Finite element method for the accurate solution of diatomic molecules

We present the Finite-Element-Method (FEM) in its application to quantum mechanical problems solving for diatomic molecules. Results for Hartree-Fock calculations of H_2 and Hartree-Fock-Slater calculations of molecules like N_2 and C0 have been obtained. The accuracy achieved with less then 5000 grid points for the total energies of these systems is 10_-8 a.u., which is demonstrated for N_2.

Evaluation der Schneidkantenbelastung beim Gewindebohren schwer zerspanbarer Werkstoffe

Gewindebohren ist ein spanabhebendes Innengewinde-Fertigungsverfahren. Der Prozess des Gewindebohrens ist technologisch hoch anspruchsvoll, da der Span zwischen Bauteil und Werkzeug entgegen der Vorschubrichtung abgeführt werden muss. Die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen führt zu steigenden Anforderungen an den Gewindebohrer, insbesondere an dessen Schneidkanten. Diese Arbeit beschreibt die technologischen und werkzeugspezifischen Belastungszustände unterschiedlicher Gewindebohrer, die bei der Bearbeitung der Werkstoffe γ-Titanaluminid, 42CrMo4 (höher vergütet) und GJV-400 auftreten. Die Ermittlung der Schneidkantenbelastung erfolgt methodisch anhand von konventionellen Zerspanungsversuchen, FEM-Analysen, Analogie-Experimenten sowie einer 3D-CAD-Parameterstudie. Die unterschiedlichen Ergebnisse fließen in eine leistungssteigernde Werkzeugmodifikation ein, die zu einer Erhöhung der Standzeit führt.

Modellfehler und Greensche Funktionen in der Statik

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Fehlern, die bei der Berechnung von Tragstrukturen auftreten können, dem Diskretisierungs- und dem Modellfehler. Ein zentrales Werkzeug für die Betrachtung des lokalen Fehlers in einer FE-Berechnung sind die Greenschen Funktionen, die auch in anderen Bereichen der Statik, wie man zeigen kann, eine tragende Rolle spielen. Um den richtigen Einsatz der Greenschen Funktion mit der FE-Technik sicherzustellen, werden deren Eigenschaften und die konsistente Generierung aufgezeigt. Mit dem vorgestellten Verfahren, der Lagrange-Methode, wird es möglich auch für nichtlineare Probleme eine Greensche Funktion zu ermitteln. Eine logische Konsequenz aus diesen Betrachtungen ist die Verbesserung der Einflussfunktion durch Verwendung von Grundlösungen. Die Greensche Funktion wird dabei in die Grundlösung und einen regulären Anteil, welcher mittels FE-Technik bestimmt wird, aufgespalten. Mit dieser Methode, hier angewandt auf die Kirchhoff-Platte, erhält man deutlich genauere Ergebnisse als mit der FE-Methode bei einem vergleichbaren Rechenaufwand, wie die numerischen Untersuchungen zeigen. Die Lagrange-Methode bietet einen generellen Zugang zur zweiten Fehlerart, dem Modellfehler, und kann für lineare und nichtlineare Probleme angewandt werden. Auch hierbei übernimmt die Greensche Funktion wieder eine tragende Rolle, um die Auswirkungen von Parameteränderungen auf ausgewählte Zielgrößen betrachten zu können.

