Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλο ενός ελικοπτέρου με την ελάχιστη δυνατή πολυπλοκότητα για σκοπούς εξομοίωσης και αναλύονται τα συστήματα ελέγχου και αύξησης ευστάθειας. Οι λόγοι για την χρήση ενός απλοποιημένου μοντέλου είναι το κόστος, η ευελιξία, η εύκολη προσαρμογή σε διαφορετικούς τύπους ελικοπτέρου, καθώς και η καλύτερη κατανόηση των χαρακτηριστικών ελέγχου από την πλευρά του μηχανικού αλλά και από την πλευρά του πιλότου εξομοίωσης. Η προσέγγιση ξεκινά με μια γενική περιγραφή των χαρακτηριστικών ενός ελικοπτέρου και του τρόπου χειρισμού του. Συνεχίζεται με τον καθορισμό των τμημάτων του ελικοπτέρου και ακολουθεί η επεξήγηση των εξισώσεων. Παρουσιάζεται η γενική μέθοδος εφαρμογής του μοντέλου σε διάφορους τύπους ελικοπτέρων με αλλαγή των βασικών δεδομένων. Αναφέρονται πιθανές επεκτάσεις και βελτιώσεις καθώς και συστήματα αυτομάτου ελέγχου που συναντώνται στα πραγματικά ελικόπτερα και μπορούν να ενσωματωθούν στο μοντέλο. Για την καλύτερη κατανόηση των συστημάτων ελέγχου, παρουσιάζονται αναλυτικά, τα συστήματα αύξησης ευστάθειας και αυτόματου ελέγχου πτήσης του ελικοπτέρου UH-60 στους τρεις άξονες κίνησης. / Mathematical model for development of helicopter simulation program. Automatic control systems of helicopter Black Hawk.

Η αναμονή σε μία ουρά με σκοπό την εξυπηρέτησή μας για κάποιο ζήτημα είναι ένα φαινόμενο που όλοι έχουμε βιώσει στην ζωή μας, το οποίο είναι ιδιαίτερα συνηθισμένο στις ανεπτυγμένες τεχνολογικά κοινωνίες. Η αναμονή σε αυτές τις ουρές (αεροδρόμια, τράπεζες, τηλεφωνικά κέντρα κτλ), είναι μια δυσάρεστη κατάσταση τόσο για αυτούς που λαμβάνουν όσο και για αυτούς που παρέχουν την εξυπηρέτηση. Λόγω της μεγαλύτερης ζήτησης από την υποδομή για εξυπηρέτηση υπάρχει η κατάσταση της αναμονής την οποία προσπαθούμε να ελαττώσουμε κάνοντας χρήση λεπτομερών μαθηματικών αναλύσεων, απαντώντας στα δύο βασικά ερωτήματα που μας απασχολούν: 1) Πόσο περιμένει ο πελάτης και 2) Πόσοι περιμένουν στην ουρά. Η θεωρία ουρών μας παρέχει το κατάλληλο υπόβαθρο για να μελετήσουμε τις ουρές και τις καταστάσεις τους. Μέσα σε αυτό το υπόβαθρο περιλαμβάνεται και η σημειογραφία ενός μοντέλου ουράς, καθώς και οι μαθηματικές εκφράσεις οι οποίες είναι απαραίτητες για την ανάλυση αυτού του μοντέλου. Ακόμα μας παρέχει και πολλά καθημερινά παραδείγματα τα οποία μοντελοποιούνται με την χρήση των μαθηματικών τύπων. Για τα πολύπλοκα όμως μοντέλα τα οποία απαιτούν συνεχείς υπολογισμούς και καταγραφή αποτελεσμάτων χρειαζόμαστε την βοήθεια της τεχνολογίας των υπολογιστών και της πληροφορικής. Η πληροφορική μας παρέχει τη δυνατότητα με την χρήση προγραμμάτων λογιστικού φύλλου και προσομοιώσεων να μελετήσουμε τέτοια συστήματα ουρών, ώστε να μπορέσουμε να τα αναπαραστήσουμε ψηφιακά και να συλλέξουμε αποτελέσματα με λιγότερο ρίσκο. Έτσι με την χρήση των παραπάνω εργαλείων σε συνδυασμό με τη θεωρία ουρών και τις γεννήτριες τυχαίων αριθμών επιχειρούμε την κατασκευή τέτοιων συστημάτων ουράς με σκοπό την σύγκρισή τους με βάση τα χαρακτηριστικά που έχουν τα συστήματα αυτά. Στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας μελετάμε κάποια θεωρητικά παραδείγματα ώστε να μπορέσουμε να υποστηρίξουμε και να καταλάβουμε τις μαθηματικές εκφράσεις και την λογική της θεωρίας ουρών, ενώ στο δεύτερο μέρος της εργασίας με την χρήση του Microsoft Excel (ως λογισμικό λογιστικού φύλλου) και του Palisade @Risk (add-on για την προσομοίωση) μοντελοποιούμε και συγκρίνουμε διάφορα μοντέλα ουρών που αφορούν το σύστημα εξυπηρέτησης μιας υπηρεσίας. / Waiting in a queue for our service for any issue is a phenomenon that we have all experienced in our lives, which is particularly common in advanced technological societies. Waiting in these queues (airports, banks, call centers etc), is an uncomfortable situation for both those receiving and those providing the service. Due to the higher demand from infrastructure to service, there is a state of waiting we are trying to