Lehiaketako motor baten erditxasiaren diseinua

[EU]Proiektu honek lehiaketarako moto baten erditxasia garatzen du, baita txasira lotuta egongo den modua ere. Erditxasia pieza estruktural bat da eta nahiz eta agian beharrezkoa ez izan lehiaketako moto batean, izan ere hauetan pilotuek ipurdia oso aurrean kokatzen dute pisua txasira bideratuz, moto guztiek duten atal bat da eta pertsonaren pisua eta honek egiturari eragiten dizkion indar eta esfortzuak eusteko erabiltzen da. Kasu batzuetan txasiaren beraren barnean egoten da zati hau eta beraz dena pieza bat izaten da, baina gure kasuan biak, erditxasia eta txasia elkarri lotuta egongo dira. Hasteko erditxasi hau zein eratara fabrikatua izan daitekeen aztertuko da(hodi, txapa…), eta modu bakoitzaren abantailak eta desabantailak ikusi beharko dira azkenik nola egingo den aukeratzeko. Honela gure piezaren eboluzio bat emango da guk behar ditugun exijentzia teknikoak bete ditzan eta ekonomikoki ere bideragarria izan dadin. Amaitzeko pieza bere lekuan bermatzeko beharko diren elementu laguntzaileak ere kalkulatu edo aukeratu beharko dira, lehiaketan dugun portaera guk nahi duguna izan dadin.

Lehiaketako motorraren txasisaren optimizazio erresistentea

[EU]Lan honetan lehiaketako motorraren txasisaren optimizazio erresistentea egin nahi da. Txasisaren hasierako diseinutik abiatuz, diseinua optimizatuko da zona konkretu batean, bertan eragina duten indarrak eutsi ditzan ahalik eta pisu gutxienarekin. Lana egin ahal izateko, Motostudent txapelketatik lortu diren datuak erabiliko dira, honenbestez, erabiliko diren datuak errealak izango dira eta beraz baita emaitzak ere. Diseinua eta bere analisi estatiko egiteko erabiliko den softwarea, Creo 2.0 izango da.

Lehiaketako motozikleta baten txasisaren diseinu estrukturala

[EU]Lan honetan lehiaketako motozikleta baten txasisaren diseinu estrukturala egiten da. Zehazki esanda txasisaren aurreko aldea edo motorra inguratzen duena, sub-txasisa eta baskulatzailearekin bat egiten duen txapa kontuan hartu gabe. Lehenik sarreratxo bat egiten da txasisaren ezaugarri ezberdinak, mota ezberdinak azalduz eta zeintzuk diren lortu beharreko helburuak adieraziz. Hauek lortzeak ekarriko dituen onura zientifiko teknikoak zein ekonomikoak zeintzuk diren ere deskribatuko dira. Ondoren lana burutzeko ze metodologia jarraitu den agertzen da hasieratik bukaerara eman beharreko pausuak zeintzuk diren esanez. Gero metodologia hau aplikatuz egin diren diseinu ezberdinak jarriko dira bakoitza bere emaitzekin. Bukatzeko emaitza hauek konparatu eta konklusio batzuk aterako dira zein den diseinu egokiena jakiteko.

Simulación de la refrigeración en la estampación en caliente para una pieza de chapa.

[ES]El objetivo principal de este proyecto se centra en conseguir las características mecánicas requeridas por los componentes del chasis de los vehículos con una reducción de peso y mejora de productividad, para ellos es necesario simular el proceso de templado que se da durante la estampación en caliente de una pieza de chapa mediante utillajes con conductos de refrigeración. Para ello se ha utilizado el programa de elementos finitos ANSYS hasta obtener un proceso de embutición simulado que represente con una desviación dentro de los límites aceptables el comportamiento real de la chapa en la etapa de refrigeración. Como objetivo secundario se encuentra el afianzamiento de las bases teóricas de ciencia de materiales y la adquisición de más conocimientos relacionados con la transmisión de calor entre cuerpos sólidos, centrándose sobre todo en la distribución de temperaturas sobre la superficie de éstos. En una primera parte se tratarán los conceptos generales de la estampación en caliente y sus posibles variantes. También se explicará la necesidad del uso de nuevos materiales para la industria automovilística, así como la razón por la cual se utilizan conductos de refrigeración. A continuación, se definirá la geometría de la chapa a analizar, tanto las consecuentes geometrías de los utillajes, que tendrán diferentes distribuciones de conductos de refrigeración. Además se establecerán los criterios para realizar el análisis térmico transitorio del conjunto troquel – chapa – matriz. Una vez seleccionado el tipo de análisis se profundizará en su estudio, aplicándolo a los diferentes utillajes ya citados. Se analizarán los resultados obtenidos y los errores y se buscarán posibles alternativas. Finalmente, se procederá a sacar las conclusiones de la simulación realizada y se procederá a comparar los resultados obtenidos con las diferentes distribuciones de conductos de refrigeración en los utillajes.

