Tesis (Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte)

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  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Obtención y caracterización termomecánica de laminados Cermet / Metal duro y Metal duro / Metal duro
    (2024-07-04) González Becerra, Luis Manuel; Torres Hernández, Yadir; Gotor Martínez, Francisco José; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Los metales duros, como el WC-Co, y los cermets son materiales ampliamente utilizados en la fabricación de herramientas. Sin embargo, los WC-Co tienden a experimentar una disminución en sus propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, mientras que la fragilidad inherente de los cermets limita su aplicabilidad en estas condiciones. Para abordar estos desafíos, se ha propuesto el uso de materiales con función gradiente y laminados como posibles soluciones. En este estudio, se han desarrollado diferentes diseños de laminados, incluyendo combinaciones de WC-Co/WC-Co y cermet/WC-Co, con el objetivo de lograr equilibrios óptimos en términos de comportamiento tribo-mecánico y termo-mecánico. Se ha llevado a cabo una exhaustiva caracterización tanto macroestructural, evaluando la homogeneidad e integridad estructural de las capas, como microestructural, abordando aspectos como la composición química, análisis de fases y fenómenos de difusión en las interfaces. La caracterización ha comprendido pruebas de resistencia a la flexión, tenacidad de fractura y resistencia al rayado. Los resultados se han analizado en el contexto de la mecánica de la fractura elástica lineal, considerando los mecanismos de mejora de la tenacidad, como el desvío y la bifurcación de las grietas. Además, se ha observado la presencia de un umbral de resistencia mecánica, el cual está asociado a la distribución de tensiones de compresión y tracción en los laminados diseñados y fabricados en este estudio. Este trabajo contribuye al entendimiento de los laminados como alternativas prometedoras en el campo de los materiales para herramientas, destacando su potencial para superar las limitaciones inherentes a los materiales convencionales en aplicaciones de alta temperatura y exigencias mecánicas intensas.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Marco para la prediccion del flujo de tráfico con datos incompletos basados en técnicas machine learning
    (2024-04-11) Ruiz de Alarcón Quintero, Cayetano; Cáceres Sánchez, Noelia; Romero Pérez, Luis Miguel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Este trabajo ha tratado de obtener una visión actual y global de los procesos de modelado de predicción de tráfico a corto plazo. Para ello, mediante la consulta de la literatura científica y casos prácticos, se han identificado los factores comunes que intervienen en el proceso de predicción. Se trata de un campo dinámico, en continua evolución que se ha visto empujado por el desarrollo de las tecnologías, provocando varios efectos como el aumento de la presencia dispositivos de monitorización de las carreteras, el incremento de la capacidad de cálculo de los equipos informáticos, el desarrollo de nuevos conceptos relacionados con la conectividad y la abundancia de de información. Todo ello ha devenido en una explosión de métodos guiados por datos que han mejorado la eficiencia de los modelos existentes, aunque han puesto a la luz diversos problemas derivados del tratamiento de volúmenes extensos de información En este contexto se ha realizado una puesta en común en torno a las metodologías más existosas y a los retos que se plantean, con el objetivo de identificar las principales fases que se deben integrar el proceso de predicción y determinar la dirección de este campo en un futuro próximo. Para el desarrollo de esta idea se ha creado un marco de predicción orientado a las téncicas guiadas por datos, en el que se definen las fases funcionales que componen el proceso. Este marco permite la incorporación de distintas metodologías pera el desarrollo de modelos predictivos. Adicionalmente, se ha enriquecido con un modelo de datos que permite la fácil incorporación de casos prácticos que sirvan para testar estos modelos. De esta forma se dispone de un banco de ensayo que facilita la evaluación real de metodologías y la generalización de las conclusiones de un modo más eficaz favoreciendo el desarrollo de esta materia.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Fabricación de núcleos magnéticos amorfos mediante consolidación eléctrica
    (2022-05-16) Astacio López, Raquel; Montes Martos, Juan Manuel; Cintas Físico, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Se estudia la fabricación de núcleos magnéticos amorfos (destinados principalmente a motores y transformadores eléctricos) mediante una nueva técnica consistente en: (1) obtención de partículas ferromagnéticas amorfizadas mediante molienda mecánica y (2) consolidación eléctrica mediante el proceso denominado SRE de dichas partículas para conformar el núcleo. Se busca una mejora de las propiedades magnéticas y eléctricas de los núcleos que redunde en una mayor rentabilidad económica y medioambiental. Es sabido que el estado amorfo presenta características muy interesantes para los núcleos magnéticos, pero preservar este estado en los polvos de partida no es siempre posible, por las elevadas temperaturas empleadas durante la sinterización convencional. Este nuevo procedimiento de fabricación de núcleos no está implantado industrialmente, pero el estudio minucioso de las etapas de amorfización y de consolidación podría convertirlo en un proceso rentable y práctico. La ventaja crucial de esta vía frente al procesado pulvimetalúrgico convencional reside en que la consolidación eléctrica es lo suficientemente rápida como para preservar la estructura amorfa (o parcialmente amorfa/nanocristalina) de las partículas de partida. Dado que las propiedades de los compactos obtenidos presentan unas características muy buenas en comparación con los materiales comerciales, se constata que la técnica y procedimientos descritos en esta investigación conducentes a la fabricación de núcleos magnéticos amorfos consiguen unas propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas aptas para las aplicaciones de núcleos magnéticos.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Fabricación de materiales porosos a partir de polvos nanométricos y submicrométricos mediante la técnica de solidificación direccional
