Máster en Diseño Avanzado en Ingeniería Mecánica

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Análisis Micromecánico de Múltiples Despegues de Fibras en Materiales Compuestos usando el Criterio Acoplado de la Mecánica de la Fractura Finita
(2024) Santiago Espinal, José Antonio; Távara Mendoza, Luis Arístides; Mantic, Vladislav; Muñoz-Reja Moreno, María del Mar; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El objetivo de este TFM (Trabajo Fin de Máster) es el análisis de la fractura de materiales compuestos a nivel micromecánico, y en especial en sus interfases, a partir de diferentes modelos desarrollados en el software de Elementos Finitos (FEM por sus siglas en inglés) Abaqus, que permite estudiar su comportamiento ante distintos estados de carga empleando una subrutina de usuario UMAT (para modelar la interfase) y un código externo programado en Python que controla el criterio de fractura. El modelo de interfase está basado en el Modelo de Interfase Lineal Elástico Frágil que ha sido desarrollado y puesto a prueba con anterioridad por el Grupo de Elasticidad y Resistencia de Materiales de la Universidad de Sevilla. De la misma manera, el criterio por el cual se inician y propagan los despegues en los modelos ensayados está basado en el Criterio Acoplado de la Mecánica de la Fractura Finita (CCFFM) utilizando el principio de Energía Mínima Total bajo una condición de Tensión (PMTE-SC), que ha sido implementado en un código de Python. Esta aplicación computacional ha demostrado eficiencia y solidez tanto en la predicción del inicio y de la propagación del daño en materiales homogéneos como en interfases, frente a otros métodos actuales.
Análisis numérico de huecos toroidales como liberadores de tensión en ejes ajustados a presión
(2023) Espallargas Martínez, Ander; Erena Guardia, Diego; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
Se presenta la necesidad de realizar un estudio mediante elementos finitos de un eje dotado de huecos toroidales como liberadores de tensión bajo un estado de fretting. El objetivo principal de dicho estudio es aportar la información y resultados necesarios que sirvan de contraste para los futuros análisis experimentales. Los comúnmente utilizados en la ingeniería ajustes a presión en ejes provocan estados de carga donde aparecen altas concentraciones de tensión, desgaste y deslizamiento entre cuerpos. En condiciones de servicio dichos fenómenos aparecen en los bordes de contacto, donde se produce la iniciación de grietas superficiales, tratándose de la conocida fatiga por fricción. Una serie de estudios anteriores llevados a cabo por el departamento ponen en valor cómo solución para conseguir alargar la vida útil de estos componentes la introducción de vaciados toroidales en el interior del eje. Gracias a la evolución de la fabricación aditiva, se hace cada vez más cercana la competitividad de estas técnicas como solución al alargamiento de la vida útil frente a otras que se llevan utilizando y estudiando durante años, como modificaciones en geometrías, tratamientos superficiales, etc. Este trabajo utiliza como base una serie de resultados obtenidos en esta misma línea de investigación por el departamento, en los cuales, se consigue la geometría más adecuada del vaciado toroidal en función de las dimensiones del eje y niveles de carga. Utilizando estos parámetros, se diseña tanto un eje como un útil de amarre para poder llevar a cabo la fase experimental. A lo largo del trabajo se tratan las diferencias entre los resultados puramente teóricos y las diferencias existentes debido a las condiciones propias de la experimentación. Por una parte, se analiza la aplicación de la carga de apriete mediante el útil de amarre, así como todas sus consecuencias con un ajuste teórico. Este primer punto se analiza para ejes macizos y ejes con vaciados toroidales. Por otra parte, se analiza la influencia del vaciado toroidal bajo cargas de servicio, siendo de especial interés la aparición de grietas en la superficie exterior del eje cercanas al borde de contacto. Siendo la base del proyecto los análisis puramente neméricos realizados con anterioridad, se hace uso de relaciones de presión y carga anteriormente estudiadas. Como resultado final del proyecto, se ha logrado diseñar un modelo numérico que representa el modelo experimental, mostrando las diferencias respecto al teórico, así como aportando valores con exactitud del comportamiento del mismo. Gracias a ello se puede realizar tanto una comprobación en la experimentación como un contraste de valores entre los tres ‘modelos’; el teórico, el numérico y el experimental.