Diseño mecánico de un aerogenerador eólico

Diseño mecánico de los componentes que se encuentran en el interior de la góndola de un generador eólico de eje horizontal. Cálculo del mecanismo de control activo del cambio de paso de las palas y de orientación de la torre. Diseño del chasis de apoyo de los componentes de la góndola. Estudio de la torre del aerogenerador.

Diseño y fabricación de una tarjeta PCB (Shield) para el control de un robot autobalanceado basado en Arduino

Un robot autobalanceado es un dispositivo que, aun teniendo su centro de masas por encima del eje de giro, consigue mantener el equilibrio. Se basa o aproxima al problema del péndulo invertido. Este proyecto comprende el desarrollo e implementación de un robot autobalanceado basado en la plataforma Arduino. Se utilizará una placa Arduino y se diseñará y fabricará con un shield o tarjeta (PCB), donde se incluirán los elementos hardware que se consideren necesarios. Abarca el estudio y montaje del chasis y los sistemas de sensado, control digital, alimentación y motores

Dimensionar a logística interna da fábrica Toyota Ovar para a produção de nova viatura

O projeto foi realizado na Toyota (divisão fabril de Ovar), no ano letivo 2014/2015, teve por base um estágio extracurricular que foi realizado para que desta forma tomasse contacto com uma realidade concreta e absoluta no contexto empresarial. O estágio serviu, principalmente, como uma experiência na compreensão do funcionamento de uma indústria de automóveis. Este projeto desenvolve-se no âmbito do 2ºano do Mestrado de Logística e apresenta os contributos desenvolvidos no departamento de logística para a reorganização da mesma para a produção de um novo modelo automóvel. Atualmente, a Toyota, para os modelos de automóveis que produz, recebe os componentes em CKD (Completed Knocked Down) provenientes do Japão em lotes de cinco unidades. Estes lotes são armazenados no armazém, de onde só saem quando for dada ordem para serem produzidos. Cada lote tem várias caixas, que são colocadas à vez numa zona comum de abertura. São retidos os componentes das caixas CKD e colocados nos transportadores próprios dos postos correspondentes (supermercado de linha). Isto significa que sempre que é solicitado uma viatura de um determinado lote, são obrigados a produzir as cinco unidades. Isto significa que as restantes unidades do lote terão que ficar em parque aberto a aguardar venda futura, para além de ter um stock desnecessário, estas unidades ficam vulneráveis e sofrem desgaste, pois estão expostas à intempérie, causando graves problemas de qualidade e respetivos custos associados. Recentemente, foi decidida a produção do modelo Land Cruiser 70 na unidade industrial de Ovar, Portugal, o que obrigou a uma reorganização da produção e processos logísticos para a sua produção. Os objetivos que a empresa pretende com a entrada de um novo projeto Land Cruiser 70, são os seguintes: Alterar o sistema de abastecimento, implementando o abastecimento unitário em toda a fábrica para o novo modelo, garantindo o “one by one production”; Definir o funcionamento do processo logístico desde a chegada dos componentes até ficarem disponíveis no supermercado de linha. Para isso será necessário dimensionar armazém e zona de abertura, definir layouts e quantidade de stocks, bem como definir sistemas de comunicação entre abertura e supermercado; Verificar as peças que vão fazer parte do chassi por posto e contabilizar os dolly´s1 necessários; Fazer o layout de abastecimento da linha do chassi; Calcular o tempo de abertura, de abastecimento e de picking do chassi e de triming. Este projeto tem em conta a política de melhoria contínua de forma a conseguir satisfazer o cliente (ser eficaz) utilizando cada vez menos recursos quer físicos quer humanos (ser eficiente, detetar e eliminar os desperdícios). O presente projeto foi inserido na equipa de melhoria contínua da logística, maioritariamente no chassi. Em termos globais, os objetivos propostos neste estágio foram atingidos com êxito.

Sistemas de control de roturas en presas y caracterización de sistemas hidráulicos

