Thesis (Ph.D.); Submitted to Iowa State Univ., Ames, IA (US); 12 Dec 2003. / Published through the Information Bridge: DOE Scientific and Technical Information. "IS-T 2048" Stavroula Foteinopoulou. 12/12/2003. Report is also available in paper and microfiche from NTIS.

A demanda por recursos para o desenvolvimento de produtos se tornou uma importante área de pesquisa no início do século 21. O desperdício e o descarte de recursos, sem preocupação alguma com o meio ambiente, era uma atitude corriqueira, e sem grande importância para a sociedade global. Entretanto, o elevado custo para a extração de matérias-primas do meio ambiente, bem como a redução dos recursos no planeta, fez com que a indústria recorresse ao reaproveitamento de materiais ao longo de toda a cadeia de desenvolvimento de produtos bem como ao uso consciente de cada elemento. A partir da integração de conhecimentos das áreas de engenharia, foi identificada a necessidade de entender as influências das abordagens ecoinovadoras no desenvolvimento de produtos para a indústria. Assim essa tese tem por objetivo geral propor estratégias para desenvolvimento de produtos baseadas na ecoinovação como contribuição à melhoria da sustentabilidade de organizações. Os objetivos específicos são: (i) definir o conceito de ecoinovação através de uma pesquisa e avaliar exemplos brasileiros de acordo com sua definição; (ii) propor a criação de um produto ecoinovador através da aplicação dos conceitos de ecoeficiência e da filosofia ZERI; (iii) criar uma solução ecoinovadora para a geração de produtos desenvolvidos através do projeto berço-a-berço como alternativa para a redução dos resíduos sólidos; (iv) desenvolver e analisar as características físico-químicas de um compósito ecoinovador elaborado a partir de resíduos de casca de arroz e resíduos de MDF para aplicações de absorvedores de radiações eletromagnéticas; (v) criar um absorvedor piramidal de radiações eletromagnéticas baseado num compósito ecoinovador. Para atingir os objetivos desta tese foram utilizados, métodos e conhecimentos, para a geração de novos produtos com base em recursos obtidos através do reaproveitamento de resíduos. Também foram usadas estratégias que minimizam os impactos ambientais destes novos produtos concebidos no conceito da ecoinovação. Testes experimentais foram realizados com os produtos ecoinovadores desenvolvido por meio dessas abordagens. Os resultados envolveram a obtenção de conhecimento científico acerca do tema do desenvolvimento de produtos ecoinovadores para a melhoria da sustentabilidade de organizações, bem como protótipos, apresentados na forma de cinco estudos científicos. / The demand for resources to product development has become an important research area in the early 21st century Waste and the disposal of resources without any concern for the environment, was a commonplace attitude, and without great importance for society global. However, the high cost for the extraction of raw materials from the environment, and the reduction of resources on the planet, made the industry resort to reuse of materials throughout the product development chain and the conscious use of each element. From the integration of knowledge from engineering, we identified the need to understand the influences of ecoinovadoras approaches in product development for the industry. So this thesis has the objective to propose strategies for product development based on eco-innovation as a contribution to improving the sustainability of organizations. The specific objectives are: (i) define the concept of eco-innovation through research and evaluate Brazilian examples according to their definition; (ii) propose the creation of a ecoinovador product through the application of the concepts of eco-efficiency and ZERI philosophy; (iii) create a ecoinovadora solution for the production of products developed through the cradle-to-cradle design as an alternative to the reduction of solid waste; (iv) develop and analyze the physical and chemical characteristics of a ecoinovador composite made from rice husks and MDF waste for absorbers of electromagnetic radiation applications; (v) create a pyramidal absorber of electromagnetic radiation based on a composite ecoinovador. To achieve the objectives of this thesis were used, methodologies and knowledge to generate new products based on resources obtained through the reuse of waste. Also were used strategies that minimize the environmental impacts of these new products designed on the concept of eco-innovation. Experimental tests were performed with the ecoinovadores products developed through these approaches. The results involved obtaining scientific knowledge about ecoinovadores product development theme for improving the sustainability of organizations, as well as prototypes, presented as five scientific studies.