Grupos de investigación
Simulación de sistemas físicos
Presentacion
El grupo Simulación de Sistemas Físicos de la Universidad Nacional trabaja principalmente en la simulación y modelado de sistemas complejos utilizando dinámica molecular, autómatas celulares, métodos de Monte Carlo y la solución numérica de ecuaciones diferenciales parciales (diferencias finitas y elementos finitos). El grupo fue fundado hace 9 años, pero la parte más significativa de su actividad se desarrolla desde el año 2001, cuando su director el profesor Dr. Rer. Nat. José Daniel Muñoz regresó de Alemania, una vez concluidos sus estudios de doctorado. Desde entonces el grupo ha graduado trece estudiantes de pregrado, uno de especialización y dos de maestría, directamente y en colaboración con otros grupos de investigación de la misma Universidad. Sus trabajos, propios y en colaboración, versan desde la modelación del proceso de generación del campo magnético solar hasta la simulación de los potenciales de placa en miniatura en sinapsis neuro-musculares, pasando por modelos de trafico vehicular para Bogotá, la implementación de modelos Lattice Boltzmann para la dinámica de fluidos, el estudio de la convergencia de métodos de Monte Carlo y su extensión a sistemas cuánticos, la implementación de modelos de autómatas celulares para mecánica cuántica, el estudio de redes small world, la simulación de las respuestas mecánicas de la pasta de cemento y la simulación de suelos, entre otros. De estos trabajos han sido aceptados para publicación cuatro artículos de revistas indexadas en el último año. El grupo cuenta en la actualidad con cinco profesores; ocho estudiantes de maestría, de los cuales uno es becario de la Universidad Nacional y dos son becarios de la fundación mazda; y mantiene lazos de colaboración con la Universidad de Stuttgart, Instituto de Aplicaciones de Computador 1 (ICA1), y otros institutos de simulación en mecánica estadística. Además, desarrolla actualmente los proyectos "Métodos de Monte Carlo con Histogramas" y "Simulación de respuestas estáticas y dinámicas de la pasta de cemento por medio de dinámica molecular" financiados por la DINAIN, "Simulación de la sinapsis inhibitoria mediada por GABA utilizando autómatas celulares", financiado por la DIB, "Simulación por elementos discretos del fracturamiento hidráulico en pozos petroleros", financiado por la Fundación para Promoción de la Investigación y la Tecnología del Banco de la República y la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad Nacional de Colombia y "Fenómenos de transporte dirigido en nanosistemas electrónicos y biológicos", en colaboración con el Grupo de Caos y Complejidad de la Universidad nacional de Colombia y financiado por Conciencias.
Líder
Sedes
Bogotá
Dependencias
2- FACULTAD DE CIENCIAS
Planes de estudio
  • MAESTRIA EN INGENIERIA - RECURSOS HIDRAULICOS
  • MAESTRIA EN FISICA MEDICA
  • MAESTRIA EN CIENCIAS - FISICA
  • DOCTORADO EN CIENCIAS FISICA
  • MAESTRIA EN CIENCIAS - MATEMATICA APLICADA
Agendas de conocimiento
CyT de minerales y materiales
Agendas del conocimiento secundarias
  • Energía
  • Hábitat, Ciudad y Territorio
  • Ambiente y Biodiversidad
  • Biotecnología
Áreas OCDE
Ciencias naturales - Ciencias físicas
Áreas OCDE secundarias
  • Ingeniería y tecnología - Ingenierías eléctrica, electrónica e informática
  • Ingeniería y tecnología - Ingeniería civil
  • Ingeniería y tecnología - Ingeniería de los materiales
  • Ingeniería y tecnología - Ingeniera mecánica
  • Ingeniería y tecnología - Ingeniería ambiental
Lineas de investigación
  • ASTROFISICA, RELATIVIDAD Y COSMOLOGIA NUMERICAS
  • SIMULACION MONTE CARLO DE TRATAMIENTOS DE RADIOTERAPIA Y RADIOPROTECCION
  • ILUSTRACION DIDACTICA DE PROCESOS FISICOS POR SIMULACION NUMERICA
  • MATERIALES GRANULARES (CEMENTO, SUELOS, GRANOS)
  • DINAMICA DE FLUIDOS, CAPILARIDAD, DIFUSION Y ELASTICA COMPUTACIONALES
  • SIMULACION DE PROCESOS BIOFISICOS A ESCALA MOLECULAR
  • CALIDAD Y HABITABILIDAD DEL HABITAT Y LA VIVIENDA
  • REDES Y SISTEMAS SOCIALES
  • INSTRUMENTACION ELECTRONICA MICROCONTROLADA
  • MODELOS LATTICE-BOLTZMANN PARA ECUACIONES DE MOVIMIENTO Y LEYES DE CONSERVACION
  • METODOS DE MONTE CARLO EN MECANICA ESTADISTICA
  • TRAFICO VEHICULAR Y URBANISMO
  • PROCESOS ESTOCASTICOS PARA EL MODELADO DE FENOMENOS NATURALES Y PROCESOS TECNICOS
Enfoque estratégico
La simulación numérica es, con frecuencia, el único método disponible para comprender desde la teoría el funcionamiento de un sistema complejo. El enfoque estratégico del grupo está orientado a desarrollar nuevos métodos de simulación que permitan dar respuesta a este problema del conocimiento, y a aplicarlos para dar respuesta adecuada a problemas de nuestra sociedad, Estos problemas son principalmente ambiantales y de contaminación, de manej ode fuentes hídricas, de construcció nadecuada de estructuras y cimentaciones, de epidemiología, de transporte en grandes ciudades, de hábitat confortable en edificaciones, de procesos al interior de la cédula, entre otros.