Este proyecto nace de la necesidad de automatizar el estudio de sistemas hidráulicos y de control de roturas en presas. Para realizar el estudio de sistemas hidráulicos se usarán un número indeterminado de sensores de nivel, presión y caudal. El número de sensores que se pueden utilizar viene determinado por el material disponible. Estos sensores se conectarán a unas tarjetas de National Instruments modelo NI 9208 y éstas a su vez a un chasis modelo CompactDAQ NI-9174 con cuatro ranuras. Conectando este chasis al ordenador podremos obtener los datos provenientes de los sensores. También se podrá controlar una válvula para determinar la cantidad de agua que fluye en nuestro experimento. Está válvula está conectada a una tarjeta NI-9264 que se conectará al chasis en su última posición Para detectar y estudiar posibles roturas en presas se dispone de un motor y un láser con los cuales se puede barrer la superficie de una presa y obtener una imagen en tres dimensiones de la misma procesando los datos provenientes del laser. Para recoger los datos de los sensores y controlar una válvula se ha desarrollado una aplicación utilizando LabVIEW, un programa creado por National Instruments. Para poder controlar el motor y el láser se parte de una aplicación que ya estaba realizada en LabVIEW. El objetivo ha sido detectar y corregir una serie de errores en la misma. Dentro del proyecto, además de la explicación detallada de la aplicación para los sensores y la válvula, y las pruebas realizadas para detectar y corregir los errores de la aplicación del láser y el motor, existe: una breve introducción a la programación en LabVIEW, la descripción de los pasos realizados para el conexionado de los sensores con las tarjetas, los manuales de usuario de las aplicaciones y la descripción de los equipos utilizados. This project stars from the need to automate the study of hydraulic systems and control dam breaks. For the study of hydraulic systems it will be used an unspecified number of level, pressure and flow sensors. The number of sensors that can be used is determined by the available material. These sensors are connected to a NI 9208 National Instruments target and these cards to a NI-9174 CompactDAQ chassis with four slots. Connecting the chassis to a computer we will obtain data from the sensors. We also can control a valve to determine the amount of water flowing in our experiment. This valve is connected to a NI-9264 card and this card to the last position of the chassis. To detect and study dams breakage it used a motor and a laser. With these two devices we can scan the surface of a dam and obtain a three-dimensional image processing data from the laser. To collect data from the sensors and control the valve it has developed an application using LabVIEW, a program created by National Instruments. To control the motor and the laser it is used an application that was already created using LabVIEW. The aim of this part has been detect and correct a number of errors in this application. Within the project, in addition to the detailed explanation of the application for sensors and valve, and tests to detect and correct errors in the application of lasers and the motor, there is: a brief introduction to programming in LabVIEW, the description of the steps taken for connecting the sensors with cards, user manuals and application description of the equipment used.

