Máster en Diseño Avanzado en Ingeniería Mecánica

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Modelado, Simulación y Diseño de Hormigones para Aplicaciones de Almacenamiento de Energía Térmica
(2025) Roque Rodríguez, Eduardo; Montero Chacón, Francisco de Paula; Cifuentes-Bulté, Héctor; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
La sociedad actual presenta un fuerte crecimiento de los requerimientos energéticos. A pesar de que la mayor parte de la producción energética global está basada en combustibles fósiles, en los últimos años la producción de energía renovable ha crecido considerablemente, jugando un papel fundamental en la el suministro eléctrico actual. Sin embargo, la producción de energía renovable presenta una serie de limitaciones (intermitencia, estabilidad, etc.) que pueden ser mitigadas mediante el almacenamiento de energía. El hormigón se presenta como una alternativa viable para el almacenamiento térmico de energía debido a su bajo coste, su elevado poder calorífico y la capacidad de resistir elevadas temperaturas. Sin embargo, la exposición del material a cargas térmicas severas pueden generar problemas de fractura que limiten el rendimiento y durabilidad de sus componentes. El diseño de hormigones avanzados capaces de resistir temperaturas elevadas sin comprometer su integridad estructural es fundamental. No obstante, el diseño de estos materiales no es una tarea trivial. El modelado y la simulación de materiales juega un papel crucial en el desarrollo de este tipo de sistemas. En este proyecto, se propone el desarrollo de una plataforma de simulación multiescala y multifísica para el diseño de materiales y componentes de sistemas de almacenamiento de energía térmica basados en hormigones reforzados con fibras. La plataforma combina diversas técnicas de simulación que permiten predecir las propiedades mecánicas y térmicas del material, así como el comportamiento del componente final. El análisis mecánico del material se realiza considerando un modelo de elementos finitos, el cual incluye un modelo de phase-field para analizar el efecto de la fractura. Este modelo permite caracterizar la respuesta mecánica del material y predecir sus propiedades. La predicción de las propiedades térmicas está basada en un solucionador basado en la transformada rápida de Fourier. El escalado de las propiedades se realiza considerando un enfoque estadístico para representar la tensión de rotura del material, lo cual permite caracterizar la heterogeneidad del material y capturar los efectos no-deterministas de su respuesta. El análisis del componente se realiza utilizando un modelo acoplado a tres campos (termomecánico con daño). Para ello, el modelo estadístico de phase-field utilizado para capturar los procesos de fractura se calibra utilizando las curvas predichas en el análisis del material. Para ello, se propone un enfoque basado en calibración bayesiana y machine learning. El modelo termomecánico con daño se utiliza para analizar el efecto de parámetros geométricos y de operación en el comportamiento del componente.
Evaluación de la precisión dimensional en un proceso de conformado incremental con matriz de goma
(2025) Lloret Coronado, Gillem; Rosa Sainz, Ana; Morales Palma, Domingo; Ingeniería Mecánica y Fabricación
El presente Trabajo de Fin de Master analiza el comportamiento de chapas metálicas y poliméricas sometidas a procesos de conformado incremental. El objetivo principal es evaluar la precisión dimensional y la recuperación elástica (springback) en función del material y de los parámetros de proceso. Para reducir el springback se propone el uso de una matriz flexible de goma, fabricada mediante prototipado rápido (impresión 3D, molde de silicona y colada de elastómero de poliuretano). Mediante técnicas de correlación digital de imágenes (ARGUS) y escaneado 3D, se cuantificaron las deformaciones y desviaciones geométricas obtenidas. Los resultados muestran que la configuración TPIF con penetración parcial (50%) ofrece el mejor equilibrio entre precisión dimensional y estabilidad en el aluminio, mientras que en el PVC lo ofrece la penetración total (100%). El trabajo demuestra la viabilidad técnica y experimental del uso de matrices de goma fabricadas por impresión 3D, destacando su potencial en prototipado rápido y optimización de procesos de conformado.
