Simulación numérica del cruce de trenes: combinación de un método de reducción del modelo con una implementación de los elementos de contorno

En este artículo se presentan los resultados obtenidos con un método aproximado para calcular las historias temporales de los coeficientes aerodinámicos correspondientes a las fuerzas y los momentos a que están sometidos los coches de cabeza durante el cruce de dos trenes de alta velocidad al aire libre.

On the free-boundary for an elliptic inverse nonlocal problem arising in the nuclear fusion. A numerical approach

We consider a mathematical model related to the stationary regime of a plasma magnetically confined in a Stellarator device in the nuclear fusion. The mathematical problem may be reduced to an nonlinear elliptic inverse nonlocal two dimensional free{boundary problem. The nonlinear terms involving the unknown functions of the problem and its rearrangement. Our main goal is to determinate the existence and the estimate on the location and size of region where the solution is nonnegative almost everywhere (corresponding to the plasma region in the physical model)

Modelization of an experimental solar test box equipped with a water-flow based window

A study on a water- ow window installed in a test box is presented. This window is composed of two glass panes separated by a chamber through water ows. The ow of water comes from an isolated tank which contains heat water. In order to fully evaluate the water- ow window performance for different room and window sizes, locations and weather conditions, a mathematical model of the whole box is needed. The proposed model, in which conduction heat transfer mechanism is the only considered, is one dimensional and unsteady based upon test box energy balance. The effect of the heat water tank, which feeds the water- ow window, is included in the model by means of a time delay in the source term. Although some previous work about moving uid chamber has been developed, air was used as heat transfer uid and no uid storage was considered. Finally a comparison between the numerical solution and the obtained experimental data is done.

Diseño y caracterización de un sistema microfónico de intemperie para la localización de fuentes sonoras distantes

Hoy en día el ruido presente en los aeropuertos se ha convertido en un problema importante en las poblaciones cercanas a éstos por el incremento del tráfico aéreo año tras año. Gracias a que los aviones son cada vez menos ruidosos y el esfuerzo por parte de los gestores aeroportuarios en disminuir el ruido en su entorno los niveles de presión sonora se han rebajado con el paso del tiempo. A pesar de esa reducción de nivel de presión sonora existen algunas maniobras especialmente ruidosas que generan gran molestia a la población. Una de esas maniobras es el uso del sistema de frenado de reversa. Este sistema consiste en desviar el flujo de aire que sale del motor, produciéndose una rápida reducción de la velocidad, con el inconveniente de la gran generación de ruido. El uso de este sistema está prohibido en los grandes aeropuertos europeos bajo condiciones normales, pero a pesar de eso algunas aeronaves lo utilizan y no son sancionadas por no existir forma de comprobar que la reversa ha sido activada sin acceder a la caja negra del avión. En el año 2013 la Universidad Politécnica de Madrid patenta un sistema para detectar la activación del freno de reversa mediante procedimientos acústicos, concretamente con técnicas basadas en la estimación de la potencia acústica. Dicho sistema hace uso de dos micrófonos de medida para captar las ondas de presión sonora, y localizar su proveniencia para poder estimar la potencia acústica utilizando un modelo matemático inverso. Esos micrófonos han de estar durante periodos de tiempo indeterminados al aire libre, por ese motivo es necesario el diseño de algún tipo de sistema para proteger la instrumentación de la intemperie. Aunque existen soluciones comerciales generalistas para la medida de ruido en exteriores, dichas soluciones tienen un coste muy elevado que dificulta que el sistema de detección patentado pueda ser desarrollado comercialmente, por ello la motivación de este proyecto surge con la intención de diseñar elementos que puedan ser utilizados de manera conjunta con el sistema de detección de ruido de reversa para que en un futuro se pueda llegar a comercializar un producto completo con esta tecnología. El objetivo principal de este proyecto es diseñar y caracterizar desde el punto de vista acústico un sistema microfónico de intemperie, para cuantificar el efecto que provoca el uso del sistema que se va a implementar sobre la localización de eventos sonoros para que posteriormente se pueda valorar si desde el punto de vista técnico el prototipo diseñado puede ser utilizado junto con el sistema de detección de la reversa. Este Trabajo Fin de Máster se centrará en el diseño y caracterización de un sistema de localización de eventos sonoros, basado en la medida de la diferencia de tiempos de llegada de la onda acústica a dos micrófonos, así como en el diseño y medida del efecto que tiene un sistema de intemperie diseñado específicamente para esta aplicación, con la intención de que sea utilizado en las líneas de investigación abiertas del Grupo de Instrumentación y Acústica Aplicada de la Universidad Politécnica de Madrid. En el informe primero se hará una introducción en la que se expondrá la base teórica de la localización sonora y los métodos que generalmente se utilizan para su medida. También se realizará un análisis de los sistemas de medición acústica en intemperie para aplicar dichos conocimientos en el diseño que se propondrá más tarde. A continuación se expondrá la metodología propuesta para la caracterización del sistema implementado, consistente en una combinación de medidas de laboratorio con ensayos in situ. También se definirán los parámetros a definir que se consideran indispensables para conocer el correcto funcionamiento de un sistema de localización. Posteriormente se realizará un análisis de los resultados obtenidos en las mediciones, realizando comparaciones entre las distintas configuraciones adoptadas y valorando críticamente el funcionamiento del sistema de intemperie diseñado. Por último, se comentarán las conclusiones obtenidas tras el estudio, desarrollo y análisis de resultados obtenidos en este trabajo fin de máster. También se propondrán trabajos para el futuro que permitan perfeccionar el sistema diseñado frente a las condiciones de intemperie, y que además permitan aumentar su rango de funcionamiento.

