Revista Facultad de Ingeniería

Finite elements analysis of the deformation applied to the 6061-T6 aluminum alloy by equal channel angular pressing

Resumen El proceso de deformación plástica severa “presión en canal angular de sección constante (ECAP/ECAE por sus siglas en inglés)”, se simuló bajo la teoría de elementos finitos utilizando el software ANSYS, aproximando respuestas elastoplásticas que se puedan presentar en una probeta de aleación de aluminio 6061-T6. Se estudiaron las variaciones de los parámetros mecánicos de la matriz ECAP, tales como su geometría (ángulo externo (Ψ) y ángulo interno (Φ)) y las condiciones de fricción del proceso. Se analizó la influencia de cada uno de estos parámetros en el comportamiento del material. Los resultados obtenidos fueron comparados con las predicciones teóricas que se han dispuesto a lo largo del estudio del ECAE/ECAP por parte de diferentes investigadores.

Abstract The severe plastic deformation process Equal Channel Angular Pressing (ECAP/ECAE), was simulated under the theory of finite elements using the software ANSYS, in search of different elastoplastic responses that can be presented to a sample of 6061-T6 aluminum alloy. Variations of the mechanical parameters of the ECAP matrix, such as its geometry (external angle (Ψ) and internal angle (Φ)) and the friction conditions of the process were studied. The influence of each of these parameters on the behavior of the material was analyzed. The results obtained were compared with the theoretical predictions that have been arranged throughout the ECAE / ECAP study by different researchers.

Resumo O processo de deformação plástica severa “pressão em canal angular de seção constante (ECAP/ECAE por suas siglas em inglês)”, simulou-se sob a teoria de elementos finitos utilizando o software ANSYS, aproximando respostas elastoplásticas que se apresentem em uma proveta de liga de alumínio 6061-T6. Estudaram-se as variações dos parâmetros mecânicos da matriz ECAP, tais como sua geometria (ângulo externo (Ψ) e ângulo interno (Φ)) e as condições de fricção do processo. Analisou-se a influência de cada um destes parâmetros no comportamento do material. Os resultados obtidos foram comparados com as predições teóricas que tenham sido dispostas ao longo do estudo do ECAE/ECAP por parte de diferentes pesquisadores.

The capacitated vehicle routing problem with soft time windows and stochastic travel times

Abstract A full multiobjective approach is employed in this paper to deal with a stochastic multiobjective capacitated vehicle routing problem (CVRP). In this version of the problem, the demand is considered to be deterministic, but the travel times are assumed to be stochastic. A soft time window is tied to every customer and there is a penalty for starting the service outside the time window. Two objectives are minimized, the total length and the time window penalty. The suggested solution method includes a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA) together with a variable neighborhood search (VNS) heuristic. It was tested on instances from the literature and compared to a previous solution approach. The suggested method is able to find solutions that dominate some of the previously best known stochastic multiobjective CVRP solutions.

Resumen Un enfoque totalmente multiobjetivo es usado en este artículo para estudiar un problema de enrutamiento de vehículos capacitado (CVRP), estocástico y multiobjetivo. En esta versión del problema, la demanda se considera determinística, pero los tiempos de viaje son asumidos como estocásticos. Una ventana de tiempo suave es asociada con cada cliente y hay una penalización por iniciar el servicio por fuera de esta. Dos objetivos son minimizados, la distancia total recorrida y la penalización por no cumplir con la ventana de tiempo. El método de solución propuesto incluye un algoritmo genético con ordenamiento no dominado (NSGA) y una heurística de búsqueda de vecindad variable (VNS). Se probó en problemas de la literatura y se comparó con un enfoque previo de solución. El método propuesto es capaz de encontrar soluciones que dominan algunas de las mejores soluciones conocidas para el CVRP multiobjetivo.

