Modelado Computacional
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MODELADO COMPUTACIONAL DE LA CIENCIA A LA TECNOLOGÍA Eduardo N. Dvorkin 10/15/2013 1 Modelado Computacional
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MODELADO COMPUTACIONAL DE LA CIENCIA
A LA TECNOLOGÍA Eduardo N. Dvorkin
10/15/2013 1 Modelado Computacional
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Ciencia y Tecnología: juntas pero no revueltas
Modelado Computacional
CIENCIA
TECNOLOGIA
PROPIEDAD
SOCIAL
PARTICULAR
FIN ULTIMO
INDEPENDIENTE
DEPENDIENTE
DIFUSION
IRRESTRICTA
RESTRINGIDA
DESARROLLO
ACUMULATIVO
"If I have seen further it is by standing on the
shoulders of Giants" Isaac Newton
DESIGUAL
METODOLOGIA
CIENTIFICA
INDIFERENTE
REPERCUSION
INMEDIATA O
DIFERIDA Método de Jacobi para cálculo de
autovalores/autovetcores
presentado hace más de un siglo y de
utilización intensiva en computación
INMEDIATA
REPERCUSION LATERAL
MUCHA
La descripción matemática
de problemas de conbustión
y epidemiología es similar
N. Wiener
MUCHA
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El objetivo de los científicos es entender la naturaleza para poder establecer leyes que permitan predecir
sus fenómenos Este objetivo no necesita justificarse con consideraciones
económicas ó sociales y vale en si mismo
El objetivo de los tecnólogos es modificar la naturaleza para satisfacer las necesidades de los hombres
Este modificar de la naturaleza puede basarse en conocimientos científicos ó en el puro empirismo
y obtenidos los resultados esperados no suele ser importante justificar las metodologías de obtención y uso de los conocimientos necesarios
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INPUTS
“NO-CIENTIFICOS” TECNOLOGIA
CIENCIA
TECNICA
(PRODUCCION)
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Innovación tecnológica
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En Ciencia el concepto es el de innovación absoluta: es hacer lo que nadie hizo antes. Hay tecnologías que tienen el mismo criterio sobre la innovación que la Ciencia, son las que llamamos “tecnologías de punta”. En las tecnologías menos de punta el concepto de innovación es distinto. Existe un proceso de innovación local: una empresa que no fabricaba un determinado producto o no prestaba un determinado servicio empieza a hacerlo; lo que constituye una innovación en el medio productivo de referencia independientemente de que en el mundo o en el mismo país hubiese otras empresas que ya produjesen el producto o prestasen el servicio en cuestión.
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La cadena del I+D científico - tecnológico
CIENCIA I+D INDUSTRIAL
IMPLANTE PRODUCTIVO SERVICIOS
PRODUCCION SERVICIOS
know-why know-how
UNIVERSIDAD Ing.
Producción Ing. Proceso
Ing. Producto
Centro I+D Industrial
Vannevar Bush – “Science the endless frontier” (1944)
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Desarrollo del “know why”
(el “know how” se vende … no así el “know why “
Nuevos productos y nuevos procesos Optimización de productos y procesos
Exploración de “ventanas tecnológicas”
Simulación Computacional
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Simulación Computacional
• Mecánica de Sólidos y de Estructuras • Mecánica de Fluidos • Transferencia de calor y masa
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Mecánica de Sólidos y de Estructuras
Tensiones
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Ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que modelan matemáticamente el problema • Equilibrio
• Relaciones cinemáticas
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Ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que modelan matemáticamente el problema
• Relación constitutiva (el material)
Modelos fenomenológico de material
Elástico Lineal
Elástico No-Lineal
𝜎 = 𝜎(𝜀, 𝜀, 𝑇, ℎ𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎, 𝑒𝑡𝑐. )
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Modelos de material
Elasto-Plástico Creep
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Modelos de material
Materiales friccionales (hormigón, rocas, etc.)