Análisis numérico del callo de distracción ósea en ovejas sanas y osteoporóticas
(2023) Cubas Sosa, Ignacio; Reina Romo, Esther; Toscano Angulo, Juan José; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
La osteoporosis es la enfermedad ósea más común. Caracterizada por una disminución de la densidad mineral ósea, aumenta la fragilidad del hueso. Consecuentemente, la resistencia de los huesos se ve muy mermada, provocando un aumento importante del riesgo de fractura. De esta manera, es de gran interés estudiar las propiedades mecánicas del hueso cuando tiene esta enfermedad, ya que podría aportar información de cara a poder tratarla exitosamente. En el presente trabajo tiene como principal objetivo la obtención de la rigidez del callo óseo osteoporótico mediante simulaciones numéricas. Para ello, un grupo de cinco ovejas merinas hembra ha sido objeto de un ensayo in silico tras haber sido sometidas a un protocolo de inducción de osteoporosis que disminuyera su densidad mineral ósea un 10% y, posteriormente, a un proceso de transporte óseo en el metatarso. Tras haber medido in vivo en otro estudio la rigidez axial del callo óseo de distracción, se obtuvo de estas ovejas una tomografía axial computarizada para obtener las imágenes médicas de sus metatarsos. A partir de estas, se obtuvo un modelo CAD tridimensional mediante un proceso de segmentación. Posteriormente, a este modelo se le practicó un análisis estructural estático mediante el método de los elementos finitos simulando la carga de compresión que soportan estos callos óseos osteoporóticos para obtener la rigidez axial de estos callos óseos. La modelización del tejido óseo inmaduro que se genera en el callo de distracción supone un reto debido a su comportamiento dinámico, variando sus propiedades mecánicas a lo largo del tiempo. Para llevar a cabo los análisis de elementos finitos, se han utilizado dos modelos constitutivos diferentes del tejido óseo inmaduro. El primero de ellos tiene un módulo de elasticidad constante en el tiempo y el segundo modelo tiene esta propiedad mecánica variable en el tiempo. Ambos tienen propiedades lineales e isótropas. Los resultados muestran que el primer caso se asemeja más, para estos cinco casos estudiados, a las rigideces medidas in vivo que con el módulo de elasticidad variable, que hace que la rigidez de los callos óseos medida in silico sea mucho mayor al valor obtenido in vivo. Así, este trabajo muestra que se deben seguir obteniendo valores de propiedades mecánicas mediante ensayos de nanoindentación para poder determinar de una forma más exacta las propiedades mecánicas del callo duro para realizar análisis in silico. Por otra parte, también es de interés realizar estos mismos análisis discretizando en varios materiales el callo óseo duro, de manera que no sea uniforme y tenga zonas de distintas propiedades mecánicas según el nivel de gris que tengan las imágenes médicas.
Análisis numérico del comportamiento de muros de mampostería de adobe
(2021) Fages Pérez, Juan Manuel; Solís Muñiz, Mario; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
Este trabajo tiene como objetivo principal aportar conocimiento a la investigación del comportamiento mecánico de la mampostería de adobe, mediante su estudio y caracterización por medio del software de análisis numérico de Elementos Finitos “Midas FEA” desarrollado por Midas IT y TNO Diana. Para el estudio de las propiedades mecánicas de la mampostería de adobe han sido modelizados los ensayos de compresión simple y compresión diagonal que tuvieron lugar en la campaña experimental. En los modelos numéricos mencionados, se ha asumido un comportamiento macromecánico, es decir, una homogenización de los ladrillos y el mortero que conforman los muretes de adobe. El modelo constitutivo utilizado se denomina modelo de grieta difusa, comúnmente usado para el análisis de materiales cuasifrágiles, tales como el hormigón. Este modelo de comportamiento material permite obtener información del comportamiento post-pico a partir del ablandamiento por la aparición de fisuración. El objetivo de este trabajo ha sido alcanzado tras obtener resultados del comportamiento de este tipo de construcción en su rango inelástico, así como sus patrones de daño durante esta etapa y el análisis de sensibilidad de los diversos parámetros que intervienen en el modelo de comportamiento utilizado.
