Aerodynamic Optimization of High-Speed Trains Nose using a Genetic Algorithm and Artificial Neural Network

An aerodynamic optimization of the train aerodynamic characteristics in term of front wind action sensitivity is carried out in this paper. In particular, a genetic algorithm (GA) is used to perform a shape optimization study of a high-speed train nose. The nose is parametrically defined via Bézier Curves, including a wider range of geometries in the design space as possible optimal solutions. Using a GA, the main disadvantage to deal with is the large number of evaluations need before finding such optimal. Here it is proposed the use of metamodels to replace Navier-Stokes solver. Among all the posibilities, Rsponse Surface Models and Artificial Neural Networks (ANN) are considered. Best results of prediction and generalization are obtained with ANN and those are applied in GA code. The paper shows the feasibility of using GA in combination with ANN for this problem, and solutions achieved are included

Multiscale computational homogenization: review and proposal of a new enhanced-first-order method

This is a copy of the author 's final draft version of an article published in the Archives of computational methods in engineering. The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/s11831-016-9205-0The continuous increase of computational capacity has encouraged the extensive use of multiscale techniques to simulate the material behaviour on several fields of knowledge. In solid mechanics, the multiscale approaches which consider the macro-scale deformation gradient to obtain the homogenized material behaviour from the micro-scale are called first-order computational homogenization. Following this idea, the second-order FE2 methods incorporate high-order gradients to improve the simulation accuracy. However, to capture the full advantages of these high-order framework the classical boundary value problem (BVP) at the macro-scale must be upgraded to high-order level, which complicates their numerical solution. With the purpose of obtaining the best of both methods i.e. first-order and second-order, in this work an enhanced-first-order computational homogenization is presented. The proposed approach preserves a classical BVP at the macro-scale level but taking into account the high-order gradient of the macro-scale in the micro-scale solution. The developed numerical examples show how the proposed method obtains the expected stress distribution at the micro-scale for states of structural bending loads. Nevertheless, the macro-scale results achieved are the same than the ones obtained with a first-order framework because both approaches share the same macro-scale BVP.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Mid-infrared integrated photonic sensors of water and ice films for harsh environments

