Metodologías para la generación y análisis de superficies tridimensionales en la restitución virtual de la arquitectura

Peer Reviewe

Modelización naval mediante CAD, nurbs y elementos finitos : aplicación mediante ANSYS

En el presente PFC se pretende introducir un método para el análisis de problemas gobernados por ecuaciones en derivadas parciales como, por ejemplo, sólidos, estructuras y fluidos. El método tiene muchos rasgos en común con el método de elementos finitos y algunos rasgos en común con “métodos meshless” (MM). Sin embargo, está más geométricamente basado y toma la inspiración del diseño asistido por ordenador (CAD). Un objetivo primario es ser geométricamente exacto, no importa cuán burda sea la discretización. Otro objetivo es simplificar el refinamiento de malla eliminando la necesidad de la comunicación con la geometría CAD una vez que la malla inicial es construida. Incluso, otro objetivo sería entretejer más fuertemente el proceso de generación de malla dentro del CAD. Con este trabajo introducimos ideas en la búsqueda de estos objetivos. Para todo ello y para poder introducirnos de lleno en el tema tratado se pretende realizar una pequeña introducción a cada uno de los temas que influirán en la puesta en común del presente proyecto. Para empezar vamos a introducirnos en el mundo del diseño asistido por computador (CAD/CAM/CAE). La potencia de las herramientas informáticas actuales hace que el proceso productivo en la industria actual deba ser sometido a un análisis específico. En dichos procesos se ha desarrollado lo que hoy en día se conoce como diseño asistido por ordenador (CAD – ComputerAidedDesign). Esta tecnología permite introducir el uso de ordenadores (y de su potencia) a la hora de crear, modificar, analizar y optimizar un proceso productivo. Las herramientas de esta tecnología van desde la modelización geométrica hasta herramientas para el análisis y perfeccionamiento del producto obtenido. A pesar de ello, se debe hacer notar que el objetivo principal de este tipo de tecnología es la modelización, ya que el diseño es la actividad principal de cualquier ciclo productivo. Por otro lado, la fabricación asistida por ordenador (CAM – ComputerAidedManufacturing) es aquella en la que se controla un sistema productivo. En líneas generales el sistema CAM pretende, mediante el uso de sistemas informáticos, planificar, gestionar y controlar las operaciones de una planta de fabricación.Escuela Técnica Superior de Ingeniería Naval y Oceánic

Estudio de diferentes técnicas de modelización en la construcción naval : aplicación mediante RAM‐series

Este proyecto pretende presentar una visión general del estado de la cuestión, realizando un estudio de cada uno de los programas de ayuda al diseño naval: ‐ Dividido en 5 grandes bloques, iniciamos el estudio en CAD, CAE y CAM y los diferentes programas genéricos de la ingeniería o específicos del diseño naval que se utilizan hoy en día para el diseño de un barco. ‐ En el segundo bloque, nos centramos en las curvas NURBS y en la importancia que tienen, pues con ellas podemos representar cualquier carena de buque. Dicha herramienta nos permite confeccionar planos y modelizar cualquier superficie para su posterior uso, ya sea para cálculos estructurales, hidrostáticos, hidrodinámicos, etc. ‐ El tercer bloque explica los FEM, su desarrollo matemático y su posterior uso en el mundo naval. Gracias a estos programas podemos estudiar como actuaría la estructura de un buque en diferentes situaciones de carga y con diferentes comportamientos de las olas. ‐ Los siguientes dos bloques son más prácticos. En el cuarto, se realiza un estudio comparativo entre el modelador de superficies y el modelador de sólidos, resaltando en cada uno de los casos cuáles son sus ventajas y desventajas. Actualmente existe una gran guerra entre diferentes diseñadores navales sobre cuál de ellos es mejor. Con este pequeño bloque se quiere demostrar por qué no hay una única opinión acerca de qué es mejor. ‐ Finalmente, el último bloque ejemplifica dos de los programas de FEM más utilizados en este mundo: ANSYS y RAM‐SERIES. Este último, mucho menos conocido, aunque con mucha más capacidad para el estudio de buques ya que es específico. A pesar de que existen diversos estudios específicos sobre cada uno de estos programas, pensamos que no existe ningún estudio comparativo sobre las diferentes herramientas a nuestro alcance, y eso es lo que pretendemos presentar en este PFC.Escuela Técnica Superior de Ingeniería Naval y OceánicaUniversidad Politécnica de Cartagen

