NUMERICAL SIMULATIONS OF BURST PROCESSES IN FIBER-BUNDLES

We discuss a very effective numerical method for simulating fibre-bundle models with equal load-sharing and with local load-sharing. Particular attention is paid to the case of the local load-sharing model, in which the critical load x(c) is defined as the average load per fibre that causes the final complete failure. It is shown that x(c) --> 0 when the size of the system N --> infinity. We also show analytically that the power law of the burst size distribution, D(Delta) alpha Delta(-xi), is approximately correct. The exponent xi in the local load-sharing case is not universal, since it depends on the strength distribution as well on as the size of the system.

Numerical analysis of intralaminar failure mechanisms in composite structures, Part I: FE implementation

This paper presents a three-dimensional continuum damage mechanics-based material model which was implemented in an implicit finite element code to simulate the progressive intralaminar degradation of fibre reinforced laminates. The damage model is based on ply failure mechanisms and uses seven damage variables assigned to tensile, compressive and shear damage at a ply level. Non-linear behaviour and irreversibility were taken into account and modelled. Some issues on the numerical implementation of the damage model are discussed and solutions proposed. Applications of the methodology are presented in Part II

Numerical analysis of intralaminar failure mechanisms in composite structures, Part II: Applications

A three-dimensional continuum damage mechanics-based material model was implemented in an implicit Finite Element code to simulate the progressive intralaminar degradation of fibre reinforced laminates based on ply failure mechanisms. This paper presents some structural applications of the progressive failure model implemented. The focus is on the non-linear response of the shear failure mode and its interaction with other failure modes. Structural applications of the damage model show that the proposed model is able to reproduce failure loads and patterns observed experimentally.

Finite element modelling of composite structures under crushing load

This paper details the theory and implementation of a composite damage model, addressing damage within a ply (intralaminar) and delamination (interlaminar), for the simulation of crushing of laminated composite structures. It includes a more accurate determination of the characteristic length to achieve mesh objectivity in capturing intralaminar damage consisting of matrix cracking and fibre failure, a load-history dependent material response, an isotropic hardening nonlinear matrix response, as well as a more physically-based interactive matrix-dominated damage mechanism. The developed damage model requires a set of material parameters obtained from a combination of standard and non-standard material characterisation tests. The fidelity of the model mitigates the need to manipulate, or "calibrate", the input data to achieve good agreement with experimental results. The intralaminar damage model was implemented as a VUMAT subroutine, and used in conjunction with an existing interlaminar damage model, in Abaqus/Explicit. This approach was validated through the simulation of the crushing of a cross-ply composite tube with a tulip-shaped trigger, loaded in uniaxial compression. Despite the complexity of the chosen geometry, excellent correlation was achieved with experimental results.

Predicting the crushing behaviour of composite material using high-fidelity finite element modelling

The capability to numerically model the crushing behaviour of composite structures will enable the efficient design of structures with high specific energy absorption capacity. This is particularly relevant to the aerospace and automotive industries where cabin structures need to be shown to be crashworthy. In this paper, a three-dimensional damage model is presented, which accurately represents the behaviour of composite laminates under crush loading. Both intralaminar and interlaminar failure mechanisms are taken into account. The crush damage model was implemented in ABAQUS/Explicit as a VUMAT subroutine. Numerical predictions are shown to agree well with experimental results, accurately capturing the intralaminar and interlaminar damage for a range of stacking sequences, triggers and composite materials. The use of measured material parameters required by the numerical models, without the need to ‘calibrate’ this input data, demonstrates this computational tool's predictive capabilities

Numerical analysis of complex failure mechanisms in composite panels

A three-dimensional continuum damage mechanics-based material model has been implemented in an implicit Finite Element code to simulate the progressive degradation of advanced composite materials. The damage model uses seven damage variables assigned to tensile, compressive and non-linear shear damage at a laminae level. The objectivity of the numerical discretization is assured using a smeared formulation. The material model was benchmarked against experimental uniaxial coupon tests and it is shown to reproduce key aspects observable during failure, such as the inclined fracture plane in matrix compression and the shear band in a ±45° tension specimen.