Análisis y simulación de oscilador químico
(2024) Hutchion de la Torre, Alejandro; Ros Padilla, Francisco Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Matemática Aplicada II (ETSI)
El presente trabajo fin de máster está enfocado en el análisis dinámico y la simulación de un oscilador químico, específicamente el oscilador Brusselator, y su comportamiento cuando se encuentra acoplado con otro oscilador similar. Este estudio se basa en el campo de los sistemas dinámicos no lineales y su aplicación en la comprensión de fenómenos complejos como las oscilaciones químicas. Los osciladores químicos representan un fenómeno en el cual las concentraciones de ciertos reactivos varían periódicamente con el tiempo, alejándose del equilibrio termodinámico. Este comportamiento es característico de la termodinámica de no equilibrio y es crucial para comprender numerosos procesos naturales y artificiales. El oscilador Brusselator, una simplificación del modelo de la reacción de Belousov- Zhabotinsky, es particularmente útil debido a su capacidad para exhibir una amplia gama de comportamientos dinámicos, incluyendo oscilaciones periódicas y patrones espaciales. La historia de los osciladores químicos está ligada al escepticismo científico. En 1828, G.T. Fechner publicó un informe sobre oscilaciones en un sistema químico, describiendo una celda electroquímica que producía una corriente oscilante. Más tarde, en 1899, W. Ostwald observó que la velocidad de disolución del cromo en ácido aumentaba y disminuía periódicamente. Estos sistemas iniciales eran heterogéneos, y durante mucho tiempo se creyó que los sistemas oscilantes homogéneos no existían. No fue hasta mediados del siglo XX que se estableció el estudio sistemático de estas reacciones y la dinámica química no lineal, impulsado por el descubrimiento de la reacción de Belousov- Zhabotinsky (BZ) por Boris Pavlovich Belousov y Anatol Zhabotinsky [1]. Este trabajo se apoya en la investigación realizada en el trabajo de doctorado de Fátima Dubri Vega, de la Universidad de Oviedo [2] que estudia el comportamiento de sistemas acoplados, específicamente el modelo del Brusselator acoplado. El cual ha proporcionado una base teórica sólida, demostrando cómo el acoplamiento entre osciladores puede llevar a comportamientos dinámicos emergentes. Este proyecto busca profundizar en el análisis cualitativo de estos sistemas acoplados, utilizando herramientas analíticas y numéricas para identificar y caracterizar los regímenes de oscilación y bifurcaciones existentes en ellos.
Analysis and Design of the Central Stack for the SMART Tokamak
(2022) Segado Fernández, Jorge; Ayllón Guerola, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
El tokamak SMART (Tokamak de baja relación de aspecto o ‘SMall Aspect Ratio Tokamak’) es un nuevo tokamak esférico que está siendo construido en la universidad de Sevilla y pretende estudiar plasmas con triangularidad negativa vs positiva y por primera vez en un tokamak esférico. La operación de SMART va a cubrir tres fases con a campo magnético toroidal B(cojunto vacio)≤ 1 T, corriente inducida de plasma hasta = Ip=500 kA y longitud de pulso de hasta 500 ms, para un plasma con R= 0.4 m, a= 0.25 m y una amplia variedad de configuraciones (ratio de aspecto, 1.4 < R/a < 3, elongación, K≤ 3, y triangularidad, -0.6 ≤(delta)≤ 0.6). El sistema magnético del tokamak está compuesto por 12 bobinas de campo magnético toroidal (TFC), 8 bobinas de campo magnético poloidal (PFC) y un solenoide central (CS). Con estas condiciones de operación, el diseño de la columna central, que es un componente crítico en la mayoría de tokamaks esférico debido a la limitación de espacio, presenta importantes retos. La columna central del tokamak SMART se ha diseñado para operar hasta los valores de fase 2 y contiene las barras internas de las TFC, que están rodeadas por el CS, dos anillos de soporte, una barra central y un pedestal. Para alcanzar los parámetros de esta fase B(cojunto vacio) = 0.3 T con corriente de plasma inducida Ip de hasta 200 kA), las altas corrientes eléctricas necesarias, combinadas con la baja relación de aspecto de la máquina implican grandes fuerzas en los conductores que son un reto desde el punto de vista de la ingeniería. Las cargas esperadas en la columna central son 1.5 MN de fuerza centradora y 6 kNm de torque. Este trabajo describe el diseño de la columna central y la validación mecánica con un análisis de elementos finitos. Uniendo un estudio electromagnético con uno mecánico, la habilidad de la columna central para alcanzar los requerimientos físicos de la máquina hasta fase 2 es asegurada.