Reconstrucción de objetos de forma libre a partir de imágenes de rango empleando una red de parches nurbs

Resumen: La reconstrucción 3-D es el proceso mediante el cual, objetos reales, son reproducidos en la memoria de un computador, manteniendo sus características físicas (dimensiones, volumen y forma). El problema de la representación y reconstrucción de formas tridimensionales ha recibido un enorme atención en investigaciones de visión en la última década. El interés surge debido a que la teoría de forma tiene aplicaciones en una amplia variedad de campos, a saber: diseño geométrico asistido por computador, automatización de manufactura, mapeo de terrenos, conducción de vehículos, arqueología, restauración de obras de arte, vigilancia, entre otros. Pero además de cualquier aplicación práctica, el problema tiene mucho interés matemático y científico. Encontrar un método útil y general para una representación mecanizada de formas ha resultado ser un problema no trivial. Los métodos que usan especificaciones numéricas están usualmente limitados en cuanto a generalidad. Estos son altamente precisos, pero Comúnmente están restringidos a un dominio específico. La reconstrucción de superficies es un problema importante en sí mismo y con frecuencia es usado como una fase intermedia en el objetivo global de representación Y reconocimiento de objetos 3-D. La reconstrucción se puede abordar desde el punto de vista de la interpolación o desde el punto de vista de la aproximación. La interpolación exige que la superficie generada pase por todos los puntos, pero si los datos contienen algún tipo de ruido adherido durante el proceso de adquisición, registro e integración, es más adecuada una superficie aproximada Esta tesis está enfocada a la representación de superficies de objetos de forma libre mediante aproximación; para lo cual no se tiene ninguna información a priori de la superficie (como su forma u orientación); sólo las coordenadas tridimensionales de los puntos.Doctorad

C++ Programming Principles for NURBS-based naval software

Actualmente existe un amplio catálogo de programas informáticos navales comercializados. Dichos programas, cada uno orientado a distintas etapas de diseño y construcción del buque, es difícil que se adecúe perfectamente a las necesidades del proyectista, teniendo que recurrir comúnmente a varios programas distintos según la fase de proyecto. El presente documento, permite adquirir los conocimientos básicos para el desarrollo de un programa informático naval, presentado la enorme ventaja de obtener el máximo rendimiento de un programa comercial, orientando éste a nuestras necesidades mediante herramientas de desarrollo de software muchas veces gratuitas.Escuela Técnica Superior de Ingeniería Naval y OceánicaUniversidad Politécnica de Cartagen

Diseño óptimo de elementos mecánicos usando algoritmos de crecimiento biológico

En el diseño de componentes mecánicos se encuentran frecuentemente cambios de geometría no uniformes que junto con las inclusiones y defectos dentro de los materiales pueden dar lugar a un incremento en el valor de los esfuerzos. La distribución de estos esfuerzos en piezas con geometría compleja se puede predecir y es deseable optimizar las zonas en donde estos se concentran. Se describe el uso de algoritmos de crecimiento biológico en un ambiente de elemento finito para modificar geometrías modeladas con matemática de superficies libres y curvas splines para poder alcanzar la distribución uniforme y optimizada de esfuerzos que se encuentra en la naturaleza. Convirtiendo así al diseño mecánico en un “diseño biológico”

Interpolación y ajuste de superficies en componentes mecánicos digitalizados empleando superficies B-Spline

