Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Overview of adaptive and low-rank approximation algorithms for modeling influence of electromagnetic waves generated by cellphone antenna on human head

Głut Barbara, Paszyński Maciej

Computer Science

|

2021

|

T. 22 (4)

433--461

EN

This paper presents an overview of formulations and algorithms that are dedicated to modeling the influence of electromagnetic waves on the human head. We start from h adaptive approximation of a three-dimensional MRI scan of the human head. Next, we solve the time-harmonic Maxwell equations with a 1.8 GHz cellphone antenna. We compute the specific absorption rate used as the heat source for the Pennes bioheat equation modeling the heat generated by EM waves inside the head. We propose an adaptive algorithm mixed with time-stepping iterations where we simultaneously refine the computational mesh, solve the Maxwell and Pennes equations, and iterate the time steps. We employ the sparse Gaussian elimination algorithm with the low-rank compres-sion of the off-diagonal matrix blocks for the factorization of the matrices. We conclude with the statement that 15 minutes of talking with a 1.8 GHz antenna with one watt of power results in increased brain tissue temperatures (up to 38.4◦C).

2

Framework for topographic mesh generation and its application to the pollution simulations in Kraków area

Podsiadło Krzysztof, Serra Albert Oliver, Paszyński Maciej

Computer Methods in Materials Science

|

2019

|

Vol. 19, No. 1

21--28

EN

Air pollution is receiving a lot of interest nowadays. It is visible especially in the Kraków area, as this is one of the most polluted cities in Europe. People living there are more and more aware of the problem, what causes raising of various movements and NGOs that are trying to improve air quality. Unfortunately, this is not as simple as people usually think: air pollution grows because of multiple factors including traffic, climate, heating of buildings in winter, city’s architecture, etc. In this paper, we simulate and predict pollution with high resolution, as air quality can vary significantly over a distance of even a few hundreds of meters. Air quality simulation is a multidisplinary endeavor, comprising physical models (meteorological and chemistry) as well as numerical methods (geometry discretization, time and space discretization, etc.). It has been found that there is no proper method for automatic terrain mesh generation, so an algorithm for doing it is presented in this document as its significant part.

PL

Problem zanieczyszczenia powietrza staje się coraz bardziej zauważalny w czasach dzisiejszych. Dotyczy to szczególnie okolic Krakowa, będącego jednym z najbardziej zanieczyszczonych miast w Europie. Ludzie mieszkający w rejonie Krakowa stali się bardziej świadomi problemu zanieczyszczeń, co zmotywowało do powstawania różnych organizacji publicznych oraz zainicjowało różne działania władz na szczeblu lokalnym oraz globalnym w celu polepszenia jakości powietrza. Niestety problem powstawania i propagacji zanieczyszczeń jest bardzo skomplikowany, i łączy w sobie wiele czynników takich jak transport miejski, lokalny klimat, problem ogrzewania budynków w okresie zimowym, struktura architektury miejskiej, itp. W artykule tym zajmujemy się symulacjami i predykcją zanieczyszczeń z wysoką rozdzielczością, z uwagi na fakt, iż jakość powietrza może się istotnie zmieniać z jednego miejsca do drugiego na odległości kilkuset metrów. Symulacje zanieczyszczeń to zadanie wielodyscyplinarne, łączące ze sobą modele fizyczne (meteorologiczne i chemiczne), oraz modele numeryczne (dyskretyzacja geometrii, dyskretyzacja czasowoprzestrzenna). W szczególności zajęliśmy się skonstruowaniem nowego algorytmu automatycznej generacji topograficznych siatek obliczeniowych i jego wykorzystaniem w zagadnieniach symulacji zanieczyszczeń.

3

Development of simple effective cloud of nodes and triangular mesh generators for meshless and element-based analyses – implementation in Matlab

Milewski S.

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2017

|

Vol. 24, no. 3

157--180

EN

This paper is devoted to the development of the Matlab software dedicated to the generation of 2D arbitrarily irregular clouds of nodes and triangular meshes. They may be applied in numerical analyses of boundary value problems, based on both meshless and finite element discretization techniques, especially in the case of numerical homogenization in which the domain partitioning into disjoint subdomains may be required. Several Matlab functions are extended on the basis of the simple computational geometry-based ideas and concepts of engineering nature. A set of Matlab functions, attached to this paper, is discussed in detail, and examined on selected boundary value problems.