Cálculo y Diseño de una Línea Automatizada de Control de Medida
(2020) Mármol Soto, Juan; Navarro Pintado, Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
La industria actual se encuentra en plena transición hacia la automatización, por tanto, son muchas las empresas que buscan automatizar sus líneas de producción. En el presente Trabajo de Fin de Máster se desarrolla el diseño de una línea de control de medida 100% (fase final, montaje) en el marco del sector automovilístico mediante Catia V5. La línea diseñada controlará la calidad de fabricación de dos variedades de árboles de una caja de cambios justo antes de su montaje. El presente proyecto se divide en dos bloques: el primero de ellos comprende el bloque de control de medida que consta de un Cobot que presentará las piezas a las mesas de medida montadas sobre las manutenciones. El bloque de descarga se encuentra a continuación del bloque de medida. El bloque consiste en la descarga de los árboles y palets en unos carros con el objetivo de transportarlos hacia la línea de montaje. Un Cobot se encargará de descargar los árboles sobre los carros con el fin de automatizar el sistema. La línea se diseña según los requisitos impuestos (manutención, dimensiones de los árboles, tolerancia de aceptación de la pieza y rendimiento de la línea) y de conformidad con las normas de seguridad ISO/TS 15066:2016 «Robots colaborativos», UNE-EN ISO 10218-1/2:2011 «Robots y dispositivos robóticos», ISO 13849 «Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad» e ISO 4414 «Reglas generales y requisitos para sistemas neumáticos».
Coupling of hydrogen assisted embrittlement with a modeling framework for the interaction between the phase field approach for brittle fracture and the interface cohesive zone model
(2019) Valverde González, Ángel de Jesús; Reinoso Cuevas, José Antonio; Quintanas Corominas, Adrià; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
El fenómeno de fragilización de hidrógeno ha sido una causa conocida en procesos de fractura en metales desde el siglo XIX, debido a la degradación en propiedades mecánicas que desencadena la entrada de dicha molécula en el esqueleto del material. Es un caso tan complejo y difícil de analizar que apenas hay referencias de cómo actúa en la estructura interna. Por lo tanto, se hace necesario desarrollar e implementar modelos numéricos que expliquen concretamente cómo de afectada se ve la estructura mecánicamente hablando con la contaminación por hidrógeno, especialmente si se quiere hacer una transición a una economía de hidrógeno limpia y segura. Por ello, a lo largo del documento, se va a ir desarrollando un código de sólido (bulk) e interfase que emplea el modelo matemático de phase field aplicado a mecánica de la fractura y que combina los previamente implementados de D. Emilio Pañeda [1]; y de D. Marco Paggi y de D. José Reinoso [2]; para poder modelizar dicho tipo de corrosión en estructuras metálicas. Para certificar su correcta implementación, además, se presentan ejemplos sobre una placa con una entalla en los que se han discutido la influencia de diversos parámetros y de los que se extrae las posibles aplicaciones que puede tener el modelo desarrollado. Dichas posibles salidas hablan del posible potencial que tiene, abarcando todo tipo de materiales: desde aceros inoxidables hasta superaleaciones de níquel; diferentes tipos de fractura, ya sea transgranular o intergranular, e incluso, puede valer para implementar el fallo dúctil del sólido.
Desarrollo de Sistemas Experimentales para la Medición de la Geometría de Vías
(2023) Rodríguez Gómez, Miguel; Escalona Franco, José Luis; Urda Gómez, Pedro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
En la industria ferroviaria resulta indispensable tener sistemas eficientes capaces de medir la geometría de la vía para detectar sus irregularidades y mantenerlas en buen estado. En este sentido, el Grupo de Ingeniería Mecánica ha estado trabajando en el desarrollo de sistemas embarcados para la medición de las irregularidades de las vías, contexto que engloba a este trabajo. En primer lugar, se describen los trabajos previos que existen en la literatura y la evolución en los métodos utilizados para la auscultación geométrica de vías. Además, se resumen los aspectos principales que se han desarrollado en trabajos anteriores para poder establecer el contexto de este documento y definir los objetivos que se quieren alcanzar. En segundo lugar, se describe el sistema para la medición de las irregularidades de larga longitud de onda incluyendo los sensores y equipos de adquisición de datos utilizados, los algoritmos de visión artificial aplicados, su implementación en una aplicación de escritorio y los resultados obtenidos a la hora de validar dichos algoritmos. En tercer lugar, se describe el sistema diseñado para la medición de las irregularidades de corta longitud de onda, cómo se realiza el cálculo de dichas irregularidades, la implementación computacional y se exponen los resultados obtenidos. Finalmente, se discuten las conclusiones del trabajo, realizando una comparación entre los dos sistemas indicando las ventajas e inconvenientes de cada uno.