Relativistic LCAO with Minimax Principle and New Balanced Basis Sets

Relativistic density functional theory is widely applied in molecular calculations with heavy atoms, where relativistic and correlation effects are on the same footing. Variational stability of the Dirac Hamiltonian is a very important field of research from the beginning of relativistic molecular calculations on, among efforts for accuracy, efficiency, and density functional formulation, etc. Approximations of one- or two-component methods and searching for suitable basis sets are two major means for good projection power against the negative continuum. The minimax two-component spinor linear combination of atomic orbitals (LCAO) is applied in the present work for both light and super-heavy one-electron systems, providing good approximations in the whole energy spectrum, being close to the benchmark minimax finite element method (FEM) values and without spurious and contaminated states, in contrast to the presence of these artifacts in the traditional four-component spinor LCAO. The variational stability assures that minimax LCAO is bounded from below. New balanced basis sets, kinetic and potential defect balanced (TVDB), following the minimax idea, are applied with the Dirac Hamiltonian. Its performance in the same super-heavy one-electron quasi-molecules shows also very good projection capability against variational collapse, as the minimax LCAO is taken as the best projection to compare with. The TVDB method has twice as many basis coefficients as four-component spinor LCAO, which becomes now linear and overcomes the disadvantage of great time-consumption in the minimax method. The calculation with both the TVDB method and the traditional LCAO method for the dimers with elements in group 11 of the periodic table investigates their difference. New bigger basis sets are constructed than in previous research, achieving high accuracy within the functionals involved. Their difference in total energy is much smaller than the basis incompleteness error, showing that the traditional four-spinor LCAO keeps enough projection power from the numerical atomic orbitals and is suitable in research on relativistic quantum chemistry. In scattering investigations for the same comparison purpose, the failure of the traditional LCAO method of providing a stable spectrum with increasing size of basis sets is contrasted to the TVDB method, which contains no spurious states already without pre-orthogonalization of basis sets. Keeping the same conditions including the accuracy of matrix elements shows that the variational instability prevails over the linear dependence of the basis sets. The success of the TVDB method manifests its capability not only in relativistic quantum chemistry but also for scattering and under the influence of strong external electronic and magnetic fields. The good accuracy in total energy with large basis sets and the good projection property encourage wider research on different molecules, with better functionals, and on small effects.

Verbesserung der seismischen Kapazität von Mauerwerkswänden durch Verwendung von Elastomerlagern

Ein großer Teil der Schäden wie auch der Verluste an Gesundheit und Leben im Erdbebenfall hat mit dem frühzeitigen Versagen von Mauerwerksbauten zu tun. Unbewehrtes Mauerwerk, wie es in vielen Ländern üblich ist, weist naturgemäß einen begrenzten Erdbebenwiderstand auf, da Zugspannungen und Zugkräfte nicht wie bei Stahlbeton- oder Stahlbauten aufgenommen werden können. Aus diesem Grund wurde bereits mit verschiedenen Methoden versucht, die Tragfähigkeit von Mauerwerk im Erdbebenfall zu verbessern. Modernes Mauerwerk kann auch als bewehrtes oder eingefasstes Mauerwerk hergestellt werden. Bei bewehrtem Mauerwerk kann durch die Bewehrung der Widerstand bei Beanspruchung als Scheibe wie als Platte verbessert werden, während durch Einfassung mit Stahlbetonelementen in erster Linie die Scheibentragfähigkeit sowie die Verbindung zu angrenzenden Bauteilen verbessert wird. Eine andere interessante Möglichkeit ist das Aufbringen textiler Mauerwerksverstärkungen oder von hochfesten Lamellen. In dieser Arbeit wird ein ganz anderer Weg beschritten, indem weiche Fugen Spannungsspitzen reduzieren sowie eine höhere Verformbarkeit gewährleiten. Dies ist im Erdbebenfall sehr hilfreich, da die Widerstandfähigkeit eines Bauwerks oder Bauteils letztlich von der Energieaufnahmefähigkeit, also dem Produkt aus Tragfähigkeit und Verformbarkeit bestimmt wird. Wenn also gleichzeitig durch die weichen Fugen keine Schwächung oder sogar eine Tragfähigkeitserhöhung stattfindet, kann der Erdbebenwiderstand gesteigert werden. Im Kern der Dissertation steht die Entwicklung der Baukonstruktion einer Mauerwerkstruktur mit einer neuartigen Ausbildung der Mauerwerksfugen, nämlich Elastomerlager und Epoxydharzkleber anstatt üblichem Dünnbettmörtel. Das Elastomerlager wird zwischen die Steinschichten einer Mauerwerkswand eingefügt und damit verklebt. Die Auswirkung dieses Ansatzes auf das Verhalten der Mauerwerkstruktur wird unter dynamischer und quasi-statischer Last numerisch und experimentell untersucht und dargestellt.