Design of a remote controlled hovercraft

Este informe trata el diseño, desarrollo y construcción de un aerodeslizador de pequeño tamaño, equipado con control remoto que permite al usuario actuar sobre la velocidad y dirección del mismo. Este proyecto podrá ser utilizado en un futuro como base para el desarrollo de aplicaciones más complejas. Un aerodeslizador es un medio de transporte cuyo chasis se eleva sobre el suelo por medio de un motor impulsor que hincha una falda colocada en la parte inferior del mismo. Además, uno o más motores se colocan en la parte trasera del vehículo para propulsarlo. El hecho de que el aerodeslizador no este en contacto directo con la tierra, hace que pueda moverse tanto por tierra como sobre el agua o hielo y que sea capaz de superar pequeños obstáculos. Por otra parte, este hecho se convierte a su vez en un problema debido a que su fuerza de rozamiento al desplazarse es muy pequeña, lo que provoca que sea muy difícil de frenar, y tienda a girar por sí mismo debido a la inercia del movimiento y a las fuerzas provocadas por las corrientes de aire debajo del chasis. Sin embargo, para este proyecto no se ha colocado una falda debajo del mismo, debido a que su diseño es bastante complicado, por lo tanto la fricción con el suelo es menor, aumentando los problemas detallados con anterioridad. El proyecto consta de dos partes, mando a distancia y aerodeslizador, que se conectan a través de antenas de radiofrecuencia (RF). El diseño y desarrollo de cada una ha sido realizado de manera separada exceptuando la parte de las comunicaciones entre ambas. El mando a distancia se divide en tres partes. La primera está compuesta por la interfaz de usuario y el circuito que genera las señales analógicas correspondientes a sus indicaciones. La interfaz de usuario la conforman tres potenciómetros: uno rotatorio y dos deslizantes. El rotatorio se utiliza para controlar la dirección de giro del aerodeslizador, mientras que cada uno de los deslizantes se emplea para controlar la fuerza del motor impulsor y del propulsor respectivamente. En los tres casos los potenciómetros se colocan en el circuito de manera que actúan como divisores de tensión controlables. La segunda parte se compone de un microcontrolador de la familia PSoC. Esta familia de microcontroladores se caracteriza por tener una gran adaptabilidad a la aplicación en la que se quieran utilizar debido a la posibilidad de elección de los periféricos, tanto analógicos como digitales, que forman parte del microcontrolador. Para el mando a distancia se configura con tres conversores A/D que se encargan de transformar las señales procedentes de los potenciómetros, tres amplificadores programables para trabajar con toda la escala de los conversores, un LCD que se utiliza para depurar el código en C con el que se programa y un módulo SPI que es la interfaz que conecta el microcontrolador con la antena. Además, se utilizan cuatro pines externos para elegir el canal de transmisión de la antena. La tercera parte es el módulo transceptor de radio frecuencia (RF) QFM-TRX1-24G, que en el mando a distancia funciona como transmisor. Éste utiliza codificación Manchester para asegurar bajas tasas de error. Como alimentación para los circuitos del mando a distancia se utilizan cuatro pilas AA de 1,5 voltios en serie. En el aerodeslizador se pueden distinguir cinco partes. La primera es el módulo de comunicaciones, que utiliza el mismo transceptor que en el mando a distancia, pero esta vez funciona como receptor y por lo tanto servirá como entrada de datos al sistema haciendo llegar las instrucciones del usuario. Este módulo se comunica con el siguiente, un microcontrolador de la familia PSoC, a través de una interfaz SPI. En este caso el microcontrolador se configura con: un modulo SPI, un LCD utilizado para depurar el código y tres módulos PWM (2 de 8 bits y uno de 16 bits) para controlar los motores y el servo del aerodeslizador. Además, se utilizan cuatro pines externos para seleccionar el canal de recepción de datos. La tercera y cuarta parte se pueden considerar conjuntamente. Ambas están compuestas por el mismo circuito electrónico basado en transistores MOSFET. A la puerta de cada uno de los transistores llega una señal PWM de 100 kilohercios que proviene del microcontrolador, que se encarga de controlar el modo de funcionamiento de los transistores, que llevan acoplado un disipador de calor para evitar que se quemen. A su vez, los transistores hacen funcionar al dos ventiladores, que actúan como motores, el impulsor y el propulsor del aerodeslizador. La quinta y última parte es un servo estándar para modelismo. El servo está controlado por una señal PWM, en la que la longitud del pulso positivo establece la posición de la cabeza del servo, girando en uno u otra dirección según las instrucciones enviadas desde el mando a distancia por el usuario. Para el aerodeslizador se han utilizado dos fuentes de alimentación diferentes: una compuesta por 4 pilas AA de 1,5 voltios en serie que alimentarán al microcontrolador y al servo, y 4 baterías de litio recargables de 3,2 voltios en serie que alimentan el circuito de los motores. La última parte del proyecto es el montaje y ensamblaje final de los dispositivos. Para el chasis del aerodeslizador se ha utilizado una cubierta rectangular de poli-estireno expandido, habitualmente encontrado en el embalaje de productos frágiles. Este material es bastante ligero y con una alta resistencia a los golpes, por lo que es ideal para el propósito del proyecto. En el chasis se han realizado dos agujeros: uno circular situado en el centro del mismo en el se introduce y se ajusta con pegamento el motor impulsor, y un agujero con la forma del servo, situado en uno del los laterales estrechos del rectángulo, en el que se acopla el mismo. El motor propulsor está adherido al cabezal giratorio del servo de manera que rota a la vez que él, haciendo girar al aerodeslizador. El resto de circuitos electrónicos y las baterías se fijan al chasis mediante cinta adhesiva y pegamento procurando en todo momento repartir el peso de manera homogénea por todo el chasis para aumentar la estabilidad del aerodeslizador. SUMMARY: In this final year project a remote controlled hovercraft was designed using mainly technology that is well known by students in the embedded systems programme. This platform could be used to develop further and more complex projects. The system was developed dividing the work into two parts: remote control and hovercraft. The hardware was of the hovercraft and the remote control was designed separately; however, the software was designed at the same time since it was needed to develop the communication system. The result of the project was a remote control hovercraft which has a user friendly interface. The system was designed based on microprocessor technologies and uses common remote control technologies. The system has been designed with technology commonly used by the students in Metropolia University so that it can be readily understood in order to develop other projects based on this platform.

Entre Bastidores: Evaluación empleando Métodos Numéricos

El bastidor de un tractor es ¿la estructura metálica perteneciente al chasis encargada de soportar todo el peso del vehículo?. En los tractores, debido a su gran compacidad, escasa longitud y elevada posición del centro de gravedad, el bastidor dominante durante el último siglo ha sido el bastidor de tipo monocasco. Recientemente, con el objetivo de reducir la relación masa/potencia, se vienen implantando en algunos modelos los bastidores de tipo chasis. En el mundo, equipos de ingenieros investigan y desarrollan métodos numéricos empleando distintos modelos de bastidores tanto de tipo chasis como en los modelos de bastidores tradicionales. Esto ha permitido mejorar su diseño y facilitar el uso. Además, las marcas de maquinaria agrícola potencian también la investigación para crear innovaciones estructurales que no hayan sido planteadas anteriormente y que supongan un ahorro en los costes de producción así como una mejora de las prestaciones de la máquina.

