L’étude de l’équilibre orthostatique a fait l’objet de nombreuses études s’attachant à l’analyse des déplacements du centre des pressions comme indicateur de l’efficience du contrôle postural. Plus particulièrement, une large littérature se concentre sur l’étude des mesures stabilométriques notamment en lien avec l’avancée en âge. En effet, le vieillissement s’accompagne généralement d’une altération du système postural pouvant avoir diverses conséquences telles que l’occurrence de chutes. Jusqu’à présent, la caractérisation des effets de l’âge sur la stabilité posturale à partir des mesures stabilométriques reste limitée par la nature même des paramètres utilisés. Dans ce travail, nous proposons l’utilisation de nouvelles méthodes issues de la théorie des systèmes dynamiques pour définir des signatures posturales propres à l’avancée en âge. Ces méthodes s’appuient sur l’analyse de la structure temporelle des fluctuations posturales et peuvent fournir une information sur leur degré de complexité. Pour ce faire, cinq études ont été réalisées. L’étude 1 a montré que le vieillissement affecte de manière significative la dynamique des déplacements du centre des pressions. Plus précisément, une personne âgée oscille de manière plus importante et avec une structure temporelle des oscillations posturales différentes d’un sujet jeune. Les études 2 et 3, à caractère méthodologique, renforcent l’hypothèse d’un caractère stochastique, et donc non chaotique, de la dynamique des déplacements du centre des pressions. Ces deux études ont également permis de développer et de tester deux paramètres dynamiques apportant chacun une information différente sur la structure des fluctuations posturales. L’étude 4 a montré que les mesures dynamiques et stabilométriques sont complémentaires et que certaines ont une sensibilité à l’âge. Elle suggère également que les différentsparamètres dynamiques ne sont pas forcément redondants. L’étude 5 explore l’effet d’un entrainement de trois mois, sollicitant notamment les capacités d’équilibration, sur la structure dynamique des oscillations posturales de la personne âgée. / The study of postural balance has been the subject of numerous studies focusing on the analysis of the pressure center displacement as an indicator of postural control efficiency. Specifically, a large literature focuses on the study of stabilometric measures particularly in relation with age advancing. Indeed, aging coincides with the deterioration of the postural system and its functional consequences, one of which is the fall. Until now, the characterization of the effects of age on postural stability of stabilometric measures has remained limited by the nature of the parameters used. In this work, we propose the use of new methods from dynamical system theories to define postural signatures in relation with aging. These methods are based on the analysis of the temporal structure of postural fluctuations and can provide information on their degree of complexity. Five studies have been conducted. Study 1 showed that aging significantly affects the dynamics of displacements of the pressure center. More precisely, a senior’s measures show a significant difference in the temporal structure compared to a young subject. Studies 2 and 3, more particularly focused on methodology, reinforcing the hypothesis of a stochastic nature of the dynamics (and therefore not chaotic) of postural oscilations. These two studies also allowed to develop and test two dynamical parameters, each providing different information on the structure of postural fluctuations. Study 4 showed that the dynamical and stabilometric measures are complementary and are influenced by age. This study has underlined the non-redundancy of information from each dynamical parameter. Study 5 explored the effect of a three-months training, including specific balance exercises, on the dynamical structure of postural sway of the elderly

<p>Glavni rezultat istraživanja je analiza uticaja parametara na performanse antropomorfnog hoda.&nbsp;&nbsp; Analiziran je uticaj parametara na pona&scaron;anje: kompenzacionih pokreta; maksimalne vrednosti pogonskih momenata i snage u toku punog koraka za sve aktuatore; skoka ubrzanja trupa u frontalnoj i sagitalnoj ravni pri prelasku tačke nula momenta (TOM) ispod jedne pod drugu nogu; ukupne snage svih aktuatora i maksimalne vrednosti vertikalne komponente sila reakcije.&nbsp; Za ovu analizu izdvojeni su sledeći parametri: dužina koraka; period trajanja koraka; Zakon TOM-a i period trajanja dvooslonačke faze.</p> / <p>The main research result is analysis of the parameters&rsquo; impact on the anthropomorphic walk performances.&nbsp; The analysis covered parameters&rsquo; impact on behavior of: compensating movements; maximal values of the driving moments and power during the full step for all actuators; rise of the body&rsquo;s acceleration in frontal and sagittal plane during the transition of the zero-moment-point (ZMP) from bellow one foot to bellow another foot; total power of all actuators and maximal value of the vertical component of the reaction force.&nbsp; For this analysis the following parameters are considered: step length; step duration period; ZMP law and the period of the double-support phase duration.</p>