Modelling and aerodynamic simulation of a vehicle and failure analysis of a laminated front fender

Master Thesis in Mechanical Engineering field of Maintenance and Production

Single-lap joints of similar and dissimilar adherends bonded with an acrylic adhesive

In this study, the tensile strength of single-lap joints (SLJs) between similar and dissimilar adherends bonded with an acrylic adhesive was evaluated experimentally and numerically. The adherend materials included polyethylene (PE), polypropylene (PP), carbon-epoxy (CFRP), and glass-polyester (GFRP) composites. The following adherend combinations were tested: PE/PE, PE/PP, PE/CFRP, PE/GFRP, PP/PP, CFRP/CFRP, and GFRP/GFRP. One of the objectives of this work was to assess the influence of the adherends stiffness on the strength of the joints since it significantly affects the peel stresses magnitude in the adhesive layer. The experimental results were also used to validate a new mixed-mode cohesive damage model developed to simulate the adhesive layer. Thus, the experimental results were compared with numerical simulations performed in ABAQUS®, including a developed mixed-mode (I+II) cohesive damage model, based on the indirect use of fracture mechanics and implemented within interface finite elements. The cohesive laws present a trapezoidal shape with an increasing stress plateau, to reproduce the behaviour of the ductile adhesive used. A good agreement was found between the experimental and numerical results.

Effect of temperature on the shear strength of aluminium single lap bonded joints for high temperature applications

An experimental and numerical investigation into the shear strength behaviour of adhesive single lap joints (SLJs) was carried out in order to understand the effect of temperature on the joint strength. The adherend material used for the experimental tests was an aluminium alloy in the form of thin sheets, and the adhesive used was a high-strength high temperature epoxy. Tensile tests as a function of temperature were performed and numerical predictions based on the use of a bilinear cohesive damage model were obtained. It is shown that at temperatures below Tg, the lap shear strength of SLJs increased, while at temperatures above Tg, a drastic drop in the lap shear strength was observed. Comparison between the experimental and numerical maximum loads representing the strength of the joints shows a reasonably good agreement.

Identification d’une architecture à base de composants dans une application orientée objets à l’aide d’une analyse dynamique

Un système, décrit avec un grand nombre d'éléments fortement interdépendants, est complexe, difficile à comprendre et à maintenir. Ainsi, une application orientée objet est souvent complexe, car elle contient des centaines de classes avec de nombreuses dépendances plus ou moins explicites. Une même application, utilisant le paradigme composant, contiendrait un plus petit nombre d'éléments, faiblement couplés entre eux et avec des interdépendances clairement définies. Ceci est dû au fait que le paradigme composant fournit une bonne représentation de haut niveau des systèmes complexes. Ainsi, ce paradigme peut être utilisé comme "espace de projection" des systèmes orientés objets. Une telle projection peut faciliter l'étape de compréhension d'un système, un pré-requis nécessaire avant toute activité de maintenance et/ou d'évolution. De plus, il est possible d'utiliser cette représentation, comme un modèle pour effectuer une restructuration complète d'une application orientée objets opérationnelle vers une application équivalente à base de composants tout aussi opérationnelle. Ainsi, La nouvelle application bénéficiant ainsi, de toutes les bonnes propriétés associées au paradigme composants. L'objectif de ma thèse est de proposer une méthode semi-automatique pour identifier une architecture à base de composants dans une application orientée objets. Cette architecture doit, non seulement aider à la compréhension de l'application originale, mais aussi simplifier la projection de cette dernière dans un modèle concret de composant. L'identification d'une architecture à base de composants est réalisée en trois grandes étapes: i) obtention des données nécessaires au processus d'identification. Elles correspondent aux dépendances entre les classes et sont obtenues avec une analyse dynamique de l'application cible. ii) identification des composants. Trois méthodes ont été explorées. La première utilise un treillis de Galois, la seconde deux méta-heuristiques et la dernière une méta-heuristique multi-objective. iii) identification de l'architecture à base de composants de l'application cible. Cela est fait en identifiant les interfaces requises et fournis pour chaque composant. Afin de valider ce processus d'identification, ainsi que les différents choix faits durant son développement, j'ai réalisé différentes études de cas. Enfin, je montre la faisabilité de la projection de l'architecture à base de composants identifiée vers un modèle concret de composants.