reduce it by using detailed mathematical analysis and answering the two key questions that concern us: 1) How long the customer waits and 2) How many people are waiting in the line. The queuing theory provides us with a suitable background to study the queues and their states. This background includes the notation of a model of a queue, and the mathematical expressions that are necessary for the analysis of this model. Also it provides us with many everyday life examples which are modeled using the mathematical formulas. But for the complex models that require constant calculations and recording of the results we need the help of computer technology and informatics. Computer science allows us to use spreadsheet and simulation programs to study such systems queues, so that we can digitally reconstruct them and gather results with less risk. So by using these tools in conjunction with the queuing theory and random number generators we attempt to build such queuing systems in order to compare them according to their distinct characteristics. In the first part of this paper we study some theoretical examples so that we can support and understand the mathematical expressions and logic behind queuing theory, while in the second part using the Microsoft Excel (a spreadsheet software) and Palisade @ Risk (add-on for the simulation) we try to construct and compare various models of queues based on the service of a queuing system.

H εργασία πραγματεύεται την παρουσίαση μιας σχετικά νέας αντικειμενοστραφούς γλώσσας προγραμματισμού της Modelica, η οποία έχει αναπτυχθεί κυρίως από Πανεπιστήμια των βορείων Ευρωπαϊκών χωρών σε άμεση συνεργασία και ενεργό συμμετοχή των μεγάλων βιομηχανιών όπως η Dassult, η SAAB, η AUDΙ κλπ. Περίπου από το 2000-01 άρχισαν οι πρώτες οργανωμένες προσπάθειες για την καθιέρωση του προτύπου Modelica μιας γλώσσας εξειδικευμένης στην δημιουργία – ανάπτυξη μοντέλων για την μελέτη της συμπεριφοράς αυτών με τεχνικές προσομοίωσης. Η προσπάθεια που γίνεται στην εργασία αυτή είναι να γνωρίσει κανείς τις δυνατότητες που παρέχονται στην προσομοίωση των συστημάτων μέσα από τη χρήση της γλώσσας Modelica. Σημειώνεται ότι η Modelica χρησιμοποιείται όχι μόνο για ακαδημαϊκούς σκοπούς αλλά και στη βιομηχανία. Η δομή της παρουσίασης της Modelica σχετίζεται αρχικά με την εννοιολογική ερμηνεία όρων όπως μοντέλο, σύστημα, προσομοίωση και στη συνέχεια με τους τρόπους δημιουργίας μοντέλων – συστημάτων. Εφόσον ο αναγνώστης έχει κατανοήσει τις βασικές έννοιες που θα μας απασχολήσουν σε όλη την εργασία ακολουθεί η παρουσίαση της γλώσσας Modelica. Προκειμένου η γλώσσα να γίνει κατανοητή, όπως άλλωστε συμβαίνει με όλες τις γλώσσες προγραμματισμού, απαραίτητη είναι η αναφορά στις δομικές έννοιες που συνθέτουν την γλώσσα Modelica. Αξιολογώντας στο σημείο αυτό όσα αναφέρονται παρακάτω θα πρέπει να πούμε ότι τις έννοιες που συναντάει κανείς στις διάφορες γλώσσες προγραμματισμού ανωτέρου επιπέδου (όπως Java, C++, C#..) τις συναντά και στη Modelica. Έτσι οι έννοιες class, Inheritance, methods, functions χρησιμοποιούνται ευρύτατα ενώ επιπλέον νέες έννοιες εισάγονται όπως Connections, Connectors, Packets, models κλπ προκειμένου η Modelica να πραγματώσει με τον καλύτερο τρόπο το σκοπό επινόησής της. Επίσης, κατά την παρουσίαση μιας γλώσσας, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για αντικειμενοστραφή γλώσσα, δεν μπορεί κανείς να παραλείψει να αναφερθεί στην πληθώρα των βιβλιοθηκών που έχουν αναπτυχθεί πολλές από τις οποίες είναι προσβάσιμες από όλους και άλλες για εμπορικούς σκοπούς. Με τον τρόπο αυτό θα διαπιστώσει ο αναγνώστης τη σημασία που έχει η Modelica βάσει του μεγέθους των εργασιών που έχουν επιτελεσθεί και είναι μάλιστα προσβάσιμες από οιανδήποτε ενδιαφερόμενο, δημιουργώντας τις προϋποθέσεις ώστε κανείς να προχωράει τη μελέτη του από το σημείο που έχει σταματήσει κάποιος άλλος και χωρίς να αναγκάζεται να εργασθεί για θέματα που ήδη έχουν