Finite-Elemente-Mehrgitter von Molekülen

Im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie wurden Orbitalfunktionale wie z.B. B3LYP entwickelt. Diese lassen sich mit der „optimized effective potential“ – Methode selbstkonsistent auswerten. Während sie früher nur im 1D-Fall genau berechnet werden konnte, entwickelten Kümmel und Perdew eine Methode, bei der das OEP-Problem unter Verwendung einer Differentialgleichung selbstkonsistent gelöst werden kann. In dieser Arbeit wird ein Finite-Elemente-Mehrgitter-Verfahren verwendet, um die entstehenden Gleichungen zu lösen und damit Energien, Dichten und Ionisationsenergien für Atome und zweiatomige Moleküle zu berechnen. Als Orbitalfunktional wird dabei der „exakte Austausch“ verwendet; das Programm ist aber leicht auf jedes beliebige Funktional erweiterbar. Für das Be-Atom ließ sich mit 8.Ordnung –FEM die Gesamtenergien etwa um 2 Größenordnungen genauer berechnen als der Finite-Differenzen-Code von Makmal et al. Für die Eigenwerte und die Eigenschaften der Atome N und Ne wurde die Genauigkeit anderer numerischer Methoden erreicht. Die Rechenzeit wuchs erwartungsgemäß linear mit der Punktzahl. Trotz recht langsamer scf-Konvergenz wurden für das Molekül LiH Genauigkeiten wie bei FD und bei HF um 2-3 Größenordnungen bessere als mit Basismethoden erzielt. Damit zeigt sich, dass auf diese Weise benchmark-Rechnungen durchgeführt werden können. Diese dürften wegen der schnellen Konvergenz über der Punktzahl und dem geringen Zeitaufwand auch auf schwerere Systeme ausweitbar sein.

Compact Representations for Fast Nonrigid Registration of Medical Images

We develop efficient techniques for the non-rigid registration of medical images by using representations that adapt to the anatomy found in such images. Images of anatomical structures typically have uniform intensity interiors and smooth boundaries. We create methods to represent such regions compactly using tetrahedra. Unlike voxel-based representations, tetrahedra can accurately describe the expected smooth surfaces of medical objects. Furthermore, the interior of such objects can be represented using a small number of tetrahedra. Rather than describing a medical object using tens of thousands of voxels, our representations generally contain only a few thousand elements. Tetrahedra facilitate the creation of efficient non-rigid registration algorithms based on finite element methods (FEM). We create a fast, FEM-based method to non-rigidly register segmented anatomical structures from two subjects. Using our compact tetrahedral representations, this method generally requires less than one minute of processing time on a desktop PC. We also create a novel method for the non-rigid registration of gray scale images. To facilitate a fast method, we create a tetrahedral representation of a displacement field that automatically adapts to both the anatomy in an image and to the displacement field. The resulting algorithm has a computational cost that is dominated by the number of nodes in the mesh (about 10,000), rather than the number of voxels in an image (nearly 10,000,000). For many non-rigid registration problems, we can find a transformation from one image to another in five minutes. This speed is important as it allows use of the algorithm during surgery. We apply our algorithms to find correlations between the shape of anatomical structures and the presence of schizophrenia. We show that a study based on our representations outperforms studies based on other representations. We also use the results of our non-rigid registration algorithm as the basis of a segmentation algorithm. That algorithm also outperforms other methods in our tests, producing smoother segmentations and more accurately reproducing manual segmentations.

