Quality balancing for parallel adaptive FEM

We present a dynamic distributed load balancing algorithm for parallel, adaptive finite element simulations using preconditioned conjugate gradient solvers based on domain-decomposition. The load balancer is designed to maintain good partition aspect ratios. It can calculate a balancing flow using different versions of diffusion and a variant of breadth first search. Elements to be migrated are chosen according to a cost function aiming at the optimization of subdomain shapes. We show how to use information from the second step to guide the first. Experimental results using Bramble's preconditioner and comparisons to existing state-ot-the-art load balancers show the benefits of the construction.

Load balancing for parallel adaptive FEM

We present a dynamic distributed load balancing algorithm for parallel, adaptive finite element simulations using preconditioned conjugate gradient solvers based on domain-decomposition. The load balancer is designed to maintain good partition aspect ratios. It calculates a balancing flow using different versions of diffusion and a variant of breadth first search. Elements to be migrated are chosen according to a cost function aiming at the optimization of subdomain shapes. We show how to use information from the second step to guide the first. Experimental results using Bramble's preconditioner and comparisons to existing state-of-the-art balancers show the benefits of the construction.

Modélisation des structures sandwiches avec un amortissement viscoélastique intégré par une méthode hybride FEM-TMM

Cette thèse traite de la modélisation numérique de la réponse vibro-acoustique de structures sandwiches-composites avec matériaux viscoélastiques intégrés soumises à différents types d’excitations mécaniques et acoustiques. Dans une première phase, nous avons utilisé une approche de synthèse modale pour calculer les principaux indicateurs vibro-acoustiques de la structure : la vitesse quadratique, la puissance rayonnée, la perte par transmission…Ensuite, l’intégrale de Rayleigh a été exploitée pour calculer la puissance rayonnée de chaque structure. L’obstacle majeur que nous avons alors surmonté, était de gérer efficacement la dépendance en fréquence des propriétés de la couche viscoélastique dans l’approche de synthèse modale. Dans une second phase, en partant du champ vibratoire calculé dans la première étape, nous avons développé une méthode hybride FEM-TMM (méthode des éléments finis – méthode de matrices de transfert) pour prédire avec précision et en un temps de calcul acceptable, et jusqu’en hautes fréquences, les principaux paramètres de conception vibro-acoustique de ces structures, notamment l’amortissement équivalent et les nombres d’ondes suivant les deux directions spatiales x et y de propagation de l’onde acoustique. Les validations numériques que nous avons effectuées, montrent bien la robustesse de l'algorithme que nous avons développé. Ce dernier reste toutefois limité à des structures planes. Dans une troisième phase de ce travail, une étude paramétrique sur l’effet de l’emplacement et de la forme de la couche viscoélastique a été réalisée. Cette étude a été faite en se servant de la méthode hybride FEM-TMM pour calculer la réponse acoustique (puissance transmise et perte par transmission).

Analyse comparative de systèmes de construction industrialisés et leur applicabilité à une habitation multifamiliale verticale pour la classe moyenne à Recife (Brésil).

Depuis le début du XXe siècle, les architectes et ingénieurs anticipaient et idéalisaient l'industrialisation des bâtiments afin que les pièces des édifices puissent être conçues dans une usine de montage pour procéder ensuite à leur assemblage sur les chantiers. À l'heure actuelle, grâce à des chercheurs dédiés, cette industrialisation s’est concrétisée et de nombreux systèmes de construction industrialisés existent dans le monde entier, adaptés à des environnements particuliers. Dans ce contexte, cette étude a pour but d'analyser comparativement plusieurs systèmes à l’aide de certains critères d’évaluation, et de sélectionner, deux systèmes préfabriqués les mieux adaptés aux habitations multifamiliales verticales destinées à une population de classe moyenne aisée de la ville de Recife, au Brésil. La méthodologie s’inspire de l'approche systémique, utilisée par White (1970) et Richard (2002), les deux se caractérisant par une démarche évaluative. Ainsi avons-nous choisi comme étant les plus appropriés, parce que répondant bien au cadre général de Recife, le système préusiné en panneaux DESCON ainsi que celui de poutres et colonnes, commercialisé par les entreprises T&A et PDI, les deux en béton.