Desarrollo de software en C# para el cálculo del FIT en grietas semi-elípticas
(2018) Montero Cañero, Óscar; Vázquez Valeo, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
En este proyecto se obtiene la función general de peso de carga puntual para grietas semi-elípticas en placas de espesor finito. Se utiliza para calcular el factor de intensidad de tensiones para cualquier punto a lo largo del frente de la grieta con el plano de la grieta bajo distribuciones de tensiones bidimensionales. Se muestra la comparación entre los resultados alcanzados de la función de peso obtenida y los disponibles en la literatura, lo que indica una buena precisión. Con el fin de determinar el patrón de crecimiento de grietas y estimar la vida útil a fatiga, esta función de peso se puede usar fácilmente en placas aplicadas en la industria bajo campos de tensión complicados, como el campo de tensiones residuales debido a la soldadura. En aplicaciones industriales, como es el proceso de soldadura, se aplican complicadas distribuciones de tensiones en el plano de las grietas. Debido a que la soldadura se realiza en los extremos de las placas, la tensión residual varía de forma no lineal a lo largo del espesor y el ancho de las mismas. De hecho, se aplica una distribución de tensiones bidimensional no lineal en el plano de la grieta en placas soldadas. En estas condiciones, los puntos críticos pueden o no ser habitualmente los puntos más profundos y superficiales, por lo que se deben examinar otros puntos. El GPLWF se puede usar fácilmente para calcular el factor de intensidad de tensiones para cualquier punto a lo largo del frente de grieta de las placas soldadas agrietadas bajo distribuciones de tensiones residuales bidimensionales.
Desarrollo de un modelo farmacocinético/farmacodinámico de alendronato para tratamiento contra la osteoporosis
(2021) Ruiz Lozano, Rocío; Calvo Gallego, José Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
Actualmente, el número de personas de la tercera edad ha aumentado considerablemente, incluyendo consigo a un gran número de mujeres que sufren osteoporosis postmenopáusica, una enfermedad que produce gran impacto social, económico y sanitario, ya que aumenta el número de fracturas y, por tanto el gasto médico. Esta enfermedad se suele tratar con bifosfonatos, como es el caso del alendronato siendo el medicamento más usado para la osteoporosis postmenopáusica [1], en el cual se va a centrar este estudio. El alendronato es un fármaco antirresortivo que se administra de forma oral a las pacientes una vez por semana, y una cantidad de 70 mg. El impacto de esta enfermedad y el extendido uso de este medicamento hace que sea de gran interés disponer de un modelo computacional que simule su acción en el cuerpo humano. Dicho modelo, nos permitiría conocer de forma rápida la evolución de muchas variables interesantes, como por ejemplo, la evolución de la densidad ósea con y sin tratamiento. Es el primer paso en el camino hacia una mejora del tratamiento y una individualización del mismo para cada paciente específico. Además, permitiría estudiar la evolución de muchas variables internas que en un ensayo clínico sería inviable, tanto desde el punto de vista temporal como del económico. Así, este trabajo parte de un modelo de remodelación ósea de poblaciones celulares ya existente, en el cual se simula el efecto de la osteoporosis postmenopáusica. En este estudio se ha añadido a dicho modelo el efecto del Alendronato, tanto su famacocinética como su farmacodinámica. Las constantes del modelo se optimizan mediante un algoritmo de optimización global que usa una función sustitutiva, de forma que el comportamiento se ajuste a una serie de resultados experimentales. Una vez ajustado, el modelo se usa para simular una serie de tratamientos.
