This thesis presents an atomic-scale study of nanoindentation, with carbon materials and both bcc and fcc metals as test specimens. Classical molecular dynamics (MD) simulations using Newtonian mechanics and many-body potentials, are employed to investigate the elastic-plastic deformation behaviour of the work materials during nanometresized indentations. In a preliminary model, the indenter is represented solely by a non-deformable interface with pyramidal and axisymmetric geometries. An atomistic description of a blunted 90° pyramidal indenter is also used to study deformation of the tip, adhesive tip-substrate interactions and atom transfer, together with damage after adhesive rupture and mechanisms of tip-induced structural transformations and surface nanotopograpghy. To alleviate finite-size effects and to facilitate the simulation of over one million atoms, a parallel MD code using the MPI paradigm has also been developed to run on multiple processor machines. The work materials show a diverse range of deformation behaviour, ranging from purely elastic deformation with graphite, to appreciable plastic deformation with metals. Some qualitative comparisons are made to experiment, but available computer power constrains feasible indentation depths to an order of magnitude smaller than experiment, and over indentation times several orders of magnitude smaller. The simulations give a good description of nanoindentation and support many of the experimental features.

‘Spiral pinballs’ are resonantly drifting spiral waves in excitable media that reflect from boundaries. Instead of reflecting at an angle equal to the one at which they approach the boundary—like a ray of light reflecting from a mirror—they reflect in a preferred direction. This invites comparison with a number of other complex systems that behave as nonspecular billiards, including bouncing droplets on a vibrated bath, swimming microorganisms and segments of chemical waves. In the first part of this thesis, we study the trajectories of spiral pinball reflections. A catalogue of interesting behaviours is discovered in both the small- and large-core rotation regimes and the long-term billiard dynamics is briefly considered. By using an asymptotic theory, we examine the reflection process in detail and thereby explain many of the observed phenomena. The second part of this thesis concerns itself with modelling spiral wave activity in a deforming medium. Our motivation stems from cardiac tissue, in which spiral waves and mechanical deformation are reciprocally coupled. We describe a simple modelling approach for this system and discuss its implementation. Various different results are presented using this model. Finally we consider a problem from the engineering world. Dielectric elastomers are flexible capacitors that undergo nonlinear elastic deformations in response to forces arising from electric surface charges. We propose a novel modelling approach that decomposes these forces into a compressive stress and a tangential shear. The tangential component corresponds to a fringing effect that is usually considered to be negligible. Via numerical simulations and comparison with experimental data we show that it nonetheless has an important role to play in selecting the deformed shapes that these systems adopt. In some cases, we are able to compute multiple equilibrium configurations and it is shown that doing so is necessary to obtain the most physically relevant states.

Motions of plasma in magnetic structures in the solar atmosphere may be successfully modelled using the theory of magnetohydrodynamics (MHD) describing oscillatory motion, in the form of standing and propagating waves, and unstable behaviour. In this thesis we consider two forms of magnetic structuring, the current sheet and the thin magnetic flux tube. The current sheet finds particular application in the solar corona and solar wind; the thin flux tube is of particular importance in solar photospheric magnetism. A model of a current sheet with a continuous magnetic field profile is studied as a waveguide. The equation of motion for small perturbations to a current sheet equilibrium is obtained from the equations of ideal linear MHD and solved numerically to determine the nature of magnetoacoustic waves propagating parallel to the applied magnetic field. A number of approximation methods are used to shed light on the significance of the numerical results. We consider a variation of this model, applicable to the solar corona, and examine the possibility of impulsively generated magnetohydro dynamic waves in the sheet. Such waves exhibit wavepacket properties, similar to those found in slab models of magnetic structures. The process of convective collapse in a vertical magnetic flux tube located in the solar photospheric network is treated using the thin flux tube equations of ideal linear MED. We consider the critical stability of a thin flux tube embedded in convection zone models of varying complexity, taking into account the effects of an overlying chromospheric atmosphere and temperature imbalance between the flux tube and its environment. The dependence of the instability on various sets of boundary conditions is discussed; the choice of boundary conditions is a subject of some debate in the current literature. Possible future directions for work which extends the description of dynamic phenomena in both the current sheet and thin flux tube structure is discussed and ideas for linking these areas of research are presented.