επιλυθεί, αλλά να συγκεντρώνει τις προσπάθειες του για κάτι νέο. Προς το τέλος της εργασίας περιγράφονται τα διάφορα περιβάλλονται που υπάρχουν και μέσω των οποίων μπορεί κανείς να προσομοιάσει τα μοντέλα του. Επιπρόσθετα, θα γίνει εφαρμογή – κατασκευή μοντέλων σταδιακά επεκτεινόμενα σε περιβάλλον OpenModelica το οποίο είναι και δωρεάν. Τέλος γίνεται παράθεση – προτροπή χρήσης της Modelica σε νέες γνωστικές – ερευνητικές περιοχές όπου ο γράφων εκτιμά ότι θα μπορούσε η Modelica να αποφέρει αξιοσημείωτα αποτελέσματα. / The assignment deals with the presentation of a relatively new object-oriented programming language Modelica, which has been developed mainly from the Universities of Nordic European countries in close cooperation and active participation of major industries such as Dassult, the SAAB, etc. Around the AUDI from 2000 - 01 began the first organized efforts to establish a standard Modelica language specialized in creation - development of models to study the behavior of these techniques and simulation. The efforts being made in this paper is to introduce one of the options provided in the simulation of systems through the use of language Modelica. Note that Modelica is used not only for academic purposes but also in industry. The structure of the presentation of Modelica associated initially with the conceptual interpretation of terms such as model system, simulation and then how modeling - systems. If the reader has understood the key concepts we employ throughout the paper follows the presentation of language Modelica. In order for the language to be understood, as is the case with all programming languages, it is necessary to refer to the structural concepts that comprise the language Modelica. Evaluating at this point what is mentioned below should be said that the concepts you meet in different programming languages ​​higher level (such as Java, C + +, C # ..) and meets the Modelica. So the concepts class, Inheritance, methods, functions are widely used while additional new concepts are introduced such as Connections, Connectors, Packets, models, etc. in order to realize the Modelica with the best way to invent it. Also, during the presentation of a language, especially when it comes to object-oriented language, one can not fail to mention the plethora of libraries that have been developed, many of which are accessible by all other commercial purposes. In this way the reader will realize the importance of Modelica based on the size of the work done and is even accessible from any interested party, paving the way so that no one goes to study from the point you stopped someone else without being forced to work on issues that have already been resolved, but the efforts to collect on something new. Towards the end of the work describes the different environments that exist through which one can simulate models. Additionally, it will be implemented - modeling gradually expanding in OpenModelica environment which is free. Finally we quote - prompt use of Modelica

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μιας ανεμογεννήτριας με επαγωγική μηχανή δακτυλιοφόρου δρομέα με διασύνδεση συνεχούς ρεύματος στο δίκτυο. Η διασύνδεση συνεχούς ρεύματος αποτελείται από έναν πυκνωτή που είναι συνδεδεμένος με την πλευρά της μηχανής μέσω ενός ac/dc πλήρως ελεγχόμενου ανορθωτή ισχύος ενώ με την πλευρά του δικτύου συνδέεται μέσω ενός dc/ac πλήρως ελεγχόμενου αντιστροφέα ισχύος. Ο πυκνωτής , ο ανορθωτής και ο αντιστροφέας είναι συνδεδεμένοι σε σειρά και αποτελούν την dc διασύνδεση. Η μελέτη γίνεται αρχικά με την θεωρητική ανάλυση του συστήματος της ανεμογεννήτριας. Για την θεωρητική ανάλυση χρησιμοποιείται για διευκόλυνση ο μετασχηματισμός Park που μετασχηματίζει το τριφασικό a-b-c σύστημα των εξισώσεων του συστήματος στο d-q πλαίσιο αναφοράς. Η ανάλυση μας οδηγεί στην εξαγωγή των εξισώσεων στον χώρο κατάστασης και έτσι οδηγούμαστε στο μαθηματικό