as creep. Therefore, the extensive reference to those two phenomena helps clarify basic concepts, and in that way provide a theoretical basis for the Thesis. In the same chapter, it is also provided a detailed description of the aims set in this Project. In Chapter 2, certain simplified models of rheological behaviour are presented and analysed. These were used as an initial approach of the squeezing phenomenon caused by creep, in viscoelastic as well as viscoplastic rocks. More specifically, what is analysed is firstly, the way the models function through a suitable combination of mechanic elements, and secondly and more briefly, the constitutional equations that they are ruled by. One of the simplified rheological models which are described is that of Burgers’. A number of closed form solutions developed for this simplified model, are analysed. At the same time, it is explained how the creep parameters describe the time dependent behaviour of the viscoelastic, and by extension, the viscoplastic rocks. Finally, the results of the parametrical analysis realized for this Project, are presented. The aim of this analysis was a research on the effect creep parameters have when squeezing caused by creep takes place. The closed form solutions already mentioned were used for this parametrical analysis. It should be noted that an extensive research through the international bibliography in order to trace parameters of creep in different rocks, has provided an important amount of information, which is included in this chapter, too. Numerical analyses helped proceed to a more thorough work on the squeezing phenomenon caused by creep around tunnels. In order to perform the above mentioned analyses, Flac 3D (Itasca, 2006) software simulation was used. The numerical analyses performed in the context of the whole Thesis were divided into three separated phases of simulation. Chapter 3 includes a brief description of Flac 3D, focusing on the way it deals with geotechnical issues, and an analysis of the simulations of the first phase. The aims set in this phase were on the one hand, learning the three-dimensional code Flac 3D and on the other, testing the number of parameters that affect the numerical analyses. This testing was performed by comparing those analyses to the closed form solutions discussed in the previous chapter. The results from these comparisons are presented in Chapter 3 and Appendix A. Chapter 4 includes a series of parametrical numerical analyses, which were performed during the second phase of simulations in order to research in more details the effect creep parameters have on the squeezing phenomenon. A number of axisymmetric numerical simulation models were designed, based on the models of the first phase of simulation. The outcome of those analyses was a great number of results followed by comments. All of the comments and several results are presented in Chapter 4, while the rest of the results are attached to Appendix B. The aim of the third, which is the final phase of simulations, was performing a number of them at an actual construction; in other words, working on a case study. The construction used is the tunnel “Mayra Litharia”, which is part of the new motorway “Olympia Odos”, and is still being excavated. Research on this construction (OTM, 2009) has provided information about the specific tunnel, which is included in Chapter 5. Three-dimensional models constructed for the simulation of the tunnel are analysed in the same chapter. Finally, the results that arose are presented and discussed in connection to the comparisons to the measurements made at the construction. It should be pointed that since there was a great number of results taken in this phase of simulation, too, some of them are attached to Appendix C. The last chapter of the Thesis includes a summary of the conclusions. More specifically, there is a discussion of the conclusions drawn on the basis of both the bibliographical and theoretical research done for this Project, and the three phases of the numerical simulations. Last but not least, specific proposals are made for further research on the phenomenon of creep in rocks during the excavation of tunnels.Στέφανος Δ. Αθανασόπουλο

A novel multiscale neutron diffraction based experimental approach for granular media

The complexity of granular (geo-)materials is associated with the mobility and interaction of their constituent particles. Under the effect of loading, these materials exhibit a highly inhomogeneous behaviour, which might vary significantly as the loading develops (i.e. certain grain assemblies take up the load whilst other, neighbouring assemblies fall into states of lower load). To that end, understanding the (micro-)mechanisms related to the distribution and evolution of forces/stresses through granular media requires appropriate, spatially resolved measurements. Neutron strain scanning (NSS) is an experimental technique based on diffraction measurements that has been successfully used in recent years to infer force/stress distribution in granular materials under load, by measuringthe crystallographic strains of grains. In this work, first results from a new experimental approach involving simultaneous NSS and digital image correlation (DIC) of quartz sand under load in a specially designed plane-strain apparatus are presented. The combined use of these techniques allows the investigation of deformation mechanisms in granular media, such as sand, at different scales. Therefore, a completely novel multiscale analysis of granular (geo-)materials can be made – that is, associating the traditional macroscale measurements with the mesoscale characterisation of the strain field (through DIC) and the inferred microscale stress distribution (through NSS)