Un esquema adaptativo semilagrangiano con elementos finitos anisótropos para la resolución de problemas de combustión.

En este trabajo se presenta un método numérico adaptativo para la resolución de problemas temporales de Combustión en la Mecánica de Fluidos. La dis- cretización espacial de las ecuaciones está basada en el método de los elementos finitos y la discretización temporal se realiza con un esquema semilagrangiano para tratar de forma eficiente los términos convectivos. La caracteística principal de la adaptación local, es que el mallado que se construye es anisótropo, lo que le capacita para adaptarse mejor a capas límitee con un reducido coste computacional. Para ello, se define un tensor métrico en cada paso de tiempo, basado en indicadores de error construidos a priori y a posteriori. Ilustraremos el buen comportamiento del código numérico con la modelización de un problema de combustión en 2D y 3D, donde se analilzará la interacción de llamas de difusión de Hidrógeno y vórtices que pueden ser generados en un flujo turbulento.

Fatiga en CFRP: Caracterización y Método Óptico para la Estimación del Daño

El desarrollo de nuevas estructuras aeroespaciales optimizadas, utilizan materiales compuestos, para los componentes críticos y subsistemas, principalmente polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP). Un conocimiento profundo del estado de daño por fatiga de estructuras de CFRP avanzado, es esencial para predecir la vida residual y optimizar los intervalos de inspección estructural, reparaciones y/o sustitución de componentes. Las técnicas actuales se basan principalmente en la medición de cargas estructurales a lo largo de la vida útil de la estructura mediante galgas extensométricas eléctricas. Con esos datos, se estima la vida a fatiga utilizando modelos de acumulación de daño. En la presente tesis, se evalúa la metodología convencional para la estimación de la vida a fatiga de un CFRP aeronáutico. Esta metodología está basada en la regla de acumulación de daño lineal de Palmgren-Miner, y es aplicada para determinar la vida a fatiga de estructuras sometidas a cargas de amplitud variable. Se ha realizado una campaña de ensayos con cargas de amplitud constante para caracterizar un CFRP aeronáutico a fatiga, obteniendo las curvas clásicas S-N, en diferentes relaciones de esfuerzo. Se determinaron los diagramas de vida constante, (CLD), también conocidos como diagramas de Goodman, utilizando redes neuronales artificiales debido a la ausencia de modelos coherentes para materiales compuestos. Se ha caracterizado la degradación de la rigidez debido al daño por fatiga. Se ha ensayado un segundo grupo de probetas con secuencias estandarizadas de cargas de amplitud variable, para obtener la vida a fatiga y la degradación de rigidez en condiciones realistas. Las cargas aplicadas son representativas de misiones de aviones de combate (Falstaff), y de aviones de transporte (Twist). La vida a fatiga de las probetas cicladas con cargas de amplitud variable, se comparó con el índice de daño teórico calculado en base a la regla de acumulación de daño lineal convencional. Los resultados obtenidos muestran predicciones no conservativas. Esta tesis también presenta el estudio y desarrollo, de una nueva técnica de no contacto para evaluar el estado de daño por fatiga de estructuras de CFRP por medio de cambios de los parámetros de rugosidad. La rugosidad superficial se puede medir fácilmente en campo con métodos sin contacto, mediante técnicas ópticas tales como speckle y perfilómetros ópticos. En el presente estudio, se han medido parámetros de rugosidad superficial, y el factor de irregularidad de la superficie, a lo largo de la vida de las probetas cicladas con cargas de amplitud constante y variable, Se ha obtenido una buena tendencia de ajuste al correlacionar la magnitud de la rugosidad y el factor de irregularidad de la superficie con la