Determinación del estímulo mecánico más apropiado para modelos de remodelación ósea. Aplicación a un modelo basado en poblaciones celulares
(2022) Gutiérrez Millán, Fernando; Calvo Gallego, José Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
Hoy en día el número de pacientes con patologías que afectan al tejido óseo no para de aumentar. Un caso muy relevante es el de la osteoporosis. El envejecimiento poblacional provoca que esta enfermedad esté cada vez más presente entre la población y, por tanto, esto aumenta la necesidad de conocer cómo tiene lugar el proceso de remodelación ósea para así poder prevenir y tratar estas patologías de una manera mejor y más individualizada. Para poder realizar estos análisis se han desarrollado modelos del comportamiento de la remodelación ósea intentando integrar, cada vez, más facetas de la misma. Uno de estos modelos es el modelo basado en poblaciones celulares, en el que se centrará la investigación. Este modelo se basa en cómo las distintas células que intervienen en la remodelación interactúan entre sí y con una serie de factores de regulación biomecánicos, bioquímicos y geométricos, dirigiendo así el sentido de la remodelación. La regulación biomecánica depende del estímulo mecánico que ciertas células óseas, osteocitos, son capaces de percibir. Hasta ahora el estímulo mecánico tomado ha sido la densidad de energía de deformación (SED). En este trabajo se estudiará si utilizar esta variable para el estímulo mecánico es realmente lo que permite asemejar mejor el modelo a la realidad. Este estudio se realizará basándonos en un fémur en homeostasis después de aplicar ciclos de marcha de forma consecutiva. Gracias a esto obtendremos que la fluctuación de tensiones a lo largo del ciclo es la variable que mejor predice la densidad final del tejido óseo y que la deformación máxima en valor absoluto es una variable que podría funcionar bien como estímulo mecánico. Una vez realizado este análisis utilizaremos estas conclusiones para mejorar el modelo, implementando este cambio junto con un desarrollo más profundo de la homeostasis del calcio y los efectos del calcitriol, PO4 (fosfatos) y la PTH (hormona paratiroidea), basado en trabajos de otros autores. A partir de esta mejora del modelo, se estudiarán los efectos individualizados y combinados de la osteoporosis, tratamiento con Denosumab, variaciones en la vitamina D, variaciones en el calcio ingerido, variaciones en el esfuerzo mecánico, enfermedad renal e hiperparatiroidismo. Gracias a ello, podremos ver: cómo la influencia de las variaciones, tanto de vitamina D como de calcio ingerido, producen efectos despreciables, cómo el efecto de la osteoporosis es mucho mayor que la enfermedad renal o el hiperparatiroidismo y cómo el efecto de incrementos en el esfuerzo mecánico producen un efecto más importante que el tratamiento con Denosumab, un medicamento comúnmente usado para el tratamiento de la osteoporosis.
Diseño e implementación de base de datos relacional para gestión de resultados de experimentación
(2021) Chetoui, Houda; Gallardo Fuentes, José María; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
Este trabajo fin de master consiste a describir las instrucciones para la creación, el diseño y la implementación de una base de datos para la gestión de resultados de experimentación. Se usa la tecnología de sistema de gestión de base de datos WordPress en lugar de los lenguajes de programación que exigen conocimientos avanzados de ingeniería informática y de software. La solución permite el manejo de información durante los proyectos de cualquier área de investigación.
Estudio analítico y numérico de la dinámica y la estabilidad de un centrifugador
(2024) Rivero Bernabé, Marina; García Vallejo, Daniel; Freire Macías, Emilio; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
Este trabajo se centra en el modelado dinámico de un centrifugador y el estudio de su estabilización giroscópica, considerando cómo distintos parámetros físicos, como la rigidez, la velocidad angular y el amortiguamiento, afectan a la estabilidad del sistema. El objetivo principal es comprender y simular el comportamiento dinámico de un centrifugador en funcionamiento, evaluando la influencia de estos parámetros en su capacidad para mantener una trayectoria estable. Uno de los principales enfoques de este estudio es la estabilidad del sistema, que se evalúa mediante el análisis de los autovalores del sistema. Estos autovalores proporcionan información sobre las características dinámicas del sistema, indicando si el movimiento es estable o inestable bajo diferentes condiciones. Además, se examina cómo la rigidez del centrifugador, la velocidad angular y el amortiguamiento influyen en estos autovalores, y se determina la relación entre estos parámetros y la estabilidad lineal del sistema. Los resultados obtenidos mediante simulación se comparan con los resultados teóricos, y se verifica que ambos coinciden, lo que valida el modelo y las simulaciones realizadas. Este estudio ofrece una comprensión profunda de los factores que afectan la estabilidad de un centrifugador y proporciona herramientas prácticas para mejorar el diseño y el control de sistemas rotacionales similares en otras aplicaciones industriales y científicas.
