Advances Techniques for Time-Domain Modelling of High-Frequency Train/Track Interaction

[EN] The aim of the present Thesis is to develop models for the study of very high-frequency phenomena associated with the coupling dynamics of a railway vehicle with the track. Through these models, this Thesis intends to address squeal noise as a particular case of rolling noise when the train negotiates a small radius curve. Wheel/rail interaction is the predominant source of noise emission in railway operations. Rolling contact couples the wheel and the rail through a very small area, characterised by strongly non-linear and non-steady state dynamics that differentiates rolling noise from any other noise problem. Wheel/rail contact problem is studied based on Kalker's variational theory and the local falling behaviour of the coefficient of friction is introduced by means of a regularisation of Coulomb's law. Its implementation shows that the influence of the falling friction on the creep curves can be assumed negligible, thus rolling contact is finally modelled using a constant coefficient of friction. Flexibility is introduced in railway substructures through the Finite Element (FE) method in order to cover the high-frequency range. This work adopts a rotatory wheelset model that takes computational advantage of its rotational symmetry. It also develops a cyclic flexible rail model that fixes the translational contact force in a spatial point of the mesh through a technique called Moving Element (ME) method. A modal approach is used to reduce significantly the number of degrees of freedom of the global problem and a diagonalisation technique permits to decouple the resulting modal equations of motion in order to increase the computational velocity of the time integrator. Simulations in curving conditions in the time domain are carried out for constant friction conditions in order to study if the proposed interaction model can reproduce squeal characteristics for different curve radii and coefficients of friction.[ES] El objetivo de la presente Tesis es desarrollar modelos para el estudio de fenómenos de muy alta frecuencia asociados a la dinámica acoplada de un vehículo ferroviario con la vía. A través de estos modelos, esta Tesis pretende abordar el fenómeno de los chirridos como un caso particular de ruido de rodadura en condiciones de curva cerrada. La interacción rueda/carril es la fuente predominante de ruido en las operaciones ferroviarias. El contacto es el responsable del acoplamiento entre la rueda y el carril a través de un área muy pequeña caracterizada por una dinámica fuertemente no lineal y no estacionaria. El problema de contacto rueda/carril se estudia mediante la teoría variacional de Kalker y la caída local del coeficiente de fricción se introduce por medio de una regularización de la ley de Coulomb, que muestra que su influencia sobre las curvas de fluencia se puede despreciar. Como consecuencia, el coeficiente de fricción se considera constante. La flexibilidad se introduce en las subestructuras ferroviarias a través del método de los Elementos Finitos (EF) para cubrir el rango de las altas frecuencias. La Tesis adopta un modelo de eje montado rotatorio que toma ventaja computacional de su simetría rotacional. También desarrolla un modelo de carril flexible y cíclico que fija la fuerza de contacto en un punto espacial de la malla mediante el método de los Elementos Móviles (EM). Se utiliza un enfoque modal para reducir significativamente el número de grados de libertad del problema global; las ecuaciones de movimiento resultantes en coordenadas modales se desacoplan mendiante una técnica de diagonalización para aumentar la velocidad computacional del integrador temporal. Las simulaciones en condiciones de curva en el dominio del tiempo se llevan a cabo en condiciones de fricción constante con el objetivo de estudiar si el modelo de interacción propuesto puede reproducir las características del chirrido en curva para diferentes radios de curva y coeficientes de fricción.[CAT] L'objectiu de la present Tesi és desenvolupar models per a l'estudi de fenòmens de molt alta freqüència associats amb la dinàmica acoblada d'un vehicle ferroviari amb la via. Aquests models permeten simular el soroll de rodament encara que, en particular, aquest treball es proposa abordar el fenomen del soroll grinyolant produït quan el tren negocia un radi de curvatura estret. La interacció roda/carril és la font predominant de l'emissió de soroll en les operacions ferroviàries. El contacte acobla la roda i el carril a través d'una àrea molt reduïda que es caracteritza per una dinàmica fortament no lineal i no estacionària. El problema de contacte roda/carril s'estudia mitjançant la teoria variacional de Kalker i el descens local del coeficient de fricció s'introdueix per mitjà d'una regularització de la llei de Coulomb, què demostra que la seua influència en les corbes de fluència es pot suposar insignificant. Per tant, s'utilitza un coeficient de fricció constant per a modelar el contacte. La flexibilitat s'introdueix en les subestructures de ferrocarril a través del mètode d'Elements Finits (EF) per tal de cobrir el rang d'alta freqüència. La present tesi adopta un model d'eix muntat rotatori que s'aprofita de la seua la simetria rotacional per a augmentar la eficiència computacional. També desenvolupa un model de carril flexible i cíclic que fixa la força de contacte en un punt espacial de la malla a través del mètode dels Elements Mòbils (EM). S'empra un enfocament modal per reduir significativament el nombre de graus de llibertat del problema global, al temps que s'implementa una tècnica diagonalització que permet desacoblar les equacions modals de moviment per a augmentar la velocitat computacional de l'integrador temporal. Les simulacions en les condicions de corba en el domini del temps es duen a terme per a condicions de fricció constant per tal d'estudiar si el model d'interacció proposat pot reproduir les característiques del soroll grinyolant per a diferents radis de corba i coeficients de fricció.Giner Navarro, J. (2017). Advances Techniques for Time-Domain Modelling of High-Frequency Train/Track Interaction [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90637TESI

