A novel approach makes higher order wavelets really efficient for radiosity

(Eurographics 2000 proceedings). Article dans revue scientifique avec comité de lecture.International audienceSince wavelets were introduced in the radiosity algorithm, surprisingly little research has been devoted to higher order wavelets and their use in radiosity algorithms. A previous study has shown that wavelet radiosity, and especially higher order wavelet radiosity was not bringing significant improvements over hierarchical radiosity and was having a very important extra memory cost, thus prohibiting any effective computation. In this paper, we present a new implementation of wavelets in the radiosity algorithm, that is substantially different from previous implementations in several key areas (refinement oracle, link storage, resolution algorithm). We show that, with this implementation, higher order wavelets are actually bringing an improvement over standard hierarchical radiosity and lower order wavelets

Space-Angle Discontinuous Galerkin Finite Element Method for Radiative Transfer Equation

Radiative transfer theory describes the interaction of radiation with scattering and absorbing media. It has applications in neutron transport, atmospheric physics, heat transfer, molecular imaging, and others. In steady state, the radiative transfer equation is an integro-differential equation of five independent variables, which are 3 dimensions in space and 2 dimensions in the angular direction. This high dimensionality and the presence of the integral term present serious challenges when solving the equation numerically. Over the past 50 years, several techniques for solving the radiative transfer equation (RTE) have been introduced. These include, but are certainly not limited to, Monte Carlo methods, discrete-ordinate methods, spherical harmonics methods, spectral methods, finite difference methods, and finite element methods. Methods involving discrete ordinates and spherical harmonics have received particular attention in the literature. This work introduces a parallel space-angle discontinuous Galerkin (saDG) method to solve the steady-state RTEs. The objective-oriented design of the software allowed us to apply the saDG approach to a variety of RTEs with considerable ease, including 1x1s, 1x2s, and 2x2s. The direct solver can achieve high-order accuracy solutions for low-dimensional problems. However, for high-dimensional problems, the direct solver is time-consuming and requires significant memory usage that may exceed the computer\u27s RAM capacity. To address this issue, we employed the Angular Decomposition (AD) method in the iterative solver, which improves runtime efficiency and reduces memory usage. To handle large-scale problems, we developed a parallel solver based on AD and Domain Decomposition (DD) methods. Finally, we applied Reflective Boundary Conditions to 2-D Cartesian radiative transfer problems

Innovative Ray Tracing Algorithms for Space Thermal Analysis

Pour mettre au point le système de contrôle thermique d’un engin spatial (satellite, sonde ou véhicule habité), l’ingénieur thermicien utilise des logiciels adaptés, tels qu’ESARAD et ESATAN, commercialisés par ALSTOM. Comme la composante radiative peut jouer un rôle prédominant, les logiciels utilisés contiennent fréquemment un algorithme de lancer de rayons pour calculer les facteurs de vue et facteurs d’échange radiatif entre des surfaces de dimensions finies, supposées isothermes. Les flux externes (solaires, albédo et infrarouge terrestres) sont également calculés par lancer de rayons. Enfin, les couplages conductifs sont habituellement encodés manuellement par l’utilisateur.Comme le lancer de rayons est basé sur un processus aléatoire, la précision atteinte est déterminée par le nombre de rayons lancés. En général, le choix de ce nombre de rayons est laissé à la discrétion de l’ingénieur, ce qui peut conduire à des erreurs. Un autre inconvénient du lancer de rayons est sa faible convergence. Une méthode d’accélération du lancer de rayons est nécessaire.Dans le cadre de la thèse, nous avons développé une méthode de lancer de rayons plus performante, que nous avons appelée hémisphère stratifié, caractérisée par une meilleure convergence. Un contrôle statistique d’erreur a été développé : l’utilisateur spécifie la précision souhaitée (définie par une erreur relative maximale et un intervalle de confiance) et l’algorithme adapte automatiquement le nombre de rayons en fonction de la configuration géométrique. Sur base de cette erreur géométrique, un système d’équations adjointes est utilisé pour obtenir une erreur énergétique, caractérisant les transferts de chaleur entre les surfaces.L’hémisphère stratifié est étendu de manière à inclure des fonctions de réflexion plus complexes. L’application des relations de réciprocité et de fermeture est également considérée. La méthode matricielle de Gebhart, qui permet de dériver les facteurs d’échange radiatifs des facteurs de vue, est étendue de manière à inclure des surfaces non-diffuses et non-isothermes.Pour accélérer le lancer de rayons, les intersections rayons-surfaces ont été soigneusement étudiées. Nous avons également développé une méthode qui combine les primitives géométriques avec des maillages éléments finis. La représentation tri-dimensionnelle du modèle géométrique est plus adaptée au calcul de la composante radiative du transfert thermique tandis que les maillages éléments finis sont plus adaptés au calcul de la conduction. Cette méthode fournit également une accélération du lancer de rayons. De plus, le lancer de rayons est effectué sur la géométrie exacte, ce qui est nécessaire si des réflexions spéculaires sont modélisées. Nous expliquons comment le lancer de rayons peut être effectué sur la géométrie exacte et comment les facteurs de vue résultants peuvent être projetés sur les éléments finis. Nous définissons la notion de facteur de vue élément fini en calculant les facteurs de vue aux noeuds et en les interpolant sur l’élément fini au moyen des fonctions de forme. Ces facteurs de vue élément fini sont utilisés pour lier radiativement les noeuds du modèle. Comme le champ de température est projeté sur les fonctions de forme, nous obtenons des éléments non-isothermes, contrairement aux résultats de la méthode Thermal Lumped Parameter (différences finies) utilisée habituellement en thermique spatiale.Les liens conductifs sont calculés automatiquement sur base du maillage éléments finis.Toutes ces améliorations résultent dans un algorithme plus rapide que le programme de référence ESARAD (pour une précision équivalente) et qui fonctionne avec un petit nombre de paramètres définis par l’utilisateur.Pour valider l’algorithme proposé, le modèle du vaisseau XEUS, de l’ESA, a été implémenté. Des comparaisons ont été effectuées avec ESARAD et le code éléments finis SAMCEF

