APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

This work claims to improve the teaching given in various subjects in the Materials Science area. The improvement is to be carried out with the creation of a Virtual Laboratory of Materials Science and Engineering, which helps and complements the understanding of the training activities that are carried out. CIMNE, the International Center for Numerical Methods in Engineering, has developed a prototype of the virtual laboratory for Strength of Materials (RdM). This laboratory allows to analyze the behavior of specimens in compression and tensile and Brazilian tests in elastic regime and at break. The methodology employed to evaluate the breakage of concrete parts and structures and its application to three typical tests in material resistance laboratories is described. The results of the trials are compared and analyzed. This work analyzes the detected requirements of scientific-technical teachings, on the design and functionality of a Virtual Laboratory. It pretends to serve as a complement to experimental teaching in the classroom laboratory. The work details the structure of the laboratory, the analysis performed, the collection of data on different physical variables, the results obtained viewed in a three-dimensional environment and the discussion of said results.

La tesi busca validar la utilització d'elements finits i la mecànica del dany en la modelització de l'ús d'explosius així com establir una línia base per a futures aplicacions en el camp de les voladures i demolicions.

Caracterización mecánica del material Inconel 718, para su aplicación en modelos de laminación mediante el uso de elementos finitos.

Analisis y diseño de las infraestructuras basicas para la implementacion de un campo de cesped artificial

The objective of this thesis is to evaluate the efficiency of a new numerical technique that couples the well known finite element method (FEM) with the discrete element method (DEM) in order to predict the onset and evolution of fractures in a continuum subjected to a loading system. Additionally, will be exposed the advantages of using the FEM-DEM theory rather than other existing formulations such as the DEM or the classic damage models. The FEM-DEM formulation initially behaves as a damage model. These models consider that the non-linear behaviour of a cohesive-frictional material is directly related to the creation and propagation of micro-fractures inside the continuum. Once a finite element surpasses a certain level of damage, the FEM-DEM formulation removes that finite element and the discrete elements are generated at the nodes of the damaged element. It is for this reason that the formulation is named FEM-DEM, the model defines the initial geometry with finite elements which are going to be loaded and, according to the stress level, removed and substituted with discrete elements. Firstly, the FEM-DEM has been used to simulate the behaviour of rock samples subjected to uni-axial, indirect tensile and shear tests. The previous examples were of central importance to validate the code and ensure its correctness. Finally, two examples related to civil/mining methods were performed, a tunnel portal subjected to a sequential blast loading and a masonry arch with a differential settlement.

The primary objective of this Project is analyze the aerodynamic performance of a modified airfoil in two dimensions using a computer simulation program. To introduce the reader, briefly explains the basics of lift in vehicles with wings and the knowledge to improve the aerodynamic performance. It's explained with several details why the aircraft can fly and the hypothesis commoner to explain it. Finally it's explained the numerical calculation method used in this project. In this project, the process of analysis with and without modifications and similar devices are analyzed detailed. The relevant results obtained from simulations and experimental results are analyzed and discussed. Finally an assessment of the modification suggested and their advantages and disadvantages and performances according to the different phases of flight and their energy cost. The first simulation of the second chapter is with the airfoil NACA 0012 in a fluid velocity of 10 m/s. The second simulation it is with the same airfoil but with a velocity of 28 m/s. The last simulation in this chapter is the hypothesis suggested with NACA 0012 with a modification on a fluid at 28 m/s. At the end of this project is showed several specific vocabulary. It's explained a simple simulation that I used to understand the software. It's exposed another hypothesis suggested with an modification in an airfoil with a negative pressure. Additionally it's showed several designs of slat not optimized devices for the proper comparison.

Aquesta tesina es centra en la simulació computacional de fenòmens de detonació per interpretar els danys causats a les estructures urbanes

Anglès: In the world of cycling, the rider's fitness is very important but the benefit of the bicycle is also important. These benefits may come from different parts of the bike. In particular, one of the most important parts is the bike frame. The main manufacturers of bikes are constantly innovating to improve this element either forms or materials. This study comes from the curiosity of fan and practicing, and sees how they affect the forces applied to a standard mountain bike frame. The main objective is to perform a test using the calculation finite elements method. Specifically it aims to observe the reactions of the bike frame as strain and its resistance to being subjected to a force. This study was carried out with the help of two drawing programs and calculation important in the world of engineering, Solid Edge and GiD. To make the study more realistic, is a test used to simulate the UNE-EN 14766 refers to mountain bikes. This test was chosen because it is really what it is used to study the behaviour of a bike frame. The study is divided into three parts. The first part aims to explain the basics knowledge to understand the study. In the second section, studying the bike frame and the third section is a discussion of the results. As a conclusion of the study, we can see that resistance depends on the geometry and the material of which it is made. We also found one of the many solutions to optimize the strength of the box considering its weight.