Integración de baterías en sistemas fotovoltaicos conectados a red

La situación actual del mercado energético en España y el imparable aumento de las tasas por parte de las eléctricas, está fomentando la búsqueda de fuentes de energía alternativas que permitan a la población poder abastecerse de electricidad, sin tener que pagar unos costes tan elevados. Para cubrir esta necesidad, la energía fotovoltaica y sobretodo el autoconsumo con inyección a red o balance neto, está adquiriendo cada vez más importancia dentro del mundo energético. Pero la penetración de esta tecnología en la Red Eléctrica Española tiene un freno, la desconfianza por parte del operador de la red, ya que la fotovoltaica es una fuente de energía intermitente, que puede introducir inestabilidades en el sistema en caso de alta penetración. Por ello se necesita ganar la confianza de las eléctricas, haciendo que sea una energía predecible, que aporte potencia a la red eléctrica cuando se le pida y que opere participando en la regulación de la frecuencia del sistema eléctrico. Para tal fin, el grupo de investigación de Sistemas Fotovoltaicos, perteneciente al IES de la UPM, está llevando a cabo un proyecto de investigación denominado PV CROPS, financiado por la Comisión Europea, y que tiene por objetivo desarrollar estas estrategias de gestión. En este contexto, el objetivo de este Proyecto Fin de Carrera consiste en implementar un Banco de Ensayos con Integración de Baterías en Sistemas FV Conectados a Red, que permita desarrollar, ensayar y validar estas estrategias. Aprovechando la disponibilidad para usar el Hogar Digital, instalado en la EUITT de la UPM, hemos montado el banco de ensayos en un laboratorio contiguo, y así, poder utilizar este Hogar como un caso real de consumos energéticos de una vivienda. Este banco de ensayos permitirá obtener información de la energía generada por la instalación fotovoltaica y del consumo real de la "casa" anexa, para desarrollar posteriormente estrategias de gestión de la electricidad. El Banco de Ensayos está compuesto por tres bloques principales, interconectados entre sí:  Subsistema de Captación de Datos y Comunicación. Encargado de monitorizar los elementos energéticos y de enviar la información recopilada al Subsistema de Control. Formado por analizadores de red eléctrica, monofásicos y de continua, y una pasarela orientada a la conversión del medio físico Ethernet a RS485.  Subsistema de Control. Punto de observación y recopilación de toda la información que proviene de los elementos energéticos. Es el subsistema donde se crearán y se implementarán estrategias de control energético. Compuesto por un equipo Pxie, controlador empotrado en un chasis de gama industrial, y un equipo PC Host, compuesto por una workstation y tres monitores.  Subsistema de Energía. Formado por los elementos que generan, controlan o consumen energía eléctrica, en el Banco de Ensayos. Constituido por una pérgola FV, un inversor, un inversor bidireccional y un bloque de baterías. El último paso ha sido llevar a cabo un Ejemplo de Aplicación Práctica, con el que hemos probado que el Banco de Ensayos está listo para usarse, es operativo y completamente funcional en operaciones de monitorización de generación energética fotovoltaica y consumo energético. ABSTRACT. The current situation of the energetic market in Spain and the unstoppable increase of the tax on the part of the electrical companies, is promoting the search of alternative sources of energy that allow to the population being able to be supplied of electricity, without having to pay so high costs. To meet this need, the photovoltaic power and above all the self-consumption with injection to network, it is increasingly important inside the energetic world. It allows to the individual not only to pay less for the electricity, in addition it allows to obtain benefits for the energy generated in his own home. But the penetration of this technology in the Electrical Spanish Network has an obstacle, the distrust on the part of the operator of the electrical network, due to the photovoltaic is an intermittent source of energy, which can introduce instabilities in the system in case of high penetration. Therefore it´s necessary to reach the confidence of the electricity companies, making it a predictable energy, which provides with power to the electrical network whenever necessary and that operates taking part in the regulation of the frequency of the electric system. For such an end, the group of system investigation Photovoltaic, belonging to the IES of the UPM, there is carrying out a project of investigation named PV CROPS, financed by the European Commission, and that has for aim to develop these strategies of management. In this context, the objective of this Senior Thesis consists in implementing a Bank of Tests with Integration of Batteries in Photovoltaic Systems Connected to Network, which allows developing, testing and validating these strategies. Taking advantage of the availability to use the Digital Home installed in the EUITT of the UPM, we have mounted the bank of tests in a contiguous laboratory to use this Home as a real case of energetic consumptions of a house. This bank of tests will allow obtaining information of the energy generated by the photovoltaic installation and information of the royal consumption of the attached "house", to develop later strategies of management of the electricity. The Bank of Tests is composed by three principal blocks, interconnected each other:  Subsystem of Gathering of data and Communication. In charge of monitoring the energetic elements and sending the information compiled to the Subsystem of Control. Formed by power analyzers, AC and DC, and a gateway for the conversion of the Ethernet physical medium to RS485.  Subsystem of Control. Point of observation and compilation of all the information that comes from the energetic elements. It is the subsystem where there will be created and there will be implemented strategies of energetic control. Composed of a Pxie, controller fixed in an industrial range chassis, and a PC Host, formed by a workstation and three monitors.  Subsystem of Energy. Formed by the elements of generating, controlling or consuming electric power, in the Bank of Tests. Made of photovoltaic modules, an inverter, a twoway inverter and a batteries block. The last step has been performing an Example of Practical Application we have proved that the Bank of Tests is ready to be used, it´s operative and fully functional in monitoring operations of energetic photovoltaic generation and energetic consumption.

