Search

La simulación por elementos finitos se ha convertido en una herramienta clave para el análisis y optimización de procesos de ingeniería, ya que permite el análisis de un gran número de condiciones a un coste relativamente bajo. En este trabajo se ha utilizado esta herramienta para el análisis de un proceso de trefilado multietapa, así como para la implementación de ensayos de tracción y torsión en dichos alambres trefilados. El objetivo es evaluar los diferentes modelos de endurecimiento para el proceso de trefilado y para los ensayos de prueba señalados. Se ha realizado la simulación del ensayo de tracción del alambre tras cada etapa de trefilado y se ha automatizado la obtención de los parámetros mecánicos más importantes. Luego, estos se han contrastado con valores experimentales para analizar los resultados obtenidos con los diferentes modelos de endurecimiento. Asimismo, los valores de daño se calculan según los criterios de Cockroft y Latham para el proceso de trefilado, para el ensayo de tracción y adicionalmente se calcula el daño total en el alambre, es decir el daño generado debido al trefilado después de cada etapa juntamente con el daño generado por el ensayo de prueba. Todos estos procedimientos se han realizado utilizando diferentes modelos de endurecimiento seleccionados. Finalmente se analizan los resultados obtenidos, se presentan las conclusiones y la proyección de perspectivas para futuros estudios., Finite element simulation has become a key tool for the analysis and optimization of engineering processes, since it allows the analysis of a large number of conditions at a relatively low cost. In this work, this tool has been used for the analysis of a multistage wire drawing process as well as for the implementation of tensile and torsion tests. The objective is to evaluate different hardening models for the wire drawing process and for the tests procedures. The simulation of the tensile test has been carried out for the wire after each drawing stage and the obtaining of the most important mechanical parameters has been automated. Then, these are contrasted with experimental values in order to analyze the results obtained with the different hardening models. Likewise, the damage values are calculated according to the Cockroft and Latham criteria for the drawing process, for the tensile test and the total damage in the wire after each stage of the drawn and tested wire. All these procedures have been carried out using different selected hardening models. Finally, the results obtained are analyzed, the conclusions obtained and the projection of perspectives for future studies are presented., Die Finite-Elemente-Simulation ist zu einem Schlüsselwerkzeug für die Analyse und Optimierung von Engineering-Prozessen geworden, da sie die Analyse einer großen Anzahl von Bedingungen zu relativ geringen Kosten ermöglicht. In dieser Arbeit wurde dieses Tool zur Analyse eines mehrstufigen Drahtziehprozesses sowie zur Durchführung von Zug- und Torsionsversuchen eingesetzt. Ziel ist es, verschiedene Verfestigungsmodelle für den Drahtziehprozess und Prüfverfahren zu evaluieren. Die Simulation des Zugversuchs wurde für den Draht nach jeder Ziehstufe durchgeführt und die Ermittlung der wichtigsten mechanischen Parameter automatisiert. Anschließend werden diese mit Messwerten verglichen, um die mit den unterschiedlichen Verfestigungsmodellen erzielten Ergebnisse zu analysieren. Ebenso werden die Schädigungswerte nach den Kriterien von Cockroft und Latham für den Drahtziehprozess, für den Zugversuch und die Gesamtschädigung im Draht nach jeder Stufe des gezogenen und geprüften Drahtes berechnet. Alle diese Verfahren wurden mit den verschiedenen ausgewählten Verfestigungsmodellen durchgeführt. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse analysiert, die gewonnenen Schlussfolgerungen und die Projektion von Perspektiven für die zukünftige Forschung präsentiert.

La presente investigación tuvo como tema establecer fundamentos para el análisis aplicativo del método de los elementos finitos, orientado al análisis estructural bajo rango estático lineal y dar una breve introducción de su aplicación en un campo no lineal. Teniendo en cuenta que para la aplicación eficiente del método es necesario el uso de ordenadores, se desarrollaron diversos algoritmos de programación (diagramas de flujo). Acompañado a dichos algoritmos se dejan un conjunto de códigos base y una guía para la optimización de los mismos; como objetivo general se tiene formular una guía teórica-aplicativa detallada y conjunta para la aplicación de diversos tipos de elementos finitos usados en el análisis de sistemas estructurales. A partir de la base dejada en la presente tesis se espera que investigadores y/o profesionales que tengan interés en el tema puedan aplicar la metodología en otros campos como es el dinámico, elaborando programas o códigos más complejos. Al culminar la investigación algunas de las conclusiones a destacar son: La optimización de un código basado en elementos finitos juega un rol de vital importancia debido al gran número de bucles que estos conllevan. Gran parte de las publicaciones sobre el método de los elementos finitos que orienta su uso aplicativo mediante códigos, se olvidan del ciclo de desarrollo común del mismo, lo cual conlleva a una falsa complejidad del método. El uso de diagramas de flujo para interrelacionar la parte aplicativa con la teórica mejora considerablemente la comprensión que existe en el mismo., Tesis