El presente trabajo de final de carrera surgió como respuesta a la necesidad del estudio de diferentes tipos de motores de cohete amateurs para los proyectos que se llevan a cabo en la universidad con estos, y la falta de bases de pruebas capaces de estudiar diferentes rangos de motores sin problemas. Los parámetros que se decidieron estudiar fueron la temperatura alcanzada alrededor del motor y las vibraciones que este provoca para el mejor diseño de la cámara de combustión y soporte del motor en los cohetes; además de estudiar su empuje para saber cual es su trayectoria. Para alcanzar este objetivo se llevaron a cabo diferentes actividades, tales como el estudio del comportamiento de los motores de cohetes amateurs existentes, la normativa referente a estos, elección de hasta que rango será posible abarcar con la base que se quiere construir, diseño de la base de pruebas, estudio de la viabilidad de las piezas a construir, construcción de dicha base de pruebas y toma de resultados.

El objetivo de la optimización topológica de estructuras es obtener la distribución óptima del material (indicando las zonas donde hay y no hay) predefinido en un dominio cumpliendo las condiciones establecidas, es decir, que soporte el valor de las cargas que se disponen a lo largo del dominio. En los inicios de esta disciplina se buscaban soluciones a los problemas que maximizaran la rigidez de la estructura utilizando un volumen de material prefijado. Estas soluciones desde un punto de vista ingenieril no eran prácticas, ya que las mejores soluciones no son las que más rigidez aguanten, sino las que aguanten la carga necesaria de una manera mucho menos costosa y más económica. Por lo tanto, en la actualidad empezaron a surgir métodos de optimización de estructuras basándose en minimizar el peso soportando unos valores prefijados de tensión, a partir de derivar una función objetivo que caracterizaba la estructura. En este trabajo se estudia un nuevo método a los conocidos hasta el momento basado en el problema de optimización natural de las estructuras óseas a lo largo de la evolución de las especies. Para realizar el cálculo estructural se dividirá el dominio en elementos finitos, y gracias al Método de los Elementos Finitos se obtendrán valores de tensión que utilizará el algoritmo con este nuevo enfoque implementado. Al final de este trabajo se expondrán cinco ejemplos de aplicación de este nuevo método y se compararán con un método más estudiado para demostrar que las soluciones que da son buenas y en un futuro podrá ser un método de optimización topológica competente.

El objeto de este trabajo, es determinar la posibilidad de la introduccion de las escorias en la subbase en el paquete de los firmes aeroportuarios, aprovechando de esta manera un residuo molesto por su dificil aplicacion y, a la vez, abaratando los costes de construccion de las obras. Para la realizacion de este estudio se ha tomado como referencia el aeropuerto de Palma de Mallorca. Una vez caracterizado el terreno natural, donde se pretende construir el aeropuerto, y tomando las predicciones del trafico aereo para este aeropuerto, se ha dimensionado el paquete de firme estructural (flexible y rigido) con los materiales convencionales para su construccion, introduciendo a continuacion la variante de sustituir la subbase granular (zahorras artificiales) por escorias. El metodo empleado se basa en el calculo de los modulos elasticos de las diferentes capas que conforman el paquete de firme. Para el calculo de los mismos se ha realizado un ensayo edometrico para las escorias y un ensayo con el pulso de ultrasonido en el caso de las zahorras. Los modulos elasticos de las otras capas (rodadura, firme y explanada), asi como sus espesores se han tomado identicos en los dos casos. Se utiliza el programa GID y Calsef para el calculo tensional evaluando la tension real para nuestra aeronave tipo, comparandolas con las tensiones admisibles de cada material, llegando asi a establecer los coeficientes de seguridad para cada una de las capas. A la vista de los resultados obtenidos y desde el punto de vista puramente estructural, podemos concluir que el comportamiento resistente del paquete de firme con escorias es aceptable, incluso mejor que con ciertos materiales convencionales usados habitualmente.