μοντέλο του συστήματος. Στην συνέχεια παρουσιάζεται η θεωρία ελέγχου του συστήματος της επαγωγικής γεννήτριας και γίνεται ο προσδιορισμός των κερδών των cascaded PI ελεγκτών. Στο τελικό στάδιο της διπλωματικής εργασίας γίνεται η προσομοίωση του συστήματος και της συμπεριφοράς του κατά την μεταβολή του ανέμου. Ο άνεμος στην πρώτη περίπτωση μεταβάλλεται βηματικά και στην δεύτερη περίπτωση με τυχαίο τρόπο. Με την χρήση του λογισμικού Simulink του Matlab εξάγουμε τις γραφικές παραστάσεις των χαρακτηριστικών μεγεθών : ρευμάτων, τάσεων, ροών, ισχύων του συστήματος και παρατηρώντας τα αποτελέσματα αυτών καταλήγουμε σε σχετικά συμπεράσματα για το προς μελέτη σύστημα. / The purpose of this thesis is to study a wind turbine with a wound rotor induction generator which is connected to the network with a dc link. The dc link is made of a capacitor which is connected to the side of the machine with a fully controlled ac/dc power rectifier and to the network side with a fully controlled dc/ac inverter. The capacitor, the rectifier and the inverter are connected in series and comprise the dc link. Firstly, it is necessary to begin with the theoretical analysis of the system of the wind turbine. At the system analysis is used the Park transformation that transforms the three-phase a-b-c system of equations at the d-q reference frame. Our analysis leads to be exported the equations in state space which are the mathematical model of the system. Then we present the cascaded PI controller design and the gain tuning for the system of the wound rotor induction generator. In the final stage of the thesis there is the simulation of the system and its behavior during the change of wind. In the first case, the wind change stepwise and in the second case in a random manner. By using the software of Simulink at Matlab we draw the graphs of feature sizes such as: currents , voltages , flows and power of the system and as we observe the results of the graphs we arrive at conclusions about the under study system.

Our study was designed to test the hypothesis that flowfield properties such as WSS are closely related to cardiovascular disease. The spatial distribution patterns of several hemodynamic indices (gradient of WSS) were examined and compared with the (known) locations of plaque formation in human aorta. The part of the aorta on which we focused is ascending, aortic arch and descending aorta. Blood flow is influenced by vessel wall motion. Fluid Structure Interaction (FSI) is also investigated and discussed during the description of hemodynamic environment that leads to plaque formation in human aorta. Our Data were DICOM files from Computed Tomography (CT) scans. Using Vascular Modeling Toolkit (VMTK) and these scans as the input, we choose level set segmentation method to extract the geometry of the vessel needed for the simulation. ANSYS CFX Solver was used for the simulation of blood flow. The present numerical study revealed a direct correlation between low WSS values and atherosclerotic plaque localization. The results indicate also that Oscillating Shear Index (OSI) shows clearly points where the possibility of atherogenesis is high enough to be ignored. FSI provides unimportant details when we focused on plaque formation. / Η παρούσα εργασία μελετά την υπόθεση που συνδέει τις ιδιότητες του πεδίου ροής, όπως οι διατμητικές τάσεις (Wall Shear Stresses), με καρδιαγγειακές παθήσεις. Η χωρική κατανομή διάφορων δεικτών αιμοδυναμικής φύσεως (όπως η βάθμωση των διατμητικών τάσεων) μελετήθηκε και τα σημεία που εντοπίστηκαν ως ύποπτα για την ανάπτυξη αθηρωματικών πλακών συγκρίθηκαν με γνωστές από τη βιβλιογραφία περιοχές σχηματισμού τέτοιων φλεγμονών στην ανθρώπινη αορτή. Το τμήμα της αορτής στο οποίο εστιάσαμε είναι η ανιούσα, το αορτικό τόξο και η κατιούσα αορτή. Εξετάστηκε απίσης το ενδεχόμενο να επηρεάζεται η ροή του αίματος από την κίνηση του αρτηριακού τοιχώματος.