La investigació sobre l'èxit i el fracàs escolar des la la perspectiva dels factors de risc. Implicacions per a la recerca i la pràctica educatives

La situació problemàtica de la qual partim en aquesta tesi és la constatació de l'existència d'unes dinàmiques escolars negatives -expressades amb males notes reiterades- difícils de modificar, que determinats infants inicien i desenvolupen al llarg de la seva escolarització i que els condueix a una situació de fracàs escolar. Les males notes són el senyal que alerta pares i educadors de la presència de problemes escolars en els alumnes i constitueixen la causa explícita que motiva la cerca de solucions. Sovint es busquen solucions fora de l'escola, la qual cosa suggereix que, malgrat els esforços realitzats, l'escola i el sistema educatiu han tingut dificultats per a ajudar els infants a millorar globalment els seus resultats escolars. D'una banda, l'escola troba dificultats per a identificar el mes aviat possible quins infants seran mes susceptibles de desenvolupar unes dinàmiques escolars negatives que els puguin conduir a una situació de fracàs escolar. D'altra banda, també hi ha dificultats per trobar i aplicar estratègies preventives d'intervenció educativa a l'aula, que resultin adequades per a prevenir el desenvolupament de dinàmiques escolars negatives en alguns infants. Partint de la situació problemàtica descrita, la finalitat de la tesi es obtenir informació teòrica , empírica sobre algunes variables que puguin resultar rellevants per a articular, des de l'aula escolar, intervencions educatives destinades a prevenir el desenvolupament de les dinàmiques escolars negatives. Des de la perspectiva de la prevenció, la rellevància de les variables hauria d'establir-se en funció de la seva utilitat per a: A) Identificar des de l'aula escolar situacions de més perill -de més risc- de desenvolupar aquestes dinàmiques negatives i, consegüentment, arribar a la situació de fracàs escolar . Això implica, per tant, que les variables han de permetre la identificació abans que la situació de fracàs escolar es produeixi . B) Intervenir educativament des de l'escola; per tant, cal que siguin variables sobre les quals l'escola pugui incidir. La modificabilitat de les variables ha de permetre que es puguin emprendre accions educatives, des de la mateixa aula escolar. Variables que resultin suficientment importants de cara a disminuir el perill o evitar el desenvolupament de dinàmiques negatives. Es a dir, que la seva modificació contribueixi a evitar que els infants arribin a la situació de fracàs escolar. Per assolir aquesta finalitat es realitzen un segut de passes en funció de les quals s'ha estructurat la tesi en dues parts: Un marc teòric i un estudi de casos. EI Marc teòric té dos objectius: 1. Definir la situació problemàtica. En el capítol primer del marc teòric de la tesi, s'exposen les dimensions d'aquesta situació problemàtica. La revisió bibliogràfica entorn del tema del fracàs escolar ens ajuda a emmarcar la qüestió de les dinàmiques escolars en el fenomen complex del fracàs i l'èxit escolar, i del rendiment. Aquestes aportacions teòriques juntament amb les aportacions de la recerca educativa en relació a l'estabilitat del rendiment al llarg dels cursos són la base per a definir la situació problemàtica. 2. Delimitar, des d'un punt de vista teòric, algunes variables rellevants per a la prevenció del desenvolupament de dinàmiques escolars negatives, conduents a la situació de fracàs escolar. La primera passa per a dur a terme aquesta delimitació teòrica, que es presenta al segon capítol, ha estat revisar les aportacions de les investigacions sobre variables que incideixen en el rendiment escolar, les quals s'han analitzat en funció de la seva rellevància per a la prevenció. Aquesta revisió ha permès constatar un seguit de problemes de caire terminològic, metodològic i sobre la repercussió d'aquesta recerca en la practica educativa que afecten directament la utilitat de les aportacions d'aquestes investigacions de cara a identificar variables rellevants per a la prevenció. De l'anàlisi dels resultats d'aquestes recerques es desprèn que: a) Hi ha moltes variables associades al rendiment escolar, algunes difícilment modificables mitjançant la intervenció educativa escolar. b) EI fet que una variable estigui associada al rendiment no implica que sigui rellevant per a la prevenció c) S'obté poca informació sobre variables que contribueixin a disminuir la probabilitat de fracàs escolar. En base a aquests resultats es constata que cal buscar una perspectiva d'anàlisi de les variables mes adequades a l'enfocament preventiu, perspectiva