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-28T20:35:34Z No. of bitstreams: 1 JONEUSO TÉRCIO CAVALCANTI DA COSTA – DISSERTAÇÃO (UAEMa) 2015.pdf: 1493605 bytes, checksum: 64e995b963519b1073063638b52caeac (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-28T20:35:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JONEUSO TÉRCIO CAVALCANTI DA COSTA – DISSERTAÇÃO (UAEMa) 2015.pdf: 1493605 bytes, checksum: 64e995b963519b1073063638b52caeac (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / As radiações não ionizantes (UV-A; UV-B e UV-C) do espectro eletromagnético do sol causam doenças aos seres humanos e precisam ser evitadas. O uso adequado do protetor solar minimiza tal risco. Atualmente, a tendência é introduzir materiais naturais, orgânicos ou inorgânicos, na composição dos protetores solares (fotoprotetores), no afã de neutralizar possíveis efeitos colaterais dos materiais sintéticos. Estudos mostraram que argilas (silicatos em camadas) incorporadas aos protetores solares podem bloquear radiação ultravioleta no comprimento de onda entre 250 a 400 nm dependendo da composição da argila. Acompanhando essa linha norteadora é que se baseou a elaboração deste trabalho onde duas argilas foram empregadas na preparação de fotoprotetores e aferida a eficácia em laboratório da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) através da avaliação in vitro por espectrofotometria. As argilas testadas foram a montmorilonita sódica comercial (Cloisite® Na + ) e a bentonítica Argel 35. As formulações foram preparadas em três farmácias de manipulação, em três cidades diferentes, Guarabira, João Pessoa e Campina Grande, no Estado da Paraíba. O método escolhido para avaliação do Fator de Proteção Solar (FPS) foi o método in vitro desenvolvido por Mansur em virtude da ótima correlação com método in vivo, além de apresentar outras vantagens a exemplo do baixo custo e o de se evitar exposição do ser humano a experimentos que possam causar danos à saúde. Antes de avaliar o FPS das formulações preparadas com as argilas foi feita a avaliação do FPS de protetores solares comerciais e foi confirmado que o método in vitro utilizado foi adequado na determinação do FPS de protetores solares. A introdução de argilas na composição dos protetores solares, como materiais naturais, em substituição ao material sintético TiO2 foi eficaz, especialmente para a argila bentonita Argel. A legitimidade em se estudar o efeito fotoprotetor dos materiais argilosos na composição dos protetores solares é justificada por grande relevância social, posto que são de baixo custo, e ainda por serem encontradas com facilidade na natureza. / Non-ionizing radiation (UV-A, UV-B and UV-C) of the sun's electromagnetic spectrum cause diseases to human and must be avoided. The proper use of sunscreen minimizes this problem. Currently, the trend is to introduce natural materials, organic or inorganic, in the composition of sunscreens, in order to neutralize possible side effects of synthetic materials. Studies have shown that clays (layered silicates) incorporated in sunscreens can block ultraviolet radiation in 250 to 400 nm wavelength range depending on the clay composition. Following this guideline, in this work, two clays were used in the preparation of sunscreen and its effectiveness was determined at Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) laboratory through in vitro evaluation by spectrophotomery. The clays tested were Cloisite® Na + sodium montmorillonite and Argel 35 bentonite. The formulations were prepared in pharmacies in three different cities, Guarabira, Joao Pessoa and Campina Grande, in Paraíba state. The method chosen to evaluate the Sun Protection Factor (SPF) was in vitro method, developed by Mansur, due to the excellent correlation with in vivo method. Besides, there are other advantages like low cost and less damage to health since the volunteer is not exposed to the experiments. Before the evaluation of SPF of prepared formulations with the clay, the SPF of commercial sunscreens was determined and it was confirmed that the in vitro method was proper to define sunscreen SPF. The introduction of clay in the sunscreens composition, as natural materials, replacing TiO2 synthetic material was effective, especially for Argel bentonite clay. The legitimacy of studying the photoprotective effect of clay materials in the composition of sunscreens is justified by great social relevance, since they are inexpensive and found easily in nature.