The propagation of waves along elastic half-spaces and plates has long been an active research area with lots of applications in seismology andmodern industries. Much attention has been paid to the study of wave propagation in a linear isotropic solid with traction-free or fixed boundary conditions. However, much more investigation is deserved for anisotropic solids under other type of boundary conditions, or even a solid with a hump on its surface. The purpose of the thesis is to investigate the influence of the elastic property and profile of propagation media and boundary conditions on wave speeds, and predict the wave speed in various situations. Chapter 1 is devoted to introducing the governing equations and several specific materials used as examples in subsequent analysis. Chapter 2 is concerned with the propagation of free surface waves on an elastic half-space that has a localized geometric inhomogeneity perpendicular to the direction of wave propagation (such waves are known as topography-guided surface waves). We use the Stroh formalism to examine how such hump modifies the surface wave speed slightly on an anisotropic elastic half-space. In Chapter 3, an asymptotic model is constructed to predict the speed of waves propagating along a thin elastic plate with elastically restrained boundary conditions (ERBC). The Stroh formalism is again applied to deal with general anisotropy, which can be specified later to analyze the case of linear isotropy and the transverse isotropy. Chapter 4 deals again with the case of a thin plate with ERBC as in the previous chapter, but the effects of pre-stress and the condition of incompressibility are also considered.

There are many findings about children's spontaneous reasoning in dynamics. These studies suggest that a non-Newtonian framework is used by students across a large age range but there is controversy as to whether pupils' conceptions represent systematic mental structures or temporary constructions. Ogborn (1985) constructed a theory of commonsense understanding of motion, which proposes a definite structure of thinking. Unlike much previous work, his theory is susceptible to testing. This research sets out to test this hypothesis about the content and nature of commonsense ideas of motion. After preliminary work using interviews and repertory grids, a formal model of the theory was constructed which provided the basis for the collection of data in the main study. The adoption of a causal model of motion provided a template for linking primitive abstractions such as effort and support in a natural way. In order to test a large number and wide age range of subjects (7 - 16 years), a matching pairs paper and pencil task was developed for the main study. Subjects were asked to distinguish between examples of nine stereotypical motions by comparing the similarity or difference of the causes of pairs of motions. It was then possible to test theoretical predictions of the comparisons against empirical data. The results suggest that people's responses can be predicted by the model but that there is an improvement in the correlations with the additon of an animacy correction. An independent test was carried out where the animate nature of moving objects was varied systematically and it was found that this feature, previously neglected by the theoretical account, was an important distinction in subjects' consideration of causes of motion. As predicted, the results were similar over a considerable age range, being however better for older children than the younger ones. Taking account both of these results and of Piaget's description of the sensori-motor period of child development, a new version of the model is proposed, and tested against the available data.

Carol Yvonne Espy-Wilson. / Originally presented as author's thesis (Ph. D.-- Massachusetts Institute of Technology), 1987. / Bibliography: p. 203-207. / Supported by the Xerox Corporation.

