A Robust Approach to Find the Control Points for Wide Variety of 3rd Order Bzier Curves

This paper represents a new approach that can recover the control points for wide variety of 3rd order BE9;zier curves. In this regards, the two stage approximation learning algorithm is adopted with some modifications. At 1st stage our key feature is segmentation of the curve which can determine intermediate points of the wide variety of curves. In this respect, an efficient recursive algorithm is used to find out the height of the curve (h) with less iteration. The proposed approach introduced horizontal segmentation rather than vertical segmentation. Different height (H), where the 2nd and 3rd control point are assumed, and also the step-size (2202;), at which the control points are moved toward the actual direction, are used to find out the exact location of the control points. Experimental results demonstrate that our proposing method can recover control points for wide variety of curves with minimum error level and less iteration. Wide variety of curve shapes are used to test the proposing approach and results are presented to prove its effectivenes

Procesado de geometría en CAGD mediante S-series

El diseño geométrico asistido por ordenador (CAGD) se basa en la representación de entidades geométricas en el estándar nurbs, por lo que se debe obtener una aproximación polinómica o racional de aquellas funciones trascendentes, entidades que no pueden ser expresadas en la base de Bernstein. En principio se podría pensar en una aproximación mediante series de Taylor truncadas. De esta forma se obtendría una buena aproximación alrededor de un punto, pero se precisarían grados muy elevados para errores pequeños y los programas de CAD tienen limitado el grado maximo admisible. Una forma de evitar estos grados elevados seria conectar varios desarrollos de Taylor, pero en este caso aparecerían huecos en la unión de dos expansiones, algo inaceptable en una representación para CAD. En esta tesis se introduce la herramienta matemática básica empleada en este trabajo, las s-series. Estas series resultan de la base s-monomial, basada en expansiones de hermite en un intervalo unitario de la variable. Asimismo, se describen las estrategias para calcular de manera eficiente la aproximación de una entidad mediante s-series. Seguidamente, se comparan las aproximaciones mediante s-series con las basadas en series de poisson. A continuación, se aproxima la clotoide como ejemplo de aplicación de las estrategias de aproximación mediante s-series expuestas. Finalmente, se aplican las s-series a las técnicas de deformación. El objetivo de este capítulo consiste en conseguir una aproximación polinómica Bernstein-Bezier de los objetos deformados