    (2022-04-08) Lloreda Jurado, Pedro Javier; Paúl Escolano, Antonio; Sepúlveda Ferrer, Ranier Enrique; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Hoy en día, las espumas despiertan interés gracias al sin fin de aplicaciones que ofrecen en variados campos debido principalmente a la versatilidad de propiedades físicas, químicas, mecánicas, e incluso catalíticas, que presentan en función de la cantidad, tamaño y morfología de su porosidad, así como la naturaleza del material que la conforma. Estas espumas pueden conformarse empleando diversas técnicas de fabricación. Sin embargo, la técnica de freeze casting, destaca sobre las demás debido a su sencillez, coste asequible, posibilidad de escalado, así como la posibilidad que ofrece para desarrollar morfologías de poro singulares. Partiendo de dispersiones estables de cualquier tipo de partículas, esta técnica es capaz de producir espumas con porosidades a la carta en función del medio vehicular escogido y de los parámetros, como el gradiente térmico y la velocidad del frente de solidificación, que se establezcan durante el proceso de solidificación. La versatilidad de esta técnica permite modificar la cantidad, el tamaño y la morfología de los poros creados, buscando la máxima eficiencia en la aplicación final que se quiera destinar la espuma. Además, poder emplear partículas de cualquier material susceptible de ser suspendido en el medio vehicular, permite abarcar un amplio abanico de aplicaciones. A pesar de todas las posibilidades que ofrecen las espumas conformadas mediante freeze casting, las aplicaciones que ganan más peso a día de hoy son aquellas destinadas a la producción de energías renovables debido a la necesidad actual de una transición hacia la descabonización de las fuentes de energía que cubren la demanda energética de la industria, el transporte y la población en general. Así como como la elaboración de componentes para la disipación de calor en dispositivos electrónicos, debido a las dificultades que presenta su fabricación por medios convencionales. Aunque son aplicaciones diferentes, comparten ser materiales con una porosidad micrométrica controlada, así como el alto valor añadido de los productos finales y la vigencia actual de dar solución a ambas necesidades. Es por ello que, la presente Tesis Doctoral se ha centrado en estudiar los parámetros determinantes en la fabricación de espumas a la carta mediante la técnica de freeze casting. Canfeno ha sido empleado como líquido vehicular para facilitar los procesos de solidificación y liofilizado, a la par que obtener canales porosos dendríticos con altos valores de tortuosidad e interconectividad. Además, las dispersiones se han compuesto de partículas nanométricas y submicrométricas para permitir la obtención de canales micro-porosos. Siendo todas ellas características deseadas para el desempeño eficiente de las aplicaciones finales. Asimismo, como paso previo a la solidificación, ha sido objeto de esta Tesis un estudio del proceso de elaboración de las dispersiones empleadas en freeze casting con el fin de alcanzar una estabilidad que permita optimizar la redistribución y empaquetamiento de las partículas durante la solidificación, permitiendo obtener en el material canales porosos con mayor definición. Dependiendo de la aplicación a la que se vayan a destinar las espumas, se ha optado por emplear en las dispersiones: Partículas de óxido de níquel para la elaboración de mechas para caloductos (LHP). Se apuesta por el empleo de dispersiones de canfeno con estas partículas para conformar en freeze casting una esponja de porosidad gradiente y direccionada, que aúne en un solo elemento las dos partes que tradicionalmente han compuesto las mechas de los caloductos, evitándose así perdidas de calor y presión a lo largo del capilar que suelen darse en la unión mecánica de sus partes cuando se fabrican de manera independiente. Además, el óxido de níquel, al reducirse a su estado metálico es capaz de soportar las condiciones de humedad y temperatura, bajo las que operan las mechas, sin sufrir corrosión. Partículas de óxido de hierro para la elaboración de espumas destinadas a procesos de SIP para la producción, purificación y almacenamiento de hidrógeno. Las espumas elaboradas por freeze casting a partir de dispersiones estables de estas partículas en canfeno, permiten disponer de una gran cantidad de porosidad direccionada e interconectada, la cual aumenta la reactividad del material para llevar a cabo los ciclos redox que almacena y libera el hidrógeno. Actualmente, el principal obstáculo a superar, es la reducida vida útil del material empleado, debido al colapso que experimenta su porosidad ante los sucesivos ciclos redox durante su funcionamiento. En la presente Tesis se pretende estudiar estos fenómenos y tratar de solventarlos a través del control de la porosidad en freeze casting y por medio del empleo de dopantes que catalicen las reacciones que tienen lugar en el material.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Evaluación óptica de la tenacidad a la fractura en comportamiento dinámico de impacto en Pmma y laminados de grafito-Epoxy
    (1999-01-31) Andrades Bernal, Luis; García Benítez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Desing of self-locking planetary gear trains for reahbilitation engineering and mobility devices.