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Problemas No-Lineales
No linealidad material
No hay proporcionalidad constante entre causa y efecto
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Problemas No-Lineales
No linealidad geométrica
No hay proporcionalidad constante entre causa y efecto
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Problemas No-Lineales
No linealidad material + geométrica
No hay proporcionalidad constante entre causa y efecto
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Modelos de material
Viscoplasticidad: efecto de la velocidad de deformación y de la temperatura
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Modelado Computacional
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos
Del problema continuo al problema discreto Finite Element Mesh Details
Vida remanente de grúas de puerto
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos Del problema continuo al problema discreto
Vida remanente de grúas de puerto
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos Del problema continuo al problema discreto
Vida remanente de grúas de puerto
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos
Arsat-1
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos
Arsat-1 Modelado Computacional
26 www.simytec.com
Structural models: satellites Natural modes
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Modelado Computacional
Análisis termo-elástico de ARSAT-1
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos
Simulación de perforaciones petroleras
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Accumulated damage
per
connection
Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos
Simulación de perforaciones petroleras
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Modelado Computacional El método de elementos finitos en Mecánica de Sólidos
Simulación de perforaciones petroleras
μ (pipes/well)=0.0 μ (pipes/well)=0.1
Comparison at the central cross section
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Modelado Computacional Validación de modelos
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
-5,00E+06 5,00E+06 1,50E+07 2,50E+07 3,50E+07 4,50E+07 5,50E+07 6,50E+07
Int. Vol. Reduction [mm3]
Ex
tern
al
Pre
ssu
re
[kg
/mm
2]
External pressure 1.26 kg/mm2
External pressure 1.19 kg/mm2
External pressure 1.20 kg/mm2
Photo of Pipe After Testing
A B
A B
A B
A B
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Modelado Computacional Validación de modelos
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Strains [%]
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
Strains [%]
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
Modelado Computacional Validación de modelos
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Mohr Coulomb
Drucker Prager (inner)
Drucker Prager (outter)
Máxima tensión
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Modelado Computacional Validación de modelos
Modelo de fracking
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Metal Forming: rolling
2.14
2.16
2.18
2.20
2.22
2.24
2.26
2.28
2.30
2.32
0 100 200 300 400 500 600 700
Distance from the stand center [mm]
Th
ick
ness [
mm
]
Measurements
METFOR
Modelado Computacional Validación de modelos
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The Mannesmann piercing process
Modelado Computacional Validación de modelos
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Mecánica de Fluidos
Navier - Stokes
Modelado Computacional
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Mecánica de Fluidos
Turbina hidráulica
Modelado Computacional
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Mecánica de Fluidos Turbina hidráulica
Modelado Computacional
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Mecánica de Fluidos Turbina hidráulica
Flow lines
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Interacción Fluido Estructura
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Interacción Fluido Estructura
Modelado Computacional
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Interacción Fluido Estructura Golpe de ariete
Modelado Computacional
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HAZ Liquid pool zone
Numerical values
Experimental values
Transferencia de calor
Soldadura
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Transferencia de calor
DZ2
R213R214R215
U1
U3
U2
U4 U1 +U3
R217
R209
R210
R216
R212
R211R218
R219
R220
R22
1
R22
2R
22
3
R2
24
DZ4
DZ3
DZ1R5
R56
R67
R78
R89
R100
R111
R122
R133
R144
R155
R166
R177
R188
R10
R61
R7
2R
83R
94
R10
5R
11
6
R12
7R
138
R1
49
R16
0R
171
R1
82
R19
3
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
Q1
0Q
11Q
12
Q1
3Q
14
Components of the bottom and top board
Temperature distribution [ºC]
Circuitos electrónicos en un satélite
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Proyecto FONARSEC - ONDAS
Socios del CAPP ONDAS
Sistema Público I+D CONICET
Universidades Nacionales UNLP
UNC
UNSJ
UNRN
Empresas del Estado INVAP S.E.
Empresas Privadas YPF S.A.
SIM&TEC S.A.
Modelado Computacional
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Temática científica
Modelado computacional de la
propagación de ondas mecánicas y
electromagnéticas en medios
complejos
Aplicaciones tecnológicas
Ondas mecánicas:
sonar y sísmica petrolera
Ondas electromagnéticas:
radar
Proyecto ONDAS
Proyecto FONARSEC - ONDAS
Modelado Computacional
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HPC (Computación de alto rendimiento) Usamos programas que calculan paralelizando para resolver problemas que no pueden ser resueltos en un tiempo razonable usando una sola computadora. Motivos: • Altísimo uso de tiempo de máquina • Altísimo uso de memoria RAM • Muchos experimentos numéricos similares • Necesito resultados en tiempos rápidos
(meteorología)
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10/15/2013 50 Modelado Computacional
10/15/2013 51 Modelado Computacional
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Escalabilidad
Programa SUMMIT, Prof. Raúl Radovitzky, MIT
Modelado Computacional
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La cadena del I+D científico - tecnológico
CIENCIA I+D INDUSTRIAL
IMPLANTE PRODUCTIVO SERVICIOS
PRODUCCION SERVICIOS
know-why know-how
UNIVERSIDAD Ing.
Producción Ing. Proceso
Ing. Producto
Centro I+D Industrial
Es factibilizada por el Estado
