Composite laminates offer decisive advantages compared to more traditional materials, especially in structural applications where weight is a design-limiting factor. However, they have also shown a susceptibility to impact damage due to the lack of plastic deformation, the low transverse and interlaminar shear strength and the laminar construction to compensate the anisotropic nature of plies. Low-velocity impacts induce a significant internal damage to laminates, causing severe reductions on stiffness, compression strength and structural stability of the structure. Consequently, there is a need to develop methodologies and tools for inspection to allow early detection of structural degradation, in order to prevent premature failure or collapse. Damage detection techniques based on structural dynamic response are presented as an attractive alternative to traditional assessment techniques, among others, because for dynamic response measurement a finite number of reference points are needed. Since there is no need to fully access the structure, it can be monitored with no service interruption. The techniques are based upon the relationship between the modal parameters and the physical properties of the structure, assuming that changes occurred in these properties induced by damage cause measurable variations of the modal parameters. This thesis analyzes the feasibility of using experimental and numerical techniques based on the dynamic response for the detection and location of induced damage, for quantifying the degree of severity and predicting the residual mechanical properties of composite laminates plates after being subjected to a low-velocity impact test. This research presents a mixed experimental and numerical approach. On the one hand there is a rigorous experimental study that includes the evaluation of the impact damage resistance, the induced damage characterization, the quantification of the effects on the dynamic response and the evaluation of residual bearing capacity. The experimental study is completed with a detailed analysis of the effect induced by artificial delaminations in the dynamic response and the residual bearing capacity of laminates. On the other hand, the phenomenon has been simulated mainly by estimating the initiation and propagation of interlaminar damage and equally the induced effects in the dynamic response. As per the numerical approach, composite material is treated as a microstructure in which failure occurs in the interaction among the constituent materials. To reproduce material’s degradation a strategy of localized elastic stiffness reduction has been used, which does not require intervention during the pre-processing phase. Empirical results provide important conclusions concerning the degree of sensitivity and suitability of different modal correlation criteria for the identification of an impact-induced damage. The new correlation criteria defined and the analysis of static and dynamic residual properties have allowed to narrow the range of uncertainty and reduce the current limitation on the maximum allowable compressive deformation of the laminates. The computational tool developed allows simulating the vibrational behavior of composite laminates, defining the material and its state of degradation in the microscale. The results support the feasibility of the microstructural approach to simulate the phenomenon. / Los materiales compuestos laminados ofrecen ventajas determinantes en comparación con los materiales más tradicionales, especialmente en aplicaciones estructurales donde el peso es un factor limitante de diseño. Sin embargo, éstos también han demostrado una susceptibilidad al daño por impacto debido a la carencia de deformación plástica, a la baja resistencia transversal e interlaminar y a la construcción laminada para reducir la naturaleza anisótropa del material. Los impactos a baja velocidad inducen en los laminados un daño interno que provoca reducciones severas en la rigidez, en la resistencia y en la estabilidad estructural. Consecuentemente, se presenta la necesidad de desarrollar metodologías y herramientas de inspección que permitan una detección precoz del estado de degradación estructural, con el fin de prevenir fallos o colapsos prematuros. Las técnicas de detección de daño basadas en la respuesta dinámica estructural se presentan como una atractiva alternativa a las técnicas de evaluación tradicionales, entre otros, porque para la adquisición de la respuesta dinámica se requiere un número finito de puntos de referencia, por lo que no es necesario un acceso completo a la estructura, permitiendo la monitorización incluso sin interrupción del servicio. Las técnicas se fundamentan en la relación entre los parámetros modales y las propiedades físicas de la estructura, asumiendo que los cambios en dichas propiedades inducidos por el daño, originan variaciones cuantificables de los parámetros modales. En esta tesis se analiza la viabilidad del uso de las técnicas experimentales y numéricas basadas en la respuesta dinámica, para la detección y localización del daño inducido, la cuantificación del grado de severidad y la predicción de las propiedades mecánicas residuales de laminados de material compuesto tras ser sometidos a un impacto a baja velocidad. El trabajo de investigación comprende un enfoque mixto experimental y numérico. Por un lado constituye un riguroso estudio experimental que incluye la evaluación de la resistencia a impacto, la caracterización del daño inducido, la cuantificación de los efectos en la respuesta dinámica y la evaluación de la capacidad portante residual. El estudio experimental se completa con un minucioso análisis del efecto inducido por deslaminaciones artificiales en la respuesta dinámica y en la capacidad portante residual de los laminados. Por otro lado, se ha simulado el fenómeno estimando principalmente la iniciación y la propagación del daño interlaminar e igualmente los efectos inducidos en la respuesta dinámica. En el enfoque numérico se trata el material compuesto como un sistema microestructural, en el cual los fallos surgen en la interacción entre los materiales constituyentes. Para reproducir la degradación se emplea una estrategia de reducción localizada de la rigidez elástica del material que no demanda una intervención durante el preproceso. Los resultados empíricos aportan conclusiones relevantes en relación al grado de sensibilidad y a la adecuación de los diferentes criterios de correlación modal para la identificación del daño inducido por un impacto. Los nuevos criterios de correlación definidos y el análisis conjunto de las propiedades estáticas y dinámicas residuales, han permitido acotar el intervalo de incertidumbre y reducir la limitación actual en relación a la deformación máxima admisible a compresión de los laminados. La herramienta de cálculo desarrollada permite simular el comportamiento vibratorio de laminados compuestos definiendo el material y su estado de degradación en la microescala. Los resultados corroboran la viabilidad del enfoque microestructural para la simulación del fenómeno.