    (2019-03-19) Rodríguez Jiménez, Gaspar; Alonso Sánchez, Francisco Javier; Rodríguez Salgado, David; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Muscular weakness produced by different pathologies increases year after year. Numerous devices can be used by subjects to assist or rehabilitate gait, such as Stance-Control-Knee-Ankle-Foot-Orthoses (SCKAFOs). These devices permit control of the whole gait cycle, both during the swing phase and the stance phase of gait. The majority of these SCKAFOs use sensors or actuators for their functioning. This thesis presents the development of a new SCKAFO which can be used on any subject. The device is fully mechanical and can self-lock under any knee flexion angle. The main component of the system is a Planetary Gear train (PGT) with self-locking capability. This permits the movement of the orthosis during the swing phase, and the locking of the device during the stance phase of gait. Consequently, subjects control the gait cycle without using any sensor or actuator. Although wheelchairs have seen great technological improvements, the majority continue to be manually propelled because of their low prize, lightness, transportability and folding capacity. Ramp climbing requires great muscular effort and can be a major problem for wheelchair users, it often prevents such users from ascending ramps and can cause problems in their daily life. The use of a planetary gear train as a mechanical propulsion system to facilitate the ramp climbing and consequently reduce muscular effort is shown. This system consists of a planetary gear train with self-locking capability and thus permits the user to climb ramps when propelling the wheelchair and to self-lock when there is no power input. The system is a speed reducer, which means that when the user ascends ramps significantly less muscular effort is required. In addition to this, when using a self-locking PGT no external actuation is required to brake the wheelchair. In this work, two new applications of self-locking planetary gear trains in rehabilitation and assistive devices fields are presented. The first application, a new SCKAFO which assists gait in subjects with lower limb injuries, it uses a completely mechanical device suitable for any user. The second application, a propulsion system for manual wheelchairs, improves the mobility of manual wheelchair users using a system that can be adapted to any user and any manual wheelchair.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Desarrollo de componentes de porosidad funcionalizada para conductos de calor.
    (2017-09-29) Pérez-Soriano, Eva María; Gallardo Fuentes, José María; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    El objetivo del trabajo es la obtención de mechas para su uso en LHP’s con porosidades funcionalizadas y diámetro de poro controlado. Hay infinidad de usos descritos para materiales metálicos con porosidad controlada y abierta, así como de poros de pequeño diámetro, tamaño uniforme y posiblemente con cierta direccionalidad. Con los métodos de fabricación propuestos se pretende aportar una mayor versatilidad en el tipo de metal a usar (lo que podría mejorar la capilaridad), así como ampliar el rango de porosidades finales y producir una cierta funcionalización de dicha porosidad. Los diversos procedimientos propuestos están basados en tecnologías ya existentes o de reciente desarrollo. El comportamiento de un material particulado sometido a campos de fuerza apropiados, puede producir estructuras funcionalizadas de interés. En concreto, si se anula el campo gravitatorio, sometiendo al material particulado a condiciones de microgravedad y se aplica simultáneamente un campo eléctrico intenso, pueden obtenerse estructuras fibrosas en el material particulado que, finalmente, pueden ser fijadas mediante una intensa corriente eléctrica producida por descarga de condensadores. También se abordará la fabricación mediante procesos convencionales de sinterización, con o sin espaciadores, bajo una adecuada selección del tamaño de las partículas de polvo y de las condiciones de prensado y sinterización. Por supuesto, no hay que olvidar además los distintos procesos de caracterización a emplear, una vez fabricadas las probetas siguiendo las condiciones enumeradas anteriormente. Habrá que realizar medidas de porosidad y/o densidad y ensayos mecánicos para comprobar la resistencia y validez de dichas piezas.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    MMCS de aluminio nanoestructurado obtenidos mediante molienda en flujo de amoniaco gaseoso.