Estudio de las Propiedades de Frangibilidad en Estructuras Aeroportuarias
(2015) Moreno Escalante, Silvia Magdalena; Távara Mendoza, Luis Arístides; París Carballo, Federico; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras e Ingeniería del Terreno
El objetivo del presente proyecto es ofrecer una solución para que una estructura aeroportuaria (armario de cabecera de pista de aterrizaje) cumpla con los requisitos de frangibilidad marcados por la norma, en cuanto a fuerza de impacto y energía soportada se refiere, mediante métodos de análisis por el Método de los Elementos Finitos, MEF. Las condiciones de frangibilidad se obtendrán mediante el fallo de tornillos de fusible mecánico que se usan como fijación del armario. Para ello se realizaron diversas tareas, la primera es el estudio de informes previos del problema encontrados en bibliografía, así como de las diferentes normas que regulan la frangibilidad de las estructuras. Partimos del Proyecto Final Carrera que precede a éste trabajo donde se modeló usando las recomendaciones de la norma (elementos tipo barra y uso de elementos finitos explícitos) y se determinó que la estructura no cumplía con los requisitos de la norma. Seguidamente realizaremos un estudio numérico (mediante el uso del método de elementos finitos con el programa comercial Abaqus) del armario de cabecera que incluye la carga de impacto y el fallo elastoplástico de los tornillos de fusible mecánico. Centrando nuestro estudio en el uso de diferentes tipos de tecnologías de elementos para el modelado del mismo. Como ampliación de este primer estudio y utilizando los resultados que se obtuvieron de él, se propone realizar un rediseño de la estructura y/o del tornillo para mejorar las condiciones de trabajo del mismo, teniendo en cuenta criterios de coste. Así mismo se establecieron unas pautas para la resolución de problemas frangibles con Abaqus que se recogen en el apartado de conclusiones. Todo ello bajo las indicaciones del Manual de diseño de aeródromos. Parte 6: Frangibilidad: Doc. 9157-AN/901 P6.
Estudio de propiedades físicas del silicio mediante el uso de la termodinámica estadística
(2016) Sánchez Martín, Carlos; Ariza Moreno, María del Pilar; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
Estudio de un injerto hepático mediante software CFD
(2019) Hernández Casado, Jesús Alberto; Modesto-López, Luis B.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica de Fluidos
No hay ninguna duda que el desarrollo de la tecnología está ayudando cada vez más a numerosos campos de estudio entre ellos el campo de la salud. En concreto, el desarrollo de la tecnología del CFD (Computational Fluid Dynamics) permite el estudio de problemas de mecánica de fluidos bajo diversas condiciones. El CFD se basa en el cálculo numérico de ecuaciones en derivadas parciales de un dominio geométrico dividido en una serie de elementos finitos, conocido como malla. En el presente trabajo se trabajará con diferentes modelos geométricos para simular un injerto hepático. La simulación del flujo del torrente sanguíneo a través de un conducto venoso es tratada como pilar fundamental en este trabajo. El objetivo final es simular lo más preciso y fiel a la realidad la geometría del injerto, la entrada del flujo sanguíneo, la salida del mismo y todas las condiciones de contorno de nuestro problema. También se compararán los resultados obtenidos con dos softwares diferentes: ANSYS Fluent y Star CCM+. Todo este trabajo se encuentra motivado bajo la demanda del equipo sanitario del Hospital de Barcelona, que deseaban demostrar la existencia de flujo turbulento en una situación como es el injerto de hígado, con el fin de prevenir la coagulación de la sangre en ciertas zonas de dicho injerto. Este trabajo estudiará diferentes situaciones y modelos geométricos del injerto a fin de predecir y simular el flujo del torrente sanguíneo para dicho problema propuesto. Este proyecto se podría dividir en dos grandes bloques en función del número de entradas de flujo al injerto. Se estudiarán en primer lugar, los modelos geométricos con una sola entrada de flujo y posteriormente, aquellos modelos geométricos con tres entradas de flujo. Esto es debido a que al injerto real le llegan tres venas, pero no podemos descartar que el de una entrada podría resultar interesante para otro tipo de injertos.