The development of efficient algorithms to understand implosion dynamics presents a number of challenges. The foremost challenge is to efficiently represent the coupled compressible fluid dynamics of internal air and surrounding water. Secondly, the method must allow one to accurately detect or follow the interface between the phases. Finally, it must be capable of resolving any shock waves which may be created in air or water during the final stage of the collapse. We present a fully Lagrangian compressible numerical framework for the simulation of underwater implosion. Both air and water are considered compressible and the equations for the Lagrangian shock hydrodynamics are stabilized via a variationally consistent multiscale method [109]. A nodally perfect matched definition of the interface is used [57, 25] and then the kinetic variables, pressure and density, are duplicated at the interface level. An adaptive mesh generation procedure, which respects the interface connectivities, is applied to provide enough refinement at the interface level. This framework is then used to simulate the underwater implosion of a large cylindrical bubble, with a size in the order of cm. Rapid collapse and growth of the bubble occurred on very small spatial (0.3mm), and time (0.1ms) scales followed by Rayleigh-Taylor instabilities at the interface, in addition to the shock waves traveling in the fluid domains are among the phenomena that are observed in the simulation. We then extend our framework to model the underwater implosion of a cylindrical aluminum container considering a monolithic fluid-structure interaction (FSI). The aluminum cylinder, which separates the internal atmospheric-pressure air from the external high-pressure water, is modeled by a three node rotation-free shell element. The cylinder undergoes fast transient deformations, large enough to produce self-contact along it. A novel elastic frictionless contact model is used to detect contact and compute the non-penetrating forces in the discretized domain between the mid-planes of the shell. Two schemes are tested, implicit using the predictor/multi-corrector Bossak scheme, and explicit, using the forward Euler scheme. The results of the two simulations are compared with experimental data. / El desarrollo de métodos eficientes para modelar la dinámica de implosión presenta varios desafíos. El primero es una representación eficaz de la dinámica del sistema acoplado de aire-agua. El segundo es que el método tiene que permitir una detección exacta o un seguimiento adecuado de la interfase entre ambas fases. Por último el método tiene que ser capaz de resolver cualquier choque que podría generar en el aire o en el agua, sobre todo en la última fase del colapso. Nosotros presentamos un método numérico compresible y totalmente Lagrangiano para simular la implosión bajo el agua. Tanto el aire como el agua se consideran compresibles y las ecuaciones Lagrangianos para la hidrodinámica del choque se estabilizan mediante un método multiescala que es variacionalmente consistente [109]. Se utiliza una definición de interfase que coincide perfectamente con los nodos [57, 25]. Ésta, nos facilita duplicar eficazmente las variables cinéticas como la presión y la densidad en los nodos de la interfase. Con el fin de obtener suficiente resolución alrededor de la interfase, la malla se genera de forma adaptativa y respetando la posición de la interfase. A continuación el método desarrollado se utiliza para simular la implosión bajo el agua de una burbuja cilíndrica del tamaño de un centímetro. Varios fenómenos se han capturado durante el colapso: un ciclo inmediato de colapso-crecimiento de la burbuja que ocurre en un espacio (0.3mm) y tiempo (0.1ms) bastante limitado, aparición de inestabilidades de tipo Rayleigh-Taylor en la interfase y formaron de varias ondas de choque que viajan tanto en el agua como en el aire. Después, seguimos el desarrollo del método para modelar la implosión bajo el agua de un contenedor metálico considerando una interacción monolítica de fluido y estructura. El cilindro de aluminio, que a su vez contiene aire a presión atmosférica y está rodeada de agua en alta presión, se modelando con elementos de lámina de tres nodos y sin grados de libertad de rotación. El cilindro se somete a deformaciones transitorias suficientemente rápidos y enormes hasta llegar a colapsar. Un nuevo modelo elástico de contacto sin considerar la fricción se ha desarrollado para detectar el contacto y calcular las fuerzas en el dominio discretizado entre las superficies medianas de las laminas. Dos esquemas temporales están considerados, uno es implícito utilizando el método de Bossak y otro es explícito utilizando Forward Euler. Al final los resultados de ambos casos se comparan con los resultados experimentales.