- / -

Η διατριβή αναφέρεται στην μελέτη της σκέδασης κατά την διάδοση των υπερήχων μέσα σε σπογγώδες βόειο οστούν, και την μοντελοποίηση της έτσι ώστε να μας επιτρέπει να εκτιμήσουμε το πάχος των δοκίδων του σπογγώδους οστού. Αναπτύσσεται ένα πειραματικό μοντέλο οστεοπόρωσης, και μελετάται η επίδραση των μεταβολών της μικροδομής στην σκέδαση των υπερήχων. Oι υπέρηχοι αποτελούν μία διαφορετική μέθοδο εκτίμησης της ποιότητας του οστού δίνοντας πληροφορίες για την δομή του, επιπρόσθετα με την πυκνότητα. Η διάγνωση της οστεοπόρωσης στηρίζεται μέχρι σήμερα κυρίως στην εκτίμηση της πυκνότητας του οστού, με μετρήσεις της εξασθένισης και της ταχύτητας του υπερήχου. Μια άλλη προσέγγιση της εκτίμησης της ποιότητας του οστού γίνεται με την μελέτη της σκέδασης, η οποία μπορεί να δώσει πληροφορία για την ποιότητα και την αρχιτεκτονική δομή του σπογγώδους οστού. Η σκέδαση που υφίσταται ο υπέρηχος κατά την διάδοσή του στo σπογγώδες οστούν άρχισε να μελετάται το 2000 και έχει προσεγγισθεί με δύο μοντέλα. Το πρώτο θεωρεί διακριτές ανομοιογένειες του μέσου, και χρησιμοποιεί τις αναλυτικές λύσεις του Faran2 της διαφορικής διατομής σκέδασης από σφαιρικό η κυλινδρικό ελαστικό στερεό σώμα, γιά να περιγράψει την αλληλεπίδραση του υπέρηχου με το οστούν. To δεύτερο μοντέλο θεωρεί την διάδοση των υπερήχων σε τυχαία ανομοιογενές συνεχές μέσο και βασίζεται στην απόδειξη του Chernov, ότι η σκέδαση είναι ανάλογη του γινομένου της μέσης διακύμανσης της συμπιεστότητας και της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης του μέσου. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή για την μοντελοποίηση της σκέδασης κατά την διάδοση των υπερήχων στο βόειο σπογγώδες οστούν, χρησιμοποιήθηκε ένας συνδυασμός των δύο προσεγγίσεων. Οι σπουδαιότερες παραδοχές του μοντέλου είναι οι κάτωθι : • Υποθέτουμε ασθενή σκέδαση. • Υποθέτουμε ότι το δείγμα είναι στατιστικά ομογενές και ισότροπο. • Αγνοούνται τα φαινόμενα πολλαπλής σκέδασης, και • Δεν λαμβάνεται υπ’ όψιν η μετατροπή των διαμήκων κυμάτων σε διατμητικά. Οι παραδοχές του μοντέλου ικανοποιούνται από τα πειραματικά αποτελέσματα. Για την περιγραφή της μικροδομής του σπογγώδους οστού, χρησιμοποιήθηκαν δύο συναρτήσεις αυτοσυσχέτισης: μία τροποποιημένη Gaussian συνάρτηση πυκνού πληθυσμού για να ερμηνεύσει τις αρνητικές τιμές αυτοσυσχέτισης που παρατηρούνται μεταξύ δύο σημείων μέσα και έξω από μία ανομοιογένεια και αφορούν την πυκνότητα και την συμπιεστότητα, καθώς και το μεγάλο ποσοστό δοκίδων στην μονάδα του όγκου, και η συνάρτηση κατανομής μικρής συγκέντρωσης σφαιρών, για να εξηγήσει την ύπαρξη μεγάλων στο πλάτος δοκίδων με ελλειπτική ή σφαιρική τραχεία μορφή που συνεισφέρουν ένα ποσοστό στη σκέδαση. Για τα περισσότερα όμως δείγματα κανένα από τα δύο μοντέλα δεν ήταν επαρκές για να προσεγγίσει επ’ ακριβώς την συμπεριφορά του σπογγώδους οστού. Γι’ αυτόν τον λόγο προτάθηκε ένας συνδυασμός των δύο μοντέλων για να περιγράψει τα πειραματικά δεδομένα. Το αντίστροφο πρόβλημα της εκτίμησης του πάχους των δοκίδων του οστού αντιμετωπίσθηκε στην παρούσα διατριβή. Λόγω του εύρους της διακύμανσης του πάχους των δοκίδων στο βόειο σπογγώδες οστό, έγιναν διαγράμματα κατανομής του πάχους για κάθε δοκίμιο οστού και προσδιορίσθηκε το κυρίαρχο αντί για το μέσο πάχος δοκίδων, που έχει χρησιμοποιηθεί σε άλλες εργασίες. Η σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων της διαφορικής διατομής σκέδασης 1800 με την θεωρητική πρόβλεψη, έδειξε ότι περισσότερες της μίας κυρίαρχες διαστάσεις