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A e-Terapia surge no contexto da e-Saúde Mental como uma nova forma de conduzir sessões de terapia através da utilização das Tecnologias da Informação e da Comunicação (TIC). A e-Terapia tem como principal objectivo melhorar a qualidade dos serviços fornecidos e o bem-estar das pessoas, oferecendo serviços e informação através da Internet e de outras TIC. Esta nova forma de ajuda permite melhorar a qualidade de vida das pessoas no seu dia-a-dia e, eventualmente, os seus relacionamentos interpessoais. O trabalho aqui descrito está integrado num projecto de e-Terapia com uma equipa multidisciplinar de profissionais de saúde, engenheiros de software e designers gráficos. O intuito deste projecto consiste na concepção, criação e entrega de uma ferramenta de e-Terapia especialmente dedicada à população dos utentes diagnosticados com esquizofrenia do Hospital Sant Joan de Déu, em Barcelona, Espanha. eSchi é o sistema de e-Terapia que desenvolvemos. Surge como solução que fornece um portal web com um conjunto integrado de ferramentas multimédia que ajudam no processo de reabilitação cognitiva dos utentes com dia- gnóstico de esquizofrenia. Esta aplicação, feita à medida, fornece um ambiente de e- Terapia para os utentes esquizofrénicos e permite aos profissionais de saúde conduzirem sessões de terapia relacionadas com a cognição usando ferramentas multimédia. Este sistema também irá permitir aos seus utilizadores, tanto aos utentes como aos profissionais de saúde, monitorizar e visualizar os resultados obtidos nas diversas sessões. É importante fornecer feedback aos utilizadores finais e dar-lhes a conhecer o seu desempenho e, em que medida, atingiram os objectivos pretendidos para cada sessão. Como resultado, o sistema usa um modelo de monitorização para registar o desempenho dos utentes e um modelo de visualização para apresentar o feedback gráfico e visual adequado para os utilizadores. Resumindo, o principal objectivo é estudar o que se pode aprender quando se registam e visualizam os resultados de utentes diagnosticados com esquizofrenia envolvidos em sessões de e-Terapia. De forma a obter uma resposta para a questão de investigação, adoptámos uma metodologia eficiente para conduzir o trabalho empírico. Elegemos o caso de estudo como meio de abordagem e, mais especificamente, optámos por múltiplos casos de estudo exploratórios. Só depois de obter os dados será possível analisar e explorar a informação. Os resultados destes casos de estudo não são previsíveis. Perante a selecção do método de caso de estudo foi tido em especial consideração o facto de se obter os dados recorrendo a uma grande diversidade de técnicas (entrevistas, observação participatória, trabalho de campo e fontes de dados escritas tais como memos, cartas, relatórios e mensagens de correio electrónico).

El presente trabajo de investigación se centra en la evaluación global de la calidad acústica de los espacios interiores públicos “no acústicos” mediante un índice numérico. En la sociedad contemporánea asistimos a menudo a la introducción de índices numéricos que permitan sintetizar la evaluación de la complejidad de la realidad para facilitar una elección por parte de los usuarios, especialmente cuando se trata de aspectos de satisfacción, aplicados a cualquier campo de interés (un vino, un hotel, una ciudad, etc.). Esta tesis se plantea la posibilidad de desarrollar una herramienta accesible que permita desarrollar un procedimiento de evaluación del nivel global de confort acústico de un local interior no acústico y sintetizarlo en forma de un índice numérico, denominado ICADA – Índice de Calidad Acústica de la Arquitectura. Esta herramienta debería sustentarse sobre una base rigurosa y estable pero al mismo tiempo tener en cuenta y acercarse a la valoración subjetiva mayoritaria del público, sin perder la facilidad de obtención y la facilidad de comprensión. Las ventajas de poder expresar la calidad acústica de un local interior público con un índice global, que sintetice en si todos los aspectos influyentes en el confort sonoro de un local, son numerosas. ICADA tiene una doble utilidad potencial: 1. como herramienta de detección y corrección de problemas acústicos para técnicos y arquitectos 2. como base para para la futura creación de un sello de acreditación de la calidad acústica de un local público, que representaría una ayuda