Quan una aeronau travessa núvols situats a mitja altitud que estan principalment compostos d'incomptables gotes d'aigua en subfusió, corre el risc d’engelament en les seves parts més exposades. Fins i tot una capa submilimètrica de gel formada sobre elements com ales, motors o tubs de pitot pot reduir dràsticament la seva sustentació i rendiment i, per tant, afectar a la seva eficiència i maniobrabilitat fins al punt de causar una pèrdua de control i posterior accident. Les tecnologies anti-gel instal·lades en aeronaus modernes busquen reduir aquest problema mitjançant sistemes que no solament fonguin el gel acumulat si no que ho detectin abans que resulti perillós. En aquesta Tesi es presenta un nou i ultrasensible, però a la vegada robust, sensor de gel basat en fotònica integrada d’IR-mitjà que pot ser muntat en qualsevol superfície sense pèrdua aerodinàmica. A partir de la detecció de canvis en les característiques de l'aigua a l’IR-mitjà que estan associats intrínsecament a variacions en la seva estructura molecular per a les seves diferents fases, es demostra la detecció de gel amb alta sensibilitat i rapidesa per aconseguir una alerta prematura d’engelament en vol. Al llarg d'aquesta Tesi, es tracta, des de les perspectives fonamental i aplicada, el desenvolupament complet del sensor abastant des de la concepció teòrica fins a la demonstració experimental del seu rendiment i fiabilitat en un túnel de vent. Finalment, es presenta un segon sensor amb millor sensibilitat a costa d'una menor robustesa per a la detecció de petits volums de contaminants químics en aigua. El sensor aprofita l'excitació d'un plasmó superficial a l’IR-mitjà que intensifica la interacció entre llum i anàlit al voltant de ressonàncies moleculars. Això emfatitza encara més els enormes beneficis que operar a l’IR-mitjà pot aportar a futurs sensors fotònics integrats.Al atravesar una aeronave nubes situadas a media altitud que están principalmente compuestas de incontables gotas de agua en subfusión, corre el riesgo de engelamiento en sus partes más expuestas. Incluso una capa submilimétrica de hielo formada sobre elementos como alas, motores o tubos de pitot puede reducir drásticamente su sustentación y rendimiento y, por tanto, afectar a su eficiencia y maniobrabilidad hasta el punto de causar una pérdida de control y posterior accidente. Las tecnologías anti-hielo instaladas en aeronaves modernas buscan reducir este problema mediante sistemas que no solo derritan el hielo acumulado si no que lo detecten antes de que resulte peligroso. En esta Tesis se presenta un nuevo y ultrasensible, pero a su vez robusto, sensor de hielo basado en fotónica integrada de IR-medio que puede ser montado en cualquier superficie sin apenas pérdida aerodinámica. A partir de la detección de cambios en los rasgos característicos del agua en el IR-medio que están asociados intrínsecamente a variaciones en su estructura molecular para sus diferentes fases, se demuestra la detección de hielo con alta sensibilidad y rapidez para conseguir una alerta temprana de engelamiento en vuelo. A lo largo de esta Tesis, se trata, desde las perspectivas fundamental y aplicada, el desarrollo completo del sensor abarcando desde la concepción teórica hasta la demonstración experimental de su rendimiento y fiabilidad en un túnel de viento. Por último, se presenta un segundo sensor con mejor sensibilidad a costa de una robustez reducida para la detección de pequeños volúmenes de contaminantes químicos en agua. El sensor aprovecha la excitación de un plasmón superficial en el IR-medio que intensifica la interacción entre luz y analito alrededor de resonancias moleculares. Esto enfatiza más si cabe los enormes beneficios que operar el IR-medio puede aportar a futuros sensores fotónicos integrados.Al atravesar una aeronave nubes situadas a media altitud que están principalmente compuestas de incontables gotas de agua en subfusión, corre el riesgo de engelamiento en sus partes más expuestas. Incluso una capa submilimétrica de hielo formada sobre elementos como alas, motores o tubos de pitot puede reducir drásticamente su sustentación y rendimiento y, por tanto, afectar a su eficiencia y maniobrabilidad hasta el punto de causar una pérdida de control y posterior accidente. Las tecnologías anti-hielo instaladas en aeronaves modernas buscan reducir este problema mediante sistemas que no solo derritan el hielo acumulado si no que lo detecten antes de que resulte peligroso. En esta Tesis se presenta un nuevo y ultrasensible, pero a su vez robusto, sensor de hielo basado en fotónica integrada de IR-medio que puede ser montado en cualquier superficie sin apenas pérdida aerodinámica. A partir de la detección de cambios en los rasgos característicos del agua en el IR-medio que están asociados intrínsecamente a variaciones en su estructura molecular para sus diferentes fases, se demuestra la detección de hielo con alta sensibilidad y rapidez para conseguir una alerta temprana de engelamiento en vuelo. A lo largo de esta Tesis, se trata, desde las perspectivas fundamental y aplicada, el desarrollo completo del sensor abarcando desde la concepción teórica hasta la demonstración experimental de su rendimiento y fiabilidad en un túnel de viento. Por último, se presenta un segundo sensor con mejor sensibilidad a costa de una robustez reducida para la detección de pequeños volúmenes de contaminantes químicos en agua. El sensor aprovecha la excitación de un plasmón superficial en el IR-medio que intensifica la interacción entre luz y analito alrededor de resonancias moleculares. Esto enfatiza más si cabe los enormes beneficios que operar el IR-medio puede aportar a futuros sensores fotónicos integrados

Evaluating the more suitable ISM frequency band for iot-based smart grids: a quantitative study of 915 MHz vs. 2400 MHz

IoT has begun to be employed pervasively in industrial environments and critical infrastructures thanks to its positive impact on performance and efficiency. Among these environments, the Smart Grid (SG) excels as the perfect host for this technology, mainly due to its potential to become the motor of the rest of electrically-dependent infrastructures. To make this SG-oriented IoT cost-effective, most deployments employ unlicensed ISM bands, specifically the 2400 MHz one, due to its extended communication bandwidth in comparison with lower bands. This band has been extensively used for years by Wireless Sensor Networks (WSN) and Mobile Ad-hoc Networks (MANET), from which the IoT technologically inherits. However, this work questions and evaluates the suitability of such a "default" communication band in SG environments, compared with the 915 MHz ISM band. A comprehensive quantitative comparison of these bands has been accomplished in terms of: power consumption, average network delay, and packet reception rate. To allow such a study, a dual-band propagation model specifically designed for the SG has been derived, tested, and incorporated into the well-known TOSSIM simulator. Simulation results reveal that only in the absence of other 2400 MHz interfering devices (such as WiFi or Bluetooth) or in small networks, is the 2400 MHz band the best option. In any other case, SG-oriented IoT quantitatively perform better if operating in the 915 MHz band.This research was supported by the MINECO/FEDER project grants TEC2013-47016-C2-2-R (COINS) and TEC2016-76465-C2-1-R (AIM). The authors would like to thank Juan Salvador Perez Madrid nd Domingo Meca (part of the Iberdrola staff) for the support provided during the realization of this work. Ruben M. Sandoval also thanks the Spanish MICINN for an FPU (REF FPU14/03424) pre-doctoral fellowship

Detection of Communities within the Multibody System Dynamics Network and Analysis of Their Relations