Resumo Um enfoque totalmente multiobjetivo é usado neste artigo para estudar um problema de roteamento de veículos capacitado (CVRP), estocástico e multiobjetivo. Nesta versão do problema, a demanda considera-se determinística, mas os tempos de viagem são assumidos como estocásticos. Uma janela de tempo suave é associada com cada cliente e tem uma penalização por iniciar o serviço por fora desta. Dois objetivos são minimizados, a distância total recorrida e a penalização por não cumprir com a janela de tempo. O método de solução proposto inclui um algoritmo genético com ordenamento não dominado (NSGA) e uma heurística de busca de vizinhança variável (VNS). Provou-se em problemas da literatura e comparou-se com um enfoque prévio de solução. O método proposto é capaz de encontrar soluções que dominam algumas das melhores soluções conhecidas para o CVRP multiobjetivo.

Neural network study for the subject demand forecasting

Resumen La planeación de cursos de un centro educativo o universidad está compuesta por múltiples problemas complejos como lo es la asignación de horarios para los alumnos, salones y profesores para cada asignatura. Uno de los problemas iniciales es determinar la cantidad de asignaturas que se ofertarán; este problema parece sencillo a simple vista ya que una vez que se tenga la información de la cantidad de alumnos aprobados para cada asignatura, se puede calcular fácilmente la siguiente demanda de asignaturas. Sin embargo, existen ocasiones en los que la planeación de cursos del siguiente período inicia antes de tener la información relativa a la aprobación de los alumnos. Lo cual nos lleva al problema del pronóstico de los porcentajes de aprobación para calcular la demanda de asignaturas de los alumnos. En este trabajo se compara el desempeño de modelos causales contra modelos estadísticos para el pronóstico de los porcentajes de aprobación y reprobación de los alumnos. Los resultados finales muestran una ventaja importante de los métodos causales sobre los métodos estadísticos para los casos de prueba. Consideramos que esta ventaja ocurre debido a que el modelo causal aprende los patrones de comportamiento de los datos de entrenamiento de forma independiente en vez de generalizar porcentajes de acreditación. Además de lo anterior, el método estadístico puede presentar problemas importantes al tratar de pronosticar porcentajes de acreditación para situaciones que no se encuentren en los datos de entrenamiento, mientras que el modelo causal utilizará la información aprendida para pronosticar dichas situaciones.

Abstract Course planning of an educative center or university is composed of multiple complex problems like the design of the schedule for the students, classrooms, and professors for each signature. One of the problems is the forecasting of the number of subjects to make available for the students; this problem seems easy at first glance because once we have the number of approved and failed students for each subject, we can easily calculate the following demand for each subject. However, there are occasions where the course planning for the following period starts before having the information related to the number of accredited students; which lead us to the problem of forecasting the accreditation ratio for the calculation of the subject demand from the students. In this paper, the performance of a causal model compares to the performance of a statistical model for the forecasting of the approve and fail ratio of the students. The final results show that the causal model outperforms the statistical model for the given instances. We consider that this advantage occurs because the causal model learns the behavior patterns of the training data independently, instead of generalizing the accreditation ratio. Additionally, the statistical method can present significant problems when trying to forecast accreditation ratios for situations that are not found in the training data, while the causal model will use the information learned to predict such situations.

Resumo O planejamento de cursos de um centro educativo ou universidade está composto por múltiplos problemas complexos como é a distribuição de horários para os alunos, salões e professores para cada disciplina. Um dos problemas iniciais é determinar a quantidade de disciplinas que se ofertarão; este problema parece simples à primeira vista já que uma vez que se tenha a informação da quantidade de alunos aprovados para cada disciplina, pode-se calcular facilmente a seguinte demanda de disciplinas. Porém, existem ocasiões nas quais o planejamento de cursos do seguinte período inicia antes de ter a informação relativa à aprovação dos alunos. O que nos leva ao problema do prognóstico das porcentagens de aprovação para calcular a demanda de disciplinas dos alunos. Neste trabalho compara-se o desempenho de modelos causais contra modelos estatísticos para o prognóstico das porcentagens de aprovação e reprovação dos alunos. Os resultados finais mostram uma vantagem importante dos métodos causais sobre os métodos estatísticos para os casos de prova. Consideramos que esta vantagem ocorre devido a que o modelo causal aprende os padrões de comportamento dos dados de treinamento de forma independente em vez de generalizar porcentagens de acreditação. Além disso, o método estatístico pode apresentar problemas importantes ao tratar de prognosticar porcentagens de acreditação para situações que não se encontrem nos dados de treinamento, enquanto que o modelo causal utilizará a informação aprendida para prognosticar tais situações.