válida para los empresarios y los clientes, favoreciendo a aquellos locales que “invierten” en un buen confort acústico interior. El procedimiento analítico para obtener el índice ICADA se basa en la metodología matemática de decisión multicriterio denominada MIVES, ya aplicada para la valoración global de la sostenibilidad en la construcción industrial, pero aplicable a otros campos gracias a su extrema flexibilidad. MIVES, gracias a su estructura ramificada, permite involucrar simultáneamente un número variable de aspectos relevantes que determinan la acústica de un local (como el ruido de fondo, la geometría espacial, los materiales constitutivos del revestimiento, etc.), sin tener que recorrer necesariamente al uso de complejos medios técnicos al alcance de pocos expertos. El procedimiento propuesto puede ser adaptable a cualquier clase de local con un uso arquitectónico específico, siempre tras un estudio previo de las actividades desarrolladas y de los requerimientos acústicos, seguido de un breve rodaje de puesta a punto. A lo largo de esta investigación se ha desarrollado el procedimiento ICADA inicialmente para el caso de locales de bares y cafeterías, y sucesivamente en establecimientos comerciales de venta de la ciudad de Barcelona, gracias a la obtención de la Beca “Ciutat y Comerç” otorgada en 2008 a la autora de la tesis por parte de la Diputación de Barcelona. La reiteración sucesiva de campañas in situ ha sido fundamental para el desarrollo, perfeccionamiento y puesta a punto del procedimiento. Los datos recogidos en las sucesivas campañas de campo han sido tratados con el software de cálculo estadístico Minitab, que ha permitido realizar un análisis profundo de la fluctuación de estos datos. También se ha analizado en detalle la relación entre los resultados obtenidos por el procedimiento analítico ICADA y los obtenidos mediante encuestas de valoración global subjetiva expresada por los agentes evaluadores involucrados, así como del nivel de fiabilidad alcanzado en cada campaña de campo según el proceder de los agentes. Finalmente se han alcanzado unos resultados que permiten verificar tanto la validez de las hipótesis iniciales, como las limitaciones propias del procedimiento propuesto, es decir la real idoneidad que el índice ICADA ofrecía para representar globalmente el confort acústico de un local interior “no acústico”. Por su naturaleza innovadora y por su carácter experimental el procedimiento ICADA debe continuar evolucionando y perfeccionándose para afinar la herramienta y a la difusión de su aplicación a nuevas tipologías y usos arquitectónicos. / El presente trabajo de investigación se centra en la evaluación global de la calidad acústica de los espacios interiores públicos “no acústicos” mediante un índice numérico. En la sociedad contemporánea asistimos a menudo a la introducción de índices numéricos que permitan sintetizar la evaluación de la complejidad de la realidad para facilitar una elección por parte de los usuarios, especialmente cuando se trata de aspectos de satisfacción, aplicados a cualquier campo de interés (un vino, un hotel, una ciudad, etc.). Esta tesis se plantea la posibilidad de desarrollar una herramienta accesible que permita desarrollar un procedimiento de evaluación del nivel global de confort acústico de un local interior no acústico y sintetizarlo en forma de un índice numérico, denominado ICADA – Índice de Calidad Acústica de la Arquitectura. Esta herramienta debería sustentarse sobre una base rigurosa y estable pero al mismo tiempo tener en cuenta y acercarse a la valoración subjetiva mayoritaria del público, sin perder la facilidad de obtención y la facilidad de comprensión. Las ventajas de poder expresar la calidad acústica de un local interior público con un índice global, que sintetice en si todos los aspectos influyentes en el confort sonoro de un local, son numerosas. ICADA tiene una doble utilidad potencial: 1. como herramienta de detección y corrección de problemas acústicos para técnicos y arquitectos 2. como base para para la futura creación de un sello de acreditación de la calidad acústica de un local público, que representaría una ayuda válida para los empresarios y los clientes, favoreciendo a aquellos locales que “invierten” en un buen confort acústico interior. El procedimiento analítico para obtener el índice ICADA se basa en la metodología matemática de decisión multicriterio