Knife-edge based measurement of the 4D transverse phase space of electron beams with picometer-scale emittance

Precise manipulation of high brightness electron beams requires detailed knowledge of the particle phase space shape and evolution. As ultrafast electron pulses become brighter, new operational regimes become accessible with emittance values in the picometer range, with enormous impact on potential scientific applications. Here we present a new characterization method for such beams and demonstrate experimentally its ability to reconstruct the 4D transverse beam matrix of strongly correlated electron beams with sub-nanometer emittance and sub-micrometer spot size, produced with the HiRES beamline at LBNL. Our work extends the reach of ultrafast electron accelerator diagnostics into picometer-range emittance values, opening the way to complex nanometer-scale electron beam manipulation techniques

Introducción de productos mexicanos en el mercado asiático

[ES] A través del presente trabajo pretendo como objetivo la realización exitosa de un proceso de exportación que involucre todos los aspectos que el mismo requiere, a saber: la capacidad de oferta exportable de la empresa exportadora, la definición del mercado al que se desea ingresar, la determinación de la estructura de penetración al mercado y los elementos de contratación de las operaciones comerciales de la empresa en el mercado meta. La elección del producto a exportar no fue un asunto casual, respondió a la demanda que existe en numerosos países del mundo de salsas picantes –tal es el caso de Seúl, Corea-; Taipei, Taiwán y Edmonton, Canadá- y a la gran tradición y competitividad que tiene México en esta industria, aunado a el gran interés personal de difundir la cultura culinaria mexicana al resto del mundo. Una vez que se seleccionó el producto, se procedió a localizar una empresa que fabricara el mismo bajo los más altos estándares de calidad y le interesara ingresar en nuevos mercados teniendo suficiente capacidad exportadora para satisfacer al mercado meta. Tras una cuidadosa investigación se eligió “Alimentos Naturales la Sabroza S.A. de C.V.” una empresa mediana, ubicada en Monterrey, Nuevo León que además cuenta con una gran cultura exportadora, pues ha insertado exitosamente sus productos en EE.UU. y la UE –en especial España-. Después de seleccionar la empresa se eligió entre los mercados que demandaban el producto, el que resultara más viable en base a un serio análisis, donde se compararon las variables controlables e incontrolables de los diferentes países y las ambiciones de la empresa en cuanto a qué mercados preferían ingresar, y se concluyó que el mercado meta más prometedor era Taiwán, pues se concluyó que los mercados asiáticos son cada vez más sofisticados y sus consumidores están adquiriendo hábitos y gustos de occidente lo que constituye un mercado potencial para los productos mexicanos. Además la integración a este mercado podría facilitar el acceso a otras economías. Posteriormente se buscó desarrollar una estrategia de penetración en el mercado taiwanés, utilizando un producto que de antemano se sabe tiene demanda y altísima calidad, “pues el mercado asiático debe ser alcanzado con productos de probada calidad, diferencias con éxito de otros mercados y proponiendo acciones eficaces para la inclusión de la empresa al nuevo mercado, pues su consumidor está deseoso de probar nuevas culturas, gustos preferencias. Es por ello que existe un nicho para productos manejados con una imagen mexicana”1. La empresa CHIEN GLOBAL CO, LTD fue la elegida para penetrar en el mercado Taiwanés, pues es una empresa mayorista/cadena de servicios, ubicada en Taipei y provee a múltiples negocios medianos, restaurantes y hoteles de todo Taiwán. Además que se encuentra muy bien posicionada en el mercado de Taiwán y demandaba salsa picante en pasta. Dicha empresa se encuentra bajo la tutela de prestigiosas instituciones mexicanas, como BANCOMEX, lo que propició una mayor seguridad y confianza entre las partes. La empresa adoptaría una forma jurídica de : sociedad de responsabilidad limitada (SRL) o sociedad limitada (SL) es un tipo de sociedad mercantil en la cual la responsabilidad está limitada al capital aportado, y por lo tanto, en el caso de que se contraigan deudas, no se responde con el patrimonio personal de los socios.Navarro Giner, P. (2015). INTRODUCCIÓN DE PRODUCTOS MEXICANOS EN EL MERCADO ASIÁTICO. http://hdl.handle.net/10251/84496.Archivo delegad

