An Adaptive Quadrilateral Mesh in Curved Domains

An nonlinear elliptic system for generating adaptive quadrilateral meshes in curved domains is presented. The presented technique has been implemented in the C++ language with the help of the standard template library. The software package writes the converged meshes in the GMV and the Matlab formats. Grid generation is the first very important step for numerically solving partial differential equations. Thus, the presented C++ grid generator is extremely important to the computational science community.

Adaptive sending rate over wireless mesh networks using SNR

Wireless Mesh Networks (WMNs) have emerged as a key technology for the next generation of wireless networking. Instead of being another type of ad-hoc networking, WMNs diversify the capabilities of ad-hoc networks. Several protocols that work over WMNs include IEEE 802.11a/b/g, 802.15, 802.16 and LTE-Advanced. To bring about a high throughput under varying conditions, these protocols have to adapt their transmission rate. This paper proposes a scheme to improve channel conditions by performing rate adaptation along with multiple packet transmission using packet loss and physical layer condition. Dynamic monitoring, multiple packet transmission and adaptation to changes in channel quality by adjusting the packet transmission rates according to certain optimization criteria provided greater throughput. The key feature of the proposed method is the combination of the following two factors: 1) detection of intrinsic channel conditions by measuring the fluctuation of noise to signal ratio via the standard deviation, and 2) the detection of packet loss induced through congestion. The authors show that the use of such techniques in a WMN can significantly improve performance in terms of the packet sending rate. The effectiveness of the proposed method was demonstrated in a simulated wireless network testbed via packet-level simulation.

Resource management and optimization in wireless mesh networks

A wireless mesh network is a mesh network implemented over a wireless network system such as wireless LANs. Wireless Mesh Networks(WMNs) are promising for numerous applications such as broadband home networking, enterprise networking, transportation systems, health and medical systems, security surveillance systems, etc. Therefore, it has received considerable attention from both industrial and academic researchers. This dissertation explores schemes for resource management and optimization in WMNs by means of network routing and network coding.^ In this dissertation, we propose three optimization schemes. (1) First, a triple-tier optimization scheme is proposed for load balancing objective. The first tier mechanism achieves long-term routing optimization, and the second tier mechanism, using the optimization results obtained from the first tier mechanism, performs the short-term adaptation to deal with the impact of dynamic channel conditions. A greedy sub-channel allocation algorithm is developed as the third tier optimization scheme to further reduce the congestion level in the network. We conduct thorough theoretical analysis to show the correctness of our design and give the properties of our scheme. (2) Then, a Relay-Aided Network Coding scheme called RANC is proposed to improve the performance gain of network coding by exploiting the physical layer multi-rate capability in WMNs. We conduct rigorous analysis to find the design principles and study the tradeoff in the performance gain of RANC. Based on the analytical results, we provide a practical solution by decomposing the original design problem into two sub-problems, flow partition problem and scheduling problem. (3) Lastly, a joint optimization scheme of the routing in the network layer and network coding-aware scheduling in the MAC layer is introduced. We formulate the network optimization problem and exploit the structure of the problem via dual decomposition. We find that the original problem is composed of two problems, routing problem in the network layer and scheduling problem in the MAC layer. These two sub-problems are coupled through the link capacities. We solve the routing problem by two different adaptive routing algorithms. We then provide a distributed coding-aware scheduling algorithm. According to corresponding experiment results, the proposed schemes can significantly improve network performance.^

Progettazione ed analisi di algoritmi di mobilità controllata per reti mesh aeree con vincoli di copertura e persistenza

In questo lavoro di tesi verrà presentata l’implementazione di due algoritmi di Deployment e gestione di uno sciame di dispositivi UAV (Unmanned Aerial Vehicles). L’interesse scientifico su cui si fonda quest'analisi ha origine nelle enormi potenzialità degli UAV che garantiscono un'esplorazione aerea di aree pericolose in contesti di emergenze quali ad esempio scenari post catastrofe. La problematica principale affrontata sarà quella della gestione continuativa dell'area disastrata fornendo un algoritmo di schedulazione della cooperazione degli UAV alternando periodi attivi con quelli di ricarica dei dispositivi.

Biomechanical modeling of parotid glands morphing in head & neck radiation therapy treatments