Análisis numérico de la influencia del espesor de lámina en laminados cuasi-isótropos de material compuesto
(2025) Gutiérrez Antúnez, José Francisco; Correa Montoto, Elena; Sandino de Benito, Carlos; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
En este Trabajo Fin de Máster se estudia la influencia del espesor de lámina en el efecto borde de laminados cuasi-isótropos de material compuesto reforzados con fibra de carbono-epoxi y fibra de vidrio-epoxi. Para ello, se desarrolla una metodología numérica completa basada en el empleo de elementos finitos mediante ANSYS Mechanical APDL, complementada con scripts paramétricos y funciones en MATLAB para automatizar tanto el proceso de modelado como el postprocesado de resultados, permitiendo el análisis eficiente de cualquier laminado simétrico de 12 capas. Se analizan cuatro configuraciones de laminados por material, con espesores de lámina ultradelgados, convencionales y combinados, a fin de evaluar el impacto de la variación del espesor y su distribución en la intensidad del efecto borde. Para cada laminado se realizan cinco simulaciones: dos mecánicas, una térmica y dos termo-mecánicas, con el objetivo de estudiar el comportamiento bajo diferentes estados de carga representativos del servicio y del proceso de curado del material. El estudio se centra en la tensión normal al plano del laminado, 𝜎􀯭􀯭, evaluada en las capas críticas y en las primeras interfases del laminado, comparando los valores máximos y mínimos obtenidos frente a los límites de resistencia a tracción y compresión transversal para identificar posibles daños. Los resultados muestran que el espesor de lámina influye significativamente en la magnitud del efecto borde y en la distribución de las tensiones, destacándose las configuraciones mixtas como las más favorables para reducir la intensidad del fenómeno en la mayoría de los casos. Finalmente, se establece una metodología automatizada y validada para el análisis del efecto borde en laminados compuestos, ofreciendo una herramienta útil para el diseño y optimización de estructuras laminadas, y se proponen líneas de trabajo futuro orientadas a la validación experimental, la inclusión de modelos de daño y la optimización del apilado.
Obtención de un modelo de elementos finitos para simulación de la técnica quirúrgica de osteosíntesis en fracturas de húmero
(2025) Gafo Tanán, Mario; Martínez Reina, Francisco Javier; Calvo Gallego, José Luis; Ingeniería Mecánica y Fabricación
El objetivo del presente trabajo consiste en obtener el modelo de elementos finitos de un húmero sano registrado mediante una tomografía axial computarizada (TAC) al que se le añadirán diferentes geometrías de fracturas de forma virtual para evaluar el rendimiento de las placas PHILOS y sus distintas configuraciones de fijación a la hora de generar una estabilidad suficiente en la región fracturada para que se produzca el proceso de recomposición ósea. El objetivo es demostrar mediante el parámetro IFS que este tipo de fijación consigue la estabilidad necesaria en la región fracturada para permitir la correcta recuperación del paciente. Para ello se creará un modelo de elementos finitos con un conjunto de fracturas y se simulará con una carga asociada a uno de los ejercicios sugeridos por los médicos para la recuperación.
Análisis y continuación dе bifurcacionеs еn еl rеgulador dе vapor dе Watt
(2025) David Albis Gamarra, Jesús Alfredo; Ros Padilla, Francisco Javier; Matemática Aplicada II
Еl prеsеntе trabajo aborda еl еstudio dеl rеgulador cеntrífugo dе Watt con rеsortе como un sistеma no linеal capaz dе еxhibir comportamiеntos dinámicos complеjos, quе van dеsdе la еstabilidad dеl еquilibrio hasta la aparición dе caos dеtеrminista. A partir dеl modеlo matеmático dеl sistеma, sе еxamina cómo la variación dе los parámеtros físicos afеcta la еstabilidad dе la vеlocidad dе giro y еl régimеn oscilatorio dеl rеgulador. Еl análisis rеvеla quе еl sistеma еxpеrimеnta una bifurcación dе Hopf, rеsponsablе dеl nacimiеnto dе oscilacionеs autosostеnidas dеnominados ciclos límitе еn torno al еquilibrio. A mеdida quе sе modifica еl parámеtro dе control 𝜀, еstas órbitas еvolucionan hasta gеnеrar cambios cualitativos еn la dinámica, talеs como duplicacionеs dе pеríodo, ciclos inеstablеs, “wigglеs” y colisionеs silla–nodo, configurando еscеnarios típicos dе transición hacia еl caos. Sе constata la coеxistеncia dе múltiplеs atractorеs y la prеsеncia dе órbitas quе sе organizan alrеdеdor dе еstructuras homoclínicas rеlacionadas con еl mеcanismo dе Shilnikov, dеsеncadеnando dinámicas sеnsiblеs a las condicionеs inicialеs. Finalmеntе, еl cálculo dе los Еxponеntеs dе Lyapunov confirma la еxistеncia dе atractorеs caóticos, rеflеjando sеnsibilidad еxtrеma, no pеriodicidad y confinamiеnto dеl movimiеnto.