δοκίδων συνεισφέρουν στην σκέδαση σε κάθε δοκίμιο. Σημαντική γραμμική συσχέτιση (R2=0.8558) βρέθηκε μεταξύ εκτιμώμενου και μετρηθέντος πάχους δοκίδων. Η εξασθένιση των υπερήχων κατά την διέλευσή τους μέσα από βιολογικούς ιστούς, έχει δύο συνιστώσες: την απορρόφηση και τη σκέδαση. Η προβλεπόμενη από την συνάρτηση αυτοσυσχέτισης του πυκνού πληθυσμού εξασθένιση λόγω σκέδασης, παρουσιάζει μία ευρεία γραμμική περιοχή από 0.3 έως 0.9 MHz για συνεχή κατανομή σκεδαστών (100 έως 600 μm), που επαληθεύεται από τα πειραματικά δεδομένα, υποδεικνύοντας ότι η εξασθένιση που υφίσταται ο υπέρηχος κατά την διάδοσή του στο σπογγώδες οστούν, οφείλεται σε μεγαλύτερο βαθμό στην σκέδαση απ’ ότι στην απορρόφηση. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής αναπτύσσεται ένα πειραματικό μοντέλο προσομοίωσης της οστεοπόρωσης. Η οστεοπόρωση είναι μία σοβαρή νόσος των οστών, που χαρακτηρίζεται από χαμηλή οστική μάζα και πυκνότητα, μεταβολή της μικροδομής του οστού με μείωση του πάχους των δοκίδων και αυξημένο κίνδυνο κατάγματος. Στόχος είναι η εκτίμηση της επίδρασης των μεταβολών της μικροδομής, και της πυκνότητας του σπογγώδους οστού στις ιδιότητες των υπερήχων κατά την διάδοση τους μέσω του οστού, για την κατασκευή “εργαλείων” διάγνωσης της οστεοπόρωσης. H προσομοίωση της οστεοπόρωσης επιτυγχάνεται με σταδιακή αφαίρεση των ανόργανων συστατικών (απασβεστοποίηση) με εμβάπτιση σε υδροχλωρικό οξύ. Η ηλεκτρονική μικροσκοπία και η ιστολογική χρώση δείχνουν ότι, σε κάθε στάδιο απασβεστοποίησης, οι δοκίδες του οστού αποτελούνται από ένα πυρήνα άθικτο και ένα εξωτερικό στρώμα πλήρως απασβεστοποιημένο, το πάχος του οποίου εξαρτάται από τον χρόνο εμβάπτισης. Mε την διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται η σταδιακή μείωση του πάχους των δοκίδων και επομένως η μείωση της πυκνότητας. Το μοντέλο ασθενούς σκέδασης με συνδυασμό δύο συναρτήσεων αυτό-συσχέτισης (του πυκνού πληθυσμού και της σφαιρικής κατανομής) που αναπτύχθηκε στο πρώτο τμήμα της διατριβής, χρησιμοποιήθηκε γιά την εκτίμηση του πάχους των δοκίδων στα διαδοχικά στάδια απασβεστοποίησης. Η ακρίβεια της εκτίμησης βρέθηκε ότι αυξάνεται με το πάχος των δοκίδων. / Ultrasound is currently being assessed as an alternative method of evaluating bone quality, and provides information about structure in addition to density. Ultrasound velocity and broadband ultrasound attenuation (BUA) determination has been explorer as an alternative method for estimating bone density and osteopososis. An other approach is the ultrasound scattering which inform us for the quality and architecture of the bone. Two different approaches have been proposed to model backscattering from cancellous bone. A first approach with discrete homogeneites use the analytical model of Faran which provides an exact solution of the backscatter cross section by a spherical or a cylindrical solid elastic object, to describe the interaction of trabecular bone with the ultrasonic wave. The second approach is based on Cernov’s proof that scattering is proportional to the product of the mean compressibility fluctuation and the autocorrelation function integrated over volume. A combination of the two autocorrelation functions was required to closely approximate the backscatter from bovine cancellous bone. The main limitations of the model are the following : • Weak scattering • The assumption of statistical homogeneity over one sample • First order multiple scattering • They do not account for shear waves