El Programa d'acolliment intercultural de la UdG

En el marc del procés de Bolonya, des del Servei de Llengües de la UdG, estem mirant d’adaptar la formació lingüística i l’acolliment dels estudiants de fora de l’àmbit lingüístic català a les noves necessitats i al nou context europeu. La internacionalització i l’increment de la mobilitat són objectius estratègics de la nostra Universitat, i el nostre paper és fer que la llengua no constitueixi un obstacle, sinó una oportunitat per aprendre. És per això que presentem el Programa d’Acolliment Intercultural, un projecte viu i dinàmic que va començar fa 6 anys i que ara mou més de 300 estudiants a l’any, entre aprenents de català, d’espanyol i integrants de parelles lingüístiques, la meitat dels quals procedents d’altres països, bàsicament europeus, de l’Amèrica Llatina i en els darrers temps, de països orientals. Els dos instruments de què ens ha dotat el Consell d’Europa ens ajudaran molt en aquest procés: el Marc Europeu Comú de Referència per a l’ensenyament de les llengües (MCER) i el Portafoli Europeu de les Llengües (PEL) són eines magnífiques per treballar en el canvi de paradigma en la formació lingüística dels aprenents. El fet que s’hagi diversificat en poc temps la tipologia d’estudiant que arriba a la UdG –procedents de més de 25 països- ens ha obligat a introduir canvis en el Programa d’Acolliment Intercultural: formació abans d’arribar (programa Interca@t), cursos de llengua i cultura, programació intensiva + extensiva, noves modalitats de tàndems lingüístics en una sola llengua (voluntariat lingüístic en català o tàndems culturals en anglès), aprofitament de les TIC per a la formació (espaic@t) i per als intercanvis (tàndems virtuals), repartiment dels alumnes segons llengua d’origen (cursos intensius de setembre amb grups per si són de llengua romànica o no romànica), etc. En definitiva, ens estem adaptant als requeriments de l’EEES en la nostra feina diària, i ens recompensen els resultats obtinguts any a any. Ens queda encara un llarg camí per recórrer, i pensem que, si el fem conjuntament amb la resta d’universitats catalanes, arribarem a bon port

Disseny i implementació d'un sistema web de geolocalització i promoció d'events

Degut a la falta d'informació, de temps, no saber a on buscar. . . moltes vegades no ens assabentem, o ho fem massa tard, d'events als que ens hauria agradat assistir, com podrien ser concerts,conferències, activitats esportives, etc. L'objectiu d'aquest projecte serà aprofitar les capacitats de les xarxes socials per crear un lloc web que permeti enviar i geolocalitzar events que podran ser revisats i promoguts pels usuaris, de forma que es pugui suplir aquesta mancança. La solució implementada haurà de proporcionar les següents funcionalitats: enviament d'events (permetrà afegir les dades principals d'un event i geolocalitzar-lo en el mapa); organització de la informació (es disposarà de categories i metacategories per agrupar els events, a més d'un sistema d'etiquetes que facilitarà les cerques en el contingut del web); exploració dels events existents (mitjançant el mapa es podrà veure les dades de qualsevol event); sistema de votació (atorgarà la capacitat per poder decidir quina informació és més rellevant); agenda personal (servirà per registrar events i d'aquesta manera poder rebre notificacions que informin de canvis o simplement que serveixin com a recordatori); comunicació entre usuaris (es realitzarà a través de comentaris al peu dels events i/o d'un xat intern); sindicació web (distribuirà el contingut utilitzant l'estàndard RSS; disponibilitat d'una API simple (permetrà l'accés a certa informació des d'aplicacions externes)