    (2014-02-20) Sánchez Caballero, Eduardo; Montes Martos, Juan Manuel; Cintas Físico, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Es un hecho que la nanotecnología y, en general, los procesos relacionados con nanoestructuras, puede aportar soluciones novedosas en muy diversas aplicaciones de la actividad humana. De ahí el interés de la investigación y el desarrollo en este campo. Sin embargo, la obtención de materiales nanoestructurados es relativamente sencilla si se hace en cantidades pequeñas, pero es mucho menor el número de procesos que permiten obtener estos materiales en cantidades apropiadas a un consumo industrial masivo. La finalidad principal de este estudio es la producción de piezas metálicas nanoestructuradas de base aluminio reforzadas por dispersión de nitruros de aluminio formados in situ. Esto se realizará mediante un procesado primario de molienda de alta energía para la obtención de polvos nanocompuestos de matriz aluminio, seguido de un procesado de consolidación pulvimetalúrgico (PM). La preparación del polvo nanocompuesto de base aluminio se hará por mecanosíntesis, moliendo polvo de Al comercial en una corriente de amoniaco gaseoso, mientras que la consolidación de los mismos se realizará mediante el proceso PM convencional de prensado uniaxial en frío seguido de sinterización. Se pretende que la presencia de fases cerámicas, como el nitruro de aluminio contengan, tras el sinterizado, el carácter nanoestructurado alcanzado por los polvos durante su molienda. Por tanto, la formación de nitruro de aluminio tiene una doble finalidad; por un lado contener el carácter nanoestructurado de la matriz de Al y, por otro, reforzarla para mejorar sus propiedades mecánicas. Con objeto de evaluar la capacidad de incorporar N mediante la molienda en un flujo de NH3, así como determinar las variables adecuadas para el procesado primario, se han realizado moliendas a velocidades del rotor de 300 y 500 rpm y duración entre 1 y 5 horas. Los resultados obtenidos en los materiales sinterizados muestran una gran eficiencia del proceso para formar in-situ cantidades importantes de nitruro de aluminio (AlN). En este sentido, se ha tratado de controlar la cantidad de refuerzo formado para así poder adecuar la respuesta mecánica de los compactos fabricados. Para ello, se ha evaluado el efecto que tiene el uso de una atmósfera combinada de vacío y flujo de amoniaco sobre las características de los materiales obtenidos, prestando además atención a la influencia que tiene el orden de empleo de estas atmósferas en la cantidad de nitruros sintetizados. Con toda la información adquirida a raíz de dichas experiencias, y con el objeto de limitar el uso de amoniaco, se desarrollaron moliendas en vació en las cuales se intercaló un flujo de dicho gas, pero tan sólo durante un breve periodo de tiempo, comprendido entre 3 y 20 minutos. Los compactos del polvo así obtenido presentan un excelente nivel de densificación y un buen comportamiento mecánico. Por último, y aprovechando la gran efectividad del proceso para descomponer, a temperatura ambiente, el NH3 gaseoso e introducir N en la red de Al, se han realizado experiencias destinadas a la nitruración completa del polvo de aluminio. Así se ha conseguido sintetizar AlN mediante nitruración directa por reacción del aluminio con el nitrógeno procedente de la atmósfera de amoniaco empleada.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Una teoría de seguimiento entre vehículos
    (1994-04-13) Castillo Granados, José María del; García Benítez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Describe una teoría de seguimiento entre vehículos. Dicha teoría está basada en una forma funcional para la curva de equilibrio velocidad-densidad y en una formulación del tiempo de reacción de los conductores. Como una extensión de la teoría, se han estudiado los cambios que introduce en el modelo de Payne la adopción de la mencionada formulación para el tiempo de reacción.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Desarrollo de titanio con porosidad gradiente radial y longitudinal para aplicaciones biomédicas
    (2017-03-10) Trueba Muñoz, Paloma; Rodríguez-Ortiz, José Antonio; Pavón Palacio, Juan José; Torres Hernández, Yadir; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    La diferencia de rigidez entre el tejido óseo y los implantes de Titanio (Ti) implica un apantallamiento de tensiones que promueve la reabsorción ósea y un incremento de la probabilidad de fractura. Los objetivos principales de este trabajo son el diseño, la fabricación y la caracterización de sólidos cilíndricos de Ti comercialmente puro, Ti cp, con porosidad gradiente (longitudinal y radial); su propósito es “replicar” la estructura altamente jerarquizada del tejido óseo y mejorar la biofuncionalidad del futuro implante. Se implementan dos rutas de procesamiento: pulvimetalúrgia (PM) convencional y la