in the scatterers The main limitations are satisfied from the experimental data Two simple scattering autocorrelation functions have been utilized to describe the microscopic structure of the random inhomogeneous medium: A modified Gaussian model has been considered to account for a large volume fraction of scatterers in the medium, the fluctuation in density and compressibility about the mean value, and the spherical distribution model because a number of larger plate-like scatterers with ellipsoid or roughly spherical shape may contribute to a portion of the scattering. The frequency dependence of the backscatter coefficient from bovine trabecular bone could not be discribed accurately either by scattering from a collection of randomly distributed identical scatterers or by a continuous model with a single dominant correlation length. This could be due to the tremendous variation in microarchitecture encountered in bovine trabecular bone. A combination of models was required to approximate the experimental data. The inverse problem to estimate the trabecular thickness of bone tissues has been addressed in this thesis. The estimates of correlation lengths from the combination of the two models were compared to trabecular thickness. Mean values of trabecular thickness display very large variation at both intraspecimen and interspecimen levels and cannot be used as estimates of the correlation length α. A significant contribution of this work is that interpretation of the correlation length was the dominant trabecular thickness, obtained from distribution graphs for each specimen. Significant linear correlation was found between predicted correlation length and measured trabecular thickness (R2=0.8558). In this study, it was found that the total attenuation by tissues is largely due to scattering processes than the attenuation due to absorption and the frequency dependence of attenuation due to scattering is linear for a densely populated distribution of scatterers from 100 to 600 μm, which have been measured in bovine cancellous bone, and in the range of frequencies 0.3-0.9 MHz. In the second part of this study a new experimental model was developed in order to simulate osteoporosis. Osteoporosis is a condition of reduced mass and density, change of bone 3D structure and increased fragility with a more pronounced effect on cancellous bone. Our purpose is the study of the ultrasonic frequency-depedent backscatter in dense bovine trabecular bone and the determination of a weak scattering model for the trabecular thickness which is relative to osteoporosis. The simulation of osteoporosis was developed in order to evaluate the effects of change of mineral content and microstructure on ultrasonic properties of cancellous bone with immersion in hydrocloric acid. Timed immersion in hydrochloric acid was used to selectively alter the mineral content. Scanning electron microscopy and histological staining of the acid-treated trabecular demonstrated a heterogeneous structure consisting of a mineralized core and a demineralized layer. Τhe accuracy of estimation was found to increase with trabcular thickness. A two-component model of weak scattering utilizing a combination of two autocorrelation functions (a densely populated model and a spherical distribution) to evaluate the trabecular thickness in various stages of decalcification. Τhe accuracy of estimation was found to increase with trabcular thickness.