A demanda por recursos para o desenvolvimento de produtos se tornou uma importante área de pesquisa no início do século 21. O desperdício e o descarte de recursos, sem preocupação alguma com o meio ambiente, era uma atitude corriqueira, e sem grande importância para a sociedade global. Entretanto, o elevado custo para a extração de matérias-primas do meio ambiente, bem como a redução dos recursos no planeta, fez com que a indústria recorresse ao reaproveitamento de materiais ao longo de toda a cadeia de desenvolvimento de produtos bem como ao uso consciente de cada elemento. A partir da integração de conhecimentos das áreas de engenharia, foi identificada a necessidade de entender as influências das abordagens ecoinovadoras no desenvolvimento de produtos para a indústria. Assim essa tese tem por objetivo geral propor estratégias para desenvolvimento de produtos baseadas na ecoinovação como contribuição à melhoria da sustentabilidade de organizações. Os objetivos específicos são: (i) definir o conceito de ecoinovação através de uma pesquisa e avaliar exemplos brasileiros de acordo com sua definição; (ii) propor a criação de um produto ecoinovador através da aplicação dos conceitos de ecoeficiência e da filosofia ZERI; (iii) criar uma solução ecoinovadora para a geração de produtos desenvolvidos através do projeto berço-a-berço como alternativa para a redução dos resíduos sólidos; (iv) desenvolver e analisar as características físico-químicas de um compósito ecoinovador elaborado a partir de resíduos de casca de arroz e resíduos de MDF para aplicações de absorvedores de radiações eletromagnéticas; (v) criar um absorvedor piramidal de radiações eletromagnéticas baseado num compósito ecoinovador. Para atingir os objetivos desta tese foram utilizados, métodos e conhecimentos, para a geração de novos produtos com base em recursos obtidos através do reaproveitamento de resíduos. Também foram usadas estratégias que minimizam os impactos ambientais destes novos produtos concebidos no conceito da ecoinovação. Testes experimentais foram realizados com os produtos ecoinovadores desenvolvido por meio dessas abordagens. Os resultados envolveram a obtenção de conhecimento científico acerca do tema do desenvolvimento de produtos ecoinovadores para a melhoria da sustentabilidade de organizações, bem como protótipos, apresentados na forma de cinco estudos científicos. / The demand for resources to product development has become an important research area in the early 21st century Waste and the disposal of resources without any concern for the environment, was a commonplace attitude, and without great importance for society global. However, the high cost for the extraction of raw materials from the environment, and the reduction of resources on the planet, made the industry resort to reuse of materials throughout the product development chain and the conscious use of each element. From the integration of knowledge from engineering, we identified the need to understand the influences of ecoinovadoras approaches in product development for the industry. So this thesis has the objective to propose strategies for product development based on eco-innovation as a contribution to improving the sustainability of organizations. The specific objectives are: (i) define the concept of eco-innovation through research and evaluate Brazilian examples according to their definition; (ii) propose the creation of a ecoinovador product through the application of the concepts of eco-efficiency and ZERI philosophy; (iii) create a ecoinovadora solution for the production of products developed through the cradle-to-cradle design as an alternative to the reduction of solid waste; (iv) develop and analyze the physical and chemical characteristics of a ecoinovador composite made from rice husks and MDF waste for absorbers of electromagnetic radiation applications; (v) create a pyramidal absorber of electromagnetic radiation based on a composite ecoinovador. To achieve the objectives of this thesis were used, methodologies and knowledge to generate new products based on resources obtained through the reuse of waste. Also were used strategies that minimize the environmental impacts of these new products designed on the concept of eco-innovation. Experimental tests were performed with the ecoinovadores products developed through these approaches. The results involved obtaining scientific knowledge about ecoinovadores product development theme for improving the sustainability of organizations, as well as prototypes, presented as five scientific studies.