técnica de espaciadores (cloruro de sodio, NaCl). Las muestras obtenidas con porosidad gradiente longitudinal son: i) 6 capas, 0-90 MPa, y ii) 30/40/50 %vol. de NaCl y 800 MPa. Las muestras obtenidas con porosidad gradiente radial (núcleo, centro y exterior) son: i) 500, 250 y 125 MPa, y (ii) 20/40/60 %vol. de NaCl y 800 MPa. Las temperaturas de sinterización fueron de 1100ºC (PM) y de 1250ºC (espaciadores), ambas durante 2 h y en alto vacío. La caracterización incluye: la densidad, el tamaño y distribución de la porosidad gradiente, el Módulo de Young (convencional y dinámico) y el límite de fluencia. Los diseños de porosidad gradiente evaluados permiten alcanzar un equilibrio biomecánico (resistencia y rigidez acorde a los requisitos de reemplazo del hueso cortical) y biofuncional (facilitar el crecimiento del tejido óseo hacia el interior del implante). A pesar que la técnica de espaciadores es más costosa, esta permite una mayor variación y control de la porosidad. El novedoso dispositivo de compactación secuencial diseñado, optimizado e implementado en esta tesis, resulta adecuado para fabricar cilindros con porosidad gradiente radial y una excelente integridad estructural en verde. El mismo permite controlar la porosidad radial, variando la presión de compactación y/o el contenido de espaciador, así como combinar polvos de familia de materiales distintos. El desarrollo tiene una aplicación potencial elevada, destacando los implantes óseos, las piezas auto lubricadas, los disipadores de calor de alta eficiencia y la simulación de combustibles nuclear gastado.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Estudio del comportamiento a corrosión de sinterizados de aluminio con formación de carburos y nitruros in situ
    (2016-09-20) Aranda Louvier, Beatriz; Gómez Cuevas, Francisco de Paula; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Las necesidades cada vez más exigentes de materiales de alta resistencia específica, usados principalmente en la industria aeronáutica, hacen que se hayan producido grandes avances en la fabricación de materiales compuestos de alta resistencia procesados mediante aleado mecánico. Si bien en el procesado inicial de los mismos siempre ha primado obtener, con el menor peso, las mejores propiedades mecánicas, una buena combinación de estas propiedades y frente a corrosión es de gran importancia en muchas aplicaciones. La finalidad principal de este estudio es la fabricación de piezas pulvimetalúrgicas de base aluminio reforzadas por dispersión de carburos y nitruros formados in situ mediante aleado mecánico. Se han determinado las relaciones existentes entre sus propiedades mecánicas y su comportamiento a corrosión, y la composición y estructura de las mismas. Los materiales se obtienen mediante un procesado primario de molienda de alta energía, para la preparación de los polvos de distinta composición, seguido de un procesado de consolidación pulvimetalúrgico (PM). El polvo de partida base aluminio con distinta composición se obtendrá por mecanosíntesis, moliendo polvo de Al comercial y cantidades variables de cera y cobre en vacío o atmósfera nitrurante (mediante atmósfera de amoniaco gaseoso). La consolidación de los mismos se realizará mediante el proceso PM convencional de prensado uniaxial en frío seguido de un proceso de sinterización. Se pretende que la presencia de fases cerámicas, como los nitruros y carburos formados, además de favorecer las propiedades mecánicas de estos materiales, proporcione un comportamiento a corrosión similar al presentado por materiales comerciales no pulvimetalúrgicos. Con el fin de evaluar cómo afecta la composición de los materiales obtenidos a las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de los mismos, se han realizado moliendas de 10 horas a 500 rpm con contenidos variables de cera y cobre en vacío, y otras durante 5 horas con contenidos variables de cera en atmósfera de amoniaco. Los resultados obtenidos muestran una clara relación entre la composición de los mismos y las propiedades obtenidas, habiéndose conseguido materiales de alta resistencia con un comportamiento a corrosión bastante satisfactorio, más aun teniendo en cuenta que habitualmente los materiales elaborados por vía PM presentan una resistencia a la corrosión bastante mermada respecto a los obtenidos por otros métodos.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Simulación y fabricación de piezas pulvimetalúrgicas mediante consolidación eléctrica con corriente de media frecuencia
