Ensemble wind forecasting based on the HARMONIE model and adaptive finite elements in complex orography

[EN]Ensemble forecasting is a methodology to deal with uncertainties in the numerical wind prediction. In this work we propose to apply ensemble methods to the adaptive wind forecasting model presented in. The wind field forecasting is based on a mass-consistent model and a log-linear wind profile using as input data the resulting forecast wind from Harmonie, a Non-Hydrostatic Dynamic model used experimentally at AEMET with promising results. The mass-consistent model parameters are estimated by using genetic algorithms. The mesh is generated using the meccano method and adapted to the geometry…

Local scale air quality model with several pollutant sources

[EN]This paper shows a finite element method for pollutant transport with several pollutant sources. An Eulerian convection–diffusion–reaction model to simulate the pollutant dispersion is used. The discretization of the different sources allows to impose the emissions as boundary conditions. The Eulerian description can deal with the coupling of several plumes. An adaptive stabilized finite element formulation, specifically Least-Squares, with a Crank-Nicolson temporal integration is proposed to solve the problem. An splitting scheme has been used to treat separately the transport and the reaction. A mass-consistent model has been used to compute the wind field of the problem…

3-D wind field simulation over complex terrain

[EN]A new methodology for wind field simulation or forecasting over complex terrain is introduced. The idea is to use wind measurements or predictions of the HARMONIE mesoscale model as the input data for an adaptive finite element mass consistent wind model. The method has been recently implemented in the freely-available Wind3D code. A description of the HARMONIE Non-Hydrostatic Dynamics can be found in. HARMONIE provides wind prediction with a maximum resolution about 1 Km that is refined by the finite element model in a local scale (about a few meters). An interface between both models is implemented such that the initial wind field approximation is obtained by a suitable interpolation of the HARMONIE results…

Surface insertion in a tetrahedral mesh using the meccano method

[EN]This work presents an innovative method to insert an open surface in a tetrahedral mesh. The insertion of a surface in a mesh can be done with 2 different approaches: introduce the surface to the geometry before generating the mesh, or insert the surface once the mesh is generated. This work uses the second approach. Essentially, the surface is first approximated by a set of faces of the existing mesh. This set is refined to obtain a more accurate approximation. Finally, the set is processed to satisfy some topological properties and projected to the actual surface. The strategy is based on a mesh generated by the Meccano Method…

Some advances in open problems of isogeometric analysis

[EN]Isogeometric analysis (IGA) has arisen as an attempt to unify the fields of CAD and classical finite element methods. The main idea of IGA consists in using for analysis the same functions (splines) that are used in CAD representation of the geometry. The main advantage with respect to the traditional finite element method is a higher smoothness of the numerical solution and more accurate representation of the geometry. IGA seems to be a promising tool with wide range of applications in engineering. However, this relatively new technique have some open problems that require a solution. In this work we present our results and contributions to this issue…

Análisis mediante cálculo numérico (CFD) del comportamiento de anemómetros de cazoletas = CFD analysis of cup anemometers performance

El presente trabajo consiste en la simulación del flujo aerodinámico alrededor de cazoletas de anemómetros. Para ello se ha utilizado un código numérico o software comercial de análisis numérico de fluidos o CFD (Computational Fluid Dynamics). Este trabajo es un aporte más en la línea de investigación acerca del comportamiento de los anemómetros de cazoletas, que viene llevándose a cabo en el Instituto Universitario de Microgravedad “Ignacio Da Riva” (IDR/UPM). La primera parte de este proyecto consistió en la realización de simulaciones de tipo estacionarias (esto es, con la cazoleta bajo un cierto ángulo de incidencia con respecto al viento pero sin movimiento de rotación). De esta forma se analiza de forma independiente y asilada la cazoleta en cada una de las diferentes posiciones a lo largo de un giro de 360 grados. Así pues, a varios modelos de cazoleta se les fue variando su posición en incrementos de 10 grados desde de la posición angular inicial q = 0º hasta q = 180º, ya que las cazoletas presentan un comportamiento simétrico. La segunda parte de este proyecto se destinó a la realización de otra serie de simulaciones de tipo no estacionarias. Este tipo de simulaciones se realizaron concretamente a sólo un modelo de cazoleta (cónica no porosa). Estas últimas simulaciones, en concreto nueve, se realizaron variando la velocidad angular de la cazoleta respecto a la velocidad del viento.