que ha d'orientar-se a l'estudi del risc de fracàs escolar. La segona passa que es duu a terme per arribar a una delimitació teòrica de les variables rellevants es l'estudi del concepte de risc i d'altres conceptes relacionats: signe de risc, marcador de risc, factor de risc, factor protector, població en risc, infant en situació de risc, així com la revisió d'estudis i recerques que s'han plantejat en aquesta línia. Aquest treball ha permès: a) Clarificar aquests conceptes i aplicar-los en l'àmbit educatiu, en referència al problema del fracàs escolar, estructurant un marc teòric en funció del qual plantejar una anàlisi de les variables associades al rendiment escolar. b) Concretar un model per a l'anàlisi, des de l'aula escolar, de les variables que incideixen en el risc de fracàs escolar. Aquest model, que es situa en la perspectiva de l'aula escolar i que pren en consideració el paper actiu que els estudiants tenen respecte al seu aprenentatge, consta de tres components: unes variables, les seves relacions i la funció que exerceixen en relació al risc de fracàs escolar. La conclusió a la qual s'arriba es que, des d'un punt de vista teòric, una variable serà rellevant per a articular intervencions educatives preventives des de l'escola si constitueix o bé un factor de risc, o be un factor protector o compensador del risc. La delimitació empírica de variables rellevants per a la prevenció del fracàs escolar -que constitueix l'objectiu de la segona part de la tesi- es duu a terme mitjançant un estudi de casos que es deriva del plantejament teòric elaborat. L'objectiu d'aquest estudi es identificar variables que han pogut constituir factors protectors en joves que es troben en situació de risc per circumstàncies sociofamiliars. Se seleccionen tres noies i dos nois que, malgrat trobar-se en situació de risc, han assolit un cert nivell d'èxit escolar. Basant-nos en el model s'ha recollit informació sobre característiques actitudinals dels estudiants, del seu procés d'autoaprenentatge i de l'ambient d'aprenentatge. S'utilitza un disseny qualitatiu d'estudi de casos, utilitzant entrevistes amb profunditat per a recollir informació, la qual s'analitza mitjançant tècniques d'anàlisi de continguts. L'estudi de cada un dels cinc casos i la seva posterior comparació ha permès identificar algunes variables que poden haver constituït factors protectors del risc de fracàs escolar. Entre elles podem citar 1. La consciència de la pròpia situació complexa i desfavorable que han viscut o estan vivint. 2. Tenir un projecte vital a mig o llarg termini, en el qual els estudis són concebuts com a una via per assolir-lo. 3. Ser autoresponsables dels aprenentatges. 4. Haver identificat models a seguir en altres persones. Del treball realitzat tant des d'una perspectiva teòrica com empírica i les conclusions a les quals s'ha arribat se'n desprenen implicacions per a la practica educativa, per a la recerca i per a la formació professional dels educadors i educadores socials. Pel que fa a les implicacions per a la practica educativa, es proposa el model com a base per a la identificació de situacions de risc i per al disseny d'intervencions educatives amb l'objectiu de prevenir el fracàs escolar. En aquest sentit, i en funció dels resultats obtinguts a l'estudi de casos, es proposen unes línies d'intervenció preventiva en casos de risc similars als que han estat objecte d'estudi, línies que poden prendre en consideració tant els/les mestres com els educadors/es. Pel que fa a les implicacions per a la investigació educativa, es deriven quatre línies de recerca: investigació sobre factors de risc, investigació sobre factors protectors, investigació sobre el potencial preventiu d'intervencions educatives dissenyades en base a factors de risc i factors protectors, l'investigació sobre com potenciar des de diferents àmbits (escola i vida quotidiana) els fadors protectors. Quant a les implicacions per a la formació professional dels educadors/es socials, els resultats de l'estudi de casos com a possibles aspectes a treballar per part dels educadors/es impliquen un treball en el qual aquests professionals han d'haver rebut formació sobre: 1. La relació educativa com a recurs per a la intervenció educativa professional. 2. La necessitat d'un treball coordinat interdisciplinari com a estratègia de treball professional. 3. EI coneixement de programes coherents i estratègies d'intervenció sobre factors protectors. 4. L'elaboració de programes educatius, de manera que els educadors/es puguin adaptar les intervencions a les necessitats educatives dels subjectes. 5. La intervenció educativa en famílies.

