Desarrollo de un software libre para el modelado de la propagación de ondas elásticas 2D por el método de elementos finitos
El proyecto de investigación es el “desarrollo de un software libre para modelado por elementos finitos de la propagación de ondas sísmicas en 2d para aplicaciones de prospección de yacimientos de petróleo” y su objetivo principal como su nombre lo indica es la generación de un software libre para e...
- Autores:
-
Escamilla Mahecha, Peter
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2018
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Systems Engineering
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El proyecto de investigación es el “desarrollo de un software libre para modelado por elementos finitos de la propagación de ondas sísmicas en 2d para aplicaciones de prospección de yacimientos de petróleo” y su objetivo principal como su nombre lo indica es la generación de un software libre para el modelado de ondas su autor es Peter Escamilla Mahecha con la ayuda de su director de tesis PhD. Sebastián Roa. En este documento el autor presenta al público el desarrollo de la aplicación EWaveFem para realizar el simulado de ondas por medio de elementos finitos, este proyecto utiliza los elementos más simples los cuales son elementos triangulares CST, el software presentado tiene configuración de parámetros iniciales, procesamiento y generación de resultados dentro del mismo aplicativo. También se muestra el estado actual del software que trabaja elementos finitos y simulaciones de onda como es el caso de SpecFem2D, EcoElast2D y Elmer, y se hace una comparación entre las particularidades de cada uno de estos aplicativos y sus pros y contras para el caso de estudio que es propagación de ondas en el subsuelo. Finalmente dentro del libro de tesis también se realiza una descripción de la formulación del algoritmo de elementos finitos desde la definición de la formula a discretizar, pasando por la definición de los elementos, como obtener tanto su matriz de rigidez como de masa a finalmente obtener el desplazamiento, la velocidad y la aceleración para cada uno de los nodos en cada uno de los diferentes tiempos. |
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Escamilla Mahecha, Peter (2018). Desarrollo de un software libre para el modelado de la propagación de ondas elásticas 2D por el método de elementos finitos. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB, Universitat Oberta de Catalunya UOC Bartels, R. H., & Golub, G. H. (1969). The simplex method of linear programming using LU decomposition. Communications of the ACM, Volume 12, Issue 5, 266-268 Blacker, T. D., Bohnhoff, W. J., & Edwards, T. L. (1994). CUBIT mesh generation environment. Volume 1: Users manual. Albuquerque, Estados Unidos: Sandia National Labs. Bull, J. M., Smith, L. A., Pottage, L., & Freeman, R. (2001). Benchmarking Java against C and Fortran for scientific applications. Proceedings of the 2001 joint ACM-ISCOPE conference on Java Grande (págs. 97-105). New York, Estados Unidos: Association for Computing Machinery Inc. Carcione, J. M. (2002). Seismic Modeling. Geophysics, 1304-1325. Castro, H. G., Burguener, H., Paz, R. R., & De Bortoli, M. E. 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The spectral element method: an efficient tool to simulate the seismic response of 2D and 3D geological structures. 368-392. Logan, D. L. (2011). A first course in the finite element method. Cengage Learning. Logan, D. L. (2011). A first course in the finite element method. Stamford, Estados Unidos: Cengage Learning. Lyly, M., Ruokolainen, J., & Jarvinen, E. (1999). ELMER--a finite element solver for multiphysics. CSC-report on scientific computing vol.2000, 156--159. Obtenido de https://www.csc.fi/web/elmer Morgan, T. R. (1983). Foundations of Wave Theory for Seismic Exploration. Springer. Morgan, T. R. (1983). Foundations of Wave Theory for Seismic Exploration. Heidelberg, Alemania: Springer. Neil , M. (2013). Study: Most projects on GitHub not open source licensed. Obtenido de https://www.theregister.co.uk/2013/04/18/github_licensing_study/ Numérica LTDA. (2018). Numérica desarrollando ideas. Obtenido de http://www.numerica.com.co/projects/EcoElast2D/main.htm Open Source Initiative and others. (2006). The MIT License. Haettu. Obtenido de https://opensource.org/licenses/MIT Organización Internacional del Trabajo (OIT). (2001). Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo. Madrid, España: Chantal Dufresne, BA. Pownuk, A. M. (2013). Matrix Vector Multiplication Benchmark in Different Computer Languages. Texas, Estados Unidos: Digital Commons UTEP. Puppala, A., Mohammad, L., & Allen, A. (1996). Engineering behavior of lime-treated Louisiana subgrade soil. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board(1546), 24-31. SDTools. (2009). OpenFEM. SD Tools Vibration software & consulting. Obtenido de https://www.sdtools.com/openfem/ Software Freedom Conservancy, Inc. (2018). Git. Obtenido de https://git-scm.com/ SPECFEM2D. (2018). University of California, Estados Unidos: Computational Infrastructure for Geodynamics . Tromp, J., Komatitsch, D., & Liu, Q. (2008). Spectral-Element and Adjoint Methods in Seismology. Communications in Computational Physics, Vol.3, No.1, 1-32. |
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En este documento el autor presenta al público el desarrollo de la aplicación EWaveFem para realizar el simulado de ondas por medio de elementos finitos, este proyecto utiliza los elementos más simples los cuales son elementos triangulares CST, el software presentado tiene configuración de parámetros iniciales, procesamiento y generación de resultados dentro del mismo aplicativo. También se muestra el estado actual del software que trabaja elementos finitos y simulaciones de onda como es el caso de SpecFem2D, EcoElast2D y Elmer, y se hace una comparación entre las particularidades de cada uno de estos aplicativos y sus pros y contras para el caso de estudio que es propagación de ondas en el subsuelo. Finalmente dentro del libro de tesis también se realiza una descripción de la formulación del algoritmo de elementos finitos desde la definición de la formula a discretizar, pasando por la definición de los elementos, como obtener tanto su matriz de rigidez como de masa a finalmente obtener el desplazamiento, la velocidad y la aceleración para cada uno de los nodos en cada uno de los diferentes tiempos.Universitat Oberta de Catalunya UOCIntroducción 1 1. Marco teórico 2 1.1. Software libre 2 1.1.1. Git. 3 1.1.2. Github (GitHub, 2018). 3 1.1.3. Licenciamiento software. 3 1.2.1. C. 4 1.2.2. C++. 5 1.2.3. .Net. 5 1.2.4. Java. 6 1.2.5. Fortran. 6 1.2.6. Ruby. 7 1.2.7. Python. 7 1.3.1. Elmer. 8 1.3.2. EcoElast2D. 9 1.3.3. 3Dhp90. 9 1.3.4. SpecFem2D. 10 1.3.5. Gmsh. 11 1.3.6. Cubit. 11 1.3.7. GiD. 12 1.4.1. Métodos directos. 13 1.4.2. Método de elementos finitos.. 13 1.4.3. Definición del Algoritmo. 13 1.4.4. Discretización del Dominio. 13 2. Método de investigación 23 2.1. Sistema de carga de datos 23 2.2. Vector de fuerza 24 2.3. Generar archivo 24 2.4. Desarrollo de la interfaz gráfica 25 2.5. Publicación del software en comunidad open source 25 3. Resultados 26 3.1. algoritmo modelación ondas sismicas usando elementos finitos 26 3.2. Comunidad y repositorio 26 3.3. Análisis a modo comparativo 26 3.4. Algoritmo implementado en el código 27 3.5. interfaz de usuario generada 29 3.6. Programas existentes y aspectos diferenciadores 42 4. Conclusiones 44 5. Trabajos futuros 45 Bibliografía 46 Anexos 48MaestríaThe investigation project is titled “Development of an open source software to model waves propagation in 2D by using the finite element method to apply in the prospecting of oil deposits” and the main objective as its name implies is the creation of a free software for modeling waves the author is Peter Escamilla Mahecha with the help of his director Phd. Sebastian Roa. In this document the author presents to the public the development of the software EWaveFem for making waves simulations by using the finite element method, this project uses the simplest elements which are the triangular elements CST, the presented software receives some initial parameters, makes the processing and generates the results with the same application. This document also shows the actual state of the finite element and wave simulation software like SpecFem2, EcoElast2D and Elmer, and compares the different aspects of these applications, its pros and cons, for the study case which is the wave propagation in the subsoil. Finally in this document the formulation of the finite element method algorithm is described from the definition of the formula to discretize, passing by the definition of the elements, like getting the stiffness matrix and the mass matrix to finally get the displacement, speed and acceleration for each node in each time step.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDesarrollo de un software libre para el modelado de la propagación de ondas elásticas 2D por el método de elementos finitosDevelopment of free software for modeling the propagation of 2D elastic waves by the finite element methodMagíster en Software LibreBucaramanga (Colombia)Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaMaestría en Software Libreinfo:eu-repo/semantics/masterThesisTesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TMSystems EngineeringFree softwareFinite Element MethodInvestigationsAnalysisWave simulationFinite elementsWave modelingSeismographyIngeniería de sistemasSoftware libreMétodo de elementos finitosInvestigacionesAnálisisSimulación de ondasElementos finitosModelación de ondasSismografíaEscamilla Mahecha, Peter (2018). Desarrollo de un software libre para el modelado de la propagación de ondas elásticas 2D por el método de elementos finitos. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB, Universitat Oberta de Catalunya UOCBartels, R. H., & Golub, G. H. (1969). The simplex method of linear programming using LU decomposition. Communications of the ACM, Volume 12, Issue 5, 266-268Blacker, T. D., Bohnhoff, W. J., & Edwards, T. L. (1994). CUBIT mesh generation environment. Volume 1: Users manual. Albuquerque, Estados Unidos: Sandia National Labs.Bull, J. M., Smith, L. A., Pottage, L., & Freeman, R. (2001). Benchmarking Java against C and Fortran for scientific applications. Proceedings of the 2001 joint ACM-ISCOPE conference on Java Grande (págs. 97-105). New York, Estados Unidos: Association for Computing Machinery Inc.Carcione, J. M. (2002). Seismic Modeling. Geophysics, 1304-1325.Castro, H. G., Burguener, H., Paz, R. R., & De Bortoli, M. E. (2012). Desarrollo de una interfaz gráfica para un código abierto de elementos finitos. Resistencia, Argentina: Universidad Tecnológica Nacional.Cuervo, O. A. (2017). Solución numérica de la ecuación de onda en medios heterogéneos y aleatorios en 1 dimensión. Boletín de Matemáticas. Boletín de Matemáticas, 24(1), 37-55.Free Software Foundation, Inc. (2007). GNU Operating System. Obtenido de https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.htmlGaleano, C., Mantilla, J., Duque, C., & Mejía, M. (2007). Herramientas de software con licencia pública general para el modelado por elementos finitos. Revista DYNA, Universidad Nacional de Colombia, Volumen 74, Número 153, 313-324.Geuzaine, C., & Remacle, J. F. (2009). Gmsh: a three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1-24.GitHub. (2018). Obtenido de https://github.com/Hortua Bayona, D. C., & Martinez Abaunza, V. E. (2006). Diseño e implementación de la versión paralela del programa para el modelamiento de propagación de ondas elásticas 2d en cuerpos sólidos usando el método de diferencias finitas ecoelas2d. (Tesis pregrado). Bucaramanga, Colombia: Universidad Industrial de Santander UIS.Hughes, T. J. (1987). The finite element method, Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. New Jersey, Estados Unidos: Prentice-Hall Inc.Hughes, T. J. (1987). The Finite Element Method, Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. New Jersey, Estados Unidos: Prentice-Hall Inc.Hughes, T. J. (2012). The Finite Element Method, Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. Courier Corporation.International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE). (2018). GiD - The personal pre and post processor. Obtenido de https://www.gidhome.com/Koc University. (20 de 06 de 2016). Koc University. Obtenido de http://home.ku.edu.tr/~akabakcioglu/teaching/math506/FEM.pdfKomatitsch, D. &. (1998). 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