    (2015-12-14) Herrera García, Marta; Cintas Físico, Jesús; Montes Martos, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Objetivos: La Tesis se centra en el desarrollo y simulación de una nueva tecnología de consolidación pulvimetalúrgica rápida aplicable a polvos metálicos. Para lograr la rapidez deseable se propone una modalidad de consolidación eléctrica que aprovecha la tecnología de media frecuencia, empleada ya con éxito en el campo de la soldadura. Los objetivos concretos que se persiguen con el trabajo que se va a llevar a cabo son: Desarrollo de una máquina de sinterización por resistencia eléctrica de media frecuencia (SRE-MF) partiendo del novedoso equipamiento desarrollado para las aplicaciones de la soldadura por resistencia de media frecuencia. El desarrollo será a escala de laboratorio, y para la etapa de potencia de 100 kVA y 1500 daN; Fabricación de piezas de distintos materiales (polvos de hierro, aluminio y ní-quel); Simulación del proceso de SRE-MF con el objetivo principal de conocer la dis-tribución de temperaturas dentro de los compactos; información que es completamente inaccesible desde el punto de vista experimental. En el capítulo 1se recoge una breve introducción al área de in-vestigación en la cual se enmarca esta Tesis, así como los objetivos principales del trabajo desarrollado. En el Capítulo 2 se describe el fundamento teórico del método de fabricación de pie-zas en el que se ha trabajado para el desarrollo de esta Tesis, basado en la sinterización por paso directo de corriente eléctrica empleando media frecuencia, SRE-MF. Además de una breve descripción de la evolución histórica de estas técnicas, se explican las características básicas que diferencian esta novedosa técnica de consolidación de polvos metálicos del resto de métodos de sinterización empleando corriente eléctrica. Asimismo, se describe el modelo teórico adoptado para llevar a cabo las simulaciones del proceso. En el Capítulo 3 se explica con detalle el equipo utilizado para realizar las experien-cias. Además de la descripción de la máquina de soldadura empleada, se explican las modi-ficaciones llevadas a cabo sobre esta para adaptarla a la técnica de SRE-MF, y el conjunto de elementos adicionales empleados para la ejecución de las experiencias. El conjunto de procedimientos experimentales seguidos para el trabajo desarrollado en esta Tesis se describe en el Capítulo 4. En primer lugar, se detallan las técnicas emplea-das en la caracterización de los polvos empleados como material de partida. Por otra parte, se describe el protocolo seguido para la realización de experiencias SRE-MF, así como la caracterización llevada a cabo para los compactos obtenidos mediante esta técnica de con-solidación. El Capítulo 5 describe las características principales de los materiales de partida: cuatro tipos de polvos metálicos, elegidos para la realización de las experiencias de SRE-MF de esta investigación. Además, se incluye la descripción del material empleado para la lubricación de la matriz en las experiencias de sinterización. En el Capítulo 6 se recogen y discuten los resultados obtenidos para todas las expe-riencias de SRE-MF, llevadas a cabo con cada uno de los materiales de partida: polvos de hierro, aluminio y níquel. En primer lugar, se describen las condiciones de las experiencias realizadas con cada uno de los polvos. A continuación, se explican los resultados obtenidos en cada una de ellas, tanto el comportamiento del polvo durante su proceso de consolida-ción, como las propiedades del compacto final. Por último, se recogen los resultados de la serie de simulaciones llevadas a cabo. Y, finalmente, en el Capítulo 7 se resumen las conclusiones a las que se ha llegado tras el análisis y discusión del conjunto de resultados obtenidos en el presente trabajo
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Definición de un modelo de comportamiento plástico durante la estricción para los aceros corrugados de alta ductilidad
    (2015-12-03) Hortigón Fuentes, Beatriz; Gallardo Fuentes, José María; Nieto García, Enrique José; Universidad de Sevilla. Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    El factor más influyente en la reducción de la rigidez de las estructuras de hormigón armado se encuentra en la capacidad de deformación anelástica de los aceros utilizados en las armaduras, es decir, en su ductilidad. En esta tesis se aborda el análisis del comportamiento plástico de varios tipos de acero corrugado hasta rotura, estudiando en profundidad las dos fases claramente diferenciadas que experimenta un acero sometido a tracción, evidenciado a nivel de deformaciones, con una primera etapa en la que éstas se traducen en un alargamiento uniforme de la probeta asociado a un estado de tensiones uniaxial, y una segunda en la que dichas deformaciones se concentran en la zona del cuello, pasándose a un complejo estado tensional triaxial. El conocimiento del comportamiento real de estos aceros hasta su agotamiento resulta de gran interés para un aprovechamiento más óptimo de las estructuras, especialmente en zonas de alto riesgo sísmico. Así mismo, resulta de gran utilidad a la hora de abordar el análisis de patologías estructurales, permitiendo conocer la capacidad de deformación del material antes del colapso y sus tensiones asociadas.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Método de elementos de contorno de reciprocidad dual aplicado a la termoelasticidad anisótropa desacoplada