Análisis del comportamiento dinámico de tableros de puentes pérgola de ferrocarril en líneas de alta velocidad

El presente trabajo aborda el estudio del comportamiento dinámico de tableros de puentes pérgola de ferrocarril en líneas de alta velocidad. El rápido aumento de este tipo de vías tanto en España como en Europa, ha propiciado la aparición de un gran número de condicionantes que en muchas ocasiones requieren la adopción de tipologías de puentes no habituales que difieren sensiblemente del puente tipo viga. En este sentido, los puentes pérgola, debido a sus características muy específicas y a su economía, han sido empleados con profusión. El tablero de un puente pérgola es una estructura de marcado carácter bidimensional que las cargas recorren de forma esviada. De dicha forma, resulta una tipología de tablero cuyo comportamiento dista notablemente del comportamiento unidimensional de las estructuras que han servido de base para la elaboración de la normativa actual de acciones de ferrocarril, y de la mayoría de los problemas planteados en la literatura especializada. Dada la escasez documental hallada, se ha planteado un alcance amplio, que trata de sentar las bases sobre las que desarrollar el estudio presente y futuro del tema, tratando de orientar la concepción y el diseño de los tableros de puentes pérgola destinados a líneas de ferrocarril de alta velocidad. Así, el presente trabajo aborda desde el estudio del fundamento teórico-matemático del problema dinámico analizado, hasta el análisis numérico del tablero de un puente pérgola real, pasando por un estudio de la influencia de los principales parámetros del tablero de un puente pérgola en su comportamiento dinámico. Dicho planteamiento ha permitido obtener una serie de conclusiones relevantes acerca del comportamiento dinámico de los tableros de puentes pérgola, que facilitan la labor de encaje y dimensionamiento de las mismas. Asimismo, se ha evaluado la posibilidad de obtener una respuesta dinámica deficiente para sus condiciones de trabajo actuales, realizando una serie de recomendaciones relacionadas con el diseño dinámico de esta tipología de estructuras.

Estudio numérico de la propagación de inestabilidades en elementos estructurales cilíndricos de material anisótropo bajo presión interna

Con este estudio se quiere realizar un análisis numérico sobre la propagación de inestabilidades en elementos estructurales cilíndricos de material anisótropo (material de Gasser-Ogden- Holzapfel), que mediante una matriz neohookeana reforzada bidireccionalmente con fibras de forma simétrica, simula el colágeno y la elastina que forman las arterias. Para ello, se simula mediante un modelo axilsimétrico de elementos finitos, un cilindro hueco sometido a presión interna y carga axial. Por medio de este modelo se pretende identificar las bifurcaciones que se producen relacionándolas con la formación de aneurismas en enfermedades cardiovasculares. Para corroborar la veracidad de los resultados obtenidos, se debe validar una formulación analítica de la condición de bifurcación para cilindros huecos sometidos al tipo de carga mencionada. Además, a la hora de comenzar el estudio, se analiza la influencia de la variación de algunos de los parámetros mecánicos y geométricos del modelo constitutivo, como pueden ser: la dispersión y la orientación respecto al eje axial de las fibras, el espesor del cilindro y la longitud de éste. Para analizar la propagación de inestabilidades se ha estudiado, sobre una misma geometría, dos materiales que presentan comportamientos distintos. Los resultados muestran como para uno de los materiales se produce abultamiento (bulging) y estricción (necking) y para otro se produce únicamente propagación axial de la inestabilidad.