Le vieillissement démographique français constitue un défi majeur de santé publique. Il se caractérise par des changements physiologiques pouvant provoquer des troubles moteurs. Il en résulte à plus ou moins long terme une perte d'autonomie nécessitant parfois l'institutionnalisation de la personne. L'examen des déficits posturaux se réalise en pratique clinique courante par une évaluation stabilométrique. L'enregistrement des déplacements du centre des pressions peut être analysé selon deux approches : la première, traditionnelle, analysant leur cinématique à l'aide de statistiques descriptives ; la seconde, dynamique, quantifiant leur complexité notamment en termes de régularité. Dans ce travail, nous montrons statistiquement la complémentarité de ces deux approches. Nous mettons également en évidence les intérêts cliniques de l'approche dynamique au travers de deux études : (i) une exploration de la relation entre les résultats d'un test fonctionnel validé et l'évaluation posturale chez des femmes âgées sédentaires ; (ii) une comparaison basée sur une analyse dynamique des fluctuations posturales de deux groupes de personnes âgées institutionnalisées : avec et sans antécédents de chute. / In France, aging is a major public health challenge. Specific aging-associated physiologic modifications can produce movement disorders and lead to dependency and institutionalization in nursing homes. Clinical examination of postural deficits is generally achieved by means of stabilometric evaluation. Recordings of center of pressure (COP) displacements can be analyzed in two ways : (i) a classical approach based on kinematics and descriptive statistics or (ii) a dynamical approach which provides a quantification of the complexity of COP time series in terms of regularity. In this work, we statistically show the complementarity of these two approaches. We also highlight the clinical interest of the dynamical approach with two clinical studies : (i) an exploration of the relationship between a functional test and postural evaluation in asymptomatic sedentary older women ; (ii) a comparison of institutionalized elderly non-fallers and fallers based on a dynamical analysis of COP fluctuations.

Este trabalho teve por objetivo investigar alguns aspectos dinâmicos de modelos de gravidade generalizada escalares-tensoriais e f(R), que pretendem resolver de modo mais natural o problema da existência da energia escura, que seria a componente do Universo responsável por sua expansão acelerada. Num espaço-tempo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker com curvatura espacial nula foi possível escrever as equações de movimento de forma a se obter um sistema dinâmico com um número menor de variáveis e cujo espaço de fase foi estudado genericamente e esboçado para alguns modelos em particular. Em seguida, as regiões dinamicamente proibidas e os pontos fixos do espaço de fase foram analisados. Para os modelos f(R), apresentamos Lagrangianas e Hamiltonianas efetivas e deduzimos uma expressão geral para o parâmetro de equação de estado w. Discutimos ainda a equivalência entre os modelos f(R) e os escalares-tensoriais. Por fim, introduzimos o Princípio de Maupertuis-Jacobi, que permite relacionar a Lagrangiana de um sistema mecânico a uma métrica numa determinada variedade Riemanniana, para determinar singularidades que podem surgir nos modelos f(R), tanto numa métrica isotrópica como numa anisotrópica do tipo mais simples (Bianchi tipo I). Encontramos, de maneira mais direta, as mesmas singularidades já conhecidas através de métodos de análise dinâmica. / This work aims the investigation of some dynamical aspects of generalized gravity models, namely scalar-tensor and f(R) models. These models intend to solve in a more natural way the problem of the existence of the dark energy, which is supposedly the component of the Universe that causes its accelerated expansion. In a null spatial curvature Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker spacetime, it has been possible to write the equations of movement in a fashion that allowed us to obtain a dynamical system with a reduced number of variables, whose phase space has been generically studied and depicted for some particular models. In sequence, the dynamically forbidden regions and the fixed points of the phase space have been analyzed. For f(R) models, we have presented effective Lagrangians and Hamiltonians and derived a general expression for the equation of state parameter w. Furthermore, we have discussed the equivalence between f(R) and scalar-tensor models. Finally, we have introduced the Maupertuis-Jacobi Principle, which allows one to relate the Lagrangian for a mechanical system to a metric in a certain Riemannian manifold, to determine singularities which may appear in f(R) models, in an isotropic metric as well as in an anisotropic one of the simplest kind (Bianchi type I). We have found, in a more direct way, the same singularities that arise by using dynamical analysis methods.