4

Computational experiments of a remeshing algorithm based on mesh generator

Kucwaj J.

Czasopismo Techniczne. Nauki Podstawowe

|

2016

|

Y. 113, iss. 1-NP

149--158

EN

The main goal of the presented paper are numerical experiments of the convergence of the adaptation algorithm [4] developed by the author based on remeshing, which form the proof of the concept for the presented algorithm. The main feature of the considered algorithm is an application of the mesh generator to the adaptation with a mesh size function [5]. The proposed method uses a sequence of meshes obtained by successive modification of the mesh size function. The rate of the convergence is obtained numerically considering a known solution. The analysis of the unknown solution was restricted to the assessment of some properties of the strict solution.

PL

Głównym celem artykułu są numeryczne eksperymenty zbieżności algorytmu adaptacji [4] rozwijanego przez autora opartego na „remeshingu”, które potwierdzają koncepcję prezentowanego algorytmu. Główną cechą analizowanego algorytmu jest zastosowanie generatora siatek [5] z zadaną funkcją rozmiaru siatki. Rozwijana metoda wykorzystuje ciąg siatek pokrywających obszar otrzymanych z odpowiednio modyfikowaną funkcją rozmiaru siatki. Otrzymane tempo numerycznej zbieżności zostało uzyskane na znanym rozwiązaniu. Analiza nieznanego rozwiązania została sprowadzona do oceny znanych własności danego rozwiązania, które mogą być obserwowane na rozwiązaniach przybliżonych.

5

A comparison of objective functions of optimization-based smoothing algorithm for tetrahedral mesh improvement

Dai C., Liu H.-L., Dong L.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2014

|

Vol. 52 nr 1

151--163

EN

The objective function based on mesh quality metric has a major impact on smoothing unstructured tetrahedral meshes. The ability of seven mesh quality metrics to distinguish four kinds of poor-quality elements and their effects on the change of element shape are analyzed in detail. Then, four better mesh quality metrics are chosen to construct objective functions. In addition, the rational determination of searching direction and the optimal step size in the optimization algorithm of solving the objective function are proposed. Finally, comparisons with the other three objective functions are made according to different number of elements, iteration limit, and the desired accuracy in the improved mesh. It is found that with the increase of the number of elements, the time consumed during optimization increases, but the changes of the worst quality element are different. The number of iterations has little effect on the mesh quality and the time cost. The increasing of the desired degree of accuracy will improve the mesh quality and cost more time. Furthermore, the approach using objective function is compared with Freitag’s common approach. It is clearly shown that it performs better than the existing approach.

6

Improved GETMe by adaptive mesh smoothing

Vartziotis D., Papadrakakis M.

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2013

|

Vol. 20, no. 1

55--71

EN

Mesh smoothing improves mesh quality by node relocation without altering mesh topology. Such methods play a vital role in finite element mesh improvement with a direct consequence on the quality of the discretized solution. In this work, an improved version of the recently proposed geometric element transformation method (GETMe) for mesh smoothing is presented. Key feature is the introduction of adaptive concepts, which improve the resulting mesh quality, reduce the number of parameters, and enhance the parallelization capabilities. Implementational aspects are discussed and results of a more efficient version are presented, which demonstrate that GETMe adaptive smoothing yields high quality meshes, is particularly fast, and has a comparably low memory profile. Furthermore, results are compared to those of other state-of-the-art smoothing methods.

7

A voxelization based mesh generation algorithm for numerical models used in foundry engineering

Szucki M., Suchy J. S.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 38, no. 1

43-54

EN

The aim of this study is the adaptation of the voxelization algorithm for the generation of regular computational meshes used in numerical models. The authors concentrate on solutions, which can be applied in a computer modeling of phenomena occurring in the foundry industry. The presented mesh generation process is the STL files based. This file format is generally used in the commercial simulation software. The basic voxelization algorithm extended with such functions as: the input data correctness control (virtual geometry), the formation of meshes consisting of several subdomains corresponding to individual elements of the foundry technology (mould, casting, core, feeder etc.) and the possibility of the mesh local refinement (adaptive grids), is presented in the hereby paper. The described solution is characterized by high efficiency and when combined with the proper numerical model can be successfully implemented in problems related to computer simulation of foundry processes.