A demanda por recursos para o desenvolvimento de produtos se tornou uma importante área de pesquisa no início do século 21. O desperdício e o descarte de recursos, sem preocupação alguma com o meio ambiente, era uma atitude corriqueira, e sem grande importância para a sociedade global. Entretanto, o elevado custo para a extração de matérias-primas do meio ambiente, bem como a redução dos recursos no planeta, fez com que a indústria recorresse ao reaproveitamento de materiais ao longo de toda a cadeia de desenvolvimento de produtos bem como ao uso consciente de cada elemento. A partir da integração de conhecimentos das áreas de engenharia, foi identificada a necessidade de entender as influências das abordagens ecoinovadoras no desenvolvimento de produtos para a indústria. Assim essa tese tem por objetivo geral propor estratégias para desenvolvimento de produtos baseadas na ecoinovação como contribuição à melhoria da sustentabilidade de organizações. Os objetivos específicos são: (i) definir o conceito de ecoinovação através de uma pesquisa e avaliar exemplos brasileiros de acordo com sua definição; (ii) propor a criação de um produto ecoinovador através da aplicação dos conceitos de ecoeficiência e da filosofia ZERI; (iii) criar uma solução ecoinovadora para a geração de produtos desenvolvidos através do projeto berço-a-berço como alternativa para a redução dos resíduos sólidos; (iv) desenvolver e analisar as características físico-químicas de um compósito ecoinovador elaborado a partir de resíduos de casca de arroz e resíduos de MDF para aplicações de absorvedores de radiações eletromagnéticas; (v) criar um absorvedor piramidal de radiações eletromagnéticas baseado num compósito ecoinovador. Para atingir os objetivos desta tese foram utilizados, métodos e conhecimentos, para a geração de novos produtos com base em recursos obtidos através do reaproveitamento de resíduos. Também foram usadas estratégias que minimizam os impactos ambientais destes novos produtos concebidos no conceito da ecoinovação. Testes experimentais foram realizados com os produtos ecoinovadores desenvolvido por meio dessas abordagens. Os resultados envolveram a obtenção de conhecimento científico acerca do tema do desenvolvimento de produtos ecoinovadores para a melhoria da sustentabilidade de organizações, bem como protótipos, apresentados na forma de cinco estudos científicos. / The demand for resources to product development has become an important research area in the early 21st century Waste and the disposal of resources without any concern for the environment, was a commonplace attitude, and without great importance for society global. However, the high cost for the extraction of raw materials from the environment, and the reduction of resources on the planet, made the industry resort to reuse of materials throughout the product development chain and the conscious use of each element. From the integration of knowledge from engineering, we identified the need to understand the influences of ecoinovadoras approaches in product development for the industry. So this thesis has the objective to propose strategies for product development based on eco-innovation as a contribution to improving the sustainability of organizations. The specific objectives are: (i) define the concept of eco-innovation through research and evaluate Brazilian examples according to their definition; (ii) propose the creation of a ecoinovador product through the application of the concepts of eco-efficiency and ZERI philosophy; (iii) create a ecoinovadora solution for the production of products developed through the cradle-to-cradle design as an alternative to the reduction of solid waste; (iv) develop and analyze the physical and chemical characteristics of a ecoinovador composite made from rice husks and MDF waste for absorbers of electromagnetic radiation applications; (v) create a pyramidal absorber of electromagnetic radiation based on a composite ecoinovador. To achieve the objectives of this thesis were used, methodologies and knowledge to generate new products based on resources obtained through the reuse of waste. Also were used strategies that minimize the environmental impacts of these new products designed on the concept of eco-innovation. Experimental tests were performed with the ecoinovadores products developed through these approaches. The results involved obtaining scientific knowledge about ecoinovadores product development theme for improving the sustainability of organizations, as well as prototypes, presented as five scientific studies.