Aria 1.5 : user manual.

Aria is a Galerkin finite element based program for solving coupled-physics problems described by systems of PDEs and is capable of solving nonlinear, implicit, transient and direct-to-steady state problems in two and three dimensions on parallel architectures. The suite of physics currently supported by Aria includes the incompressible Navier-Stokes equations, energy transport equation, species transport equations, nonlinear elastic solid mechanics, and electrostatics as well as generalized scalar, vector and tensor transport equations. Additionally, Aria includes support for arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) and level set based free and moving boundary tracking. Coupled physics problems are solved in several ways including fully-coupled Newton's method with analytic or numerical sensitivities, fully-coupled Newton-Krylov methods, fully-coupled Picard's method, and a loosely-coupled nonlinear iteration about subsets of the system that are solved using combinations of the aforementioned methods. Error estimation, uniform and dynamic h-adaptivity and dynamic load balancing are some of Aria's more advanced capabilities. Aria is based on the Sierra Framework

The Fifth Annual Thermal and Fluids Analysis Workshop

The Fifth Annual Thermal and Fluids Analysis Workshop was held at the Ohio Aerospace Institute, Brook Park, Ohio, cosponsored by NASA Lewis Research Center and the Ohio Aerospace Institute, 16-20 Aug. 1993. The workshop consisted of classes, vendor demonstrations, and paper sessions. The classes and vendor demonstrations provided participants with the information on widely used tools for thermal and fluid analysis. The paper sessions provided a forum for the exchange of information and ideas among thermal and fluids analysts. Paper topics included advances and uses of established thermal and fluids computer codes (such as SINDA and TRASYS) as well as unique modeling techniques and applications

NASTRAN thermal analyzer: Theory and application including a guide to modeling engineering problems, volume 1

The NASTRAN Thermal Analyzer Manual describes the fundamental and theoretical treatment of the finite element method, with emphasis on the derivations of the constituent matrices of different elements and solution algorithms. Necessary information and data relating to the practical applications of engineering modeling are included

Development of a hybrid finite element-transfer matrix methodology for the modeling of vibroacoustic systems with attached noise control treatments