PL

Celem artykułu jest adaptacja algorytmu voxelizacji do generowania regularnych siatek obliczeniowych dla modeli numerycznych. Autorzy koncentrują się na rozwiązaniach mogących mieć zastosowanie w komputerowym modelowaniu zjawisk występujących w przemyśle odlewniczym. Przedstawiony proces generowania siatki odbywa się z wykorzystaniem plików STL, które są powszechnie stosowane w komercyjnych programach symulacyjnych. W publikacji zaprezentowano bazowy algorytm wokselizacji uzupełniony o zagadnienia takie jak kontrola poprawności danych wejściowych (wirtualnej geometrii), tworzenie siatek składających się z wielu podobszarów odpowiadających poszczególnym elementom technologii odlewniczej (forma, odlew, rdzeń, nadlewy itp.) oraz możliwość lokalnego zróżnicowania kroku siatki (adaptive grids). Przedstawione w artykule rozwiązanie charakteryzuje się dużą efektywnością i w połączeniu z odpowiednim modelem numerycznym może być z powodzeniem zastosowane w komputerowej symulacji procesów odlewniczych.

8

Generation of mixed triangular-rectangular meshes of arbitrary planar shapes: an algorithm for the Method of Moments

Linkowski T. A., Słobodzian P. M.

Challenges of Modern Technology

|

2012

|

Vol. 3, no. 1

3--6

EN

A mesh generation algorithm for the Method of Moments (MoM) is presented here. Mesh of a shape is a set of cells (e.g. triangles) approximating this shape, and meshes are used, among others, in electromagnetic analysis with the MoM. For arbitrary planar shapes, this algorithm (named CGSM) generates a mesh comprised of mixed triangular and rectangular cells. The shape(s) to be meshed, described with line segments and arcs, may have any number of holes. Moreover, CGSM can provide non-uniform (denser) mesh near the edges of each shape. In the paper, a brief step-by-step description of CGSM is given, and then two structures are simulated using meshes created by CGSM and commercial software IE3D™.

9

Simulation of droplet motion in welding arcs as a case study of remeshing

Cybułka P., Siwek A., Rońda J., Banaś K.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 2

381-386

EN

The paper describes the applicability of re-meshing techniques for accurate modelling of droplet motion. The simulation takes place in a 3D domain. Locally the mesh is divided into two parts - a droplet and its surroundings. The part of a mesh around a droplet is composed of prismatic elements forming a thin layer to resolve better the boundary layer around the moving droplet. The rest of the domain is split into tetrahedrals using Delaunay triangulation. Nodes on the surface of a droplet during the FE simulation move relative to the surrounding material creating a moving boundary of the domain. The quality of a mesh deteriorates in the vicinity of a moving boundary. At each stage of numerical simulation the quality of a mesh is monitored and certain measures, like smoothing, are used to improve it. At certain moment of numerical evaluations, it becomes impossible to retain the quality of the mesh without deleting some elements and creating new ones. The re-meshing is firstly done locally, and if it does not suffice, it is spreading for a larger part of the domain. The meshing algorithm, used in the whole process, is based on the Delaunay triangulation. Some modifications are done using the concept of a layer of prismatic elements around a droplet. The vertices of elements on the outer surface of the layer belong to a set of input points for automatic triangulation. The triangulation process creates elements of various sizes with finer grading around a droplet to obtain the better resolution of its shape. Another difficulty comes from the necessity to trace the motion of a droplet. When considering the contact of a droplet with the boundary of the problem domain (or any other possible obstacles) the efficient search techniques are used to detect collisions. To this end, the Octree advanced collision detection technique, based on data structures and algorithms are employed. The newly developed software application will provide the simulation of welding processes with considering energy and mass transfer to the weld pool. This requires the proper consideration of a filler material flow to the weld pool and involves transport of filler material droplets through the welding arc, i.e. plasma beam, to the weld pool. The numerical technique described in the paper, is our first attempt to model of welding process both with energy and mass transfer. The next approach, will take into consideration of a droplet contact with a surface of the weld bath and more detailed energy transfer from the plasma beam to the weld pool.