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-11-11T11:16:35Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-11-11T11:16:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho serão apresentados novos métodos baseados na geração e controle de comprimento de onda em lasers aleatórios e lasers de diodo. Na primeira parte do trabalho será demonstrado um laser aleatório com realimentação localizada em filmes em biopolímeros dopado com corante. O filme é constituído por um ácido desoxirribonucleico e cloreto de cetiltrimetilamônio (DNA-CTMA) dopado com DCM. No dispositivo proposto, a realimentação óptica para o laser aleatório é dada por centros de dispersão posicionados aleatoriamente ao longo das bordas da área ativa. Os elementos de dispersão são nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) ou defeitos aleatórios na interface entre o polímero ativo e ar. Diferentes espectros de emissão são observados, dependendo da geometria da área excitada. Um único ressonador aleatório com dimensões de 2.6 x 0.65 mm2 foi fabricado com emissão aleatória com realimentação obtida pela excitação do dispositivo por completo. A segunda parte deste trabalho apresenta um novo método para a geração e manipulação de franjas de contorno por meio de interferometria speckle com comprimento de onda sintética, usando um único laser de diodo com cavidade externa. A cavidade externa permite sintonizar duas emissões simultaneamente, o que por sua vez muda o intervalo entre as franjas de contorno do interferômetro, além de aumentar a estabilidade do laser. Uma análise de Fourier é proposta como alternativa para medir o comprimento de onda sintético resultante das duas emissões do laser. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-21T16:28:43Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-21T16:28:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O titanato de estrôncio (SrTiO3) possui estrutura cristalina do tipo perovsquita. Materiais com este tipo de estrutura são utilizados para diversas aplicações, tais como, sensores, atuadores, em células a combustível de óxido sólido, entre outros. Devido as suas interessantes propriedades físicas, o SrTiO3 vem sendo intensamente estudado, em especial com a introdução de dopantes. Portanto, neste trabalho foi investigada a influência de diferentes teores de Ca (1; 2,5 e 5% mol) e Pr (0,025; 0,050; 0,075 e 1% mol) na microestrutura e propriedades elétricas e dielétricas do SrTiO3, assim como o material sem aditivos (puro). Os resultados mostram que após a sinterização do SrTiO3 puro, a microestrutura consiste de grãos poligonais com tamanho médio micrométrico, além de texturas lisas e rugosas. A condutividade elétrica das amostras sintetizadas sinterizadas a 1450 e 1500ºC é máxima para 2 horas de patamar. Apenas as amostras de SrTiO3 contendo 1% em mol de Ca apresentam fase única. O tamanho médio de grãos das amostras contendo 1% em mol de Ca é 10,65 ± 0,28 µm e para teores acima deste valor ocorre crescimento significativo dos grãos. As medidas de condutividade elétrica mostraram que as amostras contendo a adição de 1% em mol de Ca possuem maior condutividade dos grãos em relação ao material puro. Para as amostras contendo teores de até 0,075% mol de Pr, pode-se observar alguns grãos lisos e outros rugosos e não há variação considerável do tamanho médio de grãos. As amostras contendo menor teor de Pr (0,025% mol) apresentam maior condutividade dos grãos e contornos de grãos. As amostras de SrTiO3 sintetizado sinterizadas a 1450ºC/10 h apresentaram permissividade elétrica colossal em temperatura ambiente em altas frequências. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-12-22T12:14:15Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:14:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A irradiação de alimentos é um meio de preservação de alimentos onde se utiliza uma técnica de processamento que expõe os alimentos a uma radiação ionizante controlada de alta energia. O tratamento realizado com o uso das radiações ionizantes em alimentos tem muitas aplicações tecnologicamente e tecnicamente viáveis incluindo a capacidade de melhorar a segurança microbiológica, reduzir os níveis de bactérias patogénicas, inibir a germinação de tubérculos, aplicação fitossanitária, conservar alimentos armazenados ou a estabilidade de armazenamento e também é utilizada para aumentar a vida de prateleira de determinados produtos devido à redução da contaminação por microrganismos. Em função do aumento do comércio internacional de alimentos e das crescentes exigências regulatórias dos mercados consumidores, cada vez mais países importadores e exportadores têm demonstrando interesse na irradiação de alimentos e desenvolvido pesquisas na aplicação prática desta tecnologia e de métodos de detecção do tratamento. Inúmeras pesquisas foram realizadas mundialmente, resultando em eficientes protocolos para identificar quais alimentos foram ou não irradiados. Até então, o \"mito\" que alimentos irradiados não poderiam ser detectados e que não eram formados quaisquer produtos únicos da radiação foi substituído pelo conhecimento que muitas mudanças podem ocorrer nos alimentos irradiados e essas mudanças poderiam ser utilizadas como ferramentas para identificar essa tecnologia. O processamento por radiação resulta em formações de padrões característicos de hidrocarbonetos saturados, aldeídos, metil e etil ésteres e 2-alcilciclobutanonas, dependendo da composição do ácido graxo do lipídio que compõe o alimento. Com isso a proposta do trabalho foi levantar dados para comparar os efeitos das diferentes doses de radiação gama e de elétrons em alimentos que possuem gordura para verificar as possíveis alterações decorrentes do uso da irradiação, como a presença de 2-Alcilciclobutanonas e também, mostrar os principais equipamentos utilizados para a irradiação de alimentos e suas categorias, com o objetivo de informar o publico em geral. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The finite element method (FEM) is a widely-used numerical tool in the fields of structural dynamics, acoustics and electromagnetics. In this work, our goal is to develop robust FEM strategies for solving problems in the areas of acoustics, structures and electromagnetics, and then extend these strategies to solve multi-physics problems such as magnetohydrodynamics and structural acoustics. We now briefly describe the finite element strategies developed in each of the above domains. In the structural domain, we show that the trapezoidal rule, which is a special case of the Newmark family of algorithms, conserves linear and angular momenta and energy in the case of undamped linear elastodynamics problems, and an ‘energy-like measure’ in the case of undamped acoustic problems. These conservation properties, thus, provide a rational basis for using this algorithm. In linear elastodynamics variants of the trapezoidal rule that incorporate ‘high-frequency’ dissipation are often used, since the higher frequencies, which are not approximated properly by the standard displacement-based approach, often result in unphysical behavior. Instead of modifying the trapezoidal algorithm, we propose using a hybrid FEM framework for constructing the stiffness matrix. Hybrid finite elements, which are based on a two-field variational formulation involving displacement and stresses, are known to approximate the eigenvalues much more accurately than the standard displacement-based approach, thereby either bypassing or reducing the need for high-frequency dissipation. We show this by means of several examples, where we compare the numerical solutions obtained using the displacementbased and hybrid approaches against analytical solutions. We also present a monolithic formulation for the solution of structural acoustic problems based on the hybrid finite element approach. In the area of electromagnetics, since our goal is to ultimately couple the electromagnetic analysis with structural or fluid variables in a ‘monolithic’ framework, we focus on developing nodal finite elements rather than using ‘edge elements’. It is well-known that conventional nodal finite elements can give rise to spurious solutions, and that they cannot capture singularities when the domains are nonconvex and have sharp corners. The commonly used remedies of either adding a penalty term or using a potential formulation are unable to address these problems satisfactorily. In order to overcome this problem, we first develop several