denominada MIVES, ya aplicada para la valoración global de la sostenibilidad en la construcción industrial, pero aplicable a otros campos gracias a su extrema flexibilidad. MIVES, gracias a su estructura ramificada, permite involucrar simultáneamente un número variable de aspectos relevantes que determinan la acústica de un local (como el ruido de fondo, la geometría espacial, los materiales constitutivos del revestimiento, etc.), sin tener que recorrer necesariamente al uso de complejos medios técnicos al alcance de pocos expertos. El procedimiento propuesto puede ser adaptable a cualquier clase de local con un uso arquitectónico específico, siempre tras un estudio previo de las actividades desarrolladas y de los requerimientos acústicos, seguido de un breve rodaje de puesta a punto. A lo largo de esta investigación se ha desarrollado el procedimiento ICADA inicialmente para el caso de locales de bares y cafeterías, y sucesivamente en establecimientos comerciales de venta de la ciudad de Barcelona, gracias a la obtención de la Beca “Ciutat y Comerç” otorgada en 2008 a la autora de la tesis por parte de la Diputación de Barcelona. La reiteración sucesiva de campañas in situ ha sido fundamental para el desarrollo, perfeccionamiento y puesta a punto del procedimiento. Los datos recogidos en las sucesivas campañas de campo han sido tratados con el software de cálculo estadístico Minitab, que ha permitido realizar un análisis profundo de la fluctuación de estos datos. También se ha analizado en detalle la relación entre los resultados obtenidos por el procedimiento analítico ICADA y los obtenidos mediante encuestas de valoración global subjetiva expresada por los agentes evaluadores involucrados, así como del nivel de fiabilidad alcanzado en cada campaña de campo según el proceder de los agentes. Finalmente se han alcanzado unos resultados que permiten verificar tanto la validez de las hipótesis iniciales, como las limitaciones propias del procedimiento propuesto, es decir la real idoneidad que el índice ICADA ofrecía para representar globalmente el confort acústico de un local interior “no acústico”. Por su naturaleza innovadora y por su carácter experimental el procedimiento ICADA debe continuar evolucionando y perfeccionándose para afinar la herramienta y a la difusión de su aplicación a nuevas tipologías y usos arquitectónicos.

Turbulence intermittency influences so many processes in natural waters on a wide range of scales. This work analyzes intermittency, both internal and external, by considering two cases: the thermocline of a small lake under low winds and the bottom boundary layer of a tidal flow. External intermittency in Lake Banyoles is studied based on patches. Variability of their sizes and turbulent scales is described using probability models, which are consistent with marine turbulence results. Dynamics of mixing depends on the phase of the dominant internal seiche. Episodic and powerful wind gusts generate large patches in the lake's interior. Internal intermittency is analyzed based the analysis of tidal flow data. Scaling exponents of structure functions and moments of the dissipation rate fit to multifractal model. For energetic episodes intermittency parameters approach the values expected for fully developed turbulence. They increase with decreasing of Reynolds numbers, which is associated with underdeveloped turbulence. / El comportament intermitent de la turbulència afecta molts processos en els sistemes aquàtics. Aquest treball estudia la intermitència interna i externa en dos casos particulars: la termoclina d'un estany sota vents fluixos i la capa de fons d'un corrent de marea. La intermitència externa a l'estany de Banyoles s'analitza estudiant la variabilitat de mides i escales turbulentes dels claps, que s'ajusten bé als models de probabilitat obtinguts també en turbulència marina. La dinàmica de barreja depèn de la fase de la seca interna dominant a l'estany. Els claps grans generats a l'interior s'han relacionat amb cops de vent episòdics forts. La intermitència interna s'analitza en un corrent de marea (funcions d'estructura i moments de la dissipació). Els exponents d'escalatge s'ajusten a models multifractals, amb paràmetres propers als de turbulència completament desenvolupada per a episodis energètics. Aquests augmenten quan el nombre de Reynolds disminueix, possiblement degut a turbulència no completament desenvolupada.