Análisis y optimización de la resistencia de interferencia en multicascos

Esta tesis presenta un estudio de la resistencia de interferencia en multicascos, término que engloba las variaciones en la resistencia al avance debidas a la interacción entre cascos. Su característica más notable es que puede ser tanto positiva como negativa, contribuyendo favorablemente en este último caso a la reducción de la resistencia total. Su análisis permanece como un área activa dentro de la comunidad hidrodinámica, si bien se ha detectado una significativa falta de información experimental sobre el flujo entre cascos. En primer lugar se incluye una caracterización de los fenómenos de interferencia, evaluando su impacto en las diferentes componentes de la resistencia al avance. Al igual que la resistencia total, su predicción requiere el uso de técnicas experimentales o numéricas al ser inviable su solución analítica. Ambos procedimientos han sido considerados en esta tesis. El análisis experimental de la resistencia de interferencia supone el núcleo central del trabajo realizado. Se han ensayado dos geometrías diferentes, un catamarán de servicio comercial PESBO junto con un catamarán compuesto por dos Serie 60 (S60) en paralelo. Los ensayos se han llevado a cabo en dos canales de experiencias, CEHINAV y CEHIPAR, midiéndose resistencia al avance, asiento y trimados dinámicos, y cortes de olas en la zona entre cascos. Mención especial a estos últimos, dado que a pesar de ser en la zona central donde ocurren los principales efectos de interferencia, no se encontró información previa publicada en la literatura. Su medición requirió la fabricación de un sistema de soporte especifico para las probetas de medición. Por otro lado, aunque el Serie 60 es una geometría bien conocida en la comunidad hidrodinámica, a conocimiento del autor su comportamiento como multicasco no había sido aun caracterizado experimentalmente. Los bastidores de unión se fabricaron de forma que permitieran variar la separación entre cascos. Además, los multicascos son en general embarcaciones de alta velocidad mostrando asientos y trimados dinámicos significativos. Para cuantificar su efecto en la resistencia total y de interferencia se construyo un sistema de fijación del modelo al carro que los restringiera, posibilitando comparar los resultados en esta condición con los del modelo libre. Como resultado, se han obtenido resultados experimentales de las dos geometrías estudiadas con múltiples separaciones, incluyendo un solo casco, y con modelo fijo y libre. Una de las principales utilidades de los resultados experimentales es servir como referencia para validar modelos de predicción. Como primera aplicación, los datos experimentales obtenidos con el catamarán S60 se han contrastado con las predicciones numéricas de Yeung et al. (2004). El análisis numérico de la resistencia de interferencia se completa con la realización de simulaciones numéricas utilizando dos códigos substancialmente diferentes: Tdynlin y CD--‐Adapco Star--‐CCM+. Los cortes de olas obtenidos en las simulaciones se comparan con los valores experimentales, mostrándose además los campos de presiones y velocidades calculados sobre el casco. La principal aportación de esta tesis es una extensa caracterización experimental de los fenómenos de interferencia, con la intención de servir de referencia para futuros estudios con multicascos. El análisis de los resultados permite comprender mejor el impacto que la interacción entre cascos, así como las variaciones dinámicas de las condiciones de navegación, tienen en las diferentes componentes de la resistencia. Por otro lado, permite apreciar la dependencia de la resistencia de interferencia con la velocidad y separación entre cascos, de cara a su utilización como parámetro de diseño. ABSTRACT This thesis presents a study of the interference resistance in multihulls, which comprises all the variations in the ship resistance due to the interaction between hulls. Its most remarkable characteristic is that it can be positive or negative, contributing in the second case to the reduction of the total ship resistance. Its study remains an active area in the hydrodynamic community, although there is a significant lack of published experimental data regarding the flow between hulls. First of all, the interference phenomena are characterized, evaluating the impact in the different components of the ship resistance. Similar to the total resistance, their prediction requires experimental or numerical techniques, as no analytic solutions are known. Both procedures have been considered in this thesis. The experimental analysis of the interference resistance is the core of the work done. Two different geometries have been tested, a commercial catamaran PESBO and a catamaran composed by two parallel Series 60 (S60). The tests have been carried out in two towing tanks, CEHINAV and CEHIPAR, measuring ship resistance, dynamic sinkage and trim, and wave cuts in--‐between the hulls. Special mention to the wave cuts, as no previous published information was found regarding this zone, even if it is where the main interference effects happen. Their measurement required building a support tripod for the probes, specifically designed for this experimental campaign. In addition, although the Series 60 is a well known hull for experimental and computational analyses, to the author’s knowledge its behavior as a multihull had not yet been experimentally described. The connection frames between the hulls were built so they allowed adjusting the hull spacing. Furthermore, multihulls are usually high--‐speed vessels, acquiring significant dynamic sinkage and trim. To quantify the effect of these dynamic variations of the interference resistance, a clamping system was developed to fixed the model and compare the results with the free model condition. Thus, experimental results have been obtained for various hull separations with the two geometries analyzed, including a single hull, and with free and fixed model. One of the main applications of experimental results is to serve as a reference to validate prediction models. As a first step, the obtained experimental data with the catamaran S60 have been compared with the numerical predictions of Yeung et al. (2004). The numerical analysis of the interference resistance is completed with the inclusion of numerical simulations using two codes substantially different: Tdynlin and CD--‐Adapco Star--‐CCM+. The wave cuts obtained from the simulations are compared with the experimental ones, showing also the pressure and velocity fields over the hulls. The main contribution of this thesis is an extensive experimental characterization of the interference phenomena, aiming to serve as reference for future studies about multihulls. The analysis of the results provides insights into the impact that the interaction between hulls, as well as the dynamic variations of the sailing conditions, have in the different components of the ship resistance. Moreover, it allows us to observe the dependence of the interference resistance on the velocity and hull spacing, useful towards its use as a design parameter.