Breakdown studies for high-gradient RF warm technology in: CLIC and hadron therapy linacs

La presente tesis se centra en el estudio de las limitaciones, debidas principalmente a fenómenos de breakdowns, en el rendimiento de estructuras aceleradoras de radiofrecuencia (RF) de alto gradiente (HG) y de conductividad normal. La formación de arcos en vacío perturban los campos electromagnéticos de las cavidades, lo cual afecta en la calidad del haz de partículas acelerado. El proyecto de Compact Linear Collider (CLIC) estudia la viabilidad de un colisionador lineal electrón-positrón en la escala de energía centro de masa del TeV, y desarrolla las estructuras aceleradoras de última generación para alcanzar altos gradientes de 100 MV/m con una tasa máxima de fenómenos de breakdowns de 3e(-7) eventos por pulso y por metro de acelerador. CLIC ha establecido un amplio programa experimental para el diseño y el test de estructuras aceleradoras eficientes y compactas, gracias a la construcción de tres bancos de prueba de RF a alta potencia en la banda X (12 GHz), conocidos como Xbox, y un sistema pulsado en corriente continua, conocido como Large Electrode System (LES). El Capítulo 1 introduce los conceptos básicos relacionados con los aceleradores lineales (linacs) y la clasificación de los diferentes diseños de RF de las estructuras. Las ventajas que ofrece la tecnología de alto gradiente han sido presentadas para diferentes aplicaciones, tales como Futuros Colisionadores Lineales, linacs destinados a terapia oncológica con hadrones (hadron therapy), láseres de electrones libres (FEL) y láseres de retrodispersión Compton. El Capítulo 2 hace una descripción bibliográfica de los recientes estudios realizados para entender la fenomenología de los breakdowns y sus consecuencias a la hora de diseñar estructuras aceleradoras. En el Capítulo 3, describimos con detalle los laboratorios de alto gradiente operativos en el CERN para la realización de tests de estructuras y componentes RF que ayudan al avance en el diseño y construcción de futuras estructuras, al mismo tiempo que permiten realizar un estudio exhaustivo de la fenomenología de breakdowns. Los diferentes estudios realizados para esta tesis son presentados en el Capítulo 4, los cuales se han llevado a cabo en las Xbox y el LES. Las técnicas empleadas para la localización de breakdowns en estructuras RF durante la operación de las Xbox se describen con detalle junto a resultados experimentales. También se ha realizado un estudio estadístico de la ocurrencia aleatoria de breakdowns para poder comprender los mecanismos que desencadenan estos fenómenos. Según las observaciones experimentales, se ha presentado la formulación de un modelo que incluye una tasa doble de eventos de breakdowns. En este capítulo incluimos un estudio del condicionamiento RF en estructuras aceleradoras de alto gradiente basado en un análisis comparativo de la evolución temporal de los tests de varios prototipos en el CERN y KEK. Los resultados han dado lugar a una nueva forma de entender el proceso de condicionamiento de estas estructuras que permitiría optimizar el tiempo necesario para alcanzar los gradientes más altos. También se ha realizado un estudio preliminar del posible efecto negativo en el uso de compresores de pulso para el rendimiento de estructuras de alto gradiente, debido al exceso de potencia RF que es enviado antes y después del pulso rectangular comprimido. En este caso, se han comparado los datos experimentales con simulaciones de posibles magnitudes que puedan afectar a los resultados de breakdowns. El Capítulo 5 se centra en la descripción del experimento de beam-loading en CTF3 (CERN), junto a los primeros resultados experimentales obtenidos, el cual trata de estudiar el efecto de la presencia de un haz de electrones en la tasa de ocurrencia de