Multibody system dynamics interface modelling for stable multirate co-simulation of multiphysics systems

[Abstract] Many industrial applications benefit from predictive computer simulation to reduce costs and time, and shorten product development cycle. Computational multibody system dynamics formalisms and software tools have proved to be particularly useful in the simulation of machinery and mechanical systems. Nowadays, however, the complexity of the applications under study often makes it necessary to consider the interaction of mechanical systems with other components of different nature, physical behaviour, and time scale, such as hydraulics or electronics. Co-simulation is an increasingly important approach to formulate and solve the dynamics of these multiphysics setups. In these, modelling techniques and solvers that are tailored to the requirements of each subsystem execute in parallel and are coupled via the exchange of a limited number of inputs and outputs at certain communication times. Co-simulation has clear potential in the modelling of complex engineering systems. On the other hand, there are also challenges. The use of co-simulation may compromise the stability of the numerical solution, especially when non-iterative coupling schemes are used. In this work, we introduce a modelling technique to improve the dynamic interfacing of mechanical systems in co-simulation setups, based on a reduced representation of multibody systems. This reduced order model is used to obtain a physically meaningful prediction of the evolution of the multibody subsystem dynamics that enables the improvement of the solution of other subsystems. The technique is illustrated in the co-simulation of some examples that include both mechanical and hydraulic components. Results show that dynamic interfaces based on reduced models can be used to improve the stability of non-iterative co-simulation schemes in multiphysics engineering systems, enabling the use of larger communication stepsizes.Natural Sciences and Engineering Research Council Canada (NSERC)CMLabs Simulations, In

Model-based coupling for co-simulation of robotic contact tasks

[Abstract] Co-simulation of complex robotic systems allows the different components to be modelled and simulated independently using methods and tools tailored to their nature and time-scale, which makes the implementation process more modular and flexible. Some applications require the use of non-iterative coupling schemes for optimal performance, such as real-time interactive environments and human and hardware-in-the-loop setups. Stability of non-iterative schemes is challenging due to the restricted and delayed information that is exchanged between subsystems, and robust prediction of interface variables is key. Here, we propose a framework for exchanging model information between mechanical systems with contact, where reduced-order models approximate the interface dynamics of the subsystems. Effective mass and force terms are formulated using a reduced representation of the model, which can then be exchanged between subsystems and integrated in their simulation. The analysis of several simulations of challenging robotic contact tasks, such as grasping and insertion with jamming, shows that model-based coupling allows for stable co-simulation with larger interface stiffness values, resulting in stronger coupling and higher simulation accuracy.MINECO; RYC-2016-2022

Time and cost schedule dynamic - Hidden Trojan horses

Investment projects are not the only ones where significant complications in their implementation may occur. The fundamental question, how to specify threats hidden in time series, is one of the most important types of knowledge arising from the basic schedules' documentation. Feasibility studies, project proposals, organizational and production procedures, research projects, and others are major resources of information. The reason why to specify threats hidden in time series is the high cost of not revealing hidden threats. An illustrative clarification of the cost is given on the current data of nuclear power plants. Wherever one works with schedules and resources, the above-mentioned issue may appear. Undeniably, valid data is discoverable ex post in accounting, documentation, or even in the documentation of the preparation and implementation, and in the analyzes of the mechanisms for non-compliance with deadlines and cost increases. For implementation (i.e., ex ante use), the majority of projects are created by expert intuitive decision-making. In terms of content, these are sources of errors from the past, lacking analytical quantitative support (suffering from the so-called evidence shortage). Production schedule time series comprise: (a) cumulative volume, (b) speeds, and (c) accelerations. More recent, in addition to statistical analysis, is the focus on the long-term memory of time series and to the application of the Hurst exponent as indicators of predictability (ex-ante). This article offers a procedure for how to reveal hidden chaotic states in the time series of a project's output information. If it is possible to find chaotic behavior in the output information, these states must be searched for and removed in the original source model-the implementation project. Exceeding contractual terms and implementation costs leads to a threat to the economic basis-the collapse of the initial idea of the project's economy. As an example, nuclear power plant projects are shown. The article broadens the perspective of ex ante decision-making.Web of Science1212art. no. 216