Strength benefit of sawdust/wood ash amendment in cement stabilization of an expansive soil

Abstract The investigation evaluated the strength benefits obtained by amending cement stabilization of an expansive soil by using saw dust ash (SDA), a waste generated in wood milling industries due to burning. The experimental program involved the preparation of cylindrical specimens of size 38 mm x 76mm for evaluating the unconfined compression strength (UCS) of the cement stabilized and amended samples cured for varying periods of 2 hours, 7, 14 and 28 days. Two cement contents of 2% and 6% by weight of soil were adopted to stabilize the soil. The SDA amended cement stabilized samples adopted SDA contents of 5%, 10% and 20% by weight of soil. Strength gain trends for the amended samples were also fitted based on the results of the UCS tests. In order to analyse benefits in pavement design and thickness reduction, the UCS values were used to predict the CBR value of the specimens based on which the reduction in pavement thickness was calculated for different traffic densities. The investigation revealed that 5% SDA amendment of cement stabilization can result in up to 26% increase in early strength and 20% increase in delayed strength. Based on the predicted CBR values, pavement thickness can be reduced up to 8.3%.

Resumen La investigación evaluó los beneficios de resistencia obtenidos al modificar la estabilización del cemento de un suelo expansivo mediante el uso de cenizas de polvo de sierra (SDA), un residuo generado en las industrias de molienda de madera debido a la quema. El programa experimental consistió en la preparación de muestras cilíndricas de tamaño 38 mm x 76 mm para evaluar la resistencia a la compresión no confinada (UCS) del cemento estabilizado y las muestras modificadas curadas por períodos variables de 2 horas, 7, 14 y 28 días. Se adoptaron dos contenidos de cemento de 2% y 6% en peso de suelo para estabilizar el suelo. Las muestras estabilizadas de cemento modificadas por SDA adoptaron contenidos de SDA del 5%, 10% y 20% en peso del suelo. Las tendencias de aumento de la fuerza para las muestras modificadas también se ajustaron en función de los resultados de las pruebas de UCS. Con el fin de analizar los beneficios en el diseño del pavimento y la reducción del espesor, los valores de UCS se usaron para predecir el valor CBR de los especímenes en base a los cuales se calculó la reducción del espesor del pavimento para diferentes densidades de tráfico. La investigación reveló que la enmienda 5% SDA de la estabilización del cemento puede dar como resultado un aumento de hasta el 26% en la resistencia temprana y un aumento del 20% en la resistencia retardada. Según los valores de CBR previstos, el grosor del pavimento se puede reducir hasta el 8.3%.

Resumo A pesquisa avaliou os benefícios de resistência obtidos ao modificar a estabilização do cimento de um solo expansivo mediante o uso de cinzas de pó de serra (SDA), um resíduo gerado nas indústrias de moagem de madeira devido à queima. O programa experimental consistiu na preparação de amostras cilíndricas de tamanho 38 mm x 76 mm para avaliar a resistência à compressão não confinada (UCS) do cimento estabilizado e as amostras modificadas curadas por períodos variáveis de 2 horas, 7, 14 e 28 dias. Adotaram-se dois conteúdos de cimento de 2% e 6% em peso de solo para estabilizar o solo. As amostras estabilizadas de cimento modificadas por SDA adotaram conteúdos de SDA de 5%, 10% e 20% em peso do solo. As tendências de aumento da força para as amostras modificadas também se ajustaram em função dos resultados das provas de UCS. Com o fim de analisar os benefícios no desenho do pavimento e a redução da espessura, os valores de UCS foram usados para predizer o valor CBR dos espécimes em base aos quais se calculou a redução da espessura do pavimento para diferentes densidades de tráfego. A pesquisa revelou que a emenda 5% SDA da estabilização do cimento pode dar como resultado um aumento de até 26% na resistência inicial e um aumento de 20% na resistência tardia. Segundo os valores de CBR previstos, a grossura do pavimento pode ser reduzida até 8.3%.