Simulación en tiempo real de vehículos industriales con modelos multicuerpo de gran complejidad

El objetivo de esta Tesis ha sido la consecución de simulaciones en tiempo real de vehículos industriales modelizados como sistemas multicuerpo complejos formados por sólidos rígidos. Para el desarrollo de un programa de simulación deben considerarse cuatro aspectos fundamentales: la modelización del sistema multicuerpo (tipos de coordenadas, pares ideales o impuestos mediante fuerzas), la formulación a utilizar para plantear las ecuaciones diferenciales del movimiento (coordenadas dependientes o independientes, métodos globales o topológicos, forma de imponer las ecuaciones de restricción), el método de integración numérica para resolver estas ecuaciones en el tiempo (integradores explícitos o implícitos) y finalmente los detalles de la implementación realizada (lenguaje de programación, librerías matemáticas, técnicas de paralelización). Estas cuatro etapas están interrelacionadas entre sí y todas han formado parte de este trabajo. Desde la generación de modelos de una furgoneta y de camión con semirremolque, el uso de tres formulaciones dinámicas diferentes, la integración de las ecuaciones diferenciales del movimiento mediante métodos explícitos e implícitos, hasta el uso de funciones BLAS, de técnicas de matrices sparse y la introducción de paralelización para utilizar los distintos núcleos del procesador. El trabajo presentado en esta Tesis ha sido organizado en 8 capítulos, dedicándose el primero de ellos a la Introducción. En el Capítulo 2 se presentan dos formulaciones semirrecursivas diferentes, de las cuales la primera está basada en una doble transformación de velocidades, obteniéndose las ecuaciones diferenciales del movimiento en función de las aceleraciones relativas independientes. La integración numérica de estas ecuaciones se ha realizado con el método de Runge-Kutta explícito de cuarto orden. La segunda formulación está basada en coordenadas relativas dependientes, imponiendo las restricciones por medio de penalizadores en posición y corrigiendo las velocidades y aceleraciones mediante métodos de proyección. En este segundo caso la integración de las ecuaciones del movimiento se ha llevado a cabo mediante el integrador implícito HHT (Hilber, Hughes and Taylor), perteneciente a la familia de integradores estructurales de Newmark. En el Capítulo 3 se introduce la tercera formulación utilizada en esta Tesis. En este caso las uniones entre los sólidos del sistema se ha realizado mediante uniones flexibles, lo que obliga a imponer los pares por medio de fuerzas. Este tipo de uniones impide trabajar con coordenadas relativas, por lo que la posición del sistema y el planteamiento de las ecuaciones del movimiento se ha realizado utilizando coordenadas Cartesianas y parámetros de Euler. En esta formulación global se introducen las restricciones mediante fuerzas (con un planteamiento similar al de los penalizadores) y la estabilización del proceso de integración numérica se realiza también mediante proyecciones de velocidades y aceleraciones. En el Capítulo 4 se presenta una revisión de las principales herramientas y estrategias utilizadas para aumentar la eficiencia de las implementaciones de los distintos algoritmos. En primer lugar se incluye una serie de consideraciones básicas para aumentar la eficiencia numérica de las implementaciones. A continuación se mencionan las principales características de los analizadores de códigos utilizados y también las librerías matemáticas utilizadas para resolver los problemas de álgebra lineal tanto con matrices densas como sparse. Por último se desarrolla con un cierto detalle el tema de la paralelización en los actuales procesadores de varios núcleos, describiendo para ello el patrón empleado y las características más importantes de las dos herramientas propuestas, OpenMP y las TBB de Intel. Hay que señalar que las características de los sistemas multicuerpo problemas de pequeño tamaño, frecuente uso de la recursividad, y repetición intensiva en el tiempo de los cálculos con fuerte dependencia de los resultados anteriores dificultan extraordinariamente el uso de técnicas de paralelización frente a otras áreas de la mecánica computacional, tales como por ejemplo el cálculo por elementos finitos. Basándose en los conceptos mencionados en el Capítulo 4, el Capítulo 5 está dividido en tres secciones, una para cada formulación propuesta en esta Tesis. En cada una de estas secciones se describen los detalles de cómo se han realizado las distintas implementaciones propuestas para cada algoritmo y qué herramientas se han utilizado para ello. En la primera sección se muestra el uso de librerías numéricas para matrices densas y sparse en la formulación topológica semirrecursiva basada en la doble transformación de velocidades. En la segunda se describe la utilización de paralelización mediante OpenMP y TBB en la formulación semirrecursiva con penalizadores y proyecciones. Por último, se describe el uso de técnicas de matrices sparse y paralelización en la formulación global con uniones flexibles y parámetros de Euler. El Capítulo 6 describe los resultados alcanzados mediante las formulaciones e implementaciones descritas previamente. Este capítulo comienza con una descripción de la modelización y topología de los dos vehículos estudiados. El primer modelo es un vehículo de dos ejes del tipo chasis-cabina o furgoneta, perteneciente a la gama de vehículos de carga medianos. El segundo es un vehículo de cinco ejes que responde al modelo de un camión o cabina con semirremolque, perteneciente a la categoría de vehículos industriales pesados. En este capítulo además se realiza un estudio comparativo entre las simulaciones de estos vehículos con cada una de las formulaciones utilizadas y se presentan de modo cuantitativo los efectos de las mejoras alcanzadas con las distintas estrategias propuestas en esta Tesis. Con objeto de extraer conclusiones más fácilmente y para evaluar de un modo más objetivo las mejoras introducidas en la Tesis, todos los resultados de este capítulo se han obtenido con el mismo computador, que era el top de la gama Intel Xeon en 2007, pero que hoy día está ya algo obsoleto. Por último los Capítulos 7 y 8 están