degradación de la rigidez de las probetas fatigadas. Estos resultados sugieren que los cambios en la rugosidad superficial medida en zonas estratégicas de componentes y estructuras hechas de CFRP, podrían ser indicativas del nivel de daño interno debido a cargas de fatiga. Los resultados también sugieren que el método es independiente del tipo de carga de fatiga que ha causado el daño. Esto último hace que esta técnica de medición sea aplicable como inspección para una amplia gama de estructuras de materiales compuestos, desde tanques presurizados con cargas de amplitud constante, estructuras aeronáuticas como alas y colas de aeronaves cicladas con cargas de amplitud variable, hasta aplicaciones industriales como automoción, entre otros. ABSTRACT New optimized aerospace structures use composite materials, mainly carbon fiber reinforced polymer composite (CFRP), for critical components and subsystems. A strong knowledge of the fatigue state of highly advanced (CFRP) structures is essential to predict the residual life and optimize intervals of structural inspection, repairs, and/or replacements. Current techniques are based mostly on measurement of structural loads throughout the service life by electric strain gauge sensors. These sensors are affected by extreme environmental conditions and by fatigue loads in such a way that the sensors and their systems require exhaustive maintenance throughout system life. In the present thesis, the conventional methodology based on linear damage accumulation rules, applied to determine the fatigue life of structures subjected to variable amplitude loads was evaluated for an aeronautical CFRP. A test program with constant amplitude loads has been performed to obtain the classical S-N curves at different stress ratios. Constant life diagrams, CLDs, where determined by means of Artificial Neural Networks due to the absence of consistent models for composites. The stiffness degradation due to fatigue damage has been characterized for coupons under cyclic tensile loads. A second group of coupons have been tested until failure with a standardized sequence of variable amplitude loads, representative of missions for combat aircraft (Falstaff), and representative of commercial flights (Twist), to obtain the fatigue life and the stiffness degradation under realistic conditions. The fatigue life of the coupons cycled with variable amplitude loads were compared to the theoretical damage index calculated based on the conventional linear damage accumulation rule. The obtained results show non-conservative predictions. This thesis also presents the evaluation of a new non-contact technique to evaluate the fatigue damage state of CFRP structures by means of measuring roughness parameters to evaluate changes in the surface topography. Surface roughness can be measured easily on field with non-contact methods by optical techniques such as speckle and optical perfilometers. In the present study, surface roughness parameters, and the surface irregularity factor, have been measured along the life of the coupons cycled with constant and variable amplitude loads of different magnitude. A good agreement has been obtained when correlating the magnitude of the roughness and the surface irregularity factor with the stiffness degradation. These results suggest that the changes on the surface roughness measured in strategic zones of components and structures made of CFRP, could be indicative of the level of internal damage due to fatigue loads. The results also suggest that the method is independent of the type of fatigue load that have caused the damage. It makes this measurement technique applicable for a wide range of inspections of composite materials structures, from pressurized tanks with constant amplitude loads, to variable amplitude loaded aeronautical structures like wings and empennages, up to automotive and other industrial applications.