The present thesis investigates a passive acoustic method to locate maneuvering aircraft. The method is based on the acoustical Doppler effect, as a particular effect of the signals received by a mesh of spatially distributed microphones. A one-dimensional version of the ambiguity function allows for the calculation of the frequency stretch factor that occurs between the sound signals received by a pair of microphones. The mathematical expression for this frequency stretch is a function of the aircraft position and velocity, both of them being estimated by a genetic algorithm. The method requires only a minimum of seven microphones and the prior knowledge of the aircraft position and velocity at a given time. The advantages of the method are that it is suitable for all kind of aircraft, not only propeller-driven, and is not restricted to low heights above the ground. Its applicability could be, for instance, to supplement aircraft noise monitoring systems or to supervise small airports activities. This doctoral research includes the theoretical background of the method as well as the detailed description of its implementation. To assess the performance of the method, results from computer simulations are discussed. First of all, noise propagation is considered in a lossless medium, thus only geometrical spreading influences the sound emitted by the source traveling to the receivers. The accuracy of each step of the method has been evaluated and the results obtained reveal acceptable performance. Due to the large distances between microphones and the aircraft in flight, the atmospheric attenuation plays a major roll. Therefore, computer simulations have also been carried out under the assumption of an homogeneous but non lossless medium to evaluate the influence of the atmospheric absorption on the aircraft location. Under these conditions, the performance of the method with respect to the microphone distribution is discussed. Moreover, the location method has also been tested for a possible inaccuracy on the microphones synchronization. Finally, an outdoor experimental validation of the acoustic method has been carried out with a radio control airplane. The description of the experimental test is detailed in the present work as well as the results obtained. / La tesi desenvolupa, implementa i valida un mètode acústic per a la localització d’aeronaus. El mètode es basa en l’efecte Doppler que es percep en els registres de diferents micròfons distribuïts al voltant d’un aeroport. La versió u-dimensional de la funció d’ambigüitat permet el còmput del factor de compressió o expansió que sorgeix entre els registres freqüencials d’ un parell de micròfons. Aquest factor Freqüencial es pot expressar matemàticament en funció de la posició i velocitat de l’aeronau, que s’estimen en aquesta tesi a partir d’algoritmes genètics. El mètode només requereix de set micròfons i el coneixement previ de la posició de l’avió en un moment donat. Els principals avantatges del mètode són que és un mètode vàlid per qualsevol tipus d’aeronau, no només per avions d’hèlix o helicòpters, i que no restringeix a vols de baixa alçada. La seva aplicació podria ser, per exemple, complementar un sistema de monitorització de soroll aeri o bé supervisar l’activitat dels aeroports petits que no disposen de sistemes de radar. Aquesta investigació inclou el desenvolupament teòric del mètode així com la descripció detallada de la seva implementació. Per tal d’avaluar l’efectivitat del mètode, es presenten i analitzen resultats obtinguts a partir de diverses simulacions. Com a primer cas, es considera que el so es propaga en un medi conservatiu, és a dir, el so que es propaga des de la font fins als receptors només es veu afectat per l’atenuació geomètrica. Sota aquest model senzill de propagació, s’ha analitzat l’accuracy de cada un dels passos del mètode i els resultats obtinguts posen de manifest una bona ... del mètode. Tenint en compte que les distàncies entre els micròfons i l’avió en vol són llargues, l’atenuació atmosfèrica influeix també en la propagació del so emès per l’avió. Per tant, el segon cas de simulacions que s’han dut a terme considera un medi de propagació homogeni i no conservatiu amb l’objectiu d’avaluar la influència de l’atenuació atmosfèrica en la localització acústica de l’aeronau. Sota aquestes condicions, també s’ha analitzat l’eficàcia del mètode en funció de la distribució de micròfons. A més, el mètode de localització s’ha posat a prova sota possibles errors en la sincronització dels set micròfons. Finalment, s’ha dut a terme una validació experimental del mètode amb una avioneta de radio control al Club Aeronàutic Egara. La descripció d’aquest test experimental es detalla en la tesis així com els resultats obtinguts que demostren la validesa satisfactòria del mètode.

This thesis is focused on the study of stochastic and nonlinear dynamics in optical systems. First, we study experimentally the dynamics of a Brownian nanometer particle in an optical trap subjected to an external forcing. Specifically, we consider the effects of parametric noise added to a monostable or bistable optical trap and discovered a new effect which we named stochastic resonant damping (SRD). SRD concerns the minimization of the output variance position of a particle held in a harmonic trap, when an external parametric noise was added to the position trap. We compared the classical stochastic resonance (SR) with SRD and found that they are two phenomena which coexist in the same system but in different regimes. The experimentally studied monostable system showed a maximum in the signal to noise ratio, a clear signature of a resonance. We also developed a new technique to increase 10-fold the detection range of the quadrant photodiode that we used in this study, which exploits the channel crosstalk. Second, we study the stochastic dynamics of a type of semiconductor laser (SCL), known as vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), that exhibits polarization bistability and hysteresis, either when the injection current or when the optically injected power are varied. We have shown how these properties can be exploited for logic operations due to the effect of the spontaneous emission noise. Two logical input signals have been encoded in three levels of optically injected power from a master laser, and the logical output response was decoded from the emitted polarization of the injected VCSEL. Correct and robust operation was obtained when the three levels of injected power were adjusted to favor one polarization at two levels and to favor the orthogonal polarization at the third level. We numerically demonstrated that the VCSEL-based logic operator allows to reproduce the truth table for the OR and NOR logic operators, while the extension to AND and NAND is straightforward. With this all-optical configuration we have been able to reduce the minimum bit time required for correct operation from 30 ns, obtained in a previous work with an optoelectronic configuration, to 5 ns. The third focus of this thesis is the study of the chaotic nonlinear dynamics of a SCL optically injected, in the regime where it can display sporadic huge intensities pulses, referred to as Rogue Waves (RWs). We found that, when adding optical noise, the region where RWs appear becomes wider. This behavior is observed for high enough noise; however, on the contrary, for very weak noise we found that noise diminishes the number of RW events in certain regions. In order to suppress or induce extreme pulses, we investigated the effects of an external periodic modulation of the laser current. We found that the modulation at specific frequencies modifies the dynamics from chaotic to periodic. Depending on the parameter region, current modulation can contribute to an increased threshold for RWs. Therefore, we concluded that the modulation can be effective for suppressing the RWs dynamics.