PL

Artykuł przedstawia technikę re-meshingu zastosowaną w modelowaniu trójwymiarowej przestrzeni z ruchomym brzegiem. Metoda ta znajduje zastosowanie między innymi w dokładnym modelowaniu ruchu spadającej kropli metodą elementów skończonych. W tym celu siatka zostaje lokalnie podzielona na dwie części - kropli i jej otoczenie. Część siatki wokół kropli składa się z elementów pryzmatycznych tworzących cienką warstwę przyścienną. Warstwa pryzmatyczna została utworzona w celu uzyskania dokładnego rozwiązania na granicy przestrzeni kropli a otoczenia. Pozostała część przestrzeni jest podzielona na czworościany za pomocą techniki opartej na triangulacji Delaunay w przestrzeni 3D. Podczas symulacji MES węzły na powierzchni przesuwanej kropli tworzą ruchomy brzeg względem obszaru otaczającego kroplę, przez co jakość siatki wokół kropli pogarsza się. Na każdym etapie numerycznych symulacji jakość siatki jest monitorowana i pewne środki, takie jak wygładzanie, wykorzystywane są do jej poprawy. W pewnym momencie niemożliwe staje się zachowanie odpowiedniej jakości siatki bez usuwania i tworzenia nowych elementów. Początkowo odpowiedni re-meshing siatki wykonywany jest lokalnie, a jeśli to nie wystarczy, jest rozłożony na większą część obszaru. Celem nowo tworzonego oprogramowania jest zapewnienie właściwego zarządzania siatką podczas symulacji procesów z ruchomym brzegiem oraz ewentualne uwzględnienie warstwy przyściennej. Oprogramowanie zostanie zastosowane między innymi w symulacjach procesu spawania uwzględniających transfer energii i masy do jeziorka. Modelowanie procesu wymaga należytego rozpatrzenia przepływu materiału wypełniającego do jeziorka i obejmuje transport kropli spoiwa poprzez łuk spawalniczy, czyli wiązkę plazmy, do jeziorka.

10

Numerical analysis of strain inhomogeneities during deformation on the basis of the three dimensional Digital Material Representation

Madej L., Cybulka P., Perzynski K., Rauch L.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 2

375-380

EN

The main objective of the DMR system presented in the work is to create the digital microstructure with its features (grains, sub grains, grain boundaries) represented explicitly. Particular attention in the paper is put on designing three dimensional DMR. These digital structures are used to generate finite element meshes that exactly replicate geometry of grains. Finally obtained meshes arę used during simulation of the deformation process to analyze stress concentration along grain boundaries. Details of implemented algorithms are presented in the paper. The advantages and disadvantages of this approach are discussed, as well.

PL

Podstawowym celem pracy jest stworzenie modelu wykorzystującego cyfrową reprezentację materiału do analizy wpływu elementów mikrostruktury na zachowanie się materiału w trakcie odkształcenia. Cyfrowa reprezentacja materiału zapewnia możliwość uwzględnienia elementów mikrostruktury np. ziarna, granice ziaren, różne fazy itp. w sposób jawny w trakcie symulacji. W ramach pracy stworzone zostały algorytmy tworzenia trójwymiarowej cyfrowej reprezentacji wraz z dedykowaną siatką elementów skończonych, która wiernie odzwierciedla geometrię ziaren. Opracowana cyfrowa reprezentacja materiału polikrystalicznego jest następnie wykorzystana w trakcie analizy koncentracji naprężeń wzdłuż granic ziaren w trakcie testu spęczania próbki sześciennej. Wady i zalety opracowanego podejścia zostały również przedstawione w niniejszej pracy.

11

Ear-slicing and quality triangulation

Kajak B., Gewali L., Selvaraj H.