mixed finite elements in two and three dimensions which predict the eigenfrequencies (including their multiplicities) accurately, even for non-convex domains. In this proposed formulation, no ad-hoc terms are added as in the penalty formulation, and the improvement is achieved purely by an appropriate choice of the finite element spaces for the different variables. For inhomogeneous domains, ‘double noding’ is used to enforce the appropriate continuity conditions at an interface. Although the developed mixed FEM works very accurately for all 2D geometries and regular Cartesian 3D geometries, it has so far not yielded success for curved 3D geometries. Therefore, for 3D harmonic and transient analysis problems, we propose and use a modified form of the potential formulation that overcomes the disadvantages of the standard potential method, especially on non-convex domains. Electromagnetic radiation and scattering in an exterior domain traditionally involved imposing a suitable absorbing boundary condition (ABC) on the truncation boundary of the numerical domain to inhibit reflection from it. In this work, based on the Wilcox asymptotic expansion of the electric far-field, we propose an amplitude formulation within the framework of the nodal FEM, whereby the highly oscillatory radial part of the field is separated out a-priori so that the standard Lagrange interpolation functions have to capture a relatively gently varying function. Since these elements can be used in the immediate vicinity of the radiator or scatterer (with few exceptions which we enumerate), it is more effective compared to methods of imposing ABCs, especially for high-frequency problems. We show the effectiveness of the proposed formulation on a wide variety of radiation and scattering problems involving both conducting and dielectric bodies, and involving both convex and non-convex domains with sharp corners. The Time Domain Finite Element Method (TDFEM) has been used extensively to solve transient electromagnetic radiation and scattering problems. Although conservation of energy in electromagnetics is well-known, we show in this work that there are additional quantities that are also conserved in the absence of loading. We then show that the developed time-stepping strategy (which is closely related to the trapezoidal rule) mimics these continuum conservation properties either exactly or to a very good approximation. Thus, the developed numerical strategy can be said to be ‘unconditionally stable’ (from an energy perspective) allowing the use of arbitrarily large time-steps. We demonstrate the high accuracy and robustness of the developed method for solving both interior and exterior domain radiation problems, and for finding the scattered field from conducting and dielectric bodies. In the field of magneto-hydrodynamics, we develop a monolithic strategy based on a continuous velocity-pressure formulation that is known to satisfy the Babuska-Brezzi (BB) conditions. The magnetic field is interpolated in the same way as the velocity field, and the entire formulation is within a nodal finite element framework. Both transient and steady-state formulations are developed for two- and three-dimensional geometries. An exact linearization of the monolithic strategy ensures that rapid (quadratic) convergence is achieved within each time (or load) step, while the stable nature of the interpolations used ensure that no instabilities arise in the solution. Good agreement with analytical solutions, even with the use of very coarse meshes, shows the efficacy of the developed formulation.

Abstract The aims of the present study were to clarify the antenna function and radio frequency radiation (RFR) sensitivity of human subjects using theoretical calculations and field tests. The weak very high frequency (VHF) electromagnetic fields and spontaneous hand movements were recorded. Groups of university students, other volunteers and as a very interesting group, experienced well finders, were used as test subjects. The VHF field was studied using a spectrum analyser and tuneable narrow-band or broad-band meter with a dipole antenna. The hand movements were registered by potentiometric systems and electromyography (EMG). The test subjects (altogether n = 140) in different tests were walking, sitting in a cart being pulled slowly forward, or sitting