Prioridades de investigación
El objetivo del grupo de Simulación de Sistemas Físicos, SS+UN, es desarrollar y aplicar nuevas técnicas de simulación numérica para el modelado de sistemas físicos en cicncias e ingeniería, y utilizar la simulación para estudiar esotos sistemas delsde el punto de vista de la Mecánica Estadística. Las técnicas computacionales empeladas por el grupo incluyen, en primer lugar, los elementos discretos (incluyendo dinñamica molecular, dinámica de contacto y event-driven), que se utilizan principalmente para el modelado de materiales en ingeniería y de máquinas moleculares en biofísica. En segundo lugar, el grupo se dedica al desarrollo e implementación de autómatas celulares, principalmente para la simulación de tráfico vehicular, y modelos de lattice-Boltzmann, tema en los que el grupo - además de simular fluidos, ondas y Mecánica CUántica - ha sido pionero a nivel mundial en la simulación de campos electromagnéticos, y en la cosntrucción de modelos de lattice-Boltzmann de acústica, potenciales electromagnéticos y fenómenos de advección - difusión definidos sobre coordenadas curvilíneas generalizadas que se acoplen mejor a las simetrías y a las condiciones de frontera del problema. Además, el grupo realiza simulaciones utilizando elementos finitos y diferencias finitas para simular estructuras o procesos no-lineales como el dínamo solar, entre otros, y métodos de Monte Carlo para la simulación de la dosimetría en radioterapia y en protección radiológica y para el análisis de sistemas de la Mecánica Estadística, usando modelos teóricos como percolación, transiciones de fase, teoremas de fñuctuación o precesos estocásticos. De esta manera, es decir utilizando estas técnicas y dentro de estos fenómenos, el grupo ha modelado infinidad de sistemas reales de interés, como los ensayos de laboratorio sobre suelos arenosos, la fractura de la guadua por contracción, tracción o flexión, el proceso de fraguado del cemento, la estadística de fuerzas y volúmenes en materiales granulares, la salinidad y el flujo de agua en de la Ciénaga Grande de Santa Marta, la distribución de temperaturas en el embalse Rionegro II, el funcionamiento de sinapsis nerviosas y motores moleculares, el cálculo de dosis en radioterapia, el funcionamiento acústico de la cóclea, los procesos de sedimentación en ríos y canales, la inversión del campo magnético solar, las densidades electrónicas de materiales sencillos, la propagación de ondas acústicas para prospección sísmica, la interacción entre ondas acústicas y materiales inmersos en fluidos, la simulación de plasmas, el tráfico vehicular y las congenstiones en calles, barrios y ciudades enteras, la simulación acústica de auditorios, la propagación de epidemias, la simulación de gotas, y modelos de Mecánica Estadística, entre muchos otros.
Perspectiva interdisciplinaria
La gran mayoría de los trabajos realizados por el grupo son de caracter interdisciplinar, y se desarrollan en colaboración con geotecnistas, ingenieros civiles, mecánicos e hidráulicos, biofísicos e ingenieros de transporte, tanto nacionales como internacionales. Entre los nacionales tenemos: el grupo de Geotecnia de la Universidad de Los Andes, el grupo de estructuras de la Universidad Nacional, el Max Planck Institute en Biofísica de la U. de Los Andes, los grupos de Hidráulica de la Universidad NAcional, tanto en Bogotá como en Medellín, la Maestría en Simulación de la U. Jorge Tadeo Lozano, Prof. Gabriel Villalobos, entre otros.. Entre los grupos internacionales con los que mantenemos colaboraciones e intercambios están: el grup ode Física Computacional del Instituot de Materiales de Construcción del ETH-Zürich (Suiza), Prof. Hanz J. Herrmann y Dr. Miller Mendoza; el grupo de medios granulares de la U. de Erlangen (Alemania), Prof. Thorsten Pöschel; el grupo de Fracturas de la U. de Debrecen, Prof. Ferenc Kun; el grupo del Prof. Fernando Alonso-Marroquín, de la U. de Sydney (Australia), el grupo de los Frof. Fahrang Radjai y Emiien Azema de la U. de Montpellier (Francia), entre otros.