Estudio experimental de la vida a fatiga en uniones atornilladas
(2019) Juliá Lerma, Javier Miguel; Domínguez Abascal, Jaime; García Vallejo, Daniel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
Las uniones atornilladas son comúnmente conocidas. A pesar de los avances tecnológicos, este tipo de unión continúa teniendo protagonismo incluso en proyectos de última generación como los aerogeneradores. Debido a ello, es importante continuar avanzando en el estudio del comportamiento de dichas uniones. En ocasiones, el desarrollo analítico o por métodos numéricos no es suficiente para obtener conclusiones definitivas sobre las investigaciones realizadas. Esto suele ocurrir cuando la incertidumbre que se cierne sobre el sistema es excesiva, como por ejemplo en los materiales compuestos. Es ahí donde la experimentación cobra una vital importancia. Las uniones atornilladas presentan una geometría muy compleja que hace que el rozamiento en la zona roscada presente mucha incertidumbre. En el presente documento se explican los ensayos experimentales realizados sobre uniones atornilladas para detectar el efecto que tiene sobre la vida a fatiga el hecho de desplazar la rosca una vez completada la mitad de la vida de la unión, modificando así el punto crítico entre roscas. Todo ensayo experimental requiere multitud de operaciones previas debidas, a veces, a sucesos inesperados que ocurren. En este documento, además de los experimentos principales, se comentan también todos los sucesos ocurridos y la resolución dada a cada uno de ellos mediante la utilización de los medios de los que se disponía. Este estudio está relacionado con la investigación realizada por el Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación de la Escuela Superior de Ingeniería de Sevilla sobre las uniones atornilladas de un campo de aerogeneradores de Francia.
Estudio microestructural de hormigones de ultraaltas prestaciones reforzado con fibras de acero mediante tomografía axial computarizada
(2019) Guenois, Kevin; Cifuentes-Bulté, Héctor; Ríos Jiménez, José David; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
En las últimas décadas, un nuevo material compuesto denominado hormigón de ultra-alta prestación reforzado con fibras (HPFRC), empezó a ganar relevancia en el campo de la ingeniería civil y de la construcción debido a sus propiedades mecánicas mejoradas en relación con los hormigones convencionales, alcanzando excepcionales valores de resistencia a compresión, tracción y flexión. Un determinado volumen de fibras, generalmente fibras de acero por sus mejores propiedades estructurales, es mezclado aleatoriamente a una matriz cementicia, para así incrementar las características globales. Sin embargo, la aportación de fibras afecta a la distribución y comportamiento de la estructura de la matriz, y, su porosidad, pudiendo alterar negativamente el rendimiento del HPFRC. Se hace necesario, por lo tanto, estudiar la influencia de las fibras sobre los mecanismos microestructurales de la matriz de hormigón para lograr entender su comportamiento a macroescala. Este trabajo consiste en el estudio a microescalas de dos matrices de hormigón de ultra-altas prestaciones, utilizando la composición y dosificación prescrita en el trabajo realizado por los tutores Héctor Cifuentes y José D. Ríos, y añadiéndoles un volumen distinto de micro y macro fibras de aceros (la primera un 0.5% y segunda 1.5%). En primer lugar, a lo largo del documento se explicará detalladamente las etapas realizadas para la obtención de esa matriz de hormigón mezcladas al volumen adecuado de fibras de acero, así como el proceso de vertido y curado del HPFRC. Por entonces, se debe preparar las distintas muestras para su análisis mediante la técnica de caracterización de rayos X, la tomografía axial computarizada. Esta técnica permitirá obtener unas secuencias de imágenes para cada muestra, acentuando la escala de grises dependiendo de la densidad de cada material presente en la matriz. A continuación, se analizarán las secuencias por medio de softwares que posibilitarán la corrección de ciertos defectos de imágenes, la aplicación de filtros digitales para mejorar el procedimiento de análisis, y el tratamiento por post-procesamiento de las imágenes para conseguir los datos y valores de interés. Aquellos datos permitirán enseñar la influencia de las fibras de acero, sobre la distribución y caracterización de la porosidad, así como la disposición de aquellas fibras en la matriz cementicia. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos con los del trabajo de José D. Ríos anteriormente citados, para un hormigón de ultra-altas prestaciones sin añadido de fibras y otro con un volumen de 2.5% de fibras. De ahí, se expondrán las conclusiones del análisis que sean más relevante y marcando varios puntos para futuros desarrollos.
Estudio y Simulación de Estructura Offshore Flotante
(2014) López-Mendoza, Daniel; González Pérez, José Ángel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
En este trabajo se presenta un modelo numérico en elementos finitos para un sistema multicuerpo flexible [1], bajo hipótesis de pequeñas deformaciones y largos desplazamientos. Como aplicación práctica del modelo numérico se ha resuelto una estructura offshore, un tramo de puente de carretera flotante. El oleaje se ha representado mediante el espectro de Pierson-Mozkowitz. La estabilidad de la estructura ante el efecto del oleaje se logra mediante un sistema de cables de amarre, implementado según la formulación descrita en [2]. Para completar el estudio de la estructura flotante se ha evaluado el efecto provocado por el paso de un vehículo pesado.

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