Lineaarisen palkkiteorian ja geometrisesti epälineaarisen FEM ratkaisun vertailu

Tiivistelmä. Palkkirakenteet ovat hyvin keskeisessä asemassa teollisuudessa monikäyttöisyytensä vuoksi. Taivutustilanteissa ollaan kiinnostuneita palkin poikkileikkauksen jännityskentästä, sillä se kertoo rakenteen lujuudesta. Standardit ja normit puolestaan antavat rajoitteita palkin eri pisteiden siirtymille. Insinöörien olisi hyvä tietää, tilanteesta riippuen, tuleeko mallinnus suorittaa geometrisesti lineaarisella vai epälineaarisella teorialla. Tämän työn teoriaosuudessa johdetaan taipumaviivan yhtälöt kahdelle lineaariselle palkkiteorialle ja läpikäydään epälineaarisuuden muotoja. Teoriaosuuden jälkeen suoritetaan geometrisesti lineaarisen ja epälineaarisen teorioiden vertailu esimerkkitehtävällä FEM-ohjelmassa. Tunnetuin lineaarisista palkkiteorioista on Euler-Bernoullin taivutusteoria, missä leikkausvoiman vaikutus jätetään huomiotta ja oletetaan, että palkin poikkileikkaukset säilyttävät deformaatiossa tasomaisuutensa. Timoshenkon palkkiteoria puolestaan huomioi leikkausvoiman aiheuttaman leikkausjännityksen, mikä aiheuttaa palkin poikkileikkauksissa deplanaation. Materiaalista ja reunaehdoista johtuvat epälineaarisuudet esitellään lukijalle yksinkertaisilla analyyttisilla esimerkeillä. Geometrisesta epälineaarisuudesta käydään läpi taivutetun palkin kokema jännitysjäykistyminen tasotilanteessa. Työn tavoitteena on näyttää lukijalle, mitä geometrisesti lineaarinen mallinnus jättää huomiotta taivutetun palkin laskennassa ja kuinka merkittävää tämä on tulosten kannalta. Lisäksi kerrotaan, milloin laskenta olisi suoritettava geometrisesti epälineaarisella teorialla ja muutamia käytännön peukalosääntöjä helpottamaan tilanteiden tunnistamista. Lukija voi hyödyntää työtä ja sen lähdekirjallisuutta erilaisiin ja vaativimpiin rakennelmiin. Laskentaesimerkin saaduista taipumaviivoista voidaan päätellä, että molemmat teoriat ovat käypiä kyseiselle palkille ja kuormitukselle. Positiiviset kalvovoimat lisäävät rakenteen taivutusjäykkyyttä huomattavasti, jolloin rakenne vastustaa sitä taivuttavia voimia ja näin ollen taipuu vähemmän. Tämä jännitysjäykistymiseksi kutsuttu ilmiö huomioidaan geometrisesti epälineaarisessa teoriassa jännitysjäykkyysmatriisilla, joka summataan rakenteen elastiseen jäykkyysmatriisiin. Laskentaesimerkissä käytetty molemmista päistä niveltuettu palkki ei pääse pitenemään, jolloin sen sisäiset kalvovoimat kasvavat suuresti verrattuna toisesta päästä aksiaalissuunnassa vapaasti liikkuvaan palkkiin. Geometrisesti lineaarinen teoria laskee ainoastaan elastisen jäykkyysmatriisin, jolloin tietyissä tilanteissa siirtymät voivat kasvaa älyttömän suuriksi. Kalvovoimat voivat olla myös negatiivisia, jolloin aiheutuu rakenteen nurjahtaminen. Analogisesti palkkirakenteelle voidaan samankaltaista laskentaa suorittaa levy- ja kuorirakenteille. Peukalosääntöihin kuuluu palkkirakenteissa sallitut venymät, jotka ovat lähteistä riippuen 2–5 % ja maksimitaipuma, mikä voi korkeintaan olla puolet palkin korkeudesta. Lisäksi suunnittelijan tulisi tarkastella lineaarisella teorialla laskettua rakenteen deformaatiota luonnollisessa skaalauksessa ja nähtäessä selvää muodonmuutosta tulisi käyttää geometrisesti epälineaarista teoriaa. Epäiltäessä tulosten luotettavuutta tulisi käyttää geometrisesti epälineaarista teoriaa.Comparison of linear beam theory and geometrically nonlinear FEM solution. Abstract. Beam structures play a very central role in industry due to their multifunctionality. In bending situations, there is interest in the stress state of the cross-section of the beam, as it indicates the strength of the structure. Standards and norms, on the other hand, provide limitations on the displacements of different points in the beam. It would be good for engineers to know, depending on the situation, whether modelling should be carried out with geometrically linear or nonlinear theory. The theoretical part of this thesis derives the equations of the deflection curve for two linear beam theories and undergoes forms of nonlinearity. After the theory section, a comparison of linear beam theory and geometrically nonlinear FEM solution is carried out with an example. The most famous of the linear beam theories is Euler-Bernoulli’s bending theory, where the effect of shearing force is ignored, and it is assumed that the cross-sections of the beam retain their planeness in deformation. Timoshenko’s beam theory, on the other hand, takes into account the shearing stress caused by the shearing force, which causes deplanation in the cross-sections of the beam. Nonlinearities due to material and boundary conditions are presented to the reader with simple analytical examples. Geometric nonlinearity is reviewed by the stress stiffening experienced by the bent beam in plane. The aim of the thesis is to show the reader what geometrically linear modelling ignores in the calculation of the bent beam and how significant this is in terms of results. In addition, it is explained when the calculation should be carried out with a geometrically nonlinear theory and a few practical thumb rules to facilitate the identification of these situations. The reader can utilize the thesis and its source literature for various and more demanding structures. The deflection curves obtained from the calculation example suggest that both theories are valid for the used beam and load. Positive membrane forces greatly increase the bending stiffness of the structure, causing the structure to resist transverse forces and thus bend less. This phenomenon, known as stress stiffening, is taken into account in geometrically nonlinear theory by a stress stiffness matrix summed to the elastic stiffness matrix of the structure. The beam pinned at both ends used in the calculation example cannot lengthen, causing its internal membrane forces to increase greatly compared to the axially free beam at one end. Geometrically linear theory calculates only the elastic stiffness matrix, which means that in certain situations deflections can become incredibly large. Membrane forces can also be negative, causing the structure to buckle. By analogy, similar calculation of the beam structure can be performed on plate and shell structures. The rules of thumb include strains allowed in beam structures, which are between 2% and 5% depending on the sources, and the maximum displacement, which can be at most half the height of the beam. In addition, the designer should look at the deformation of the structure calculated by linear theory in natural scaling and when seeing clear deformation, geometrically nonlinear theory should be used. When doubting the reliability of the results, a geometrically nonlinear theory should be used