Diseño experimental y computacional de estructuras laminares

Las estructuras laminares se caracterizan por su escaso espesor en relación a las otras dimensiones. Esto las hace muy eficientes por su reducido consumo de material cuando se trata de cubiertas de grandes dimensiones. Para poder construir con pequeños espesores en relación a la luz libre es necesario evitar los esfuerzos de flexión. Esto se logra con adecuadas relaciones entre las cargas, la posición y tipo de apoyos y la configuración geométrica de la cáscara. Desde el siglo pasado el cálculo funicular da solución para el problema de barras en el plano y Gaudí, a comienzos del siglo XX, logró importantes avances con modelos funiculares de hilos y pesas. (...) (...) Simultáneamente con el aspecto experimental que sirve para la generación formal, se ha ido realizando la verificación estática y resistente de los modelos propuestos para acciones gravitatorias simples. Para esto se esta utilizando el programa de elementos finitos para cálculo estructural denominado STRAP. (...) El otro aspecto fundamental para la posible aplicación práctica en la arquitectura de esta tipología estructural es el desarrollo de sistemas tecnológicos apropiados que resulten aceptables económicamente. El plan de trabajo apunta a desarrollar cuatro temas: Tema 1. Antecedentes históricos en la evolución de estructuras funiculares y antifuniculares y de la influencia de los métodos de diseño, análisis y construcción de los resultados arquitectónicos. Aplicación del nuevo método a la resolución de problemas idénticos a edificios reales, para encontrar nuevas posibilidades y comparar resultados. Tema 2. Diseño y análisis morfológico de las cáscaras por medios experimentales y computacionales. Tema 3. Análisis numérico del comportamiento estructural por aplicación de software especializado, como control del adecuado comportamiento estático. Tema 4. Desarrollo tecnológico de sistemas constructivos apropiados y evaluación económica.

Una reflexió sobre la relació entre el grau de presencialitat i el procés d'aprenentatge-avaluació

El presente trabajo propone una reflexión sobre la relación entre el sistema de enseñanza-aprendizaje y el grado de presencialidad tomando como punto de partida la experiencia desarrollada en tres asignaturas obligatorias de la licenciatura de Ciencias Actuariales y Financieras (CAF) de la Universidad de Barcelona: Matemática Actuarial Vida (MAV), Matemática Actuarial No Vida (MANV) y Análisis Numérico (AN). Todas son asignaturas obligatorias en la licenciatura y constan de 9 créditos en el caso de las dos primeras (6 teóricos y 3 prácticos) y de 6 créditos el Análisis Numérico (3 teóricos y 3 prácticos). La implantación de un sistema de evaluación continuada a partir del curso 2004-05 ha supuesto un cambio de enfoque del proceso de enseñanza-aprendizaje que ha afectado tanto al profesorado implicado como al alumnado, se ha basado en el control de la asistencia del estudiante, en la valoración conjunta teoría-práctica, en el trabajo en grupo y en el portafolio docente como herramientas de trabajo del estudiante y de evaluación para el profesor. A partir del curso 2007-08 la Universidad de Barcelona establece un cambio en las normas reguladoras de la evaluación y de la calificación de los aprendizajes, de manera que se considerará que la evaluación será continuada como norma general. Debido a este cambio y a la valoración que habían realizado los alumnos respecto al sistema de evaluación continuada aplicado en cursos anteriores, mediante la realización de encuestas de opinión, se toma la decisión de introducir modificaciones en dicho sistema. Al finalizar el primer semestre del curso 2007-08 se analizan cómo han afectado estos cambios en los resultados académicos y nos planteamos el enfoque que hay que dar a estas asignaturas que, debido a sus contenidos, exigen un alto grado de presencialidad de los alumnos. Debido a que muchos estudiantes están compaginando trabajo y estudios, los profesores implicados se plantean si sería conveniente tender hacia un nuevo sistema de enseñanza-aprendizaje en el cual el grado de presencialidad requerido no fuese tan elevado.

Bidding support for computational resources

Peer-reviewed

El método del elemento finito aplicado en la solución de problemas de transferencia de calor en una dimensión

Tesis (Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Térmica y Fluidos) UANL, 1999.

Simulación por elemento finito del comportamiento plástico de un acero de bajo carbono galvanizado

Tesis (Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales) - U.A.N.L, 2001

El dibujo del natural y su implantación en el aula.

El trabajo no ha sido publicado