Análisis y continuación de bifurcaciones de un péndulo con disco de inercia
(2025) Ramírez Zamudio, Adrián Alejandro; Ros Padilla, Francisco Javier; Matemática Aplicada II
En el presente trabajo se ha aplicado la teoría de bifurcaciones y técnicas de continuación numérica, mediante el software MatCont, al estudio del péndulo con disco de inercia, considerando una realimentación a través de un motor que acciona dicho disco. Utilizando el criterio de Routh–Hurwitz, se establecieron condiciones sobre los parámetros de control 𝑘1, 𝑘2 y 𝑘3 que determinan los cambios de estabilidad en los equilibrios del sistema, asociados a bifurcaciones locales como autovalores simples cero, pares de imaginarios puros y un doble cero. Con ayuda de MatCont, se visualizaron las curvas de continuación y los valores críticos al variar 𝑘1 y 𝑘3 manteniendo fija 𝑘2. Las bifurcaciones locales, como las de tipo pitchfork y Hopf, mostraron la aparición de ciclos límite y el intercambio de estabilidad entre los puntos fijos. Por otro lado, las continuaciones numéricas permitieron identificar bifurcaciones globales, incluyendo órbitas homoclínicas y heteroclínicas. Se destaca que la zona I es casi globalmente estable, existiendo dentro de ella una subregión que sí lo es completamente. Además, se incluyó una simulación numérica que demuestra cómo, mediante una realimentación adecuada, es posible estabilizar el péndulo en la posición invertida partiendo de una condición inicial próxima al equilibrio colgante. No obstante, algunas de las continuaciones descritas en la bibliografía no pudieron completarse debido a ciertas limitaciones del software MatCont. A pesar de ello, el programa se mostró como una herramienta útil para el análisis de bifurcaciones, aunque se identificaron posibles mejoras, como la posibilidad de controlar el paso de visualización de manera independiente del paso de continuación, guardar simulaciones con nombres personalizados, y combinar gráficas de diferentes continuaciones.
Análisis y simulación de oscilador químico
(2024) Hutchion de la Torre, Alejandro; Ros Padilla, Francisco Javier; Matemática Aplicada II
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.
Impacto de perforaciones sobre la propagación de grietas
(2025) Lozano Peralta, Alberto; Erena Guardia, Diego; Ingeniería Mecánica y Fabricación
En el presente Trabajo de Fin de Máster se aborda la continuación y ampliación del estudio iniciado en el Trabajo de Fin de Grado, enfocado en la mejora del comportamiento a fatiga de componentes estructurales con entallas. El objetivo principal es realizar un análisis detallado de la propagación de grietas en placas al introducir perforaciones, empleando probetas de ensayo conforme a las normas internacionales como geometrías de estudio. Este enfoque permite validar experimentalmente las simulaciones previas realizadas y obtener una mayor precisión en la predicción de la vida útil de los materiales. En el TFG, se estudió el comportamiento de una pieza rectangular con una entalla semicircular en uno de sus bordes, desde donde nacía la grieta. Para mejorar su comportamiento a fatiga, se utilizó la mecánica de fractura elástica lineal, con el Factor de Intensidad de Tensión (FIT) como herramienta fundamental para el análisis de la fractura. La metodología se centró en la introducción de perforaciones circulares de distintos tamaños y posiciones en la geometría de la pieza, con el objetivo de reducir el FIT durante el crecimiento de la grieta y, en consecuencia, aumentar el número total de ciclos antes de la rotura. En esta continuación, se adopta la misma base metodológica, tomando la mecánica de fractura elástico-lineal como marco teórico y el FIT como parámetro clave para cuantificar el estado de la grieta y su velocidad de propagación. Al igual que en el TFG, se introducen perforaciones en las proximidades de la grieta, variando su tamaño y posición dentro de la geometría con el propósito de identificar la configuración que proporcione la mayor mejora en la vida a fatiga de la pieza. Como avance significativo, se ha definido numéricamente en Ansys APDL (software de análisis por elementos finitos) la geometría de una probeta normalizada y se ha mejorado la definición del modelo numérico, tanto en las condiciones de contorno como en el tipo de mallado empleado. Este refinamiento tiene como objetivo aproximar las condiciones de simulación a las de un ensayo real bajo un entorno controlado, permitiendo una comparación más precisa entre los resultados experimentales y los análisis numéricos. Asimismo, se ha llevado a cabo un post-procesado de datos tanto de las simulaciones CAE como de los ensayos experimentales realizados en laboratorio. En este post-procesado, se ha recurrido a la Ley de Paris-Erdogan para predecir la propagación de grietas por fatiga, validando así los resultados obtenidos y evaluando la mejora de la vida a fatiga de la pieza al introducir perforaciones estratégicas en la proximidad de la grieta.
Estudio analítico y numérico de la dinámica y la estabilidad de un centrifugador
(2024) Rivero Bernabé, Marina; García Vallejo, Daniel; Freire Macías, Emilio; 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.
Modelado y recreación virtual de la sierra mecánica con accionamiento hidráulico de Leonardo da Vinci
(2024) Ayela Llorca, Iisidro; Valderrama Gual, Francisco Andrés; Ingeniería Gráfica
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; 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 del callo de distracción ósea en ovejas sanas y osteoporóticas
(2023) Cubas Sosa, Ignacio; Reina Romo, Esther; Toscano Angulo, Juan José; Ingeniería Mecánica y 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.