Väestön koettu hyvinvointi hyvinvointialueilla - mistä se muodostuu?

Many different kinds of measures are needed to describe well-being in a multidimensional way. It is useful to understand what added value each measure brings, and how the measures differ from each other. The objectives of this study were to examine: 1) which dimensions are included in each questionnaire and how they relate to each other, 2) what kind of well-being differences there are between populations of wellbeing services counties, and 3) how sociodemographic and socioeconomic factors contribute to well-being. A survey of 2187 Finnish adults was conducted, including data on their experienced well-being, health and quality of life, experienced capabilities, and background data (age, sex, marital status, socioeconomic status, chronic illnesses etc.). The data was analyzed through descriptive statistical methods, principal component analysis and multivariate regression analysis. Six factors were formed, two of which (capabilities and economic situation) are not covered by health-related quality of life questionnaires. High age, high education, and high household income correlated with better quality of life. It is important to consider the many dimensions of well-being, especially when choosing metrics, which influences the results and their interpretation. Capabilities are a dimension that complements health-related quality of life measurement, and also includes a social aspect. By embracing the multidimensional nature of well-being and factors affecting it, the wellbeing service counties can better allocate their resources in a way that accounts for the various needs and life situations of their population.Hyvinvoinnin kuvaaminen kokonaisvaltaisesti vaatii monia erilaisia indikaattoreita. On hyvä ymmärtää, mitä lisäarvoa indikaattorit tuovat suhteessa toisiinsa, ja mitä eroja mittareilla on hyvinvoinnista muodostuvan kuvan kannalta. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella: 1) miten koetun hyvinvoinnin eri mittarit kattavat hyvinvoinnin eri ulottuvuuksia ja miten ne suhtautuvat toisiinsa, 2) tarkastella näiden mittareiden avulla sitä, mitä eroja väestön hyvinvoinnissa on hyvinvointialueilla, ja 3) tutkia sosiodemografisten ja -ekonomisten tekijöiden yhteyksiä koettuun hyvinvointiin eri mittareiden avulla. Tutkimusta varten kerättiin suomenkielistä aikuisväestöä (18-79-v.) edustava kyselyaineisto (n=2187), joka sisältää tiedot koetusta hyvinvoinnista, terveydestä ja elämänlaadusta useilla mittareilla, koetusta toimijuudesta ja taustatekijöistä (ikä, sukupuoli, siviilisääty, sosioekonominen asema, pitkäaikaissairaudet). Aineistoa analysoitiin hyödyntäen kuvailevia tilastollisia menetelmiä, pääkomponenttianalyysiä ja monimuuttujaregressioanalyysiä. Mittareista tunnistettiin kuusi faktoria, joista koetut mahdollisuudet ja taloudellinen tilanne tuovat lisätietoa suhteessa terveyteen liittyvän elämälaadun mittareihin. Korkea ikä, korkea koulutus ja korkeat kotitalouden tulot olivat yhteydessä parempaan koettuun hyvinvointiin. On tärkeää, että hyvinvoinnin tilan arvioinnissa otetaan huomioon hyvinvoinnin moniulotteisuus - erityisesti mittareiden valinnassa, joka muuten voi vaikuttaa lopputuloksiin ja niiden tulkintaan. Mahdollisuuksien huomioiminen täydentää terveyteen painottuvia elämänlaatumittareita pitäen sisällään myös sosiaalisen hyvinvoinnin näkökulmia. Hyvinvoinnin moniulotteisuuden ja taustatekijöiden laaja-alainen huomioiminen tukevat hyvinvointialueita suuntaamaan palveluita ja ehkäisevää toimintaa vaikuttavammin asukkaidensa moninaiset hyvinvointitarpeet ja eri elämäntilanteet huomioiden