dedicados a las conclusiones finales y las futuras líneas de investigación que pueden derivar del trabajo realizado en esta Tesis. Los objetivos de realizar simulaciones en tiempo real de vehículos industriales de gran complejidad han sido alcanzados con varias de las formulaciones e implementaciones desarrolladas. ABSTRACT The objective of this Dissertation has been the achievement of real time simulations of industrial vehicles modeled as complex multibody systems made up by rigid bodies. For the development of a simulation program, four main aspects must be considered: the modeling of the multibody system (types of coordinates, ideal joints or imposed by means of forces), the formulation to be used to set the differential equations of motion (dependent or independent coordinates, global or topological methods, ways to impose constraints equations), the method of numerical integration to solve these equations in time (explicit or implicit integrators) and the details of the implementation carried out (programming language, mathematical libraries, parallelization techniques). These four stages are interrelated and all of them are part of this work. They involve the generation of models for a van and a semitrailer truck, the use of three different dynamic formulations, the integration of differential equations of motion through explicit and implicit methods, the use of BLAS functions and sparse matrix techniques, and the introduction of parallelization to use the different processor cores. The work presented in this Dissertation has been structured in eight chapters, the first of them being the Introduction. In Chapter 2, two different semi-recursive formulations are shown, of which the first one is based on a double velocity transformation, thus getting the differential equations of motion as a function of the independent relative accelerations. The numerical integration of these equations has been made with the Runge-Kutta explicit method of fourth order. The second formulation is based on dependent relative coordinates, imposing the constraints by means of position penalty coefficients and correcting the velocities and accelerations by projection methods. In this second case, the integration of the motion equations has been carried out by means of the HHT implicit integrator (Hilber, Hughes and Taylor), which belongs to the Newmark structural integrators family. In Chapter 3, the third formulation used in this Dissertation is presented. In this case, the joints between the bodies of the system have been considered as flexible joints, with forces used to impose the joint conditions. This kind of union hinders to work with relative coordinates, so the position of the system bodies and the setting of the equations of motion have been carried out using Cartesian coordinates and Euler parameters. In this global formulation, constraints are introduced through forces (with a similar approach to the penalty coefficients) are presented. The stabilization of the numerical integration is carried out also by velocity and accelerations projections. In Chapter 4, a revision of the main computer tools and strategies used to increase the efficiency of the implementations of the algorithms is presented. First of all, some basic considerations to increase the numerical efficiency of the implementations are included. Then the main characteristics of the code’ analyzers used and also the mathematical libraries used to solve linear algebra problems (both with dense and sparse matrices) are mentioned. Finally, the topic of parallelization in current multicore processors is developed thoroughly. For that, the pattern used and the most important characteristics of the tools proposed, OpenMP and Intel TBB, are described. It needs to be highlighted that the characteristics of multibody systems small size problems, frequent recursion use and intensive repetition along the time of the calculation with high dependencies of the previous results complicate extraordinarily the use of parallelization techniques against other computational mechanics areas, as the finite elements computation. Based on the concepts mentioned in Chapter 4, Chapter 5 is divided into three sections, one for each formulation proposed in this Dissertation. In each one of these sections, the details of how these different proposed implementations have been made for each algorithm and which tools have been used are described. In the first section, it is shown the use of numerical libraries for dense and sparse matrices in the semirecursive topological formulation based in the double velocity transformation. In the second one, the use of parallelization by means OpenMP and TBB is depicted in the semi-recursive formulation with penalization and projections. Lastly, the use of sparse matrices and parallelization techniques is described in the global formulation with flexible joints and Euler parameters. Chapter 6 depicts the achieved results through the formulations and implementations previously described. This chapter starts with a description of the modeling and topology of the two vehicles studied. The first model is a two-axle chassis-cabin or van like vehicle, which belongs to the range of medium charge vehicles. The second one is a five-axle vehicle belonging to the truck or cabin semi-trailer model, belonging to the heavy industrial vehicles category. In this chapter, a comparative study is done between the simulations of these vehicles with each one of the formulations used and the improvements achieved are presented in a quantitative way with the different strategies proposed in this Dissertation. With the aim of deducing the conclusions more easily and to evaluate in a more objective way the improvements introduced in the Dissertation, all the results of this chapter have been obtained with the same computer, which was the top one among the Intel Xeon range in 2007, but which is rather obsolete today. Finally, Chapters 7 and 8 are dedicated to the final conclusions and the future research projects that can be derived from the work presented in this Dissertation. The objectives of doing real time simulations in high complex industrial vehicles have been achieved with the formulations and implementations developed.

Structural protein 4.1 is located in mammalian centrosomes

Structural protein 4.1 was first characterized as an important 80-kDa protein in the mature red cell membrane skeleton. It is now known to be a member of a family of protein isoforms detected at diverse intracellular sites in many nucleated mammalian cells. We recently reported that protein 4.1 isoforms are present at interphase in nuclear matrix and are rearranged during the cell cycle. Here we report that protein 4.1 epitopes are present in centrosomes of human and murine cells and are detected by using affinity-purified antibodies specific for 80-kDa red cell 4.1 and for 4.1 peptides. Immunofluorescence, by both conventional and confocal microscopy, showed that protein 4.1 epitopes localized in the pericentriolar region. Protein 4.1 epitopes remained in centrosomes after extraction of cells with detergent, salt, and DNase. Higher resolution electron microscopy of detergent-extracted cell whole mounts showed centrosomal protein 4.1 epitopes distributed along centriolar cylinders and on pericentriolar fibers, at least some of which constitute the filamentous network surrounding each centriole. Double-label electron microscopy showed that protein 4.1 epitopes were predominately localized in regions also occupied by epitopes for centrosome-specific autoimmune serum 5051 but were not found on microtubules. Our results suggest that protein 4.1 is an integral component of centrosome structure, in which it may play an important role in centrosome function during cell division and organization of cellular architecture.

Erythrocyte membrane vesiculation: Model for the molecular mechanism of protein sorting

Budding and vesiculation of erythrocyte membranes occurs by a process involving an uncoupling of the membrane skeleton from the lipid bilayer. Vesicle formation provides an important means whereby protein sorting and trafficking can occur. To understand the mechanism of sorting at the molecular level, we have developed a micropipette technique to quantify the redistribution of fluorescently labeled erythrocyte membrane components during mechanically induced membrane deformation and vesiculation. Our previous studies indicated that the spectrin-based membrane skeleton deforms elastically, producing a constant density gradient during deformation. Our current studies showed that during vesiculation the skeleton did not fragment but rather retracted to the cell body, resulting in a vesicle completely depleted of skeleton. These local changes in skeletal density regulated the sorting of nonskeletal membrane components. Highly mobile membrane components, phosphatidylethanolamine- and glycosylphosphatidylinositol-linked CD59 with no specific skeletal association were enriched in the vesicle. In contrast, two components with known specific skeletal association, band 3 and glycophorin A, were differentially depleted in vesicles. Increasing the skeletal association of glycophorin A by liganding its extrafacial domain reduced the fraction partitioning to the vesicle. We conclude that this technique of bilayer/skeleton uncoupling provides a means with which to study protein sorting driven by changes in local skeletal density. Moreover, it is the interaction of particular membrane components with the spectrin-based skeleton that determines molecular partitioning during protein sorting.

Deciphering the Nuclear Import Pathway for the Cytoskeletal Red Cell Protein 4.1R

The erythroid membrane cytoskeletal protein 4.1 is the prototypical member of a genetically and topologically complex family that is generated by combinatorial alternative splicing pathways and is localized at diverse intracellular sites including the nucleus. To explore the molecular determinants for nuclear localization, we transfected COS-7 cells with epitope-tagged versions of natural red cell protein 4.1 (4.1R) isoforms as well as mutagenized and truncated derivatives. Two distant topological sorting signals were required for efficient nuclear import of the 4.1R80 isoform: a basic peptide, KKKRER, encoded by alternative exon 16 and acting as a weak core nuclear localization signal (4.1R NLS), and an acidic peptide, EED, encoded by alternative exon 5. 4.1R80 isoforms lacking either of these two exons showed decreased nuclear import. Fusion of various 4.1R80 constructs to the cytoplasmic reporter protein pyruvate kinase confirmed a requirement for both motifs for full NLS function. 4.1R80 was efficiently imported in the nuclei of digitonin-permeabilized COS-7 cells in the presence of recombinant Rch1 (human importin α2), importin β, and GTPase Ran. Quantitative analysis of protein–protein interactions using a resonant mirror detection technique showed that 4.1R80 bound to Rch1 in vitro with high affinity (KD = 30 nM). The affinity decreased at least 7- and 20-fold, respectively, if the EED motif in exon 5 or if 4.1R NLS in exon 16 was lacking or mutated, confirming that both motifs were required for efficient importin-mediated nuclear import of 4.1R80.