Anomalies detection for big data

Resumen El desarrollo de la era digital ha traído como consecuencia un incremento considerable de los volúmenes de datos. A estos grandes volúmenes de datos se les ha denominado big data ya que exceden la capacidad de procesamiento de sistemas de bases de datos convencionales. Diversos sectores consideran varias oportunidades y aplicaciones en la detección de anomalías en problemas de big data. Para realizar este tipo de análisis puede resultar muy útil el empleo de técnicas de minería de datos porque permiten extraer patrones y relaciones desde grandes cantidades de datos. El procesamiento y análisis de estos volúmenes de datos, necesitan de herramientas capaces de procesarlos como Apache Spark y Hadoop. Estas herramientas no cuentan con algoritmos específicos para la detección de anomalías. El objetivo del trabajo es presentar un nuevo algoritmo para la detección de anomalías basado en vecindad para de problemas big data. A partir de un estudio comparativo se seleccionó el algoritmo KNNW por sus resultados, con el fin de diseñar una variante big data. La implementación del algoritmo big data se realizó en la herramienta Apache Spark, utilizando el paradigma de programación paralela MapReduce. Posteriormente se realizaron diferentes experimentos para analizar el comportamiento del algoritmo con distintas configuraciones. Dentro de los experimentos se compararon los tiempos de ejecución y calidad de los resultados entre la variante secuencial y la variante big data. La variante big data obtuvo mejores resultados con diferencia significativa. Logrando que la variante big data, KNNW-Big Data, pueda procesar grandes volúmenes de datos.

Abstract The development of the digital age has resulted in a considerable increase in data volumes. These large volumes of data have been called big data since they exceed the processing capacity of conventional database systems. Several sectors consider various opportunities and applications in the detection of anomalies in big data problems. This type of analysis can be very useful the use of data mining techniques because it allows extracting patterns and relationships from large amounts of data. The processing and analysis of these data volumes need tools capable of processing them as Apache Spark and Hadoop. These tools do not have specific algorithms for detecting anomalies. The general objective of the work is to develop a new algorithm for the detection of neighborhood-based anomalies in big data problems. From a comparative study, the KNNW algorithm was selected by its results, in order to design a big data variant. The implementation of the big data algorithm was done in the Apache Spark tool, using the parallel programming paradigm MapReduce. Subsequently different experiments were performed to analyze the behavior of the algorithm with different configurations. Within the experiments, the execution times and the quality of the results were compared between the sequential variant and the big data variant. Getting better results, the big data variant with significant difference. Getting the big data variant, KNNW-Big Data, can process large volumes of data.

Resumo O desenvolvimento da era digital tem trazido como consequência um incremento considerável dos volumes de dados. Estes grandes volumes de dados têm sido chamados de big data já que excedem a capacidade de processamento de sistemas de bases de dados convencionais. Diversos setores consideram várias oportunidades e aplicações na detecção de anomalias em problemas de big data. Para realizar este tipo de análise pode resultar muito útil o emprego de técnicas de mineração de dados porque permitem extrair padrões e relações desde grandes quantidades de dados. O processamento e análise destes volumes de dados, necessitam de ferramentas capazes de processá-los como Apache Spark e Hadoop. Estas ferramentas não contam com algoritmos específicos para a detecção de anomalias. O objetivo do trabalho é apresentar um novo algoritmo para a detecção de anomalias baseado em vizinhança para problemas de big data. A partir de um estudo comparativo selecionou-se o algoritmo KNNW por seus resultados, com o fim de desenhar uma variante big data. A implementação do algoritmo big data realizou-se na ferramenta Apache Spark, utilizando o paradigma de programação paralela MapReduce. Posteriormente realizaram-se diferentes experimentos para analisar o comportamento do algoritmo com distintas configurações. Dentro dos experimentos compararam-se os tempos de execução e qualidade dos resultados entre a variante sequencial e a variante big data. A variante big data obteve melhores resultados com diferença significativa. Logrando que a variante big data, KNNW-Big Data, possa processar grandes volumes de dados.

Representation and estimation of the power coefficient in wind energy conversion systems

Abstract This paper aims at summarizing various methods used for representing and estimating the power coefficient in wind turbines, such as exponential, sinusoidal and polynomial models, as well as mathematical tools known as state observers. We present an exhaustive bibliographic review of the models used to calculate the power coefficient, given that this type of studies are scarce nowadays. In addition, we propose models that can be satisfactorily used for various analyzes of wind energy conversion systems, such as the representation by a polynomial function of fourth degree and the models based on the stochastic probability function. The relevance of this work is supported by the advantages and disadvantages of the various models and estimators of the power coefficient, which are presented at the end of the article in a comparative table with the purpose of offering to the reader a general summary. Ultimately, this review aims at helping researchers, students, university professors and those who wish to venture into this field, even though they do not have much experience, to establish a quick synthesized understanding of the different models and representations of the power coefficient.

Resumen Este artículo presenta un resumen de diversos métodos utilizados para la representación y estimación del coeficiente de potencia en aerogeneradores, tales como modelos exponenciales, sinusoidales y polinomiales, así como también de herramientas matemáticas conocidas como observadores de estado. Dada la escasez de estudios que le presenten al lector un panorama general de los modelos utilizados para el cálculo del coeficiente de potencia, este resumen, producto de una revisión bibliográfica exhaustiva, constituye un aporte importante. Otra contribución que se logró fue presentar propuestas propias de modelos que pueden ser utilizados satisfactoriamente para diversos análisis de sistemas de conversión de energía eólica, tales como la representación por una función polinomial de cuarto grado y los modelos basados en la función de probabilidad estocástica. La relevancia de este trabajo se apoya en las ventajas y desventajas de los diversos modelos y estimadores del coeficiente de potencia, las cuales se presentan al final del artículo en una tabla comparativa, con el propósito de ofrecer al lector un resumen general que le permita una comprensión rápida y sintetizada de los diversos modelos y representaciones del coeficiente de potencia, lo que ayuda a investigadores, estudiantes, profesores universitarios y a quienes deseen incursionar en este campo, aunque no tengan mucha experiencia.

Resumo Este artigo apresenta um resumo de diversos métodos utilizados para a representação e estimação do coeficiente de potência em aerogeradores, tais como modelos exponenciais, sinusoidais e polinomiais, assim como também de ferramentas matemáticas conhecidas como observadores de estado. Dada a escassez de estudos que apresentem ao leitor um panorama geral dos modelos utilizados para o cálculo do coeficiente de potência, este resumo, produto de uma revisão bibliográfica exaustiva, constitui um aporte importante. Outra contribuição que se logrou foi apresentar propostas próprias de modelos que possam ser utilizados satisfatoriamente para diversas análises de sistemas de conversão de energia eólica, tais como a representação por uma função polinomial de quarto grau e os modelos baseados na função de probabilidade estocástica. A relevância deste trabalho apoia-se nas vantagens e desvantagens dos diversos modelos e estimadores do coeficiente de potência, as quais se apresentam no final do artigo em uma tabela comparativa, com o propósito de oferecer ao leitor um resumo geral que lhe permita uma compreensão rápida e sintetizada dos diversos modelos e representações do coeficiente de potência, o que ajuda a pesquisadores, estudantes, professores universitários e aos que desejem incursionar neste campo, ainda que não tenham muita experiência.