Carbon nanotube micropillars trigger guided growth of complex human neural stem cells networks

Abstract New strategies for spatially controlled growth of human neurons may provide viable solutions to treat and recover peripheral or spinal cord injuries. While topography cues are known to promote attachment and direct proliferation of many cell types, guided outgrowth of human neurites has been found difficult to achieve so far. Here, three-dimensional (3D) micropatterned carbon nanotube (CNT) templates are used to effectively direct human neurite stem cell growth. By exploiting the mechanical flexibility, electrically conductivity and texture of the 3D CNT micropillars, a perfect environment is created to achieve specific guidance of human neurites, which may lead to enhanced therapeutic effects within the injured spinal cord or peripheral nerves. It is found that the 3D CNT micropillars grant excellent anchoring for adjacent neurites to form seamless neuronal networks that can be grown to any arbitrary shape and size. Apart from clear practical relevance in regenerative medicine, these results using the CNT based templates on Si chips also can pave the road for new types of microelectrode arrays to study cell network electrophysiology

Aligned multi-walled carbon nanotube-embodied hydrogel via low magnetic field:a strategy for engineering aligned injectable scaffolds

Abstract Injectable scaffolds are a promising strategy to restore and regenerate damaged and diseased tissues. They require minimally invasive procedure and allow the formation of an in-situ structure of any shape. However, the formation of 3D in-situ structure with aligned morphologies using a method which could be easily transferred to clinical settings remains a challenge. Herein, the rational design of an aligned injectable hydrogel-based scaffold via remote-induced alignment is reported. Carboxylated multi-walled carbon nanotubes (cMWCNT) are aligned into hydrogel via low magnetic field. The uniform dispersion and alignment of cMWCNT into the hydrogel are clearly demonstrated by small angle neutron scattering. The obtained aligned cMWCNT-embodied hydrogel is stable over 7 days at room temperature and as well at body temperature (i.e. 37 °C). As unique approach, the formation of MWCNT-hydrogel composite is investigated combining rheology with molecular dynamic and quantum mechanical calculations. The increase of MWCNT concentration into the hydrogel decreases the total energy promoting structural stabilization and increase of stiffness. The remote aligning of injectable hydrogel-based scaffold opens up horizons in the engineering of functional tissues which requires specific cell orientation

GWAS and colocalization analyses implicate carotid intima-media thickness and carotid plaque loci in cardiovascular outcomes.

Carotid artery intima media thickness (cIMT) and carotid plaque are measures of subclinical atherosclerosis associated with ischemic stroke and coronary heart disease (CHD). Here, we undertake meta-analyses of genome-wide association studies (GWAS) in 71,128 individuals for cIMT, and 48,434 individuals for carotid plaque traits. We identify eight novel susceptibility loci for cIMT, one independent association at the previously-identified PINX1 locus, and one novel locus for carotid plaque. Colocalization analysis with nearby vascular expression quantitative loci (cis-eQTLs) derived from arterial wall and metabolic tissues obtained from patients with CHD identifies candidate genes at two potentially additional loci, ADAMTS9 and LOXL4. LD score regression reveals significant genetic correlations between cIMT and plaque traits, and both cIMT and plaque with CHD, any stroke subtype and ischemic stroke. Our study provides insights into genes and tissue-specific regulatory mechanisms linking atherosclerosis both to its functional genomic origins and its clinical consequences in humans