Proposal for building family houses in Malé Hoštice

Import 04/07/2011Cílem bakalářské práce bylo navrhnout zástavbu rodinnými domy v obci Malé Hoštice a současně vyřešit dopravní a technickou infrastrukturu. Tato práce obsahuje celkem 12 kapitol, které pojednávají od teoretických východisek až po urbanistický návrh s řešením dopravy a sítí. Součástí je také část výkresová, která se skládá celkem ze 14 částí a dále části s přílohami, které obsahují zejména výpis použitých prvků z návrhu, výpočty sítí a fotodokumentaci území.The aim of this thesis was to design buildings family houses in the village Malé Hoštice and simultaneously solve the transport and technical infrastructure. This work contains a total of 12 chapters that discuss the theoretical background to the proposal to addressing urban transport networks. Also included is a section drawing, which comprises a total of 14 parts and the attachments, which contain mainly listing the elements of design, analysis and photo documentation of the network.Prezenční222 - Katedra městského inženýrstvívelmi dobř

Urbanistic study of family housing in Fulnek at district U Hriste

Import 15/01/2013Předmětem diplomové práce je prověření dalších možností funkčního využití lokality „U Hřiště“ ve Fulneku, která je určena pro rozvoj bydlení. Urbanistický návrh využití území byl vypracován ve více variantách v rozsahu územní studie pro zástavbu rodinnými domy. Následně byla vybrána jedna varianta, která byla dále rozpracována v detailu architektonicko - urbanistické studie. Následně bylo vypracováno řešení dopravního napojení lokality a řešení dopravy v zájmovém území, dále byl proveden návrh řešení technické infrastruktury včetně způsobu napojení na stávající sítě v okolí a v neposlední řadě bylo vyhotovení orientačního propočtu investičních nákladů na přípravu pozemků.The subject of this thesis is to verify the possibility of additional functional use of the site "U Hřiště" in Fulnek, intended for housing development. Urban land use proposal has been prepared in several variants in the range of land-use study for the development of family houses. we have the chosen one option which was further elaborated in detail architectural - urban studies. Was drawn transport connection locations and transport solutions in the interest area. The next was solution design technical infrastructure, including how the connection to the existing network in the area and last but not least. Was finally drafted the tentative calculation of investment costs for land preparation.Prezenční222 - Katedra městského inženýrstvívelmi dobř

Possibilities of utilization of sludge from biological treatment of industrial waste water

Import 26/06/2013Tato práce se zabývá využitím čistírenských kalů, pocházejících z farmaceutického průmyslu, konkrétně spalováním a anaerobní digescí. V teoretické části jsou popsány biologicky aktivní látky, používané ve farmaceutickém průmyslu, zejména alkaloidy. Následující kapitola se zabývá odpadními vodami z farmaceutického průmyslu a metodami odstranění nežádoucích látek. Další část je věnována kalům a jednotlivým metodám nakládání s nimi – kompostování, energetickému využití. V tomto směru jsou popsány zejména anaerobní digesce a spalování. Praktická část je zaměřena na výzkum vhodnosti použití směsi kalů a rostlinných zbytků z ostropestřce mariánského pro spalování a výtěžnost methanu z anaerobní digesce.This thesis devoted with utilization of sewage sludge, originating in pharmaceutical industry, namely combustion and anaerobic digestion. In theoretical part, there are biological active compounds used in pharmaceutical industry described, particularly the alkaloids. Next chapter occupies with waste water from pharmaceutical industry and methods of pollutant removing. Next part is engaged in sewage sludge and sludge treatment – composting, energy utilization. In this respect there are mainly anaerobic digestion and incineration described. Experimental part is focused on research of suitability of using of mixture of sludge and plant remains of Silybum marianum for incineration and methane utilization rate from anaerobic digestion.Prezenční546 - Institut environmentálního inženýrstvívýborn

Waste Stabilization

Import 04/07/2011Předložená práce se zabývá možnostmi aplikace technologií stabilizace/solidifikace při nakládání s nebezpečnými odpady. První část nastiňuje platnou legislativu, týkající se analyzovaného problému. V následující části je popsán proces S/S, odpady, na které lze technologii použít a jednotlivé techniky S/S. Rovněž je zde provedeno srovnání této technologie s dalšími způsoby nakládání s nebezpečnými odpady – skládkováním a termickou úpravou. Další část práce se pak zabývá uplatněním technologií S/S v praxi, a to ve všech třech oblastech – v ukládání stabilizátu na skládku, ve výrobě produktů ze stabilizátu a v případě využívání stabilizátu při rekultivaci.This thesis treats of application possibilities of stabilization/solidification technologies during hazardous waste treatment. In the first part of the thesis a valid legislation is described, which is concerned query. In the next part of the thesis the S/S process is analysed, suitable wastes and individual techniques of this technology defined. Comparison of S/S technology with another ways of hazardous waste treatment (waste disposal or heating methods) is accomplished, too. In the following part of the thesis the attention is paid to use of S/S technology in practice, including examples.Prezenční546 - Institut environmentálního inženýrstvívýborn

