Rocking-mass gyroscope consists of an assembly of four cantilever beams with a rigid mass attached to them in the middle subjected to base rotations. Due to the gyroscope effect, the beams undergo coupled flexural-torsional vibrations. The main goal of the research is to develop an accurate model of such a system and along this line a detailed mathematical modeling of the gyroscope is developed. The equations of motion clearly show the presence of the gyroscopic couplings in all cantilever beams. A computer simulation model in its most general form has been developed, to analyze the effectiveness of this type of gyroscope. / UOIT

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<p>A series of experiments and mathematical models explore the response of the bacteria <italic>E. coli</italic> to stressors. Experimentally, the effect of L-homocysteine, a non-protein amino acid, is explored, and via math models, the effect of trimethoprim, a common antibiotic, is also explored. Previous work on L-homocysteine labels it a stressor, and this assertion is refined via the presented work. A mathematical model that improves on a previous work published by Kwon et al. (2008) explores the response of <italic>E. coli</italic> to various supplementations of amino acids when exposed to trimethoprim. New methods of developing antibiotics and therapeutic drug treatments are also explored.</p> / Dissertation

A major challenge in the formulation of thermal interface materials (TIM), used in the microelectronics industry to facilitate heat transfer from an electronic package to a heat sink, is to ensure that the material is electrically insulating while achieving a high thermal conductivity. Several parameters influence thermal conductivity, but it will be shown that proper selection of the polymers serving as binders and additives in the formulation is important. The incorporation of electrically insulated metallic particles as fillers can also help to increase the thermal conductivity of a TIM. This Dissertation is concerned with exploring different strategies for the preparation of thermally conducting, but electrically insulating TIM compositions. Among these, the synthesis and the application of functionalized (telechelic) poly(ethylene oxide), PEO, in the preparation of TIM will be explored in more details. To achieve this goal, we conducted the synthesis of telechelic oligomers containing a primary amine functional group at one end, and investigated their influence on the properties of metallic surfaces such as copper. The results obtained indicate that the PEO-NH2 oligomers can bind to copper metal and/or the oxide layer at its surface, leading to much lowered electrical conductivity for the particles. The composition of TIM formulations was optimized in a systematic fashion using these materials and effective thermal conductivities reaching up to 9.4 W/mK were attained, much higher than for two commercial TIM used as benchmarks (1.5 W/mK for Arctic Silver 5, and 3.5 W/mK for ShinEtsu X23-7783D). Moreover, thinner layers (down to 0.004 mm) were achieved for the materials developed as compared to commercial TIM (0.07 mm). Additionally, we used a computational approach based on the method of random resistor networks to predict the effective thermal conductivity of the TIM. We studied the effects of mono- and polydispersed filler particle size distributions, as well as geometry (spherical particles and flakes). The influence of the PEO-NH2 oligomers acting as surfactants on the effective thermal conductivity was also investigated by defining surfactant concentration-dependent thermal conductivities. We finally compared the results of the numerical simulations with our experimental data and obtained excellent agreement for most compositions.

Modeling of brain activity is often seen as requiring great computing power. However in the special case of modeling scalp EEG it is possible to adopt a continuum approximation for the cortex, and then to use the techniques of wave physics to describe its consequent large-scale dynamics. The model incorporates the following critical components: two classes of neurons (excitatory and inhibitory), the typical number and strength of connections between these two classes, the corresponding connections within the thalamus and between the thalamus and cortex, the time constants and basic physiology of neurons, and the propagation of activity between neurons. Representing the immense intricacy of brain anatomy and physiology with suitable summary equations and average parameter values has meant that the model is able to capture the essential characteristics of EEG and ERPs, and to do so in a computationally manageable way.