Systems Science

|

2010

|

Vol. 36, no 4

105-109

EN

Most algorithms for polygon triangulation do not consider the quality of generated triangles. We present two approaches for modifying the ear-cutting triangulation algorithm so that the resulting mesh contains higher proportion of quality triangles. The first approach is based on searching for the best triangle by scanning the boundary. The second approach uses "stabbing diagonals" to partition the polygon onto components which can then be separately triangulated to increase the number of quality triangles.

12

The challenge of hexahedral meshing of arterial geometry

Garcia E., Seron F., Baldassarri S.

Machine Graphics and Vision

|

2008

|

Vol. 17, No. 1/2

35-55

EN

This paper describes the process of generating a hexahedral mesh of the arterial geometry. From the finite element meshing point of view, arterial geometry may be regarded as a volume assembly in which every segment can be meshed separately except in the shared surfaces. The arterial assembly is made up of three subvolumes: arterial wall, artery lumen and atherosclerotic plaque. A three-dimensional geometric model of each arterial segment has been reconstructed using intravascular ultrasound images (IVUS) and biplane angiographies. Generation of hexahedral meshes for biological models with different physical characteristics usually requires the use of different meshing algorithms for each region. Vessel bifurcations have been modeled by joining the surfaces of the reconstructed segments, using a technique based on NURBS. Therefore, this paper describes the combination of decomposition and meshing techniques required to meet the challenge of generating hexahedral elements for arterial models. A variety of verification algorithms have been used in order to calculate several algebraic quality metrics and assess the quality of the finite element meshes generated.

13

Fast point location algorithm on triangular meshes

Wichulski M., Rokicki J.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2008

|

Vol. 46 nr 2

315-324

EN

This paper is a study of application of persistent data structures to the planar and, in part, also spatial point location. In practice, a simplified method of building persistent red- black binary search tree is considered. It corresponds to the structure of a two-dimensional cell complex. Subsequent use of the structure for searching a certain point in space is shown. The computational mesh consists of triangular (in two dimensions) or tetrahedral (in three dimensions) cells. This fact allows significant simplifications to both implementation of the total order necessary to build the search tree as well as construction of the red-black binary search tree itself. The performance of the algorithm is verified for various meshes (consisting of up to 1846197 cells). Finally, certain further directions of the research are shown.

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań nad zastosowaniem dynamicznych struktur danych (ang. persistent data structures) do planarnej i przestrzennej lokalizacji punktu w siatce obliczeniowej, z wykorzystaniem czerwono-czarnych drzew poszukiwań binarnych, które odpowiadają strukturze dwuwymiarowego kompleksu komórek. Rozważana siatka obliczeniowa składa się z komórek trójkątnych (w dwóch wymiarach) albo czworościennych (w trzech wymiarach). Ten fakt zezwala na znaczne uproszczenia realizacja totalnego porządku niezbędnego do budowy drzewa poszukiwań, jak również konstrukcji samego czerwono-czarnego drzewa poszukiwań binarnych. Wydajność algorytmu jest sprawdzone dla różnych siatek obliczeniowych (zawierających od 1239 do 1846197 komórek). Wyniki eksperymentu numerycznego potwierdzają logarytmiczny czas lokalizacji i liniowo rosnące zużycie pamięci przy wzroście rozmiaru siatki.

14

On the application of content adaptive mesh image representation

Chlewicki W., Rogala T.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2006

|

R. 52, nr 9

52-54

EN

In this article we focus on image representation using Content Adaptive Mesh Models (CAMM). We discuss the idea of image representation using the triangular mesh and limitations of this method. The performance of the methods is evaluated with two sample images representative for biomedical applications: brain reconstruction from Positron Emission Tomography (PET) scanner and Shepp-Logan head phantom. The conclusion is that the CAMM approach may be very effective representation for image reconstruction, but the current version of the algorithm is inappropriate for very low contrast data, such as the Shepp-Logan phantom. The main conclusion is that the node placement scheme should be corrected to prevent excess concentration of nodes in unimportant regions of highcontrast and shortage of nodes in low-contrast parts of the image. It is postulated that contrast stretching could be a possible solution to that limitation.