Este documento de tesis tiene el propósito de describir una metodología para obtener nubes de puntos que representen a superficies (o parches de geometría compleja) de piezas mecánicas que pueden ser replicadas en la industria. Estos puntos se obtuvieron utilizando el método de interpolación superficial B-Spline que deben cumplir un margen de error conocido y controlado de acuerdo a las tolerancias de fabricación utilizados en estos procesos de fabricación. En primer lugar en este documento se describió los antecedentes y estudios previos respecto a este tema a desarrollar; los problemas presentes en la fabricación de réplicas de piezas mecánicas y la propuesta solución que establece esta metodología de investigación para solucionarlos a través de una hipótesis dada. A continuación se realizó una descripción de los diversos conceptos teóricos necesarios para poder interpolar con este tipo de superficie (curvas paramétricas, curvas Spline, superficie de Bézier, superficie B-Spline, etc.) y las tecnologías utilizadas en el proceso de digitalización especialmente si se digitalizó en una Máquina de Medición por Coordenadas (MMC). Después se describió las dos etapas para desarrollar esta metodología de investigación a partir de una hipótesis planteada. También se explicó cómo se realizó la validación este método a través de la definición del margen de error matemático aplicado en casos teóricos y en superficies de dos moldes mecánicos. Con este método de trabajo que he propuesto planteo optimizar el proceso de fabricación de réplicas de piezas mecánicas que contengan superficies básicas geométricas y superficies complejas. Enseguida se analizó superficies de modelos básicos geométricos con definición matemática conocida (esfera, cono y cilindro), muy comunes en piezas mecánicas industriales. Se calculó ciertos puntos de control1 representativos de la superficie siguiendo sus directrices (estos puntos tuvieron una relación directa con las direcciones de digitalización de los mismos).Luego se realizó la interpolación superficial B-Spline con el programa en MATLAB2 teniendo en cuenta los grados de libertad de este tipo de superficies. Después se estimó el error matemático utilizando el programa MATLAB a partir del concepto de traslación y rotación de ejes coordenados o de ejes locales. Este error se calculó con las distancias verticales en este sistema local desde los puntos interpolados con respecto a los puntos que pertenecen a la superficie de referencia. Posteriormente se seleccionó la nube de puntos que no exceda un margen de error admisible por lo que fue exportado a un programa CAD3 – CAM4 logrando obtener un molde que contenga esta superficie. Finalmente se realizó la simulación de fabricación de este molde en una máquina de control numérico CNC5. Al finalizar esta primera etapa de este método de investigación se comprobó que es tipo de superficies B-Spline es adecuado para replicar superficies de piezas mecánicas no sólo en superficies básicas sino que estás convertidas en parches pueden representar a superficies más complejas como se va a ver más adelante. Luego se analizó las superficies de dos componentes mecánicos para obtener las réplicas de estas superficies a través de una nube de puntos. Se digitalizó los puntos representativos o de control en estas piezas mecánicas de acuerdo a direcciones compatible con el método de interpolación; obteniendo la información de un palpador de contacto que se encuentra en una Máquina de Medición por Coordenadas. También se interpoló la nube puntos utilizando superficies B-Spline. Como en los casos anteriores se determinó el error matemático, obteniendo la nube de puntos definitivos, que con la ayuda de una interfaz gráfica CAD-CAM se determinaron los moldes respectivos que fueron finalmente simulados en su manufactura con una máquina CNC. Al finalizar esta segunda etapa se validó esta metodología de trabajo que se puede aplicar en el proceso de manufactura de réplicas de superficies de piezas mecánicas. Finalmente a través de las conclusiones y recomendaciones de este documento se planteó la necesidad de aportar este método de trabajo de investigación para estos procesos de fabricación muy útiles en la industria. Además les va servir de aporte a los alumnos de pregrado y maestría de la especialidad de Ingeniería Mecánica para que los que deseen sigan investigando la aplicación de estas superficies en la industria.Tesi

Desarrollo y optimización de un generador de mallas superficiales y/o volumétricas para aplicaciones de simulación electromagnética

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Desarrollo y optimización de un generador de mallas superficiales y/o volumétricas para aplicaciones de simulación electromagnética

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