Modelización constitutiva y computacional del daño y la fractura de materiales compuestos

En el trabajo se definen modelos constitutivos que permiten reproducir el proceso de fallo de estructuras de materiales compuestos en distintas escalas bajo cargas estáticas. Se define un modelo constitutivo para determinar la respuesta de estructuras de materiales compuestos mediante la teoría de laminados. El modelo es validado mediante un programa de ensayos experimentales con probetas con un agujero central geométricamente similares. Se muestra la capacidad del modelo de detectar el efecto tamaño. Se define un modelo constitutivo para materiales transversalmente isótropos bajo estados tridimensionales de tensión. El modelo se valida analizando numéricamente el proceso de agrietamiento de la matriz. Finalmente se desarrolla un modelo analítico para determinar el agrietamiento de la matriz y la delaminación entre las capas.

Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loading using cohesive zone models

Es desenvolupa una eina de disseny per l'anàlisi de la tolerància al dany en composites. L'eina pot predir el inici i la propagació de fisures interlaminars. També pot ser utilitzada per avaluar i planificar la necessitat de reparar o reemplaçar components durant la seva vida útil. El model desenvolupat pot ser utilitzat tan per simular càrregues estàtiques com de fatiga. El model proposat és un model de dany termodinàmicament consistent que permet simular la delaminació en composites sota càrregues variables. El model es formula dins el context de la Mecànica del Dany, fent ús dels models de zona cohesiva. Es presenta un metodologia per determinar els paràmetres del model constitutiu que permet utilitzar malles d'elements finits més bastes de les que es poden usar típicament. Finalment, el model és també capaç de simular la delaminació produïda per càrregues de fatiga.

The comfort, energy and health implications of London’s urban heat island

The urban heat island (UHI) is a well-known effect of urbanisation and is particularly important in world megacities. Overheating in such cities is expected to be exacerbated in the future as a result of further urban growth and climate change. Demonstrating and quantifying the impact of individual design interventions on the UHI is currently difficult using available software tools. The tools developed in the LUCID (‘The Development of a Local Urban Climate Model and its Application to the Intelligent Design of Cities’) research project will enable the related impacts to be better understood, quantified and addressed. This article summarises the relevant literature and reports on the ongoing work of the project.

Realistic mean field forward predictions for the integration of co-registered EEG/fMRI

Brain activity can be measured non-invasively with functional imaging techniques. Each pixel in such an image represents a neural mass of about 105 to 107 neurons. Mean field models (MFMs) approximate their activity by averaging out neural variability while retaining salient underlying features, like neurotransmitter kinetics. However, MFMs incorporating the regional variability, realistic geometry and connectivity of cortex have so far appeared intractable. This lack of biological realism has led to a focus on gross temporal features of the EEG. We address these impediments and showcase a "proof of principle" forward prediction of co-registered EEG/fMRI for a full-size human cortex in a realistic head model with anatomical connectivity, see figure 1. MFMs usually assume homogeneous neural masses, isotropic long-range connectivity and simplistic signal expression to allow rapid computation with partial differential equations. But these approximations are insufficient in particular for the high spatial resolution obtained with fMRI, since different cortical areas vary in their architectonic and dynamical properties, have complex connectivity, and can contribute non-trivially to the measured signal. Our code instead supports the local variation of model parameters and freely chosen connectivity for many thousand triangulation nodes spanning a cortical surface extracted from structural MRI. This allows the introduction of realistic anatomical and physiological parameters for cortical areas and their connectivity, including both intra- and inter-area connections. Proper cortical folding and conduction through a realistic head model is then added to obtain accurate signal expression for a comparison to experimental data. To showcase the synergy of these computational developments, we predict simultaneously EEG and fMRI BOLD responses by adding an established model for neurovascular coupling and convolving "Balloon-Windkessel" hemodynamics. We also incorporate regional connectivity extracted from the CoCoMac database [1]. Importantly, these extensions can be easily adapted according to future insights and data. Furthermore, while our own simulation is based on one specific MFM [2], the computational framework is general and can be applied to models favored by the user. Finally, we provide a brief outlook on improving the integration of multi-modal imaging data through iterative fits of a single underlying MFM in this realistic simulation framework.