in a moving car. The responses were observed and hand movements were recorded and analysed by personal computers. By visual inspection and using the Pearson's correlation, the results of different individuals have been compared with the measured intensity of far fields of a radio mast. Reaction spots and graphs defined by different individuals in the same experiment areas have been compared to each other. Hand movement correlated with the reactions of the forearm and shoulder muscles, e.g., pronator teres and trapezius, by EMG measurements. The reactions of some persons correlated with each other. Experiments in a slow moving wagon and in a moving car showed a correlation between the test subjects’ hand movements and the intensity of below 1 mV/m radio and TV signals measured in the vicinity of the test subject. In open field tests different persons usually reacted in widely different ways. The most evident results were recorded near the buildings, where the radio waves reflected from the wall and patterns of standing waves were clear. Many VHF frequency modulated (FM) broadcasting signals were summed at these places at the same time. It is concluded that the spontaneous hand movement reactions occurred as a response of the human body to the gradients of the VHF field intensity. The reaction generally occurred in interference patterns of multipath propagation or standing waves originating from the radiation of FM radio and TV broadcasting transmitters and radiation reflected from the walls of buildings or from other objects. This non-thermal reaction was clearly observable as spontaneous arm movements by 39 percent of the 85 tested students. / Tiivistelmä Tässä tutkimuksessa selvitettiin ihmisen herkkyyttä radiotaajuiselle säteilylle. Ihmisen toimimista radioaaltojen antennina tarkasteltiin teoreettisesti ja kenttäkokein. Heikkojen VHF-alueen radioaaltojen voimakkuutta ja tahattomia käsien liikkeitä rekisteröitiin valituilla koepoluilla. Koehenkilöinä on ollut yliopiston opiskelijoita ja muita vapaaehtoisten ryhmiä. Kiinnostavin ryhmä oli kokeneet kaivonkatsojat, joiden käsienliikereaktioihin radioaaltojen vaikutuksista löytyy viitteitä kirjallisuudesta. Radioaaltojen voimakkuuden vaihteluja mitattiin spektrianalysaattorilla ja laajakaistaisella VHF-alueen integroivalla mittarilla. Käsien liikkeitä rekisteröitiin potentiometriin perustuvilla liikeantureilla. Lihasten sähköimpulsseja rekisteröitiin elektromyografia- eli EMG-laitteella. Eri koesarjoissa koehenkilöt (yhteensä 140) kävelivät, istuivat hitaasti vedettävässä vaunussa tai istuivat liikkuvassa autossa. Reaktioita tarkkailtiin ja käsien liikkeet ja mitatut kentänvoimakkuudet rekisteröitiin ja analysoitiin tietokoneella. Eri koehenkilöiden tuloksia, reagointipaikkoja ja rekisteröityjä käyriä 5–35 km:n etäisyydellä mastoista tarkasteltiin silmämääräisesti. Pearsonin korrelaatiolaskentaa apuna käyttäen tuloksia verrattiin radiomastojen säteilyn voimakkuuteen. Eri ihmisten reagointikohtia ja käyriä samoilta koealueilta vertailtiin keskenään. Koeasetelmassa käsienliikkeiden todettiin korreloivan joidenkin kyynärvarren ja hartialihasten (mm. pronator teres ja trapezius) EMG-signaaleihin. Joidenkin koehenkilöiden tulokset korreloivat keskenään. Hitaasti vedettävässä vaunussa ja liikkuvassa autossa tehdyissä kokeissa tuli esille korrelaatio vartalon edessä olevien käsien loittonemis-lähestymis-liikkeiden ja koehenkilön välittömässä läheisyydessä mitattujen 1 mV/m -tasoisten radio- ja TV-signaalien voimakkuusvaihtelujen välillä. Avoimella kentällä henkilöt reagoivat hyvin eri tavoin. Parhaiten yhteys tuli esille rakennusten lähellä sijaitsevilla koealueilla, joissa radioaallot heijastuivat rakennuksen seinästä muodostaen selkeitä seisovan aallon kuvioita. Useat taajuusmoduloidut VHF-alueen radiosignaalit summautuivat näissä paikoissa samanaikaisesti. Johtopäätöksenä on, että tahattomat käsienliikkeet tapahtuvat kehon vasteena VHF-kentän voimakkuuden muutoksille. Reaktio tapahtui yleensä interferenssi-kuvioissa tai seisovissa aalloissa, jotka muodostuvat FM-radio- ja TV-lähetysten monitie-etenemisestä radioaaltojen heijastuessa rakennusten seinistä tai muista kohteista. Tämä ei-lämpövaikutustason reaktio oli selvästi havaittavissa olkapään tasalle koukistetun käden tahattomana ojennus-koukistus-liikkeenä 39 prosentilla testatuista 85 opiskelijasta.