Probabilistic algorithms for efficient grasping and fixturing (Extended Abstract)

Given an object with n points on its boundary where fingers can be placed, we give algorithms to select a "strong " grasp with a minimal number c of fingers (up to a logarithmic factor) for several measures of goodness. Along similar lines, given an integer c, we find the "best" c log c finger grasp for a small constant. Depending on the measure, the algorithms run in expected time O(c

Modeling and optimizing the reliability of drinking water supply systems

Práce pojednává o krizovém plánování se zaměřením na zásobování vodou, jež zastupuje významnou úlohu vodního hospodářství. Je zde definován pojem kritická infrastruktura, jsou popsány její druhy, způsoby ochrany a vymezeny kritické vodohospodářské infrastruktury. Práce dále pojednává o vodním ekosystému v České republice a jednotlivých typech vodárenských systémů pro zásobování pitnou vodou. Dále jsou zde uvedeny základní rizika ohrožující celý segment vodohospodářských staveb, včetně analýzy rizik, jsou zde definovány silné a slabé stránky jednotlivých částí těchto staveb a v neposlední řadě také přehled potřebných náležitostí krizového plánování ve vodním hospodářství v podobě krizových či havarijních plánů, metod zajištění náhradního a nouzového zásobování vodou apod. V práci je rovněž řešena problematika identifikace slabých míst distribuční sítě formou vyhodnocení těchto rozsáhlých infrastrukturálních systémů. Je zde popsána problematika analýzy rizik formou semikvadratické metody FMEA – analýza selhání a jejich dopadů, pomocí metody technických ukazatelů – tzv. Metodika hodnocení technického stavu vodovodních sítí a v neposlední řadě je zde nastíněna problematika plánování financování obnovy vodovodů dle aktuálně platné legislativy Součástí práce je aplikace popsaných metod na modelovém území obce Žabeň, která se nachází poblíž Frýdku Místku. Data získaná jednak od provozovatele a vlastníka vodovodu v obci a data získaná vlastním terénním průzkumem tvořila podstatnou část vstupních hodnot nezbytných pro výsledný návrh optimalizace. Před samotným zpracováním však musela být data vyhodnocena a sjednocena za pomocí nástroje používaného zejména v oboru Facility Managementu – pasportizace dat. Takto vyhodnocená data pak byla analyzována a na tomto základě bylo provedeno vyhodnocení vodovodu v obci Žabeň. Následně byl pro tento vodovodní řád proveden i plán financování obnovy a v neposlední řadě na základě shrnutí výsledků práce byl navržen způsob přístupu k obnově a údržbě vodovodní sítě v obci za účelem jejího trvale udržitelného rozvoje.The work deals with crisis planning with a focus on water supply, which represents the important role of water management. The thesis defines the critical infrastructure, describes its types, methods of protection and defines the critical water management infrastructure. The work also deals with water ecosystem in the Czech Republic and individual types of water systems for drinking water supply. In addition, there are presented the main risks threatening the entire segment of water management structures, including risk analysis, there are defined the strengths and weaknesses of individual parts of these buildings and last but not least the list of necessary requirements of crisis planning in water management in the form of crisis or emergency plans, And emergency water supply and so on. The thesis also deals with the identification of weak points of water supply systems by evaluating these large-scale infrastructure systems. The problem of risk analysis is described here in the form of semi-quadratic FMEA method - Failure Mode and Effect Analysis, using the method of technical indicators - so called Methodology of evaluation of the technical condition of water mains and last but not least, the issue of planning the financing of the rehabilitation of water supply systems, according to the current Czech legislation. A part of the thesis is the application of described methods in the model area of Zaben, which is located near Frydek Mistek (city in the Czech Republic). The main part of input value were based on data received from owner and operator of water supply network and of course data obtained by through field surveys, which are necessary for resulting optimization proposal. At the beginning the data had to be evaluated and merged by using a tool of Facility Management – pasportization. These data were then analysed and on this basis an assessment of the water supply in Zaben was carried out. Subsequently, a recovery plan was also implemented for this water management plan and, last but not least, based on a summary of the results of the work, ways of access to the restoration and maintenance of water supply network in the municipality were proposed for the purpose of its sustainable development.222 - Katedra městského inženýrstvívyhově