Structural Shape Optimization Based On The Use Of Cartesian Grids

Tesis por compendioAs ever more challenging designs are required in present-day industries, the traditional trial-and-error procedure frequently used for designing mechanical parts slows down the design process and yields suboptimal designs, so that new approaches are needed to obtain a competitive advantage. With the ascent of the Finite Element Method (FEM) in the engineering community in the 1970s, structural shape optimization arose as a promising area of application. However, due to the iterative nature of shape optimization processes, the handling of large quantities of numerical models along with the approximated character of numerical methods may even dissuade the use of these techniques (or fail to exploit their full potential) because the development time of new products is becoming ever shorter. This Thesis is concerned with the formulation of a 3D methodology based on the Cartesian-grid Finite Element Method (cgFEM) as a tool for efficient and robust numerical analysis. This methodology belongs to the category of embedded (or fictitious) domain discretization techniques in which the key concept is to extend the structural analysis problem to an easy-to-mesh approximation domain that encloses the physical domain boundary. The use of Cartesian grids provides a natural platform for structural shape optimization because the numerical domain is separated from a physical model, which can easily be changed during the optimization procedure without altering the background discretization. Another advantage is the fact that mesh generation becomes a trivial task since the discretization of the numerical domain and its manipulation, in combination with an efficient hierarchical data structure, can be exploited to save computational effort. However, these advantages are challenged by several numerical issues. Basically, the computational effort has moved from the use of expensive meshing algorithms towards the use of, for example, elaborate numerical integration schemes designed to capture the mismatch between the geometrical domain boundary and the embedding finite element mesh. To do this we used a stabilized formulation to impose boundary conditions and developed novel techniques to be able to capture the exact boundary representation of the models. To complete the implementation of a structural shape optimization method an adjunct formulation is used for the differentiation of the design sensitivities required for gradient-based algorithms. The derivatives are not only the variables required for the process, but also compose a powerful tool for projecting information between different designs, or even projecting the information to create h-adapted meshes without going through a full h-adaptive refinement process. The proposed improvements are reflected in the numerical examples included in this Thesis. These analyses clearly show the improved behavior of the cgFEM technology as regards numerical accuracy and computational efficiency, and consequently the suitability of the cgFEM approach for shape optimization or contact problems.La competitividad en la industria actual impone la necesidad de generar nuevos y mejores diseños. El tradicional procedimiento de prueba y error, usado a menudo para el diseño de componentes mecánicos, ralentiza el proceso de diseño y produce diseños subóptimos, por lo que se necesitan nuevos enfoques para obtener una ventaja competitiva. Con el desarrollo del Método de los Elementos Finitos (MEF) en el campo de la ingeniería en la década de 1970, la optimización de forma estructural surgió como un área de aplicación prometedora. El entorno industrial cada vez más exigente implica ciclos cada vez más cortos de desarrollo de nuevos productos. Por tanto, la naturaleza iterativa de los procesos de optimización de forma, que supone el análisis de gran cantidad de geometrías (para las se han de usar modelos numéricos de gran tamaño a fin de limitar el efecto de los errores intrínsecamente asociados a las técnicas numéricas), puede incluso disuadir del uso de estas técnicas. Esta Tesis se centra en la formulación de una metodología 3D basada en el Cartesian-grid Finite Element Method (cgFEM) como herramienta para un análisis numérico eficiente y robusto. Esta metodología pertenece a la categoría de técnicas de discretización Immersed Boundary donde el concepto clave es extender el problema de análisis estructural a un dominio de aproximación, que contiene la frontera del dominio físico, cuya discretización (mallado) resulte sencilla. El uso de mallados cartesianos proporciona una plataforma natural para la optimización de forma estructural porque el dominio numérico está separado del modelo físico, que podrá cambiar libremente durante el procedimiento de optimización sin alterar la discretización subyacente. Otro argumento positivo reside en el hecho de que la generación de malla se convierte en una tarea trivial. La discretización del dominio numérico y su manipulación, en coalición con la eficiencia de una estructura jerárquica de datos, pueden ser explotados para ahorrar coste computacional. Sin embargo, estas ventajas pueden ser cuestionadas por varios problemas numéricos. Básicamente, el esfuerzo computacional se ha desplazado. Del uso de costosos algoritmos de mallado nos movemos hacia el uso de, por ejemplo, esquemas de integración numérica elaborados para poder capturar la discrepancia entre la frontera del dominio geométrico y la malla de elementos finitos que lo embebe. Para ello, utilizamos, por un lado, una formulación de estabilización para imponer condiciones de contorno y, por otro lado, hemos desarrollado nuevas técnicas para poder captar la representación exacta de los modelos geométricos. Para completar la implementación de un método de optimización de forma estructural se usa una formulación adjunta para derivar las sensibilidades de diseño requeridas por los algoritmos basados en gradiente. Las derivadas no son sólo variables requeridas para el proceso, sino una poderosa herramienta para poder proyectar información entre diferentes diseños o, incluso, proyectar la información para crear mallas h-adaptadas sin pasar por un proceso completo de refinamiento h-adaptativo. Las mejoras propuestas se reflejan en los ejemplos numéricos presentados en esta Tesis. Estos análisis muestran claramente el comportamiento superior de la tecnología cgFEM en cuanto a precisión numérica y eficiencia computacional. En consecuencia, el enfoque cgFEM se postula como una herramienta adecuada para la optimización de forma.Actualment, amb la competència existent en la industria, s'imposa la necessitat de generar nous i millors dissenys . El tradicional procediment de prova i error, que amb freqüència es fa servir pel disseny de components mecànics, endarrereix el procés de disseny i produeix dissenys subòptims, pel que es necessiten nous enfocaments per obtindre avantatge competitiu. Amb el desenvolupament del Mètode dels Elements Finits (MEF) en el camp de l'enginyeria en la dècada de 1970, l'optimització de forma estructural va sorgir com un àrea d'aplicació prometedora. No obstant això, a causa de la natura iterativa dels processos d'optimització de forma, la manipulació dels models numèrics en grans quantitats, junt amb l'error de discretització dels mètodes numèrics, pot fins i tot dissuadir de l'ús d'aquestes tècniques (o d'explotar tot el seu potencial), perquè al mateix temps els cicles de desenvolupament de nous productes s'estan acurtant. Esta Tesi se centra en la formulació d'una metodologia 3D basada en el Cartesian-grid Finite Element Method (cgFEM) com a ferramenta per una anàlisi numèrica eficient i sòlida. Esta metodologia pertany a la categoria de tècniques de discretització Immersed Boundary on el concepte clau és expandir el problema d'anàlisi estructural a un domini d'aproximació fàcil de mallar que conté la frontera del domini físic. L'utilització de mallats cartesians proporciona una plataforma natural per l'optimització de forma estructural perquè el domini numèric està separat del model físic, que podria canviar lliurement durant el procediment d'optimització sense alterar la discretització subjacent. A més, un altre argument positiu el trobem en què la generació de malla es converteix en una tasca trivial, ja que la discretització del domini numèric i la seua manipulació, en coalició amb l'eficiència d'una estructura jeràrquica de dades, poden ser explotats per estalviar cost computacional. Tot i això, estos avantatges poden ser qüestionats per diversos problemes numèrics. Bàsicament, l'esforç computacional s'ha desplaçat. De l'ús de costosos algoritmes de mallat ens movem cap a l'ús de, per exemple, esquemes d'integració numèrica elaborats per poder capturar la discrepància entre la frontera del domini geomètric i la malla d'elements finits que ho embeu. Per això, fem ús, d'una banda, d'una formulació d'estabilització per imposar condicions de contorn i, d'un altra, desevolupem noves tècniques per poder captar la representació exacta dels models geomètrics Per completar la implementació d'un mètode d'optimització de forma estructural es fa ús d'una formulació adjunta per derivar les sensibilitats de disseny requerides pels algoritmes basats en gradient. Les derivades no són únicament variables requerides pel procés, sinó una poderosa ferramenta per poder projectar informació entre diferents dissenys o, fins i tot, projectar la informació per crear malles h-adaptades sense passar per un procés complet de refinament h-adaptatiu. Les millores proposades s'evidencien en els exemples numèrics presentats en esta Tesi. Estes anàlisis mostren clarament el comportament superior de la tecnologia cgFEM en tant a precisió numèrica i eficiència computacional. Així, l'enfocament cgFEM es postula com una ferramenta adient per l'optimització de forma.Marco Alacid, O. (2017). Structural Shape Optimization Based On The Use Of Cartesian Grids [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86195TESISCompendi