    (2012) Pedraza Rodríguez, M. Consolación; García Benítez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    Desde que el hombre empezó a construir ha sido necesario el conocimiento del comportamiento de los materiales. Dadas las construcciones de los egipcios parece evidente que disponían de reglas empíricas sobre la naturaleza de los materiales, más tarde griegos y romanos avanzaron en el cam ... El origen de la teoría matemática de la Elasticidad se puede situar a principios del siglo XIX principalmente con los trabajos de Cauchy quien introduce los conceptos de tensión y deformación, poco antes Fourier había publicado su trabajo sobre la propagación de calor. Durante el siglo XIX aparecen, entre otros, los trabajos de Poisson, Lamé, Green, Piola, Kirchhoff y Saint-Venant. A mediados del siglo XX el estudio de la Elasticidad cobra de nuevo impulso, posiblemente debido a las aplicaciones tecnológicas de los nuevos materiales que aparecen. Merece especial importancia el estudio de las láminas finas en aeronaútica, la propagación de vibraciones en los cuerpos para el diseño de maquinaria industrial, la propagación de ondas en materiales no homogéneos y anisótropos en geofísica, la transmisión de calor en astronaútica etc. Es también en este siglo cuando el análisis funcional moderno hace posible el estudio de la existencia, unicidad y comportamiento de las soluciones, permitiendo resolver problemas de estabilidad. Asimismo el desarrollo del análisis numérico proporciona una idea bastante aproximada del comportamiento real de los materiales, posibilitando un gran avance en el diseño de estructuras.En muchas situaciones de interés práctico, el estado de tensión-deformación de los sólidos está fuertemente influido por fenómenos térmicos, debido a la tendencia de los materiales a dilatarse al aumentar la temperatura. Conviene distinguir dos niveles en cuanto a dicha influencia: Por una parte, está el he|
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Desarrollo de un sistema de transmisión inercial continuamente variable para automoción
    (2010-06-15) Centeno Báez, Gabriel; García Benítez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    En esta Tesis Doctoral se desarrolla un sistema de transmisión de potencia con aplicación en automoción. Se trata de un sistema de transmisión continuamente variable (CVT) de tipo oscilante regulado por un mecanismo inercial. El mecanismo de regulación inercial contempla un grado de libertad adicional, el cual confiere un carácter dinámico a la transmisión. El sistema completo consta de tres subsi stemas diferenciados. El primer subsistema convierte el giro proveniente del sistema motriz en un movimiento de velocidad angular oscilante y regula la amplitud de dicha velocidad angular. El giro oscilante a la salida del primer subsistema se utiliza para accionar el segundo subsistema, el cual actúa como elemento regulador a través del mecanismo inercial. El giro oscilante a la salida del segundo subsistema es rectificado en el tercer subsistema, obteniéndose así una señal de velocidad angular en un único sentido en el eje de salida. Se genera finalmente un par unidireccional en el eje de salida de la CVT adaptado a las condiciones de funcionamiento en las que se encuentre la transmisión, siendo ésta capaz de vencer un par resistente. En lo concerniente a los objetivos concretos fijados para esta tesis doctoral, se enumeran a continuación los principales objetivos en orden cronológico:- Montaje del prototipo del sistema de transmisión en un banco de ensayos.- Ensayo del prototipo de sistema de transmisión. - Análisis de los resultados obtenidos y caracterización del sistema de transmisión. - Modificaciones del sistema de transmisión- Modelo y estudio paramétrico del sistema de transmisión. - Prestaciones del sistema de transmisión.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Estudio de la amorfización y consolidación mediante sinterización por resistencia eléctrica de polvos metálicos
    (2012-05-16) Urban, Petr; Montes Martos, Juan Manuel; Gómez Cuevas, Francisco de Paula; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación; Universidad de Sevilla. TEP123: Metalurgia e Ingenieria de los Materiales