breakdowns en un prototipo acelerador de alto gradiente de CLIC. Finalmente, el Capítulo 6 resume las actividades desarrolladas en el CERN centradas en el diseño de linacs para terapia con hadrones. Este capítulo también describe la infraestructura y los planes de trabajo del nuevo laboratorio IFIC HG-RF que se encuentra en construcción en Valencia para el estudio fenomenológico de breakdowns para aceleradores de alto gradiente en la banda S (3 GHz).The present thesis is focused on the study of the breakdown limitations for the high-gradient (HG) performance of normal-conducting Radio-Frequency (RF) accelerating structures. The formation of vacuum arcs perturbs the electromagnetic fields of the cavities and affects in the quality of the accelerating beam. The Compact Linear Collider (CLIC) project studies the feasibility of a multi-TeV e+e- linear collider and develops the current state-of-the-art HG structures to achieve accelerating gradients of 100 MV/m with a maximum breakdown rate of 3e(-7) breakdowns per pulse per meter. A wide experimental programme is established by CLIC for the design and test of efficient and compact accelerating structures, thanks to the construction of three X-band high-power test stands, also known as Xboxes, and the pulsed-DC Large Electrode system dedicated to breakdowns studies. Chapter 1 introduces the basic concepts related to linear accelerators and the classification of different designs of RF accelerating structures. The advantages that HG technology offers are also described for different applications, such as Future Linear Colliders, hadron therapy linacs, Free Electron Lasers and Compton backscattering light sources. A bibliographic description of the current understanding of breakdown phenomena and their consequences in the designs of HG accelerating structures is made in Chapter 2. In Chapter 3, we describe in detail the existing HG test facilities operated for the sake of advancing in the design and construction of HG accelerators, as well as for the better understanding of the RF breakdown mechanisms. Different breakdown studies are presented in Chapter 4, which have been carried out at the Xboxes and pulsed-DC Large Electrode system. The techniques used for the localization of breakdowns in RF structures at the Xboxes are presented in detail with experimental results. A statistical study of breakdown occurrences is also made to understand the underlying random process of these events and the formulation of a double breakdown rate model is presented in agreement with the observations. The study of the RF conditioning in HG accelerating structures is made based on a comparative analysis of different conditioning histories of prototypes tested at CERN and KEK, which have led to new insights that may allow to efficiently reduce the time to achieve their best performance. A preliminary study is performed in Xbox-2 to analyse the possible negative effect of the use of a pulse compressor on the breakdown performance of HG prototypes, due to the excess of RF power that is driven before and after the compressed rectangular-shaped pulse. Experimental data is compared with simulations of possible candidates that may affect in the breakdown rate results. Chapter 5 is focused on the description and first experimental results of the beam-loading experiment, which aims at studying the effect of the presence of the beam on the breakdown rate in a CLIC HG accelerating structure due to the alteration of the longitudinal gradient profile. Finally, Chapter 6 summarizes the current activities in the development of HG hadron therapy linacs at CERN. This chapter also describes the infrastructure and future plans of the new IFIC HG-RF laboratory that is under construction in Valencia for the study of the phenomenology of breakdowns in S-band HG accelerators