Turbulence onset within an initially laminar flow is one of the most common phenomenon in Fluid Mechanics, yet is an open field of research. This is due to the many and diverse causes that can trigger turbulence, which often add to each other, change their effect upon the flow velocity, and are difficult to single out in real-world situations. This is why laminar-toturbulent transition experiments have been and still are a fundamental tool for the researcher. This thesis work has addressed the study of turbulence onset in supersonic flows from an experimental point of view. Two test campaigns have been carried out each in a dedicated supersonic wind tunnel. The first aimed at tracking turbulence onset triggered by a single tetrahedral roughness element. It has been carried out in a multiple-Mach-number supersonic wind tunnel whose qualification campaign has been completed within this thesis work. Two roughness heights were tested, both for two Mach numbers, 1.6 and 2.3. The second test campaign has investigated the effects of an oblique shock wave impinging onto a Mach-2 transitional boundary layer. The transitional state of a boundary layer is that state during which the boundary layer passes from fully laminar to fully turbulent. This passage can be either induced or natural, and it was represented in this thesis work by the trigger wake and by the boundary layer flow downstream of the release point of an electric spark, respectively. Surface sensors, as thin-films and piezoelectric pressure transducers, were used to measure steady and unsteady highfrequency flow evolutions. Different wall temperatures were set for the thin-films insert as to allow the experimental estimation of the recovery temperature. Convective heat-flux trends have been extracted from the steady measurements, which, together with the recovery temperature trends, allowed the calculation of the Stanton number trends. All these quantities let to conclude on the general state of the boundary layer investigated in the first test campaign. The post-processing of the unsteady measurements yielded temperature and pressure fluctuations spectra and RMS streamwise evolutions, along with spectral time evolution at a given position. For the first test campaign, they allowed the characterization of the unsteadiness produced by the roughness within the supersonic boundary layer at different downstream locations. In so doing, they helped conclude on the state of the boundary layer, thus on the effectiveness of the roughness in triggering transition to turbulence. For the second test campaign, they allowed to single out the unsteady effects of the shock impinging downstream of the single roughness and downstream of the electric spark release point. In this way, differences in the shock effect between the roughness configuration and the clean-plate configuration have been highlighted, and the effects of different spark release frequencies compared. / El desarrollo de la turbulencia en el interior de un flujo inicialmente laminar, a pesar de ser uno de los fenómenos más comunes en la mecánica de fluidos, continúa siendo un campo abierto de investigación. Esto es debido a las muchas y diversas causas que condicionan la transición de flujo laminar a régimen turbulento, a menudo actuando de modo combinado, cuyo efecto cambia con la velocidad del flujo y las cuales son difíciles de aislar en situaciones reales. Este es el motivo por el cual los experimentos que estudian la transición de régimen laminar a turbulento han sido y continúan siendo una herramienta fundamental para el investigador. Esta tesis doctoral ha abordado el estudio del comienzo de la turbulencia en flujos supersónicos desde un punto de vista experimental. Dos series de experimentos fueron realizados, cada uno en un túnel de viento supersónico específico. La primera serie tuvo como objetivo el seguimiento del inicio de la turbulencia causado por un único elemento de rugosidad de forma hexaédrica. Este tipo de experimentos fue realizado en un túnel de viento supersónico capaz de operar en un cierto rango de números de Mach, cuya caracterización fue completada en paralelo a esta investigación. Los experimentos fueron realizados a dos números de Mach, 1.6 y 2.3, y dos niveles de rugosidad diferentes variando la temperatura de pared. El objetivo de la segunda serie de medidas consistió en investigar los efectos del impacto de una onda de choque oblicua en una capa límite transitoria, en un flujo a Mach 2. El estado transitorio de una capa límite es aquel durante el cual la capa límite pasa de enteramente laminar a enteramente turbulenta. Esta transformación puede ser tanto natural como inducida. Ambos escenarios han sido reproducidos en esta tesis. La transformación natural ha sido representada mediante la presencia de un elemento de rugosidad, mientras que la transformación inducida se corresponde con el desarrollo de la capa límite aguas abajo del punto de liberación de chispas eléctricas. Para medir la evolución de flujos estacionarios y no estacionarios de alta frecuencia se emplearon sensores superficiales tales como thin-films y transductores piezoeléctricos de presión. Para determinar experimentalmente la temperatura de recuperación (recovery temperature) se aplicaron distintas temperaturas de pared a la pieza contenedora de los thin-films. De las medidas estacionarias se extrajeron las diferentes