El objetivo de este trabajo es realizar un análisis estocástico de carga aerodinámica en una costilla de ala. Se utiliza una costilla del planeador Fauvel AV-22, modelado anteriormente en CAD. Para ello se utilizan varios programas desarrollados por el CIMNE (Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería). Se utiliza el programa GID y Calsef para realizar el pre y post proceso de la costilla. Para realizar el análisis estocástico se utiliza el programa Stac (Stochastic Analysis Computation). La utilización de estos programas se verifica a través del análisis en un cubo, una estructura más simple para la realización del cálculo. En el pre proceso se realiza la modelización de la costilla, así como la asignación de las propiedades mecánicas, los desplazamientos fijos y la asignación de las cargas. En el post proceso se analizan las deformaciones sufridas a consecuencia de la aplicación de las cargas, y los desplazamientos, así como también las tensiones sufridas en la costilla. Realizar el análisis estocástico, utilizando el método de Monte Carlo, permitirá saber la correlación entre los datos de entrada, en este caso las cargas aplicadas, y los de salida, las tensiones en los nodos. A partir de los datos anteriores se puede determinar la tensión de Von Mises, que permite medir la ductilidad del material de la costilla y con ésta determinar el Factor de Seguridad.

El objetivo de este trabajo es la modelización de un planeador mediante una aplicación de diseño asistido por ordenador a partir de sus planos de construcción para efectuar posteriormente un análisis aerodinámico y estructural con aplicaciones de simulación computacional. En este documento se detalla el proceso de modelización del planeador mostrando las técnicas empleadas para la resolución de los distintos problemas particulares que plantea la modelización de un aerodino. También se muestran las estrategias de preparación del modelo obtenido para una simulación computacional, tanto aerodinámica como mecánica. Se comentan los resultados obtenidos a partir de ambos análisis mostrando los sucesos más interesantes de los resultados e intentando en todo momento la justificación de los mismos. Finalmente, se proponen modificaciones al proceso de construcción del planeador como conclusión de los resultados obtenidos. Adicionalmente, se adjuntan diversos anexos en los que se expone los conceptos físicos intervinientes en las simulaciones computacionales, así como los planos empleados en la modelización del planeador.

Se presenta un modelo numérico del útil y del terreno (suelo o roca) capaz de simular el proceso de excavación. El principal fenómeno físico considerado es la interacción del útil con el terreno que lleva al colapso del material excavado y al desgaste del útil (cambio de geometría). El modelo numérico adoptado se basa en el método de los elementos discretos (discrete element method, DEM). El método de los elementos discretos es una técnica numérica que permite la modelización de sólidos como una colección de partículas o elementos de distintas formas (discos, polígonos, esferas, poliedros) en dos y tres dimensiones. En contraposición con los métodos tradicionales basados en teorías del continuo (el método de los elementos finitos o de las diferencias finitas) el método de los elementos discretos presenta la clara ventaja de poder simular la rotura frágil y dúctil del material a un mismo tiempo. Esto ocurre como una consecuencia directa de la separación y deslizamiento entre partículas a escala microscópica. En general, en el método de los elementos discretos se especifican las propiedades a escala micro de ambos partículas y contactos entre partículas (rigideces y resistencias del contacto, coeficiente de fricción entre partículas, densidad, etc). A su vez, a escala macro el material se describe por sus constantes elástica y la resistencia última a tracción y compresión, así como otros parámetros que no se tendrán en cuenta en este estudio. Dado que no existe una teoría completa para predecir las propiedades macroscópicas a partir de los parámetros micro y viceversa, el estudio de la relación entre los parámetros micro y las propiedades del material se convierte en un prerequisito para poder modelar mediante el método de los elementos discretos cualquier problema de ingeniería. Por tanto, en una prioridad del presente estudio. En el método de los elementos discretos se asume que el material puede representarse como un conjunto de partículas rígidas (esferas en 3D y discos en 2D) que interaccionan entre sí. Se asume que la deformación del material (roca o suelo) se concentra en los puntos de contacto entre los elementos discretos. Adoptando unas leyes de contacto adecuadas es posible obtener un material con las propiedades macroscópicas deseadas. Las leyes de contacto utilizadas para modelar rocas consideran que los contactos son cohesivos. De tal modo que la pérdida de cohesión de dichos contactos permite simular la propagación de fracturas en rocas frágiles o bien el colapso de suelos más dúctiles. La temperatura es un factor muy influyente en el proceso de desgaste. Se consideran sus efectos asumiendo que la dureza del útil es función de esta. La fricción que se produce durante el proceso de excavación causa la generación de calor que es transmitido por conducción y radiación. Se estudiará la distribución de temperaturas a lo largo del tiempo en el útil y en la roca o suelo excavados. En conclusión, se pretende hallar una metodología clara y sencilla para la caracterización de los parámetro micro de cualquier tipo de material dados sus parámetros macro y realizar una primera tentativa al problema del desgaste demostrando que se tiene una herramienta eficaz para su estudio.