abstract: Today's world is seeing a rapid technological advancement in various fields, having access to faster computers and better sensing devices. With such advancements, the task of recognizing human activities has been acknowledged as an important problem, with a wide range of applications such as surveillance, health monitoring and animation. Traditional approaches to dynamical modeling have included linear and nonlinear methods with their respective drawbacks. An alternative idea I propose is the use of descriptors of the shape of the dynamical attractor as a feature representation for quantification of nature of dynamics. The framework has two main advantages over traditional approaches: a) representation of the dynamical system is derived directly from the observational data, without any inherent assumptions, and b) the proposed features show stability under different time-series lengths where traditional dynamical invariants fail. Approximately 1\% of the total world population are stroke survivors, making it the most common neurological disorder. This increasing demand for rehabilitation facilities has been seen as a significant healthcare problem worldwide. The laborious and expensive process of visual monitoring by physical therapists has motivated my research to invent novel strategies to supplement therapy received in hospital in a home-setting. In this direction, I propose a general framework for tuning component-level kinematic features using therapists’ overall impressions of movement quality, in the context of a Home-based Adaptive Mixed Reality Rehabilitation (HAMRR) system. The rapid technological advancements in computing and sensing has resulted in large amounts of data which requires powerful tools to analyze. In the recent past, topological data analysis methods have been investigated in various communities, and the work by Carlsson establishes that persistent homology can be used as a powerful topological data analysis approach for effectively analyzing large datasets. I have explored suitable topological data analysis methods and propose a framework for human activity analysis utilizing the same for applications such as action recognition. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2016

Este trabalho teve por objetivo investigar alguns aspectos dinâmicos de modelos de gravidade generalizada escalares-tensoriais e f(R), que pretendem resolver de modo mais natural o problema da existência da energia escura, que seria a componente do Universo responsável por sua expansão acelerada. Num espaço-tempo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker com curvatura espacial nula foi possível escrever as equações de movimento de forma a se obter um sistema dinâmico com um número menor de variáveis e cujo espaço de fase foi estudado genericamente e esboçado para alguns modelos em particular. Em seguida, as regiões dinamicamente proibidas e os pontos fixos do espaço de fase foram analisados. Para os modelos f(R), apresentamos Lagrangianas e Hamiltonianas efetivas e deduzimos uma expressão geral para o parâmetro de equação de estado w. Discutimos ainda a equivalência entre os modelos f(R) e os escalares-tensoriais. Por fim, introduzimos o Princípio de Maupertuis-Jacobi, que permite relacionar a Lagrangiana de um sistema mecânico a uma métrica numa determinada variedade Riemanniana, para determinar singularidades que podem surgir nos modelos f(R), tanto numa métrica isotrópica como numa anisotrópica do tipo mais simples (Bianchi tipo I). Encontramos, de maneira mais direta, as mesmas singularidades já conhecidas através de métodos de análise dinâmica. / This work aims the investigation of some dynamical aspects of generalized gravity models, namely scalar-tensor and f(R) models. These models intend to solve in a more natural way the problem of the existence of the dark energy, which is supposedly the component of the Universe that causes its accelerated expansion. In a null spatial curvature Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker spacetime, it has been possible to write the equations of movement in a fashion that allowed us to obtain a dynamical system with a reduced number of variables, whose phase space has been generically studied and depicted for some particular models. In sequence, the dynamically forbidden regions and the fixed points of the phase space have been analyzed. For f(R) models, we have presented effective Lagrangians and Hamiltonians and derived a general expression for the equation of state parameter w. Furthermore, we have discussed the equivalence between f(R) and scalar-tensor models. Finally, we have introduced the Maupertuis-Jacobi Principle, which allows one to relate the Lagrangian for a mechanical system to a metric in a certain Riemannian manifold, to determine singularities which may appear in f(R) models, in an isotropic metric as well as in an anisotropic one of the simplest kind (Bianchi type I). We have found, in a more direct way, the same singularities that arise by using dynamical analysis methods.