distribuciones del flujo de calor por convección, las cuales, junto con la distribución de la temperatura de recuperación, permitieron el cálculo de la distribución espacial del número de Stanton. Estos resultados permitieron llegar a una conclusión sobre el estado general de la capa límite investigada en la primera serie de experimentos. Las medidas no estacionarias proporcionaron espectros de fluctuación de temperatura y presión, y evoluciones longitudinales de residuos cuadráticos medios (MSR), así como espectros de evolución temporal en una posición dada. Estos datos permitieron caracterizar, en la primera serie de experimentos, la inestabilidad producida por la rugosidad en la capa límite supersónica en distintas posiciones aguas abajo. Ayudaron, por tanto, a determinar el estado de la capa límite y, co n ello, concluir en la efectividad de la rugosidad para provocar la transición a régimen turbulento. En la segunda serie de experimentos se pudieron señalar los efectos no estacionarios de la onda de choque incidiendo aguas debajo del elemento de rugosidad, y los efectos no estacionarios de la onda incidente aguas abajo del punto de liberación de chispas eléctricas. De este modo, se han identificado las diferencias entre el efecto de una onda de choque en presencia de un elemento de rugosidad y en el caso de la configuración limpia, y se han comparado los efectos del uso de diferentes frecuencias de descargas eléctricas

In recent years, the sound is lawfully present in urban and architectural projects through new regulations approved acoustic. But also in the field of research which studies the characterization of a fuller sound. In various published researches it has shown that the simple measurement of sound intensity (dB) is not sufficient to characterize the soundscape (soundscape) of a place. Therefore it is necessary to understand a soundscape in a better way and develop methods that allow a more complete characterization thereof. Several investigators have developed multicriteria methods for this characterization. One of the main elements that characterize a soundscape are the activities that exist in the urban environment of the soundscape. Most urban activities generate sound; some of these activities need that sound to create an environment to their own development and other need instead of silence for their development. The objective of this Thesis is to investigate whether it is possible to establish a correlation which allows for an urban activity, in this case the commerce, with the soundscape and the urban environment in which the soundscape develops. Finding a pattern of behavior from three aspects: urban activity (COMMERCE), the urban environment where the activity exists (PHYSICAL ENVIRONMENT: physical, facades height, width of road, rail, etc.) and the sound produced in that place (SOUNDSCAPE). Each of the three areas has been measured or characterized by indicators. An important part of this Thesis has been devoted to seek and propose these indicators. The same indicators have later used to compare different urban places to assess the correlation between the three aspects. The proposed methodology can be divided into two parts: a first part dedicated to the creation of a theoretical framework based on background and bibliographic references of previous researches. And a second part based on campaign records, field work, a total of four records Campaigns (PHASES) have been carried out. Each phase has consisted of several urban places. In each place, the indicators have been collected (sound, commercial and physical) depending on the phase. For each stage of each campaign has made a file, where each indicator has been collected. It has been collected 38 places were chosen over four campaigns of records in three different cities: The first records campaign held in Melbourne Australia). The second campaign held in Logroño (Spain). Third campaign held in Barcelona (Spain). Fourth campaign held in Barcelona (Spain). Throughout the campaigns have been identified, proposed and evaluated different indicators. The indicators and how to pick them "in situ" also have been developed over the campaigns. The nature of these indicators has been as follows: Commercial Indicators (COMMERCE): variables that have collected data related to commerce (such as commercial intensity per meter of facade or typologies of commerce) and social activities that are generated in the place. Physical indicators (PHYSICAL ENVIRONMENT): variables that have gathered physical data in the place analyzed. And acoustic indicators (SOUNDSCAPE): Variables that collected the recorded sound in each place. These variables were based on the analysis of two acoustic measurements: the frequency spectrum and spectrogram. This Thesis has shown the need for a multicriteria method to develop any urban acoustic project, due to the complexity of the elements that configure a soundscape. It has also shown it is difficult to establish a clear correlation between the three aspects proposed. It has proved essential to establish the conditions of field study, since the external acoustic, unlike the interior, presents problems in limiting the area of places analyzed. These terms refer to the physical and temporal boundaries of the study area. As it has shown in this Thesis, the temporal aspect has a significant influence on their characterization.