Integrantes
Proyectos
Productos
  • TRAFFIC AND GRANULAR FLOW´05 (CAPÍTULO DE LIBRO)
  • MODELO TRIDIMENSIONAL DE LATTICE BOLTZMANN PARA POTENCIALES ELECTRODINÁMICOS. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • DEVELOPMENT OF A LATTICE-BOLTZMANN MODEL IN CURVILINEAR COORDINATES FOR THE ACCOUSTIC SIMULATION OF THE COCHLEA. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • METODOS DE LATTICE-BOLTZMANN PARA ELECTRODINÁMICA Y MAGNETOHIDRODINÁMICA. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • SIMULACIÓN DE LOS PATRONES DE PROFUNDIDAD, VELOCIDAD Y SALINIDAD DEL AGUA DE LA CIÉNAGA GRANDE DE SANTA MARTA POR EL MÉTODO LATTICEBOLTZMANN.. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • SIMULACIÓN DE UN GENERADOR DE IMPULSOS TIPO ROMÁN POR EL MÉTODO DE LATTICE BOLTZMANN. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • PHYSICS OF TRAFFIC GRIDLOCK IN A CITY: A STUDY OF THE SPREADING OF TRAFFIC JAMS ON URBAN STREET NETWORKS. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • SIMULACIÓN DE LA COMPRESIÓN EDOMÉTRICA DE UN MATERIAL GRANULAR Y DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN DE VACÍOS (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • CONSTRUCCION DE UN MODELO DE AUTOMATA CELULAR PARA SIMULAR LAS COLISIONES DE MATERIALES GRANULARES A PARTIR DE LA TRANSMISION DE MOMENTO (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • PERCOLATION STUDY FOR THE CAPILLARY ASCENT OF A LIQUID THROUGH A GRANULAR SOIL. (DIRECCIÓN DE TESIS)
  • A CELLULAR AUTOMATION FOR GRANULAR MEDIA UNDER VIBRATIONS (PONENCIAS EN EVENTOS ESPECIALIZADOS)
  • THREE-DIMENSIONAL LATTICE BOLTZMANN MODEL FOR MAGNETIC-RECONNECTION (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • A CELLULAR AUTOMATON MODEL FOR THE TRAFFIC FLOW IN BOGOTA2 (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • SIMULACION POR DINAMICA BROWNIANA DEL TRANSPORTE IONICO A TRAVES DEL CANAL GRAMICIDINA A (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • AN EQUATION OF STATE FOR GRANULAR MEDIA AT THE LIMIT STATE OF ISOTROPIC COMPRESSION (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • ESTUDIO COMPARATIVO DE DIFERENTES ALGORITMOS DE INTEGRACIÓN Y DE SENSIBILIDAD A CONDICIONES INICIALES EN LA SIMULACIÓN POR DINÁMICA MOLECULAR DE UN MATERIAL GRANULAR (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • MODELO TRIDIMENSIONAL PARA LA SIMULACIÓN DE LA DINÁMICA MICRO Y MACRO DE MATERIALES GRANULARES (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • MODELO TRIDIMENSIONAL PARA LA SIMULACION DE LA DINAMICA MICRO Y MACRO DE MATARIALES GRANULARES (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • ESTUDIO COMPARATIVO DE DIFERENTES ALGORITMOS DE INTEGRACION Y DE SENSIBILIDAD A CONDICIONES INICIALES EN LA SIMULACION POR DINAMICA MOLECULAR EN UN MATERIAL GRANULAR (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • ESTUDIO COMPUTACIONAL DEL FLUJO DE MATERIALES GRANULARES BARRADOS (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • CONTACT FORCES DISTRIBUTION FOR A GRANULAR MATERIAL FROM A MONTE CARLO STUDY ON A SINGLE GRAIN (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • SIMULACION POR DINAMICA MOLECULAR DEL MOVIMIENTO DE UN TROMPO PESADO (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • SIMULACION DE RESPUESTAS ESTATICAS DE LA PASTA DE CEMENTO POR MEDIO DE DINAMICA MOLECULAR (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • TRAFFIC GRIDLOCK ON A HONEYCOMB CITY (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • Numerical Comparison of 1D quantum lattice Boltzmann models (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • TRANSPORTE DE SUSTANCIAS EN AGUAS SOMERAS POR MEDIO DEL MÉTODO LATTICE BOLTZMANN (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • LATTICE BOLTZMANN MODEL FOR THE SIMULATION OF THE WAVE EQUATION IN CURVILINEAR COORDINATES (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • THREE-DIMENSIONAL LATTICE BOLTZMANN MODEL FOR ELECTRODYNAMICS (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • STUDY OF HYDRODYNAMIC INSTABILITIES WITH A MULTIPHASE LATTICE BOLTZMANN MODEL (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)
  • UNRAVELING THE PUZZLING INTERMEDIATE STATES IN THE BIHAM-MIDDLETON-LEVINE TRAFFIC MODEL (PUBLICACIÓN EN ARTÍCULO DE REVISTA)