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas podem gerar o surgimento das fraturas ou mesmo a sua propagação na estrutura. A correta consideração destes aspectos objetivou o desenvolvimento de um estudo, de forma a avaliar os esforços do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. As técnicas para a contagem de ciclos de esforços e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas estudadas. A ponte rodoviária investigada é constituída por quatro vigas longitudinais, três transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. O modelo estrutural da obra de arte rodoviária estudada foi simulado com base no emprego de elementos finitos sólidos tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas massa-mola-amortecedor. O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro da ponte. As conclusões deste trabalho versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes rodoviárias de concreto armado submetidas às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. / Reinforced concrete highway bridges are subjected to dynamic actions of variable magnitude due to vehicles crossing on the deck pavement. These dynamic actions can generate the nucleation of fractures or even their propagation on the structure. This way, the behaviour and reliability can be compromised and the bridge service life can be reduced. The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves, based on an extensive revision of concrete bridges service life and theoretical fatigue aspects in reinforced concrete structures, as well as considering the recommended procedures used for the concrete structures main codes. A reinforced concrete skew bridge with spanning 16.5m was investigated in this work. The computational model, developed for the composite bridge dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. These viactures are simulated by spring-mass models and the transit are considered by means of semi infinity convoys, displaced with constant velocity across the deck pavement. The proposed analysis methodology and the procedures presented in the design codes were applied, in order to evaluate the bridge fatigue determining the structure service life. The conclusions of this paper have the objective of alerting structural engineers to the possible distortions, associated to the reinforced concrete bridges service life when subjected to dynamic actions due to vehicles crossing on the deck pavement surface.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, as tendências competitivas do mercado mundial, têm forçado os engenheiros estruturais a desenvolver soluções de projeto que acarretem em menor peso e custo de execução. Uma consequência direta desta nova tendência de projeto é o aumento considerável de problemas relacionados a vibrações de piso indesejadas. Por esta razão, os sistemas estruturais de pisos podem tornar-se vulneráveis a vibrações excessivas, como por exemplo, aquelas induzidas por equipamentos mecânicos (máquinas rotativas). Deste modo, este trabalho objetiva investigar o comportamento dinâmico de uma plataforma de aço para produção de petróleo, localizada na bacia de Santos (campo de Merluza), São Paulo, Brasil. Para tal, investiga-se a influência das ações dinâmicas oriundas dos equipamentos mecânicos localizados sobre os decks metálicos da plataforma. A resposta dinâmica do modelo estrutural foi determinada através de um extenso estudo numérico, a partir da análise de suas frequências naturais, deslocamentos, velocidades e acelerações de pico. Nesta investigação, as cargas dinâmicas provenientes dos equipamentos mecânicos (máquinas rotativas) foram aplicadas sobre o piso metálico do sistema estrutural. Com base obtenção da resposta dinâmica da estrutura (deslocamentos, velocidades e acelerações), foi possível avaliar a performance do modelo estrutural em termos de critérios de conforto humano e das tolerâncias máximas referentes aos equipamentos mecânicos, de acordo com normas e recomendações de projeto. / Nowadays, the competitive trends of the world market have long been forcing structural engineers to develop minimum weight and labor cost solutions. A direct consequence of this new design trend is a considerable increase in problems related to unwanted floor vibrations. For this reason, the structural floors systems can become vulnerable to excessive vibrations, for example, produced by impacts such as mechanical equipments (rotating machinery). This way, the present paper investigated the dynamic behavior of a production platform made of steel and located in Santos bay (Merluza field), São Paulo, Brazil. Mechanical equipments were located on the steel decks of the structural model, related to electrical generators. This way, this research investigates the influence of the dynamic actions induced by mechanical equipments located on the steel floor of the platform. The dynamic response of the structural model was determined through an extensive numerical study, from the analysis of its natural frequencies, displacements, velocities and peak accelerations. In this study, the dynamic loads induced by the mechanical equipments (rotating machinery) were applied on the steel floor of the structural system. Based on the structural dynamic responses (displacements, velocities and accelerations) obtained, it was possible to evaluate the performance of the structural model in terms of the human comfort criteria and maxim tolerances related to the mechanical equipments, according to the design.