Analyse comparative de systèmes de construction industrialisés et leur applicabilité à une habitation multifamiliale verticale pour la classe moyenne à Recife (Brésil)

Depuis le début du XXe siècle, les architectes et ingénieurs anticipaient et idéalisaient l'industrialisation des bâtiments afin que les pièces des édifices puissent être conçues dans une usine de montage pour procéder ensuite à leur assemblage sur les chantiers. À l'heure actuelle, grâce à des chercheurs dédiés, cette industrialisation s’est concrétisée et de nombreux systèmes de construction industrialisés existent dans le monde entier, adaptés à des environnements particuliers. Dans ce contexte, cette étude a pour but d'analyser comparativement plusieurs systèmes à l’aide de certains critères d’évaluation, et de sélectionner, deux systèmes préfabriqués les mieux adaptés aux habitations multifamiliales verticales destinées à une population de classe moyenne aisée de la ville de Recife, au Brésil. La méthodologie s’inspire de l'approche systémique, utilisée par White (1970) et Richard (2002), les deux se caractérisant par une démarche évaluative. Ainsi avons-nous choisi comme étant les plus appropriés, parce que répondant bien au cadre général de Recife, le système préusiné en panneaux DESCON ainsi que celui de poutres et colonnes, commercialisé par les entreprises T&A et PDI, les deux en béton.

Fem lärares arbete med läsförståelse i årskurs 4-6 : Motiven för och emot "En läsande klass"

Denna kvalitativa intervjustudie hade som syfte att synliggöra hur verksamma lärare i årskurs 4–6 motiverar sina val av läsinlärningsmetoder. Det var fem lärare som intervjuades via telefon eller genom personligt möte. Lärarnas svar transkriberades och sammanställdes med hjälp av färgkodning för att på detta sätt kunna se likheter och skillnader mellan lärarnas svar på de olika frågorna. Det som framkom av dessa intervjuer och i analysen var att lärare i första hand använder sig av beprövad erfarenhet och sin egen tysta kunskap om sina elever när de väljer undervisningsmetod.

Lärares syn på användning av vardagsanknuten matematik : En intervjustudie med fem matematiklärare i årskurs 4-6

Syftet med denna studie har varit att undersöka hur lärare på mellanstadiet ser på användandet av en matematik kopplad till elevers vardag och erfarenheter. Vad betyder det för dem, använder de det i sin undervisning, anser de att det hjälper eller hindrar eleven i sin inlärningsprocess? Undersökningen har varit empirisk och utförts genom intervjuer med fem lärare som alla har behörighet att undervisa i matematik på mellanstadiet. De resultat som framkommit visar att lärare använder sig av en konkretiserad matematik genom att ta hjälp av olika material och koppla uppgifter till de intressen och erfarenheter eleverna bär med sig. En del lärare menar att vissa elever påverkas negativt av det här då det finns vissa delar i en konkretiserad, vardagsanknuten, matematik som gör att de kan uppleva problem och förvirring. Andra lärare menar istället att de märker hur elevernas förståelse ökar och att de tycker att matematik är roligt när de ser hur skolmatematiken kan kopplas samman och relateras till deras vardag och närliggande miljö.

A bridging transition technique for the combination of meshfree method with finite element method in 2D solids and structures

For certain continuum problems, it is desirable and beneficial to combine two different methods together in order to exploit their advantages while evading their disadvantages. In this paper, a bridging transition algorithm is developed for the combination of the meshfree method (MM) with the finite element method (FEM). In this coupled method, the meshfree method is used in the sub-domain where the MM is required to obtain high accuracy, and the finite element method is employed in other sub-domains where FEM is required to improve the computational efficiency. The MM domain and the FEM domain are connected by a transition (bridging) region. A modified variational formulation and the Lagrange multiplier method are used to ensure the compatibility of displacements and their gradients. To improve the computational efficiency and reduce the meshing cost in the transition region, regularly distributed transition particles, which are independent of either the meshfree nodes or the FE nodes, can be inserted into the transition region. The newly developed coupled method is applied to the stress analysis of 2D solids and structures in order to investigate its’ performance and study parameters. Numerical results show that the present coupled method is convergent, accurate and stable. The coupled method has a promising potential for practical applications, because it can take advantages of both the meshfree method and FEM when overcome their shortcomings.