Más sobre equivalencias lógicas y distancias entre procesos

Esta tesis se enmarca en el amplio campo de la teoría de la concurrencia. Más específicamente, nos centramos en el estudio de las relaciones de similitud entre procesos concurrentes. Comenzamos estudiando la bisimulación, considerada la más importante de estas relaciones, y vemos después cómo podemos extender nuestros resultados al resto de las semánticas de procesos estudiadas durante las últimas décadas. En particular, nuestra contribución a la comunidad científica, se centra en dos puntos principales: – El desarrollo de una caracterización lógica uniforme de las semánticas de procesos: proponemos un esquema lógico común (enmarcado en la conocida lógica modal de Hennessy-Milner) e incluimos las diferentes semánticas en este esquema, enfatizando las diferencias y similitudes entre ellas, que se presentan del modo más claro posible. – La presentación de una nueva noción de distancia, tanto entre procesos finitos como infinitos: la misma se diferencia de las anteriormente propuestas en su carácter global, que acumula las diferencias que aportan los distintos cómputos, en lugar de quedarnos con la máxima de ellas...

Restauración del medio marino en la reserva marina de Tabarca (Alicante, España): estructura y variaciones temporales de la ictiofauna asociada al arrecife artificial

El arrecife artificial de Tabarca se diseñó e instaló principalmente con el objetivo de impedir la pesca de arrastre ilegal sobre las praderas de Posidonia oceanica. Además se diseñó un arrecife alveolar experimental para estudiar sus efectos sobre la ictiofauna litoral y sus posibilidades como lugar de pesca alternativo a la flota artesanal de Tabarca. La ictiofauna asociada al arrecife artificial de Tabarca se estudió mediante censos visuales durante tres años consecutivos entre 1990 y 1992, con una frecuencia estacional. Los resultados muestran una estructura de la comunidad condicionada por el diseño y emplazamiento de los módulos. La dinámica temporal manifiesta una clara diferencia según consideremos el poblamiento total o sólo el residente: el primero refleja una pauta muy fluctuante, poco predecible; el poblamiento residente muestra una tendencia hacia la estructuración, con un aumento progresivo de especies sedentarias predadoras, y un incremento significativo de la biomasa. Estos resultados refuerzan las interpretaciones que dan un papel condicionante al tamaño del arrecife artificial y a su localización.

Application of Mathieu functions for the study of non-slanted reflection gratings

In this work we prensent an analysis of non-slanted reflection gratings by using exact solution of the second order differential equation derived from Maxwell equations, in terms of Mathieu functions. The results obtained by using this method will be compared to those obtained by using the well known Kogelnik's Coupled Wave Theory which predicts with great accuracy the response of the efficieny of the zero and first order for volume phase gratings, for both reflection and transmission gratings.

Australian water mass variations from GRACE data linked to Indo-Pacific climate variability

Time-variable gravity data from the Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) mission are used to study total water content over Australia for the period 2002–2010. A time-varying annual signal explains 61% of the variance of the data, in good agreement with two independent estimates of the same quantity from hydrological models. Water mass content variations across Australia are linked to Pacific and Indian Ocean variability, associated with El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and the Indian Ocean Dipole (IOD), respectively. From 1989, positive (negative) IOD phases were related to anomalously low (high) precipitation in southeastern Australia, associated with a reduced (enhanced) tropical moisture flux. In particular, the sustained water mass content reduction over central and southern regions of Australia during the period 2006–2008 is associated with three consecutive positive IOD events.