AXARM : una aplicació eXtensible per assistència remota i monitorització

Un dels camps que aquest projecte ha estat treballant és el de la telemedicina. Aquest projecte presenta una aplicació per assistir al personal mèdic rehabilitador en tasques de telerehabilitació (i teleassistència) fent servir una connexió bàsica ADSL i hardware comú. És la continuació del projecte TeleRehabilitació i Esclerosi Múltiple (TRiEM), un esforç conjunt entre el grup de recerca Comunicacions i Sistemes Distribuïts (BCDS en anglès) de la Universitat de Girona (UdG) i de la Fundació Esclerosi Múltiple (FEM) per desenvolupar una eina per ajudar a tasques de rehabilitació de l’Esclerosi Múltiple. L’aplicació AXARM és una iniciativa del grup de Comunicacions i Sistemes Distribuïts de la Universitat de Girona per impulsar una eina d’assistència telemàtica entre doctors i pacients. Facilita una eina útil als especialistes d’un centre per realitzar tasques de rehabilitació, assistència remota o monitorització (sanitària, assistencial o d’una altra mena) amb pacients que es trobin en un altre punt físic a través d’Internet

Una Proposta d’organització turística del territori: El cas de Catalunya

A la vista dels buits acadèmics detectats, aquest estudi té per objectiu la configuració del mapa de clústers turístics de Catalunya, a partir dels seus productes turístics, tant pel que fa a l’existència actual com al potencial desenvolupament de noves sinèrgies entre els existents, a partir de nous criteris d’organització de l’oferta, fonamentalment per atendre a les noves motivacions de la demanda. Ens fem la pregunta:¿Es poden trobar criteris per al desenvolupament de les destinacions turístiques que permeabilitzin les estructures administratives actuals, i prioritzin criteris de producte, mercat o demanda i d’empresa, garantint la màxima competitivitat i sostenibilitat dels productes turístics resultants?

El Bosc de ribera, un medi a preservar

En aquest estudi fem un repás dels diferents tipus de boscos de ribera de les comarques gironines, descrivim els processos fluvio-torrencials que motiven l'acció antrópica i, finalment analitzem el cas concret del riu Onyar

Gestalt i ensenyament

En la present comunicació, parlo del camí personal que m'ha portat a fer un taller de contacontes en francès, dins los estudis de Filologia francesa a la UB. Parlo també del propi taller, explicant en què consistix. I finalment, descric en què este nou format taller per fer classes de francès llengua estrangera integra maneres de fer i de concebre de la Teràpia Gestalt. Durant lo meu camí d'experiència docent, que ja passa dels quinze anys, me confronto en alguns prejudicis didàctics que em fan qüestionar-me bàsicament la manera de fer les classes. També perquè la diversitat del públic assistent no facilita gens una didàctica de caire transmissiu. Així, desenvolupant un interès per un aprenentatge real i consistent, vaig integrant cada vegada més una modalitat pràctica i interactiva a l'aula. Lo qual coïncidix en les tendències més recents d'ensenyament/aprenentatge on se proposa un centrament en l'aprenent. Est interès per la modalitat d'aprenentatge s'ajunta en una investigació i formació personal en Teràpia Gestalt que començo a desenvolupar fa uns cinc o sis anys. I és esta formació fonamentalment experiencial la que m'ajuda a concebre progressivament la situació de classe des d'un punt de vista holístic o global. El resultat és que començo a fer una assignatura en forma de taller de creativitat, en la llengua estrangera estudiada, el francès. Bàsicament és un taller de contacontes, on fem exercicis de corp-oralitat per a què l'alumne pugue aconseguir passar a escena, explicar una història i fer-ho en francès. En est escenari l'alumne necessita molta confiança, i és aquí on pot entrar eficaçment una actitud gestàltica de part del docent. Així, si com a docent busco enfortir i encoratjar la pràctica de l'alumne, en definitiva el seu aprenentatge, me puc servir d'algunes de les actituds bàsicament gestàltiques, com ara incentivar la presència, la consciència i la responsabilitat de l'alumne, a travès sobretot d'interrelacions i interaccions en diversos sentits

Les cultures en contacte

L’evidència de la multiplicitat de cultures a l’escola planteja molts interrogants sobre la manera com han de ser-hi presents aquestes cultures. Si volem que contribueixin a construir una cultura comuna plenament inserida en el nostre país, com podem convertir les dificultats d’aquest objectiu en clau d’oportunitat?