Computer simulation in spine biomechanics : An application in adolescent idiopathic scoliosis

Scoliosis is a spinal deformity, involving a side-to-side curvature of the spine in the coronal plane as well as a rotation of the spinal column in the transverse plane. The coronal curvature is measured using a Cobb angle. If the deformity is severe, treatment for scoliosis may require surgical intervention whereby a rod is attached to the spinal column to correct the abnormal curvature. In order to provide surgeons with an improved ability to predict the likely outcomes following surgery, techniques to create patient-specific finite element models (FEM) of scoliosis patients treated at the Mater Children’s Hospital (MCH) in Brisbane are being developed and validated. This paper presents a comparison of the simulated and clinical data for a scoliosis patient treated at MCH.

The role of HPC facilies in development of a novel road safety barrier

Water-filled portable road safety barriers are a common fixture in road works, however their use of water can be problematic, both in terms of the quantity of water used and the transportation of the water to the installation site. This project aims to develop a new design of portable road safety barrier, which will make novel use of composite and foam materials in order to reduce the barrier’s reliance on water in order to control errant vehicles. The project makes use of finite element (FE) techniques in order to simulate and evaluate design concepts. FE methods and models that have previously been tested and validated will be used in combination in order to provide the most accurate numerical simulations available to drive the project forward. LS-DYNA code is as highly dynamic, non-linear numerical solver which is commonly used in the automotive and road safety industries. Several complex materials and physical interactions are to be simulated throughout the course of the project including aluminium foams, composite laminates and water within the barrier during standardised impact tests. Techniques to be used include FE, smoothed particle hydrodynamics (SPH) and weighted multi-parameter optimisation techniques. A detailed optimisation of several design parameters with specific design goals will be performed with LS-DYNA and LS-OPT, which will require a large number of high accuracy simulations and advanced visualisation techniques. Supercomputing will play a central role in the project, enabling the numerous medium element count simulations necessary in order to determine the optimal design parameters of the barrier to be performed. Supercomputing will also allow the development of useful methods of visualisation results and the production of highly detailed simulations for end-product validation purposes. Efforts thus far have been towards integrating various numerical methods (including FEM, SPH and advanced materials models) together in an efficient and accurate manner. Various designs of joining mechanisms have been developed and are currently being developed into FE models and simulations.

Fast searching algorithm for candidate satellite-node set in NLMG

The Node-based Local Mesh Generation (NLMG) algorithm, which is free of mesh inconsistency, is one of core algorithms in the Node-based Local Finite Element Method (NLFEM) to achieve the seamless link between mesh generation and stiffness matrix calculation, and the seamless link helps to improve the parallel efficiency of FEM. Furthermore, the key to ensure the efficiency and reliability of NLMG is to determine the candidate satellite-node set of a central node quickly and accurately. This paper develops a Fast Local Search Method based on Uniform Bucket (FLSMUB) and a Fast Local Search Method based on Multilayer Bucket (FLSMMB), and applies them successfully to the decisive problems, i.e. presenting the candidate satellite-node set of any central node in NLMG algorithm. Using FLSMUB or FLSMMB, the NLMG algorithm becomes a practical tool to reduce the parallel computation cost of FEM. Parallel numerical experiments validate that either FLSMUB or FLSMMB is fast, reliable and efficient for their suitable problems and that they are especially effective for computing the large-scale parallel problems.

End-winding effect on shalft voltage in AC generators

This paper presents effects of end-winding on shaft voltage in AC generators. A variety of design parameters have been considered to calculate the parasitic capacitive couplings in the machine structure with Finite Elements simulations and mathematical calculations. End-winding capacitances have also been calculated to have a precise estimation of shaft voltage and its relationship with design parameters in AC generators.