Multibody system dynamics is already a well developed branch of theoretical, computational and applied mechanics. Thousands of documents can be found in any of the well-known scientific databases. In this work it is demonstrated that multibody system dynamics is built of many thematic communities. Using the Elsevier’s abstract and citation database SCOPUS, a massive amount of data is collected and analyzed with the use of the open source visualization tool Gephi. The information is represented as a large set of nodes with connections to study their graphical distribution and explore geometry and symmetries. A randomized radial symmetry is found in the graphical representation of the collected information. Furthermore, the concept of modularity is used to demonstrate that community structures are present in the field of multibody system dynamics. In particular, twenty-four different thematic communities have been identified. The scientific production of each community is analyzed, which allows to predict its growing rate in the next years. The journals and conference proceedings mainly used by the authors belonging to the community as well as the cooperation between them by country are also analyzed

Disseny d’un sistema de mesura i conductivitat d’un llac

Aquest tfc dissenya, monta i prova un sistema de mesura de variables mediambientals de l’estany de laminació del campus per a establir i seguir la seva qualitat. El sistema digitalitza les dades mesurades per a emmagatzemar-les en pc, i aquest posteriorment poder-les processar i divulgar posteriorment. En aquest projecte es mesura la temperatura i conductivitat sense contacte elèctric per a evitar problemes d’incrustacions (fouling)

Vehicle pose estimation using G-Net: multi-class localization and depth estimation

In this paper we present a new network architecture, called G-Net, for 3D pose estimation on RGB images which is trained in a weakly supervised manner. We introduce a two step pipeline based on region-based Convolutional neural networks (CNNs) for feature localization, bounding box refinement based on non-maximum-suppression and depth estimation. The G-Net is able to estimate the depth from single monocular images with a self-tuned loss function. The combination of this predicted depth and the presented two-step localization allows the extraction of the 3D pose of the object. We show in experiments that our method achieves good results compared to other state-of-the-art approaches which are trained in a fully supervised manner.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Cómo y qué enseñar de la biodiversidad en la alfabetización científica

El presente artículo pretende abordar el tratamiento didáctico de la problemática sobre la conservación de la diversidad biológica desde la doble perspectiva de la alfabetización científica y la educación ambiental. A través de él proponemos ideas para concretar los respectivos discursos teóricos en la práctica educativa de la enseñanza de la biología. Partimos de la necesidad de ajustar los principios y metas que los caracterizan, con los procesos de enseñanza y aprendizaje significativo de los conceptos, valores, procesos y técnicas. Todos ellos son necesarios para el desarrollo, por parte de la ciudadanía, de la capacidad de interpretación crítica y de toma de decisiones fundamentadas sobre conservación de la biodiversidad.The purpose of this article is to approach the didactic treatment of biodiversity conservation issues from the double perspective of scientific literacy and environmental education. We attempt to provide ideas on how articulating their respective theoretical speeches with practice in biological education; understanding the need to fit principles and goals that characterize them, with the processes of teaching and learning concepts, values, processes and techniques; significantly necessary to develop of citizenship, critical interpretation and based decision-making capacities, related to the political proposals and measures on biodiversity conservation

Cómo y qué enseñar de la biodiversidad en la alfabetización científica

The purpose of this article is to approach the didactic treatment of biodiversity conservation issues from the double perspective of scientific literacy and environmental education. We attempt to provide ideas on how articulating their respective theoretical speeches with practice in biological education; understanding the need to fit principles and goals that characterize them, with the processes of teaching and learning concepts, values, processes and techniques; significantly necessary to develop of citizenship, critical interpretation and based decision-making capacities, related to the political proposals and measures on biodiversity conservation.El presente artículo pretende abordar el tratamiento didáctico de la problemática sobre la conservación de la diversidad biológica desde la doble perspectiva de la alfabetización científica y la educación ambiental. A través de él proponemos ideas para concretar los respectivos discursos teóricos en la práctica educativa de la enseñanza de la biología. Partimos de la necesidad de ajustar los principios y metas que los caracterizan, con los procesos de enseñanza y aprendizaje significativo de los conceptos, valores, procesos y técnicas. Todos ellos son necesarios para el desarrollo, por parte de la ciudadanía, de la capacidad de interpretación crítica y de toma de decisiones fundamentadas sobre conservación de la biodiversidad

Analysis of ultra low cycle fatigue problems with the barcelona plastic damage model

This paper presents a plastic formulation based on the Barcelona plastic damage model ([1], [2]) capable of predicting the material failure due to Ultra Low Cycle Fatigue. This is achieved taking into account the fracture energy dissipated during the cyclic process. This approach allows the simulation of ULCF in regular cyclic tests, but also in non-regular cases such as seismic loads