Particle Image Velocimetry (PIV) is one of the most used experimental techniques in fluid mechanics to obtain the velocity field of a flow. One of its most celebrated characteristics is that it does not have interference on the phenomenon of study which makes it suitable to describe qualitatively and quantitatively many phenomena either micro or macroscopic. This thesis presents the PIV technique applied to two different fluid mechanic problems: vortex rings impinging permeable boundaries and oscillatory boundary layers in the laminar-to-turbulent regime. The first part of this thesis focuses on the impingement of vortex rings towards permeable boundaries and compares the results with the interaction of a vortex ring with a solid boundary. Assuming that a vortex ring is an axisymmetric structure, 2D PIV experiments are performed over boundaries on 4 different permeabilities and a solid boundary. When a vortex approaches a solid boundary, three different phenomena are clearly visible: the vortex ring decelerates when the distance between the core and the wall is in the order of the initial diameter of the ring. At the same time, the diameter starts increasing producing a stretching effect and, finally, secondary vorticity appears after the ring has reached the minimum distance from the wall. Experimental results lead to some interesting conclusions when the permeability of the boundary increases: the deceleration of the vortex ring starts later, the diameter does not increase as much and, finally, secondary vorticity is weaker and has shorter life. The second and third part of this thesis focus on the study of oscillatory boundary layers over smooth and rough walls. Experimental measurements were conducted over smooth and two different rough beds spanning the laminar, transitional and turbulent flow regimes. A multi-camera 2D-PIV system was used in an experimental oscillatory-flow tunnel. Characteristic variables like boundary layer thickness and friction factor were computed using different methods. Results obtained experimentally in smooth wall experiments are consistent with theoretical work. For the rough wall cases different formulations have been compared. Finally, results show how the phase lead between wall velocity and free-stream velocity is better defined when the integral of momentum equation is used to estimate the friction velocity. The observed differences are highly sensitive to the zero level definition. Finally, a detailed analysis of the structures present in such oscillatory boundary layers yield to a description of four different features: vortex tubes present in oscillatory flows over smooth beds, and vortices, turbulent spots and shear layers present in oscillatory flows over rough beds. The inception of vortex tubes is consistent with the state-of-art predictors as a result of the Kelvin-Helmholtz instability. Furthermore, structures present in rough wall experiments are a little bit more complicated because their inception and evolution are clearly influenced by the position of the sediment grains forming the bed. Vortices are created behind a kink in the bed sediment profile during the wall flow reversal and are shed from the wall when flow starts its acceleration cycle. Both the vertical and horizontal evolutions of the vortex position depend on the ratio between the amplitude of oscillation and roughness of the sediment bed. Turbulent spots are defined as structures which are born vortices but lose their shape in an early stage. They follow the same trajectories as vortices but reach lower heights before dissipating. Finally, shear layers were only detected in the larger bed roughness and are described as a sum of vortices that are shed consecutively from the same sediment. These shear layers are linked to vortices during the wall flow reversal when a big vortex is formed in the same place as the shear layer. / La tècnica experimental del Particle Image Velocimetry (PIV) és una de les més utilitzades en el món de la mecànica de fluids per obtenir el camp de velocitats en un flux. La seva no interferència en el desenvolupament del fenomen que s’estudia la fa aplicable a tot tipus de fenòmens, ja sigui micro com macroscòpics i permet estudiar qualitativa i quantitativament la dinàmica de fluids d’un fenomen particular. Aquesta tesis presenta l’aplicació del PIV a dos problemes de mecànica de fluids diferents: anells de vorticitat impactant contorns permeables i capes límit oscil•latòries dins del règim transitori. La primera part d’aquesta tesis es centra en l’estudi dels anells de vorticitat impactant contorns permeables i la seva comparació amb l’impacte del mateix anell amb una paret sòlida. Assumint que un anell de vorticitat és una estructura axisimètrica, s’han realitzat experiments PIV en 2D, en quatre contorns permeables diferents i un contorn sòlid. Quan un anell de vorticitat es mou cap a una superfície sòlida es fan presents tres fenòmens principals: la desacceleració de l’anell de vorticitat quan assoleix una distància amb la paret de l’ordre del diàmetre inicial de l’anell. Al mateix temps un augment del diàmetre produint un efecte estirament i finalment l’aparició d’un segon anell de vorticitat quan el primer anell ha assolit la distància mínima de la paret. El treball experimental aporta algunes conclusions interessants sobre l’evolució d’aquestes característiques principals a mesura que la permeabilitat del contorn d’impacte augmenta: la distància de la paret a la qual comença la desacceleració disminueix, el diàmetre de l’anell de vorticitat primari creix amb menys intensitat i finalment el segon anell de vorticitat és més dèbil i té una vida més curta. La segona i tercera part de la tesis es centren en descriure el fenomen de capa límit oscil•latòria en fluxos sobre llits llisos i rugosos. En aquesta tesis es descriuen els experiments centrats en l’estudi de la capa límit oscil•latòria sobre fons llis i dos tipus diferents de fons rugós per a un rang de Rew = 0.4.104 ~ 2.104; els experiments es centren en la transició de règim laminar a règim laminar a turbulent i