Durante i trattamenti radioterapici dei pazienti oncologici testa-collo, le ghiandole parotidee (PGs) possono essere indebitamente irradiate a seguito di modificazioni volumetriche-spaziali inter/intra-frazione causate da fattori quali il dimagrimento, l’esposizione a radiazioni ionizzanti ed il morphing anatomico degli organi coinvolti nelle aree d’irraggiamento. Il presente lavoro svolto presso la struttura di Fisica Medica e di Radioterapia Oncologica dell’A.O.U di Modena, quale parte del progetto di ricerca del Ministero della Salute (MoH2010, GR-2010-2318757) “ Dose warping methods for IGRT and Adaptive RT: dose accumulation based on organ motion and anatomical variations of the patients during radiation therapy treatments ”, sviluppa un modello biomeccanico in grado di rappresentare il processo di deformazione delle PGs, considerandone la geometria, le proprietà elastiche e l'evoluzione durante il ciclo terapeutico. Il modello di deformazione d’organo è stato realizzato attraverso l’utilizzo di un software agli elementi finiti (FEM). Molteplici superfici mesh, rappresentanti la geometria e l’evoluzione delle parotidi durante le sedute di trattamento, sono state create a partire dai contorni dell’organo definiti dal medico radioterapista sull’immagine tomografica di pianificazione e generati automaticamente sulle immagini di setup e re-positioning giornaliere mediante algoritmi di registrazione rigida/deformabile. I constraints anatomici e il campo di forze del modello sono stati definiti sulla base di ipotesi semplificative considerando l’alterazione strutturale (perdita di cellule acinari) e le barriere anatomiche dovute a strutture circostanti. L’analisi delle mesh ha consentito di studiare la dinamica della deformazione e di individuare le regioni maggiormente soggette a cambiamento. Le previsioni di morphing prodotte dal modello proposto potrebbero essere integrate in un treatment planning system per metodiche di Adaptive Radiation Therapy.

Study no the passive deck-flap flutter suppression system on FEM model of the bridge

Peer reviewed

Surface waves in mesh synthetic photonic lattices

Eigenmodes and dispersion curves in different configurations of synthetic photonic lattices are studied numerically. Eigenmodes localized on borders between areas with different optical potential are found. Stability of these eigenmodes against potential disturbances of different type is studied.

FEM Analysis to Optimally Design End Mill cutters for Milling of Ti-6Al-4V

This paper presents an FEM analysis conducted for optimally designing end mill cutters through verifying the cutting tool forces and stresses for milling Titanium alloy Ti-6Al-4 V. Initially, the theoretical tool forces are calculated by considering the cutting edge on a cutting tool as the curve of an intersection over a spherical/flat surface based on the model developed by Lee & Altinas [1]. Considering the lowest tool forces the cutting tool parameters are taken and optimal design of end mill is decided for different sizes. Then the 3D CAD models of the end mills are developed and used for Finite Element Method to verify the cutting forces for milling Ti-6Al-4 V. The cutting tool forces, stress, strain concentration (s), tool wear, and temperature of the cutting tool with the different geometric shapes are simulated considering Ti-6Al-4 V as work piece material. Finally, the simulated and theoretical values are compared and the optimal design of cutting tool for different sizes are validated. The present approach considers to improve the quality of machining surface and tool life with effects of the various parameters concerning the oblique cutting process namely axial, radial and tangential forces. Various simulated test cases are presented to highlight the approach on optimally designing end mill cutters.

MatteLEKtion : En studie i fem lärares tankar om att använda lek vid matematikundervisning utanför matematikboken

Syftet med min studie var att undersöka hur leken används som verktyg i matematikundervisningen och hur fem lärare ser på lekens roll i den tidiga matematikinlärningen. Jag har även tittat på hur leken har förändrats genom tiderna och tagit del av aktuell forskning som behandlar lek och matematikundervisning.   Jag har kommit fram till att styrd lek används i den tidiga matematik-undervisningen med goda resultat. Däremot finns det ett flertal faktorer att ta hänsyn till där val av läromedel, elevgrupp, lärarens arbetssituation samt tillgång till resurser påverkar hur fördelningen sker mellan bokstyrda matematiklektioner och lektioner utanför matematikboken. Styrd lek som verktyg i matematikundervisningen är överlag mer förekommande i de tidiga åren i skolan men ersätts av laborationer och elektroniska hjälpmedel som till exempel IPad för färdighetsträning allt eftersom eleverna blir äldre. 

Examination of stress and strain in glass structures during pressure treatment using FEM simulation and experimental tests

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau, Dissertation, 2016

Studio del campo di velocità per fluidi in moto laminare all'interno di condotti

Lo scopo di questa tesi è quello di ottenere una rappresentazione grafica del profilo di velocità di un fluido all’interno di un condotto. In particolare si studieranno le equazioni di bilancio facendo alcune ipotesi semplificative riguardo il moto del fluido. Si considererà un moto laminare in condizione di completo sviluppo dinamico e convezione forzata. Grazie a queste ipotesi si riuscirà ad ottenere un’equazione semplificata di Navier-Stokes, che permetterà di calcolare l’andamento della velocità all’interno di condotti con qualsiasi forma della sezione. In questo caso si confronterà il profilo di velocità di un condotto a sezione circolare con uno a sezione circolare forata come in uno scambiatore di calore a tubi concentrici. Per risolvere l’equazione di Navier-Stokes e stampare l’andamento delle velocità all’interno della sezione del condotto si è utilizzato il software “Mathematica”, che è stato appreso durante l’attività di tirocinio curriculare. Questo software offre un supporto notevole allo studio matematico di qualsiasi problema. Permette inoltre di avere un riscontro grafico dei risultati ottenuti, direttamente nell’interfaccia utilizzata per la stesura del codice. Per rappresentare il profilo di velocità sarà inoltre utilizzato il metodo degli elementi finiti all’interno di Mathematica, che permetterà di ottenere una soluzione più uniforme e vicina alla realtà. Il metodo degli elementi finiti (FEM) permette di semplificare lo studio del moto di un fluido, in quanto ci dà la possibilità di avere un sistema di equazioni algebriche che ne descrivono il moto, invece di equazioni differenziali e le sue relative condizioni al contorno. Sarà quindi brevemente descritto questo metodo che è stato di grande aiuto tramite l’implementazione della “mesh” su Mathematica.