The investigation of a method to generate conformal lattice structures for additive manufacturing

Additive manufacturing (AM) allows a geometric complexity in products not seen in conventional manufacturing. This geometric freedom facilitates the design and fabrication of conformal hierarchical structures. Entire parts or regions of a part can be populated with lattice structure, designed to exhibit properties that differ from the solid material used in fabrication. Current computer aided design (CAD) software used to design products is not suitable for the generation of lattice structure models. Although conceptually simple, the memory requirements to store a virtual CAD model of a lattice structure are prohibitively high. Conventional CAD software defines geometry through boundary representation (B-rep); shapes are described by the connectivity of faces, edges and vertices. While useful for representing accurate models of complex shape, the sheer quantity of individual surfaces required to represent each of the relatively simple individual struts that comprise a lattice structure ensure that memory limitations are soon reached. Additionally, the conventional data flow from CAD to manufactured part is arduous, involving several conversions between file formats. As well as a lengthy process, each conversion risks the generation of geometric errors that must be fixed before manufacture. A method was developed to specifically generate large arrays of lattice structures, based on a general voxel modelling method identified in the literature review. The method is much less sensitive to geometric complexity than conventional methods and thus facilitates the design of considerably more complex structures. The ability to grade structure designs across regions of a part (termed functional grading ) was also investigated, as well as a method to retain connectivity between boundary struts of a conformal structure. In addition, the method streamlines the data flow from design to manufacture: earlier steps of the data conversion process are bypassed entirely. The effect of the modelling method on surface roughness of parts produced was investigated, as voxel models define boundaries with discrete, stepped blocks. It was concluded that the effect of this stepping on surface roughness was minimal. This thesis concludes with suggestions for further work to improve the efficiency, capability and usability of the conformal structure method developed in this work

MS FT-2-2 7 Orthogonal polynomials and quadrature: Theory, computation, and applications

Quadrature rules find many applications in science and engineering. Their analysis is a classical area of applied mathematics and continues to attract considerable attention. This seminar brings together speakers with expertise in a large variety of quadrature rules. It is the aim of the seminar to provide an overview of recent developments in the analysis of quadrature rules. The computation of error estimates and novel applications also are described

Generalized averaged Gaussian quadrature and applications

A simple numerical method for constructing the optimal generalized averaged Gaussian quadrature formulas will be presented. These formulas exist in many cases in which real positive GaussKronrod formulas do not exist, and can be used as an adequate alternative in order to estimate the error of a Gaussian rule. We also investigate the conditions under which the optimal averaged Gaussian quadrature formulas and their truncated variants are internal