utilitzen la tècnica de 2D PIV amb multicàmera aplicada a un túnel de flux oscil•latori. Algunes variables característiques com el gruix de la capa límit o el factor de fricció s’analitzen des de diferents perspectives. Els resultats obtinguts en els experiments de llit rugós coincideixen amb les prediccions realitzades per a teoria existent. Per als experiments en llit rugós diferents formulacions es comparen. Finalment els resultats mostren com la diferència de fase entre la velocitat de paret i a la velocitat del pistó que activa l’oscil•lació es defineix més bé quan es calcula a través de la integral de la quantitat de moviment. Les diferències observades amb els resultats obtinguts quan es calcula a través de la suma de tensions de Reynolds i tensions viscoses són degudes principalment a la sensibilitat d’ambdues equacions a la definició del zero d’ordenades. Per altra banda, el gruix màxim observat per la capa límit es produeix just abans de que es produeixi l’instant de velocitat zero, també anomenat fase del revers, independentment del règim del flux. Finalment es realitza un anàlisi detallat de les estructures presents en les capes límit oscil•latòries definint fins a quatre tipus diferents: tubs de vorticitat presents en fluxos oscil•latoris sobre llits llisos, vòrtexs, bursts i capes de tensió detectades en els fluxos sobre llits rugosos. L’evolució dels tubs de vorticitat coincideix amb la teoria ja publicada i són el resultat de l’aparició de la inestabilitat de Kelvin-Helmholtz. Els experiments descrits en aquesta tesis confirmen les mateixes característiques i permeten definir la vida d’aquests tubs de vorticitat. Les estructures presents en llits rugosos són una mica més complicades degut a que la seva formació i evolució està clarament influenciada per la posició dels grans de sediment que formen el fons. Els vòrtexs es creen darrere una punta en el perfil del llit de sediment durant la fase del revers prop de la paret i es separen d’aquesta quan comença el cicle d’acceleració. L’evolució tant de la posició vertical com horitzontal d’aquests vòrtexs depenen del quocient entre l’amplitud de l’oscil•lació i la rugositat del sediment. Els bursts es defineixen com a aquelles estructures que neixen sent un vòrtex però perden la forma de seguida. De fet, aquests bursts són vòrtexs de mida més petita i que apareixen en localitzacions properes en el camp de velocitats instantani. No obstant quan es realitza la mitjana en fase, la seva forma desapareix, mostrant-se com a bursts. La seva trajectòria és semblant a la dels vòrtexs prèviament descrits, però assoleixen una alçada inferior. Finalment les capes de tensió es visualitzaren només en els experiments portats a terme amb la màxima rugositat i es defineixen com una successió de vòrtexs creats en el mateix gra. Aquestes últimes estructures estan relacionades amb els vòrtexs inicialment descrits ja que aquests es formen amb les estructures romanents de la capa de tensió just quan es produeix el revers del flux. El treball presentat en aquesta tesis es basa en dos problemes de mecànica de fluids. No obstant confirma que la tècnica del PIV és aplicable a fenòmens totalment diferents.

En esta tesis se estudia, mediante simulación numérica directa de las ecuaciones de Navier-Stokes, la dinámica de un fluido en el interior de un anillo cilíndrico en rotación con las tapas ligeramente inclinadas y sometido a un gradiente de temperatura y una gravedad en dirección radial. En el presente trabajo se ha introducido la curvatura de las paredes de forma natural mediante la resolución de las ecuaciones en coordenadas cilíndricas. Se han considerado condiciones de contorno de adherencia en las paredes laterales y esfuerzos cortantes nulos en las tapas del anillo. Si la rotación es suficientemente elevada es conocido que la dinámica se desarrolla en planos perpendiculares al eje de rotación, en forma de ondas que precesionan en el sentido de la rotación, llamadas ondas térmicas de Rossby.Se ha estudiado la dinámica en función de la rotación, la razón de radios del anillo, del número de Prandtl. El análisis de estabilidad lineal del estado conductivo indica que el inicio de la convección depende fuertemente de una característica del fluido como es el número de Prandtl. Si este parámetro es moderado o elevado las inestabilidades térmicas son dominantes y se han encontrado dos familias de modos dominantes. Se han obtenido modos en los que la convección se desarrolla principalmente cerca del pared interior y están inclinados en el sentido de la rotación (espirales); y modos prácticamente rectos, en los que la convección se desarrolla en toda la capa (normales). Para bajos números de Prandtl todos los modos dominantes son del segundo tipo. Mediante técnicas de continuación se han analizado las soluciones no lineales relacionadas con los dos tipos de modos existentes para el caso más interesante de los estudiados. Esto es cuando el número de Prandtl es 0.7. Las soluciones obtenidas se han comparado con las encontradas en el caso de capa plana. También se ha analizado la estabilidad lineal de estas soluciones mediante una técnica de Floquet. Se ha obtenido que independientemente del tipo de modo lineal del que provengan las soluciones no lineales presentan una bifurcación subarmónica si los parámetros están cercanos a un cambio de familia de modo.Por último, se han calculado las soluciones que bifurcan de las anteriores integrando las ecuaciones de Navier-Stokes, de continuidad y de conservación de la energía mediante una evolución temporal de las variables primitivas principalmente para número de Prandtl 0.7. Para una razón de radios fija y tres valores de la rotación diferentes. Dependiendo de sí la solución primaria proviene de un modo normal o no, la bifurcación afecta de manera diferente al transporte de calor de la solución secundaria. Se han obtenido para los casos estudiados dos tipos de convección, "vacilatoria" y en forma de doble columna