Historic Building Information Modelling: il caso della Rocca di San Felice sul Panaro

Il Building Information Modelling nasce da un processo di integrazione sostenibile, basato sull'interoperabilità dei processi. La caratteristica vincente è la circolarietà delle informazioni: ogni informazione è gestita come parametro di un ricco e complesso modello parametrico dell'edificio; la geometria, i materiali, i costi ed i tempi sono gestiti come parametri internamente collegati e quindi variabili di uno stesso sistema. Nel caso di beni storici, la maggior parte degli edifici possiede vincoli intrinseci che influenzano tali parametri. I materiali non possono essere scelti liberamente, in quanto parte di un organismo esistente, la geometria dell'edificio è definita e difficilmente sarà variata negli interventi di recupero. Nella presente tesi si applica il metodo CLOUD2FEM al mondo dell'Historic Building Information Modelling (HBIM) concentrandosi sullo studio della Rocca Estense di San Felice sul Panaro, colpita dal sisma dell'Emilia e attualmente inagibile. La procedura CLOUD2FEM permette di trasformare le informazioni ricavate dal laser scanner in mesh chiuse e regolari, generando in modo semi-automatico un modello FEM 3D. Nel caso di costruzioni complesse, la cui geometria non può essere ricondotta a modelli semplificati, è necessario valutare l'attendibilità del modello strutturale. Nel caso in esame, la validazione è stata condotta mediante il confronto del danno rilevato con il danno simulato. La flessibilità del modello permette di aggiungere dettagli inizialmente non rilevati: ogni informazione è inserita nel modello attraverso un parametro differente, al fine di eseguire analisi sullo stato di fatto e su futuri stati di progetto con semplice aggiornamento dei parametri.

Three-dimensional free surface modelling in an unstructured mesh environment for metal processing applications

In the casting of metals, tundish flow, welding, converters, and other metal processing applications, the behaviour of the fluid surface is important. In aluminium alloys, for example, oxides formed on the surface may be drawn into the body of the melt where they act as faults in the solidified product affecting cast quality. For this reason, accurate description of wave behaviour, air entrapment, and other effects need to be modelled, in the presence of heat transfer and possibly phase change. The authors have developed a single-phase algorithm for modelling this problem. The Scalar Equation Algorithm (SEA) (see Refs. 1 and 2), enables the transport of the property discontinuity representing the free surface through a fixed grid. An extension of this method to unstructured mesh codes is presented here, together with validation. The new method employs a TVD flux limiter in conjunction with a ray-tracing algorithm, to ensure a sharp bound interface. Applications of the method are in the filling and emptying of mould cavities, with heat transfer and phase change.

Dynamic fluid-structure interactions using finite volume unstructured mesh procedures

A three-dimensional finite volume, unstructured mesh (FV-UM) method for dynamic fluid–structure interaction (DFSI) is described. Fluid structure interaction, as applied to flexible structures, has wide application in diverse areas such as flutter in aircraft, wind response of buildings, flows in elastic pipes and blood vessels. It involves the coupling of fluid flow and structural mechanics, two fields that are conventionally modelled using two dissimilar methods, thus a single comprehensive computational model of both phenomena is a considerable challenge. Until recently work in this area focused on one phenomenon and represented the behaviour of the other more simply. More recently, strategies for solving the full coupling between the fluid and solid mechanics behaviour have been developed. A key contribution has been made by Farhat et al. [Int. J. Numer. Meth. Fluids 21 (1995) 807] employing FV-UM methods for solving the Euler flow equations and a conventional finite element method for the elastic solid mechanics and the spring based mesh procedure of Batina [AIAA paper 0115, 1989] for mesh movement. In this paper, we describe an approach which broadly exploits the three field strategy described by Farhat for fluid flow, structural dynamics and mesh movement but, in the context of DFSI, contains a number of novel features: a single mesh covering the entire domain, a Navier–Stokes flow, a single FV-UM discretisation approach for both the flow and solid mechanics procedures, an implicit predictor–corrector version of the Newmark algorithm, a single code embedding the whole strategy.