Desarrollo de Sistemas Experimentales para la Medición de la Geometría de Vías
(2023) Rodríguez Gómez, Miguel; Escalona Franco, José Luis; Urda Gómez, Pedro; 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.
Tapia con residuo de vidrio incorporado y estabilizadas con cal: inspección por ultrasonidos y caracterización de resistencia a compresión
(2023) García Román, Joseba; Solís Muñiz, Mario; Rodríguez Mariscal, José Daniel; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
La tierra como material de construcción ha sido utilizada desde la prehistoria hasta nuestros días. Debido a su bajo costo y fácil producción; sin materiales de alta energía incorporados, hacía de la tierra un material idóneo para la construcción de los hogares. Este tipo de construcciones no se empleaban exclusivamente para el uso de viviendas sino que a lo largo de la historia también se han construido numerosos monumentos históricos que hoy en día se pueden seguir contemplando. En estas últimas décadas, la disminución de los recursos naturales y el aumento de residuos ha hecho que el ser humano tenga una mayor conciencia del impacto que este tipo de situaciones está teniendo en el medio ambiente. Es por ello, que el departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la ETSI de la universidad de Sevilla, se ha planteado aprovechar la línea de investigación de mejora del conocimiento del comportamiento mecánico de la tierra como material de construcción para estudiar el efecto que tendría el incorporar residuo de vidrio con cal en la tapia. El uso del vidrio triturado como alternativa a la arena tradicional o áridos naturales, supondría de manera indirecta un doble beneficio ayudando a combatir el agotamiento natural de la arena y la reducción del vidrio de desecho. Este proyecto presenta diferentes estudios sobre el comportamiento de la tapia con residuo de vidrio incorporado. En este documento se explica desde el proceso de fabricación de los especímenes, los ensayos realizados, hasta el análisis de los resultados obtenidos. Esta campaña experimental se ha centrado principalmente en dos tipos de ensayos. El ensayo de ultrasonidos, que es de carácter no destructivo y el ensayo a compresión simple. Para los ensayos de ultrasonidos se ha realizado el estudio de los gradientes de compactación por probeta, la influencia del paso del tiempo en los especímenes y una comparativa entre las muestras con vidrio y sin vidrio. Por otro lado, para los ensayos de compresión, se ha analizado la influencia que posee la posición en el molde durante el proceso de fabricación, la influencia de la edad en la resistencia de las probetas, la evolución de la humedad respecto al tiempo, la evolución de la resistencia respecto a la humedad, los resultados obtenidos de la prueba de carbonatación y una comparativa entre las muestras con vidrio y sin vidrio.
Análisis numérico de huecos toroidales como liberadores de tensión en ejes ajustados a presión
(2023) Espallargas Martínez, Ander; Erena Guardia, Diego; Ingeniería Mecánica y 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.
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; Ingeniería Mecánica y 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.
Modelo de predicción del fallo en materiales compuestos bajo cargas transversales a las fibras. Interacción entre los despegues de interfase fibra-matriz y daño en la matriz
(2022) Pimentel Medina, José Miguel; Távara Mendoza, Luis Arístides; Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
The undergoing massive use of composite materials in primary aircraft structures is leading the need for a profound understanding of the damage and failure mechanisms of such heterogeneous materials. In this thesis, both inter-fibre debonding and matrix failure mechanisms at a micromechanical scale for 90◦ laminates are considered. To meet this objective, the fibre interface and matrix behaviour were implemented into a user material subroutine (UMAT) of the Abaqus commercial finite element program; post-critical crack instabilities were captured using a sequential linear algorithm programmed in Python. Studies on a single fibre model were carried out considering the influence of mesh topology, matrix failure criteria, critical energy levels and biaxial stress states on the overall crack growth pattern; results indicate greater amount of dissipated energy for increasing values of the matrix critical strain energy density whilst the critical stress σ ∞ initiating the failure mechanism remains unchanged. A stress-based failure criteria for the matrix shows in most cases a matrix-initiated failure mechanism around the fibre circumference and the appearance of spurious crack branching. Multifibre studies on various configurations of [0,90n ] s symmetric laminates show a progression of aligned debondings and matrix cracks that coalesce into a transverse crack through the laminate thickness before the delamination process starts. Main transverse crack branching is observed for the integrated multiscale model when the matrix crack front reaches the bottom face of a fibre interface.
Analysis and Design of the Central Stack for the SMART Tokamak
(2022) Segado Fernández, Jorge; Ayllón Guerola, Juan Manuel; 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.
Diseño e implementación de base de datos relacional para gestión de resultados de experimentación
(2021) Chetoui, Houda; Gallardo Fuentes, José María; 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.
Análisis numérico del comportamiento de muros de mampostería de adobe
(2021) Fages Pérez, Juan Manuel; Solís Muñiz, Mario; 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.

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