    Las investigaciones de ingenieros y científicos de materiales han estado continuamente dirigidas a mejorar las propiedades y el comportamiento de los materiales. Mejoras importantes de propiedades mecánicas, químicas, y físicas han sido alcanzadas por modificaciones químicas y por mejora de los métodos de tratamiento de los materiales. Sin embargo, las demandas cada vez más exigentes (mayor ligereza, resistencia, rigidez y economía) de los materiales tradicionales han conducido a diseñar y desarrollar nuevos materiales avanzados. Estos avances han venido de la mano de diversas técnicas, logrando el conocimiento y desarrollo de nuevas aleaciones y la modificación de la microestructura de las mismas, dando lugar al novedoso mundo de los materiales nanoestructurados, el desarrollo de nuevos tratamientos termomecánicos, e incluso la obtención de materiales con estructuras no cristalinas obtenidas artificialmente. Hacia esta última posibilidad se encamina el trabajo llevado a cabo en esta Tesis Doctoral. De entre las diversas técnicas posibles para la obtención de dicha estructura amorfa o desordenada (enfriamiento rápido, deposiciones en fase vapor, tratamientos mecánicos…) se ha trabajado en el procesado pulvimetalúrgico por aleado mecánico de las aleaciones estudiadas. La principal novedad de esta Tesis Doctoral no radica en la obtención del material amorfo, que en los casos de tratamientos mecánicos se hace en forma de polvo, sino en el procedimiento de consolidación de estos polvos, encaminado a preservar la estructura amorfa de los mismos. El estudio del procesado pulvimetalúrgico del aluminio ha sido una de las principales líneas de investigación del Grupo de Investigación en el que se enmarca la presente Tesis Doctoral. En el año 1992 se presentó la Tesis titulada “Procesado pulvimetalúrgico de aluminio de alta resistencia obtenido por aleado mecánico”, que sirvió como punto de partida a esta línea. Con posterioridad, en los años 2002 y 2003 se defendieron otras Tesis Doctorales donde la mejora de dicho procesado, y de las propiedades obtenidas en los materiales obtenidos, fue el principal objetivo. Por otra parte, la consolidación de diversos tipos de polvos, entre ellos aluminio y hierro, mediante la técnica de sinterización por resistencia eléctrica fue abordada inicialmente en la Tesis Doctoral del año 2003 titulada “Modelado de la sinterización por resistencia eléctrica bajo presión de polvos metálicos”. Este trabajo fue el precursor de futuras investigaciones en esta otra importante línea de trabajo para el Grupo de Investigación de Metalurgia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Sevilla. Finalmente, y aunque no ha sido objeto de estudio detallado, se ha tratado más recientemente por algunos miembros del Grupo de Investigación el estudio de las propiedades de algunas aleaciones en estado amorfo. No sólo en un ámbito cercano al de la presente Tesis Doctoral se han abordado los temas anteriormente mencionados. La comunidad científica ha prestado gran atención a todos ellos, aunque no en tantas ocasiones desde un punto de vista conjunto. Por otra parte, son tantas las variables de los mencionados procesos de amorfización y consolidación por técnicas eléctricas que difícilmente se habrá abordado la temática de la presente Tesis en estudios anteriores. El objetivo fundamental de la presente Tesis Doctoral es el desarrollo de un proceso de fabricación de compactos de base aluminio y de base hierro, a través de la ruta pulvimetalúrgica, partiendo de polvos previamente amorfizados mediante aleado mecánico, así como el estudio de sus propiedades mecánicas, para los compactos de base aluminio, y eléctricas y magnéticas para los de base hierro. El proceso a estudiar empleará el aleado mecánico en un molino de alta energía para la obtención del polvo amorfizado, y la técnica de sinterización por resistencia eléctrica para la obtención de los compactos. El móvil de esta investigación es la confianza en que esta rapidísima técnica de consolidación sea capaz de preservar el carácter amorfo de los polvos de partida, o al menos sea capaz de mantener una estructura nanocristalina tras la consolidación. Más allá de la consecución de los mencionados compactos, son sus propiedades las que motivan el presente estudio. El estado amorfo se caracteriza por una estructura interna completamente desordenada, sin la existencia de límites de grano ni ordenamiento cristalino de largo alcance, donde se constata una apreciable mejora de las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista magnético, el carácter amorfo introduce isotropía, siendo conocido que la dureza magnética final de los compactos depende fuertemente de la existencia de límites de grano, por pequeños que sean éstos. Al mismo tiempo, el desorden reinante que constituye la estructura amorfa proporciona un deseable alto valor de la resistencia eléctrica.
  • Acceso AbiertoTesis Doctoral
    Diseño, construcción y ensayo de un convertidor de par para un sistema de transmisión CVT inercial
    (2010) Pérez Guerrero, Francisco de Borja; García Benítez, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte
    El objetivo principal de esta tesis es el diseño, construcción y ensayo de un sistema de transmisión continuamente variable para su desarrollo en vehículos automóviles. Los pasos a seguir durante el desarrollo de la CVT son los siguientes: ... ine-height: