Strength and energy consumption of inherently anisotropic rocks at failure

Using a discrete-element approach and a bonding interaction law, we model and test crushable inherently anisotropic structures reminiscent of the layering found in sedimentary and metamorphic rocks. By systematically modifying the level of inherent anisotropy, we characterize the evolution of the failure strength of circular rock samples discretized using a modified Voronoi tesselation under diametral point loading at different orientations relative to the sample’s layers. We characterize the failure strength, which can dramatically increase as the loading becomes orthogonal to the rock layers. We also describe the evolution of the macroscopic failure modes as a function of the loading orientation and the energy consumption at fissuring. Our simulation strategy let us conclude that the length of bonds between Voronoi cells controls the energy being consumed in fissuring the rock sample, although failure modes and strength are considerably changing. We end up this work showing that the microstructure is largely affected by the level of inherent anisotropy and loading orientation.

Stable honeycomb structures and temperature based trajectory optimization for wire-arc additive manufacturing

We consider two mathematical problems that are connected and occur in the layer-wise production process of a workpiece using wire-arc additive manufacturing. As the first task, we consider the automatic construction of a honeycomb structure, given the boundary of a shape of interest. In doing this, we employ Lloyd’s algorithm in two different realizations. For computing the incorporated Voronoi tesselation we consider the use of a Delaunay triangulation or alternatively, the eikonal equation. We compare and modify these approaches with the aim of combining their respective advantages. Then in the second task, to find an optimal tool path guaranteeing minimal production time and high quality of the workpiece, a mixed-integer linear programming problem is derived. The model takes thermal conduction and radiation during the process into account and aims to minimize temperature gradients inside the material. Its solvability for standard mixed-integer solvers is demonstrated on several test-instances. The results are compared with manufactured workpieces.

Wireless sensor and actor networks (WSANs)

H αναγνώριση γεγονότων κατά την παρακολούθηση ενός περιβάλλοντος αποτελεί έναιδιαίτερα ευρύ ερευνητικό αντικείμενο που έχει αποσπάσει το αντίστοιχο ερευνητικόενδιαφέρον. Ο επιστημονικός κλάδος της τεχνητής νοημοσύνης φαίνεται να έχει κερδίσεισημαντικό έδαφος. Ο βασικός στόχος των συγκεκριμένων περιοχών, είναι η δημιουργίακατάλληλων αλγορίθμων αλλά και η οικοδόμηση μοντέλων πάνω σε σετ πραγματικώνδεδομένων, ούτως ώστε οι μετρικές αξιολόγησης τους να επιβεβαιώνουν την ικανότητα τουςνα ανιχνεύουν πραγματικά γεγονότα αλλά και να ανιχνεύουν την μη ύπαρξη πραγματικώνγεγονότων. Δεδομένου λοιπόν ενός τέτοιου συστήματος που η απόδοση του έχει κριθεί από τιςαντίστοιχες μετρικές (Accuracy, Sensitivity, Specificity) θέτουμε στο προσκήνιο το ερευνητικόπρόβλημα της απόδοσης ενός τέτοιου συστήματος όταν η εφαρμογή του γίνεται εντός μιαςWSN τοπολογίας, και πιο συγκεκριμένα όταν η εκτέλεση του γίνεται από τις περιορισμένες σεπόρους WSN hardware πλατφόρμες, και κάτω από την επιρρεπή σε λάθη φύση τωνασυρμάτων επικοινωνιών.Έτσι η διατριβή αυτή πιάνει το παραπάνω σύστημα από δύο σκοπιές: i.) ποιοι είναι οιπεριορισμoί που τίθενται σε έναν developer κατά την ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων σε WSNinfrastrucures και ii.) πως επηρεάζεται η απόδοση τέτοιων συστημάτων όταν το Network QoSαλλάζει μέσα στο δίκτυο. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν δύοσυστήματα ασαφούς λογικής που αφού αξιολογήθηκαν στο περιβάλλον του Matlab,υλοποιήθηκαν σε C και εκτελέστηκαν από τις ενσωματωμένες WSN πλατφόρμες υλικούTelosB. Η πειραματική αξιολόγηση, επιβεβαίωσε τις αρχικές μας πεποιθήσεις για την επίδρασητων δικτυακών συνθηκών στην απόδοση του αλγορίθμου ενώ η μονολιθική προσέγγιση τουlocal processing έδειξε να επηρρεάζει ζωτικά την ίδια την εφαρμογή.Ορμούμενοι από αυτά τα συμπεράσματα, η συγκεκριμένη διατριβή έρχεται να μελετήσει και ναπροτείνει νέες τεχνικές εκτέλεσης συστημάτων ασαφούς λογικής, επιδιώκωντας τη βέλτιστη κατανομή πόρων των κόμβων εντός μιας δικτυακής τοπολογίας. Στο πλαίσιο αυτόπροτείνεται η τεχνική Directed Acyclic Graph to Network Graph (DAG2NG) που επιδιώκει τηνκατανεμημένη υλοποίηση τέτοιων συστημάτων. Η event triggered στρατηγική εκτέλεσηςσυστημάτων ασαφούς λογικής σχεδιάζεται και υλοποιείται στη συγκεκριμένη διατριβήπροκειμένου να επιτύχει βέλτιστη χρήση του υπολογιστικού κόστους του αλγορίθμουασαφούς συμπερασμού.Η κατανομή των εργασιών μεταξύ των κόμβων μιας δικτυακής τοπολογίας, επεκτείνεται καιπέρα από το πλαίσιο της ασαφούς λογικής. Έτσι σχεδιάζουμε μελετούμε και αξιολογούμε μιασειρά μοντέλων επεξεργασίας που επιτρέπουν τη κατανομή εργασιών εντός των ασυρμάτωνκόμβων. Η εφαρμογή των μοντέλων αυτών στο χώρο των WSNs επιτρέπει τη μελέτη τηςενεργειακής απόδοσης, της χρονικής απόκρισης αλλά και της δικαιοσύνης μεταξύ των κόμβωνσε μια σειρά αλγοριθμικών προβλημάτων (parallel, nonparallel, hybrid), που μπορεί ναυπάρξουν σε διάφορες WSN εφαρμογές.Η σημασιολογική συγγένεια των ασυρμάτων κόμβων, έρχεται επίσης σαν αντικείμενο μελέτηςτης συγκεκριμένης διατριβής. Τόσο η event triggered υλοποίηση των συστημάτων ασαφούςλογικής όσο και η διαχείριση των κόμβων που συμμετέχουν σε ένα μοντέλο επεξεργασίας,προϋποθέτουν την ανακάλυψη των σημασιολογικών γειτόνων. Έτσι προτείνουμε δύο νέουςαλγορίθμους ανακάλυψης σημασιολογικών γειτόνων, τους οποίους και αξιολογούμε.Η παρούσα διατριβή καταλήγει με την πρόταση ενός νέου αλγορίθμου που επιδιώκει να δώσειμια νέα απάντηση στο πρόβλημα του node-to-actor coordination. Η κατανομή των sensors σεσυγκεκριμένους actors λαμβάνοντας υπόψιν, τις δυνατότητες των actors αλλά και τηνανομοιογένεια του δικτύου, οδηγεί στην πρόταση ενός νέου αλγορίθμου sensor-to-actorcoordination που κάνει χρήση του Voronoi tesselation.

Geometric order parameters derived from the Voronoi tessellation show signatures of the jamming transition

Order parameters derived from the Voronoi tesselation show a clear signature of the jamming transition with power law scaling.