[pt] Este trabalho apresenta um modelo matemático completo e a implementação de um sistema computacional para a simulação do escoamento em um hidrociclone, que leva em conta o núcleo de ar como uma superfície livre, caracterizando esta interface livre formada como do tipo Young-Laplace. Pelas características do escoamento foi considerada a difusão turbulenta, que foi necessário acrescentar para poder ajustar bem o modelo aos dados experimentais. São aproximados os campos de velocidades e pressões, assim como a forma e localização da interface, esta através de um método lagrangeano. Neste método utiliza-se uma malha lagrangeana para caracterizar a interface livre e uma malha euleriana para calcular os campos de velocidades e pressões no escoamento através do método dos volumes finitos. O ajuste da interface é feita através de um processo iterativo. São feitas simulações numéricas e são mostradas comparações das previsões teóricas com dados experimentais que validam o modelo. / [en] The present work is realted to the mathematical modeling and computacional simulation of flow through hydrocyclons. The present model assumes the air core being a free surface of Young-Laplace type. As the characterisctic of the flow suggests, the model considers a turbuleny diffusion, this fact is essential to have a good agreement with experimental data. The velocity and pressure with the shape and localization of the interface are approzximated. For the above approximation a langrangian grid is used to characterize the free interface, and an eulerian grid for calculating the velocity and pressure fields thorough a finite-volume method. The approximation of the interface is achieved using an iterative procedure. An extensive comparison of model predictions against experimental data is presented together with some numerical results.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-11-28Bitstream added on 2014-06-13T19:42:18Z : No. of bitstreams: 1 campos_cr_dr_rcla.pdf: 910007 bytes, checksum: 2f8de09ce405656b11b2cbcd6cc000ff (MD5) / Os objetivos desse trabalho são o estudo teórico sobre os fundamentos da didática da Educação Estatística e sua integração com a Educação Crítica e com a Modelagem Matemática e aplicação dessa integração no microcosmo da sala de aula, com o desenvolvimento e a execução de projetos pedagógicos voltados para esse fim. Sobre os fundamentos teóricos da didática da Estatística, observamos que o planejamento da instrução deve possibilitar o desenvolvimento da literacia, do raciocínio e do pensamento estatístico, para que o ensino/aprendizagem seja feito com sucesso. A Modelagem Matemática e o trabalho com projetos servem como estratégia pedagógica utilizada para conceber os projetos de ensino que buscam desenvolver essas capacidades. A Educação Crítica aparece nos projetos com a problematização do ensino, o trabalho com dados reais, contextualizados, o estímulo ao debate e ao diálogo, a desierarquização e a democratização da sala de aula, o incentivo à capacidade crítica, a valorização do conhecimento reflexivo e a preparação do estudante para interpretar o mundo, praticar o discurso da responsabilidade social e a linguagem crítica, incentivando a liberdade individual, a ética e a justiça social. Conjugando essas idéias, emerge a concepção de Educação Estatística Crítica, que se mostra presente nos dois projetos aqui apresentados. / The goals of this thesis are the theoretical study of the Statistic Education's didactical basis and its integration with the Critical Education and the Mathematical Modeling and application of this integration with the development of pedagogical projects toward this end. In the research of the theoretical basis of the Statistic's didactic, we observe that the instruction planning must be able to develop three capacities: literacy, reasoning and statistical thinking. The Mathematical Modeling and the work with projects are used as a pedagogical strategy to create the education projects looking for build up these capacities. The Critical Education is present in the projects with the problematization and the thematization, the real data manipulation, contextualized, the discussion stimulation, the non-hierarchyzation, the democratic values acquired in the classroom, the capacity stimulation of the students to be critical, the reflexive knowledge valuation and the student preparation to explain the world, the practicing speech of the social responsibility and the critical language, stimulating the individual freedom, the ethics and social justice. Putting together these ideas, the Critical Statistics Education's concept appears in this thesis in two projects, presented here.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-25Bitstream added on 2014-06-13T20:29:43Z : No. of bitstreams: 1 sanches_rp_me_botib.pdf: 1029872 bytes, checksum: 51439a84f46d5bc73250a3d493407741 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os modelos epidemiológicos tem por objetivo reproduzir a dinâmica espacial e/ou temporal de doenças infecciosas, e propor possíveis estratégias de controle. Estes modelos auxiliam a compreensão do comportamento das doenças em relação à vários aspectos, como mecanismos de transmissão, sazonalidade (dependência dos parâmetros do modelo em relação a temperatura, umidade, etc.) e disseminação da doença (Yang, 2001). Para isso são levantadas hipóteses matemáticas, baseadas em conhecimentos biológicos acerca da doença, que possibilitem a estimação de alguns aspectos da interação entre o hospedeiro e agente infeccioso. este trabalho são apresentados dois modelos epidemiológicos, o pnmelro estudo é sobre a cólera em que foram estudados a influência de fatores extrínsecos e intrínsecos na dinâmica da doença, possíveis estratégias de controle e o papel do período de imunidade; e o segundo estudo é sobre a Doença do Caranguejo Letárgico (DCL) onde foi modelada a dispersão da doença entre dois estuários e mediu-se a contribuição da coleta de caranguejos e da existência de caranguejos resistentes nos estuários sobre a dinâmica da doença. Em particular, no caso da cólera o equilíbrio livre da doença e o equilíbrio endêmico são separados pelo limiar R~, o qual depende dos parâmetros biológicos do patógeno e hospedeiro, e do tamanho da população. A aplicação de mecanismos de controle, tais como vacinação, saneamento e tratamento de água, podem diminuir R~ < 1 prevenindo a transmissão da cólera. Se a vacinação em massa fosse possível poderia-se erradicar ou diminuir os surtos de cólera. Neste caso, a porcentagem da população a ser vacinada depende da imunidade da mesma ao vibrião da cólera. Dependendo do conjunto de parâmetros que caracterizam a doença em uma região, efeitos de ressonância podem acontecer e a perda de imunidade... / The objective of the epidemiological models is to repraduce the spatial and/or temporal dynamics of infectious diseases and to propose possible control strategies. These models help to understand the disease behavior in relation to various aspects, like transmission mechanisms, seasonality (dependence of mo deI parameters in relation to temperature, humidity, etc.) and disease spreading (Yang, 2001). They are built using mathematical hypotheses, based primarily in the biological knowledge about the disease which make possible to determine and modelled some aspects of the interaction between host and the infectious agent. In this work we present two epidemiological models, the first one is about cholera and discuss some contraI strategies and the rale of immunity in the disease dynamics; the second one is about Lethargic Crab Disease (LCD) and analyze the disease dispersion between two estuaries and the influence of crabs collect and the presence of resistants crabs in the estuaries. ln particular, in the case of cholera, the disease free equilibrium and the disease endemic equilibrium are separated by a threshold R~which depend on the biological parameters of the pathogen and host, and on the susceptible population size. The application of contrai mechanisms such as vaccination, sanitation and water treatment diminish R~ < 1 and prevent cholera transmission. If mass vaccination was possible, cholera eradication could be assessed. ln this case the population fraction that had to be immunizated depend on the population immunity. Based on the set of parameters which characterize the disease in a region, resonance effects can intensify cholera outbreaks and the lost of immunity can explain the spatial temporal behavior observed on endemic region for cholera. ln the case of DCL, crabs collect affect the disease intensity and periodicity and can diminish the probability of the disease... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Cláudia Pio Ferreira / Banca: Eduardo Massad / Banca: Helenice de Oliveira Florentino Silva / Resumo: Os modelos epidemiológicos tem por objetivo reproduzir a dinâmica espacial e/ou temporal de doenças infecciosas, e propor possíveis estratégias de controle. Estes modelos auxiliam a compreensão do comportamento das doenças em relação à vários aspectos, como mecanismos de transmissão, sazonalidade (dependência dos parâmetros do modelo em relação a temperatura, umidade, etc.) e disseminação da doença (Yang, 2001). Para isso são levantadas hipóteses matemáticas, baseadas em conhecimentos biológicos acerca da doença, que possibilitem a estimação de alguns aspectos da interação entre o hospedeiro e agente infeccioso. este trabalho são apresentados dois modelos epidemiológicos, o pnmelro estudo é sobre a cólera em que foram estudados a influência de fatores extrínsecos e intrínsecos na dinâmica da doença, possíveis estratégias de controle e o papel do período de imunidade; e o segundo estudo é sobre a Doença do Caranguejo Letárgico (DCL) onde foi modelada a dispersão da doença entre dois estuários e mediu-se a contribuição da coleta de caranguejos e da existência de caranguejos resistentes nos estuários sobre a dinâmica da doença. Em particular, no caso da cólera o equilíbrio livre da doença e o equilíbrio endêmico são separados pelo limiar R~, o qual depende dos parâmetros biológicos do patógeno e hospedeiro, e do tamanho da população. A aplicação de mecanismos de controle, tais como vacinação, saneamento e tratamento de água, podem diminuir R~ < 1 prevenindo a transmissão da cólera. Se a vacinação em massa fosse possível poderia-se erradicar ou diminuir os surtos de cólera. Neste caso, a porcentagem da população a ser vacinada depende da imunidade da mesma ao vibrião da cólera. Dependendo do conjunto de parâmetros que caracterizam a doença em uma região, efeitos de ressonância podem acontecer e a perda de imunidade... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of the epidemiological models is to repraduce the spatial and/or temporal dynamics of infectious diseases and to propose possible control strategies. These models help to understand the disease behavior in relation to various aspects, like transmission mechanisms, seasonality (dependence of mo deI parameters in relation to temperature, humidity, etc.) and disease spreading (Yang, 2001). They are built using mathematical hypotheses, based primarily in the biological knowledge about the disease which make possible to determine and modelled some aspects of the interaction between host and the infectious agent. In this work we present two epidemiological models, the first one is about cholera and discuss some contraI strategies and the rale of immunity in the disease dynamics; the second one is about Lethargic Crab Disease (LCD) and analyze the disease dispersion between two estuaries and the influence of crabs collect and the presence of resistants crabs in the estuaries. ln particular, in the case of cholera, the disease free equilibrium and the disease endemic equilibrium are separated by a threshold R~which depend on the biological parameters of the pathogen and host, and on the susceptible population size. The application of contrai mechanisms such as vaccination, sanitation and water treatment diminish R~ < 1 and prevent cholera transmission. If mass vaccination was possible, cholera eradication could be assessed. ln this case the population fraction that had to be immunizated depend on the population immunity. Based on the set of parameters which characterize the disease in a region, resonance effects can intensify cholera outbreaks and the lost of immunity can explain the spatial temporal behavior observed on endemic region for cholera. ln the case of DCL, crabs collect affect the disease intensity and periodicity and can diminish the probability of the disease... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

As propriedades das peças produzidas por fundição dependem principalmente da macroestrutura final de grãos. A modelagem matemática da solidificação de ligas metálicas com o objetivo de prever a macroestrutura de grãos sofreu avanços muito importantes nas últimas décadas, porém os modelos matemáticos chamados de determinísticos até hoje não são capazes de modelar o crescimento individual dos grãos durante todos os estágios da solidificação. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo matemático multifásico e multigrãos capaz de simular a solidificação equiaxial de ligas binárias. As equações deste modelo foram construídas com base nas equações macroscópicas de conservação de massa, energia e espécies químicas. A característica que distingue o modelo implementado neste trabalho de outros modelos publicados na literatura é a consideração individual de grãos de diferentes tamanhos e a consideração do crescimento dendrítico ou globulítico. As equações macroscópicas de conservação de massa, energia e espécies químicas são resolvidas separadamente para cada classe de tamanhos de grão. Os resultados obtidos pelo presente modelo foram comparados com um modelo que considera os grãos individualmente, mas que só é capaz de simular os instantes iniciais da solidificação, em que a morfologia dos grãos é globulítica. Posteriormente foi realizada uma comparação com um modelo de solidificação equiaxial com muitas características semelhantes às do presente modelo, mas que não considera individualmente grãos de diferentes tamanhos. Foi realizada uma análise paramétrica do presente modelo, que posteriormente foi utilizado para tentar reproduzir resultados obtidos experimentalmente por diversos autores. Os resultados obtidos mostram que o modelo matemático proposto é capaz de simular todo o período de solidificação, incluindo a solidificação dendrítica ou globulítica, monitorando individualmente o crescimento de grãos com tamanhos diferentes. Os resultados obtidos pelo modelo implementado no presente trabalho reproduzem quase que exatamente as curvas de resfriamento e a previsão de tamanho de grão médio obtidas por um modelo que considera os grãos apenas de forma média. O modelo desenvolvido apresentou resultados próximos aos resultados experimentais para a previsão do tamanho de grão médio e para a distribuição de tamanhos de grão final em uma amostra de alumínio comercialmente puro inoculado com Al- 5%Ti-1%B. / Properties of components obtained by solidification processes depend strongly on the final grain structure. In the past few decades, there has been a significant breakthrough in the mathematical modeling of metallic alloy solidification to predict the grain macrostructure. Nevertheless, the so-called deterministic models are still not capable of modeling the individual growth of grains throughout the solidification time. The objective of the present work it to propose, implement, and evaluate a multiphase and multigrain mathematical model of equiaxed solidification in binary alloys. The equations of the model are based on the macroscopic conservation equations of mass, energy, and chemical species. The main feature that distinguishes the present model from other models available in the literature is the consideration of the growth of individual grains of different sizes, and of the dendritic or globulitic growth. The macroscopic conservation equations of mass, energy, and chemical species were applied separately to each class of grains of different sizes. The results obtained from the present model were compared with those from a model that also simulates the individual growth of grains, but was developed only for the early stages of solidification, during which there is globulitic growth. Next, the results were compared with those from a similar model, but which does not consider the individual growth of grains, following only a grain of average size. A parametric analysis was carried out with the present model, which was later used to simulate different experiments presented by several authors. The model was capable of simulating several phenomena, including the globulitic and dendritic growth for each class of grain, during the whole solidification time. The results obtained with the present model reproduce very accurately the cooling curves and the prediction of grain size obtained from a model that considers only a grain of average size. The present model results are in close agreement with measurements of average grain size and grain size distribution in an commercially pure Al with different additions of Al-5%Ti-1%B.