The specific issue that arises is to have an acoustic space characterization of an acoustic environment that is passed through a GIS in a particular city, in this case taken from Barcelona's Eixample. Exposure to noise (unwanted sound or potentially dangerous) at home. at work, while traveling and during leisure activities is a fact of life for all. Sometimes the noise can be loud enough to damage hearing, and at lower levels can disrupt normal life, affect sleep patterns, and affect our ability to concentrate at work, interfere with communications and even cause accidents. Clearly, exposure to excessive noise can affect our quality of life. lf we want to obtain the Quiet (Q), silenced, or positive sounds, we must look for some parameters, and in fact the European standards require it, and the state standards begin to establish guidelines on this matter. There are physicists and engineers who are on the path to do so (they are starting to look for it) ... but are lacking the assistance of architects, planners, and people worried about sound quality and aesthetics, Aesthetics of a Sound Space. For example: "I feel very good here. but why? Why do you feel good when you are in a place that perhaps is in a louder level of sound? (but being a sound, not a noise)." Everyone interprets itas he/she wants, so listening to birds even at a very high level, even if they are parrots, can ultimately be something pleasureable for us to hear. Recall that our hearing is the most important sense of communication. because it receives emotions and sensations. Caring for our hearing not only helps maintain a good listener, but also allows us to have good spatial orientation, warns us of a hazard near or far, and enjoy, understand, and assimilate the sentiments expressed by the message sender. For this we rely on the concept of Psychoacoustics. / El tema en concreto que se plantea es tener una caracterización de espacio acústico, de ambiente acústico que se pase a un SIG de una ciudad concreta, en este caso tomado de El Ensanche de Barcelona. La exposición al ruido (es decir, el sonido no deseado o potencialmente peligrosos) en casa, en el trabajo, durante el viaje y durante las actividades de ocio es un hecho de vida para todos. A veces el ruido puede ser lo suficientemente fuerte como para dañar la audición, y en los niveles inferiores puede interrumpir la vida normal, afectan los patrones de sueño, y afectan a nuestra capacidad de concentración en el trabajo, interferir con las comunicaciones e incluso causar accidentes. Claramente, la exposición a un ruido excesivo puede afectar nuestra calidad de vida. Si queremos obtener el Quiet (Q), el silencioso o el de los sonidos positivos, debemos buscar unos parámetros (y de hecho la normativa europea los exige, y la estatal empieza a dar pautas). Hay físicos e ingenieros que estan allí (empiezan a buscarlos), pero en esta búsqueda faltan también los arquitectos, los urbanistas, los paisajistas, los antropólogos, ambientalístas, psicólogos, filósofos, etc. En definitiva faltan muchos profesionales y también la gente preocupada en lo que es la calidad, y la Estética Sonora de un espacio. Por ejemplo: "me siento muy bien aquí, pero ¿por qué?, ¿Por qué se siente bien cuando se está en un lugar donde quizás hay mas nivel de sonido? (pero es sonido, no ruido). " Cada quien lo interpreta como quiere, por lo tanto escuchar pájaros, a un nivel altísimo cada quien lo interpreta como quiere, por lo tanto escuchar pájaros, a un nivel altísimo aunque sean cotorras que puede ser a fin de cuentas algo agradable que nos dé gusto escuchar. Recordemos que nuestro oído es el órgano más importante de la comunicación, gracias a él recibimos emociones y sensaciones. Cuidar nuestro oído no solamente ayuda a mantener un buen escucha, sino también nos da a tener una buena orientación espacial, previniéndonos de un peligro cercano o lejano y el disfrutar, entender, asimilar el sentir el mensaje expresado por el emisor. Para esto nos apoyaremos en el concepto de Psicoacústica

Molts sistemes mecànics existents tenen un comportament vibratori funcionalment perceptible, que es posa de manifest enfront d'excitacions transitòries. Normalment, les vibracions generades segueixen presents després del transitori (vibracions residuals), i poden provocar efectes negatius en la funció de disseny del mecanisme.El mètode que es proposa en aquesta tesi té com a objectiu principal la síntesi de lleis de moviment per reduir les vibracions residuals. Addicionalment, els senyals generats permeten complir dues condicions definides per l'usuari (anomenats requeriments funcionals). El mètode es fonamenta en la relació existent entre el contingut freqüencial d'un senyal transitori, i la vibració residual generada, segons sigui l'esmorteïment del sistema. Basat en aquesta relació, i aprofitant les propietats de la transformada de Fourier, es proposa la generació de lleis de moviment per convolució temporal de polsos. Aquestes resulten formades per trams concatenats de polinomis algebraics, cosa que facilita la seva implementació en entorns numèrics per mitjà de corbes B-spline. / Many mechanical systems have a vibratory behavior, functionally noticeable, which can be raised when transient excitations happen. Usually, such generated vibrations remain in the system after this transient (residual vibrations), and may imply negative effects in the mechanism's intended function.The method proposed in this thesis has as main objective, the synthesis of excitation signals for mechanical systems in order to reduce residual vibrations. In addition, generated signals are able to achieve two conditions defined by the user related to function of the mechanism (called functional requirements). This method is based on the relationship between the frequency contents of the transient signal and the residual vibration generated, depending on the system damping. From this relation, and taking advantage of the Fourier transform properties, motion laws are generated through the pulses' time convolution. Resultant laws are made up of algebraic polynomial pieces linked together, which makes them very suitable for implementation with numerical calculus through B-spline curves.