Résumé : Les véhicules aériens et terrestres sont constitués de systèmes bâtis complexes. La structure principale est généralement composée de panneaux légers renforcés par des éléments rigides. Cette solution de conception est répandue parce qu’elle allie la force et un faible poids. Cependant, on sait qu’elle offre des résultats vibroacoustiques médiocres, c’est à dire que l’effet des perturbations externes qui touchent le système peut générer un niveau de bruit excessif à l’intérieur de la cabine des passagers. C’est une préoccupation majeure chez les fabricants, parce que ce niveau de bruit nuit sensiblement au confort ressenti par les clients et peut causer de la fatigue chez les conducteurs et les pilotes. Pour cette raison, les composants passifs constitués de matériaux dissipatifs assemblés en mode multicouche sont généralement intégrés à la structure. Ces assemblées bordées intègrent surtout des matériaux poroélastiques, qui sont plutôt répandus, grâce à l’agencement intéressant de bonnes propriétés d’isolation sonore et de faible poids. L’intégration en amont des traitements de contrôle du bruit au processus de conception est la clé de succès d’un produit. Pour ce faire, des outils pratiques numériques en mesure de capter le comportement dynamique des systèmes vibroacoustiques impliquant les structures, les cavités et les matériaux d’insonorisation sont requis. D’une part, la modélisation de ces systèmes couplés en utilisant des procédés à base d’éléments finis peut être, bien que précis, irréalisable pour des applications pratiques. D’autre part, les approches analytiques telles que la méthode de matrice de transfert sont souvent préférées grâce à leur facilité d’utilisation, même si elles manquent de précision en raison des hypothèses rigoureuses inhérentes au cadre analytique. Dans ce contexte, les procédures de structuration hybrides sont récemment devenues très populaires. En effet, les différentes techniques de modélisation sont généralement recherchées pour décrire les systèmes vibroacoustiques complexes arbitraires sur la plus large gamme de fréquences possible. L’objectif du projet proposé est de mettre au point un cadre hybride offrant une mé- thodologie simple pour tenir compte des traitements de contrôle du bruit dans l’analyse vibroacoustique par éléments finis. A savoir, le modèle de calcul qui en découle conserve la souplesse et la précision de la méthode des éléments finis en bénéficiant de la simplicité et de l’efficacité de la méthode de matrice de transfert pour obtenir une réduction de la charge de calcul pour la modélisation de composants acoustiques passifs. La performance de la méthode pour prédire la réponse vibroacoustique de structures planes homogènes avec des traitements acoustiques attachées est évaluée. Les résultats démontrent que la méthode hybride proposée est très prometteuse, parce qu’elle permet une réduction de l’effort de calcul tout en conservant suffisamment de précision par rapport à l’analyse complète par éléments finis. En outre, la méthode de matrice de transfert proposée de modélisation des traitements de contrôle des bruits est générale, comme on peut l’appliquer dans d’autres cadres outre l’application de l’élément fini considéré dans ce travail. // Abstract : Aerial and terrestrial vehicles consist of complex built-up systems. The main structure is typically made of light panels strengthened by stiffer components. Such design solution is widely used as it combines strength and low weight. However, it is known to give poor vibroacoustic performances, i.e. the effect of external disturbances acting on the system may generate an excessive noise level inside the passengers cabin. This is a main concern for the manufacturers, as it significantly affects the comfort experienced by the costumers and may fatigue drivers and pilots. For this reason, passive components consisting of dissipative materials assembled in a multilayer fashion are typically integrated within the structure. These lined assemblies mainly involve poroelastic materials, which are commonly used thanks to the appealing combination of good noise insulation properties and low weight. The early integration of noise control treatments in the design process is the key to a successful product. For this purpose, practical numerical tools able to capture the dynamic behavior of vibroacoustic systems involving structures, cavities and noise proofing materials are demanded. On the one hand, modeling such coupled systems using finite element based methods can be, albeit accurate, time consuming for practical applications. On the other hand, analytical approaches such as the transfer matrix method are often preferred thanks to their ease of use, although they suffer from a lack of accuracy due to the stringent assumptions inherent within the analytical framework. In this context, hybrid substructuring procedures have recently become quite popular. Indeed, different modeling techniques are typically sought to describe arbitrarily complex vibroacoustic systems over the widest possible frequency range. The aim of this thesis is to devise a hybrid framework providing a simple methodology to account for noise control treatments in vibroacoustic finite element analysis. Namely, the resulting computational model retains the flexibility and accuracy of the finite element method while taking advantage from the simplicity and efficiency of the transfer matrix method to obtain a reduction of the computational burden in the modeling of passive acoustic components. The performance of the method in predicting the vibroacoustic response of flat structures with attached homogeneous acoustic treatments is assessed. The results prove that the proposed hybrid methodology is very promising, as it allows for a reduction of the computational effort while preserving enough accuracy with respect to full finite element analysis. Furthermore, the proposed transfer matrix based methodology for noise control treatments modeling is general, as it can be used in alternative frameworks besides the finite element application considered in this work