Στην παρούσα εργασία μελετάμε την εφαρμογή ενός ρομποτικού βραχίονα στην διαδικασία της ενδομυελικής ήλωσης, η οποία είναι η συνήθης τεχνική που χρησιμοποιείται σε διαδικασίες ρουτίνας, για την ανακατασκευή των καταγμάτων του μηριαίου οστού και της κνήμης. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά γίνεται προσπάθεια ανίχνευσης των οπών του ενδομυελικού ήλου, οι οποίες λαμβάνονται μέσω ενός C-arm, στον τρισδιάστατο χώρο. Στις οπές αυτές τοποθετούνται ειδικά μεταλλικά καρφιά που στοχεύουν στη συγκράτηση του ενδομυελικού ήλου με το οστό του ασθενούς. Από τη στιγμή που έχει προσδιοριστεί ο άξονας που συνδέει δύο οπές στον ήλο, οδηγείται ρομποτικός βραχίονας προκειμένου να τρυπηθεί το οστό του ασθενούς, κατά μήκος αυτού του άξονα. Η όλη διαδικασία μελετάται μέσω προσομοίωσης στην παρούσα εργασία. / The summary is not available.

Η εργασία αυτή επικεντρώνεται στη σχεδίαση και υλοποίηση αλγορίθμων scheduling εργασιών σε κατανεμημένο περιβάλλον (Grid Computing, HPC), οι οποίοι μπορούν να προσφέρουν δίκαιο καταμερισμό των υπολογιστικών πόρων, ενώ διατηρούν τον βαθμό της ποιότητας υπηρεσίας που απαιτούν κάποιες κατηγορίες χρηστών. Οι αλγόριθμοι που αναλύονται και υλοποιούνται βασίζονται στις τεχνικές του περιορισμού των χρηστών από μια γραμμική σχέση, καθώς και την ομαδοποίηση των πόρων σε αφιερωμένες ομάδες, οι οποίες εξυπηρετούν συγκεκριμένες κατηγορίες χρηστών. Οι τεχνικές συνδυάζονται για την επίτευξη μεγαλύτερης απόδοσης, καλύτερης ποιότητας υπηρεσίας και δικαιότερης κατανομής των υπολογιστικών πόρων. Παράλληλα αναπτύχθηκε και ένα ευέλικτο και αποδοτικό περιβάλλον προσομοίωσης, το οποίο χρησιμοποιείται για τον πειραματικό έλεγχο της απόδοσης των αλγορίθμων. Περιγράφεται αναλυτικά το μοντέλο προσομοίωσης, του οποίου η απλότητα, σε συνδυασμό με την ευελιξία της υλοποίησης του προσομοιωτή και τον έλεγχο πάνω σε οποιαδήποτε παράμετρο των προσομοιωμένων συστημάτων, επιτρέπει τον ταχύ σχεδιασμό και υλοποίηση πειραματικών προσομοιώσεων, καθώς και την άμεση σύγκριση των αποτελεσμάτων, με την αυτόματη παραγωγή συγκριτικών γραφικών παραστάσεων. / This thesis addresses the design and implementation of algorithms for task (job) scheduling in distributed computational enviroments (Grid Computing, HPC). These algorithms provide fair resource usage while preserving the provided QoS for user types that demand it. The algorithms that are being developed utilize linear bounds in order to keep under control workload submission rates, while dedicated node sets are used to handle jobs submitted from QoS-demanding users. In order to test the behavior of the proposed algorithms, a new simulation application was designed and developed. The simulator uses a simple, but powerful model of simulation, is extremely extendible and flexible in reusing components and developing new ones, allows execution of a series of the same experiments over the values of a single parameter (e.g. arrival rate λ) and incorporates graph creation utilities, making it a valuable tool for engineers, administrators and scientists trying to choose an optimal scheduling policy for their distributed systems.

Πειραματικη και υπολογιστική μελέτη θερμοσιφωνικού συστήματος επίπεδου συλλέκτη με χρήση του προγράμματος προσομοίωσης TRNSYS. / Experimental and computational study of a thermosyphonic unit system with the simulation programme of TRNSYS.