Steric and mass-induced sea level variations in the Mediterranean Sea revisited

The total sea level variation (SLV) is the combination of steric and mass␣induced SLV, whose exact shares are key to understanding the oceanic response to climate system changes. Total SLV can be observed by radar altimetry satellites such as TOPEX/POSEIDON and Jason 1/2. The steric SLV can be computed through temperature and salinity profiles from in situ measurements or from ocean general circulation models (OGCM), which can assimilate the said observations. The mass-induced SLV can be estimated from its time-variable gravity (TVG) signals. We revisit this problem in the Mediterranean Sea estimating the observed, steric, and mass-induced SLV, for the latter we analyze the latest TVG data set from the GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite mission launched in 2002, which is 3.5 times longer than in previous studies, with the application of a two-stage anisotropic filter to reduce the noise in high-degree and -order spherical harmonic coefficients. We confirm that the intra-annual total SLV are only produced by water mass changes, a fact explained in the literature as a result of the wind field around the Gibraltar Strait. The steric SLV estimated from the residual of “altimetry minus GRACE” agrees in phase with that estimated from OGCMs and in situ measurements, although showing a higher amplitude. The net water fluxes through both the straits of Gibraltar and Sicily have also been estimated accordingly.

On the steric and mass-induced contributions to the annual sea level variations in the Mediterranean Sea

The sea level variation (SLVtotal) is the sum of two major contributions: steric and mass-induced. The steric SLVsteric is that resulting from the thermal and salinity changes in a given water column. It only involves volume change, hence has no gravitational effect. The mass-induced SLVmass, on the other hand, arises from adding or subtracting water mass to or from the water column and has direct gravitational signature. We examine the closure of the seasonal SLV budget and estimate the relative importance of the two contributions in the Mediterranean Sea as a function of time. We use ocean altimetry data (from TOPEX/Poseidon, Jason 1, ERS, and ENVISAT missions) to estimate SLVtotal, temperature, and salinity data (from the Estimating the Circulation and Climate of the Ocean ocean model) to estimate SLVsteric, and time variable gravity data (from Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) Project, April 2002 to July 2004) to estimate SLVmass. We find that the annual cycle of SLVtotal in the Mediterranean is mainly driven by SLVsteric but moderately offset by SLVmass. The agreement between the seasonal SLVmass estimations from SLVtotal – SLVsteric and from GRACE is quite remarkable; the annual cycle reaches the maximum value in mid-February, almost half a cycle later than SLVtotal or SLVsteric, which peak by mid-October and mid-September, respectively. Thus, when sea level is rising (falling), the Mediterranean Sea is actually losing (gaining) mass. Furthermore, as SLVmass is balanced by vertical (precipitation minus evaporation, P–E) and horizontal (exchange of water with the Atlantic, Black Sea, and river runoff) mass fluxes, we compared it with the P–E determined from meteorological data to estimate the annual cycle of the horizontal flux.

Reply to comment by L. Fenoglio-Marc et al. on “On the steric and mass-induced contributions to the annual sea level variations in the Mediterranean Sea”

Reply to comment by L. Fenoglio-Marc et al. on “On the steric and mass-induced contributions to the annual sea level variations in the Mediterranean Sea”.

Steric sea-level variations inferred from combined Topex/Poseidon altimetry and GRACE gravimetry

In this study, we propose to estimate the steric sea-level variations over a < 2-year period (April 2002 through December 2003) by combining global mean sea level (GMSL) based on Topex/ Poseidon (T/P) altimetry with time-variable geoid averaged over the oceans, as observed by the GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite. In effect, altimetry-derived GMSL changes results from two contributions: Steric (thermal plus salinity) effects due to sea water density change and ocean mass change due to water exchange with atmosphere and continents. On the other hand, GRACE data over the oceans provide the ocean mass change component only. The paper first discusses the corrections to apply to the GRACE data. Then the steric contribution to the GMSL is estimated using GRACE and T/P data. Comparison with available thermal expansion based on in situ hydrographic data is performed.