On the calculation of the Kalker's creep coefficients for non-elliptical contact areas

[EN] FastSim is the most widely used tangential contact method due to its accuracy and computational efficiency. However, its use is limited to elliptic contact areas, as it needs results from Kalker’s Linear Theory, a Hertzian contact theory, to obtain the so-called elastic parameters. This makes FastSim unable to face some of the current railway challenges, such as wear, corrugation, Rolling Contact Fatigue (RCF), wheel flats, etc. Taking this limitation into account, in the present work, an alternative methodology to Kalker’s Linear Theory is proposed, which will enable FastSim to deal with non-Hertzian conditions.The authors gratefully acknowledge the financial support of Agencia Estatal de Investigación and European Regional Development Fund (grant PRE2018-084067 and project TRA2017-84701-R).Gómez-Bosch, J.; Giner-Navarro, J.; Carballeira, J. (2022). On the calculation of the Kalker's creep coefficients for non-elliptical contact areas. En Proceedings of the YIC 2021 - VI ECCOMAS Young Investigators Conference. Editorial Universitat Politècnica de València. 288-294. https://doi.org/10.4995/YIC2021.2021.12313OCS28829

Study of railway curve squeal in the time domain using a high-frequency vehicle/track interaction model

[EN] Railway curve squeal is an intense tonal and annoying type of noise commonly attributed to self-excited vibrations during curving. The mechanisms for its generation remain unclear and it is still a subject of discussion among researchers. Most of them have considered the falling behaviour of the friction coefficient with the slip velocity essential for reenergising the system. Recently, some authors have found that squeal can also appear even for constant friction coefficient through the wheel modal coupling between the normal and tangential directions caused by the wheel/rail contact. This paper particularly evaluates whether the latter mechanism is sufficient to find squeal in curving conditions. The introduction of flexibility in the railway subsystems is required to widen the domain to the high-frequency range in which squeal occurs. One single flexible and rotatory wheelset is considered and suitable forces are prescribed at the primary suspension seats in the current investigation. The rails are modelled through the Moving Element Method (MEM), permitting to extend the range of validity of beam models usually utilised in the literature. This work extends the formulation to rails supported by a viscoelastic Winkler bedding. Both wheelset and track models are coupled by means of a non-linear and unsteady wheel/rail contact model based on Kalker¿s Variational Theory. Simulation results for different track curvatures and friction coefficients are presented and discussed, showing tonal peaks in the tangential contact forces of the inner wheel. These results can be associated with squeal according to the characterisation of this phenomenon, indicating that squeal can be found in curving conditions using advanced dynamic interaction models even with constant friction coefficient.The authors gratefully acknowledge the financial support of Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness and the European Regional Development Fund (project TRA2017-84701-R), as well as Generalitat Valenciana (project Prometeo/2016/007) and European Commission through the project "RUN2Rail - Innovative RUNning gear soluTiOns for new dependable, sustainable, intelligent and comfortable RAIL vehicles" (Horizon 2020 Shift2Rail JU call 2017, grant number 777564).Giner Navarro, J.; Martínez Casas, J.; Denia, FD.; Baeza González, LM. (2018). Study of railway curve squeal in the time domain using a high-frequency vehicle/track interaction model. Journal of Sound and Vibration. 431:177-191. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.06.004S17719143

Fundamentos para la creación de actividades con material real

En esta experiencia práctica pretendemos mostrar algunas pautas para transformar cualquier material real atractivo para el profesor en actividades aplicables a la clase de español, basándonos en las directrices propuestas por el Marco común europeo de referencia para las lenguas (MCER) y teniendo en cuenta los contenidos que marcan los Niveles de Referencia (en adelante, NR) del Instituto Cervantes. Para ello se comentarán en primer lugar las particularidades teóricas que la actividad requiere, para ver a continuación un ejemplo de diseño de actividad en el que combinaremos un microcuento, un artículo periodístico, el concurso de un periódico en internet y el uso de la mensajería móvil

Working on Critical Thinking skills using the computer lab works of an Engineering subject

[EN] A practical intervention was devised in order to promote and to assess Critical Thinking in undergraduate students of Engineering. First, in collaboration with specialists in education, the concept of Critical Thinking, and its skills and dispositions on which to focus on, was determined. Second, a teaching strategy was designed in order to be as effective as possible, considering the limitations of the intervention. This strategy took advantage of the computer lab sessions where discussion and questioning encouraged the development of Critical Thinking. Then, the instruments to assess the acquired skills and attitudes of the students were developed. Finally, a quantitative analysis of the results was conducted in order to evaluate the validity and reliability of the strategy. This paper presents a full description of the intervention carried on for two years. Besides the desired effects on the students performance, some conclusions regarding the development of appropriate instruments to deal with a large group of students are drawn. This intervention has proven to be effective in order to help the students to develop their Critical Thinking skills, and it is particularly suitable for large groups.This research was funded by the Universitat Politècnica de València through the project PIME/2018/DPTO. IMM.Giner-Navarro, J.; Sonseca, Á.; Martínez-Casas, J.; Carballeira, J. (2022). Working on Critical Thinking skills using the computer lab works of an Engineering subject. Multidisciplinary Journal for Education, Social and Technological Sciences. 9(2):23-45. https://doi.org/10.4995/muse.2022.1790823459

Design Archives: Sustainable Solutions for Young Designers in Valencia, Spain

Design education is practical and theoretical; however, it does not usually include the study of cultural heritage. Nonetheless, relations with academia have been strong since the 18th century, when the need to educate designers spread across the continent to improve design and make it competitive in the market. In this paper, we recover that spirit and act as mediators between heritage and young people to create links and preserve cultural heritage. A case study was conducted at the Public Valencian Design School with 31 product design students. The methodology applied was based on iterative processes that allowed students to discover design and silk heritage when they proposed innovative ways of approaching it. A qualitative survey was used to evaluate the case study. The results showed that students increased their appreciation for cultural heritage (by more than 90%) as well as their willingness to preserve it and reuse it in their future creations. Collaboration between cultural heritage and design might foster sustainable conservation and mark the future steps of ongoing collaboration