PL

W artykule opisano zastosowanie reprezentacji obrazu w postaci adaptujacej się do jego zawartości siatki elementów trójkatnych (ang. Content Adaptive Mesh Models - CAMM). Przeanalizowano skuteczność takiego podejścia i ograniczenia metody na przykładzie dwóch obrazów testowych, typowych dla zastosowań biomedycznych: rekonstrukcji skanu mózgu z wykorzystaniem tomografii emisyjnej (PET) oraz tzw. fantomu Sheppa-Logana. Na podstawie uzyskanych wyników wnioskuje się, że wykorzystanie siatki elementów trójkatnych może być bardzo efektywnym sposobem reprezentacji obrazu, jednak w swojej obecnej wersji algorytm nie sprawdza się w przypadkach w których część obrazu cechuje sie niskim kontrastem. Zasugerowano zastosowanie kompresji kontrastu w celu przezwyciężenia tego ograniczenia.

15

Definition and interpolation of discrete metric for mesh generation on 3D surfaces

Głut B., Jurczyk T.

Computer Science

|

2005

|

Vol. 7

89-103

EN

The article concerns the problem of a definition of the control space from a set of discrete data (metric description gathered from different sources) and its influence on the efficiency of the generation process with respect to 2D and 3D surface meshes. Several methods of metric interpolation between these discrete points are inspected, including an automated selection of proper method. Some aspects of the procedures of creation and employment of the mesh control space based on the discrete set of points are presented. The results of using different variations of these methods are also included.

PL

Artykuł opisuje zagadnienie definicji przestrzeni kontrolnej (sterującej procesem generowania siatek) na podstawie dyskretnych danych (opisu metryki pozyskanego z różnych zródeł) oraz jej wpływu na wydajność procesu generacji siatek na płaszczyźnie oraz powierzchniach trójwymiarowych. Rozpatrywane są różne metody interpolacji metryki w obszarach pomiędzy dyskretnymi punktami ze zdefiniowaną metryką, włącznie z automatyczną metodą wyboru odpowiedniej metody interpolacji. Przedstawione są zagadnienia związane z procesem tworzenia i wykorzystywania przestrzeni kontrolnej opartej na informacji z dyskretnego zbioru punktów. Załączone są także przykładowe wyniki zastosowania różnych wariantów opisywanych metod.

16

Electromagnetic field analysis of 2D-3D structure of switched reluctance motors (disc-type)

Wiak S., Drzymała P., Welfle H.

Journal of Technical Physics

|

2002

|

Vol. 43, no 4

505-513

EN

In the paper comparative studies of 2D-3D disc-type Switched Reluctance Motor (SRM) structures are performed. The calculation of magnetic field distributions and the static torque characteristics have been computed by means of Finite Element Method (FEM) for 2D and 3D motor structures. It has been emphasized that the calculations of the model structure (thanks to axial symmetry) have been done for a half of the volume while the boundary conditions are predefined. 3D structure of the model motor is built up, then the mesh is generated for number of elements exceeding 100 000. The results of 3D calculations are presented in the form of the static torque characteristics and magnetic flux curves versus rotor angular positions and current densities in the stator winding as well. Disc-type SR motors thanks to their specific structures are commonly used in automotive system, servo-drives, etc. The motor structure consists of the stator core toroidally shaped in which slots are placed on both sides of the active surface; moreover stator windings are wounded as Gramma type (made of identical coils surrounding the stator core). SRM are proposed to be mounted at the wheel of gearless electric vehicles (small cars, wheelchair, scooters, etc.).

17

Comparative study of shunt reactor structures by field models

Wiak S., Drzymała P., Welfle H.

Journal of Technical Physics

|

2002

|

Vol. 43, no 4

513-520

EN

The paper presents the results of field analysis of the shunt reactor 3D structure based on a field method. The magnetic field computations have been carried out for the shell-type and two-limb structure of a one-phase shunt reactor, then to be assembled as a 3-phase unit. The field calculations are performed for 3-D model reactor structures with different number of core slices (different number of air gaps, but with constant intermediate - slice air gap length). The 3D structure of the model reactor is built up, then the mesh is generated for a number of elements exceeding 200 000. The optimal value of the ratio d/g (height of the intermediate-slice air gap/height of the limb slice) and the ratio d/g (height of the intermediate-slice air gap/diameter of the limb) are evaluated leading to minimum values of the weight and capitalized cost of the device.