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pontes rodoviárias mistas (aço-concreto) estão sujeitadas às ações dinâmicas variáveis, por exemplo, devido ao tráfego de veículos sobre a superfície irregular do pavimento. Estas ações dinâmicas podem gerar a nucleação de fraturas ou mesmo a sua propagação sobre a estrutura. A correta consideração desses aspectos objetivou o desenvolvimento de uma metodologia de análise, com a finalidade de avaliar os níveis dos esforços e tensões oriundos do tráfego dos veículos sobre a superfície irregular do pavimento e, bem como, proceder uma verificação à fadiga de obras de arte rodoviárias em aço e mistas (aço-concreto). Para tal, as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por quatro vigas de aço longitudinais e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Simulam-se as almas das vigas de aço e as lajes de concreto do tabuleiro através de elementos finitos de casca. As mesas dessas vigas, transversinas e os enrijecedores são modelados por elementos de viga tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto). / Steel and composite highway bridges (steel-concrete) are currently subjected to dynamic actions, for example, variable magnitude due to vehicles traffic on the deck rough pavement. These dynamic actions can generate the fractures nucleation or even their propagation on the structure. The correct consideration of these aspects pointed out to an analysis methodology developed, in order to evaluate the stresses through a dynamical analysis on highway bridge decks, due to vehicles crossing on the irregular pavement surfaces and to proceed a fatigue verification from Steel and composite highway bridges (steel-concrete). The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves associated with diverse projects norms. The steel and composite highway bridge (steel-concrete), investigated in this study, is constituted by four longitudinal steel beams and a composite deck. The computational model, developed for the bridge dynamic analysis , adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations. The beam web thickness was represented by shell finite elements. The beam top and bottom flange and the longitudinal and vertical stiffeners were simulated by three-dimensional beam elements, where flexural and torsion effects were considered. The bridge concrete slab was simulated by shell finite elements. The vehicles are represented from "mass-spring-damper" systems. The traffic of these vehicles is considered as a simulation of half-infinite convoys dislocating with constant speed on the bridge. The present study conclusions concerning steel and composite highway bridges (steel-concrete) structural elements service life.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação, propõe-se uma metodologia para a analise da resposta dinâmica de pontes rodoviárias devido à travessia de comboios de diversos tipos de veículos sobre o tabuleiro irregular dessas obras de arte. Para tal, desenvolve-se uma análise paramétrica extensa com o objetivo de avaliarem-se os efeitos dinâmicos provenientes das irregularidades superficiais existentes no tabuleiro sobre o comportamento das pontes rodoviárias. A metodologia de análise é desenvolvida no domínio do tempo de acordo com um modelo estatístico. O modelo matemático é concebido de forma a simular o conjunto dos veículos e do tabuleiro, denominado neste trabalho comumente de sistema veículo-ponte (ou sistema veículo-estrutura). Considera-se a participação da massa e da rigidez dos veículos na definição das freqüências do conjunto e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. Simula-se o tabuleiro das obras de arte por uma viga modelada com base em elementos finitos de barra unidimensionais, com massas concentradas em seus nós e flexibilidade distribuída. Aos nós estão associados os movimentos de rotação no plano e de translação vertical. Desprezam-se a inércia de rotação e a deformação por cisalhamento. São considerados 04 (quatro) modelos distintos para representar os veículos do comboio na análise paramétrica, sendo estes: veículos com um eixo e uma massa, viaturas com um eixo e duas massas, veículos com dois eixos e três massas e carros com três eixos e quatro massas. Todos os veículos são simulados por sistemas de massas, molas e amortecedores e são descritos por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo matemático não- determinístico, com base na densidade espectral do perfil do pavimento, obtida experimentalmente. Os perfis irregulares do pavimento são considerados associados a processos fracamente estacionários e ergódicos. O carregamento sobre a superestrutura das pontes é constituído por uma sucessão infinita de veículos, igualmente espaçados e deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro. Devido à própria natureza das irregularidades superficiais e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema veículo-ponte. São estudadas as respostas dos modelos estruturais, com base em tabuleiros isostáticos de concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo caixão, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões deste trabalho versam sobre a adequação do modelo matemático empregado, observando- se a influência do tipo de modelo de veículo utilizado (com um ou mais eixos) sobre aresposta dinâmica das pontes rodoviárias analisadas e, bem como, à magnitude dos efeitos dinâmicos provenientes das irregularidades superficiais e suas conseqüências sobre as atitudes correntes de projeto. / In this investigation an analysis methodology is developed to evaluate the vehicle- structure response. A parametric study is carried to evaluate the dynamical effects, displacements and stresses, on highway bridge decks, due to vehicles crossing on rough pavement surfaces defined by a probabilistic model. The analysis methodology was considered following a statistical model, in the time domain. The mathematical model assumes a finite element representation of a beam like deck and the vehicle simulation uses concentrated parameters of mass, stiffness and damping. Four different models are developed in order to represent the vehicles. The vehicles are modeled as one axle, with one or two masses, and two and three axles, with three and four masses, respectively. All vehicles are simulated as mass-spring-damper systems and the degrees of freedom of these cars are defined as in plane vertical translations and rotations. The deck surface roughness is defined by a well known power spectrum probability density of road pavement profiles. The irregular pavement surface was defined like a weakly stationary and ergodic random process. The moving load is formed by an infinite succession of vehicles moving with constant velocity and equally spaced. Only steady-state response is considered. Response data are produced on concrete box girder elements assembled as simple beams, including cantilever spans. Conclusions are concerned with the fitness of the developed analysis methodology and the magnitude of the response amplification due to the surface irregularities.