El problema geotécnico referido al cálculo de la capacidad de carga en una zapata infinitamente larga se puede enfocar desde diversos puntos de vista en cuanto al método de solución a utilizar. Existen diversos métodos con los cuales se puede llegar a una estimación, sin embargo, cada una de estos posee diversas consideraciones, tanto en la satisfacción de las condiciones de equilibrio como en la compatibilidad del sistema. En este proyecto se analiza comparativamente la relación entre los valores de capacidad de carga para un suelo granular (GP) particular, mediante el método de los elementos finitos (FEM por sus siglas en inglés) y métodos analíticos, considerando variaciones tales como la profundidad de cimentación, la dimensión de la zapata o el modelo constitutivo del suelo (solo para el caso de elementos finitos). Se modeló el problema geotécnico empleando el programa PLAXIS para doce (12) zapatas diferentes. Asimismo, se estimó la diferencia entre la capacidad de carga considerando las diferentes formulaciones tanto de autores pioneros en el tema como Prandtl (1920) y Terzaghi (1948), además de autores posteriores como Meyerhof (1963), Hansen (1970), Vesić (1975) y Chen (1972). Finalmente, se definieron las principales diferencias entre los métodos empleados, las cuales refieren a la definición de estados de falla, la regla de flujo asociada (determinada por el parámetro de dilatancia) y el estado tensorial del problema. Asimismo, se precisaron tendencias en cuanto a la coincidencia entre los métodos analíticos con FEM, teniendo en cuenta las diversas variables mencionadas anteriormente.

El presente estudio analizó el comportamiento de las tuberías de acero de diámetros nominales desde 36” hasta 48” las cuales se encuentran enterradas en cruces de caminos mineros (Haul Road) sometidas a cargas superficiales de vehículos con carga bruta máxima de 625 toneladas (Peso bruto, incluye peso de material acarreado). Se desarrolló un análisis para determinar las variables más relevantes de una instalación que afectan los resultados de cálculo de esfuerzos y deflexiones por medio de un estudio paramétrico por el método de los elementos finitos. En general las zanjas se componen de una tubería apoyada sobre una cama de arena fina o material similar, por un relleno lateral instalado por medio de capas delgadas compactadas y un relleno superior compactado sobre la tubería. Para el estudio de la investigación se propuso un modelo de elementos finitos que considera la no linealidad del material de suelo, la no linealidad del contacto entre la tubería y el suelo, la no linealidad de la geometría del suelo y las cargas laterales residuales debido a la compactación de distintas capas del suelo durante la etapa constructiva y para su validación se utilizaron datos experimentales desarrolladas en el centro de investigación de infraestructuras enterradas (CUIRE) de la Universidad de Texas Arlington (UTA). El estudio demostró la importancia que tiene una adecuada selección de las propiedades de los materiales de suelos que componen una zanja, así como la importancia de considerar adecuadas condiciones de instalación de las tuberías a fin de obtener en lo posible menores costos de una instalación que permita tener esfuerzos en la tubería por debajo de los admisibles. Los mejores resultados se mostraron durante la variación del ancho de la zanja y la elección de materiales de relleno lateral con mayor grado de elasticidad, sin embargo, existen otros factores que podrían llegar a incrementar las deflexiones en la tubería tales como la variación de la altura de cama de tuber

For the most demanding measurement tasks in force metrology flexure hinges in compliant mechanisms represent a key component. To enhance the mechanical properties of devices like weighing cells, the ability of precise modeling of flexure hinges is essential. The present scientific work focuses on the modeling of the mechanical behavior of a single flexure hinge subjected to geometric deviations and non-ideal loading conditions as those encountered in weighing cells. The considered hinge has a semi-circular contour and a large width compared to its minimum notch height. This geometry is modeled using the finite element method. Requirements for a trustworthy and efficient computation are elaborated under the consideration of geometric deviations for later parametric studies. Analytical expressions found in the literature are compared to numerical results to prove the validity of their assumptions for thin hinges. The model is used for studying the deviation of the stiffness in non-ideal flexure hinges. Sources of deviation are identified and described by parameters. The range of values for each parameter is chosen on the basis of available manufacturing technology. Influential parameters are identified through a sensitivity analysis. The effect of loading conditions is studied in the context of the application in weighing cells. For the enhancement of the overall sensitivity, the stiffness of the flexure hinges can be reduced. One option, the alteration of the geometry by adding a flexure strip in the center of the semi-circular flexure hinge is studied in comparison to existing analytical equations. The effects of ground tilts for a single loaded flexure hinge are investigated as a foundation for future modeling of a tilt insensitive state of a weighing cell mechanism (autostatic state). By adjusting the vertical position of the center of mass of the lever, the tilt sensitivity can be reduced to zero. An approach to find the position for this state is presented consi, Tesis

Un semirremolque bombona se puede definir como un medio transporte remolcado el cual es usado para la distribución de materiales de diversa naturaleza; una aplicación bastante común es el transporte de explosivos líquidos conocidos con el nombre genérico de “emulsión matriz” hasta una capacidad de 26.5 m3; tales vehículos son fabricados por manufacturas al interior del territorio nacional. Tales unidades, que serán objeto de análisis, poseen por componentes principales el sistema de suspensión, encargado de absorber las perturbaciones externas del terreno; el chasis, que es la estructura que soporta las cargas dinámicas y estáticas de toda la unidad; y un cilindro cónico (Casco), quien es el que contiene el producto a transportar. El presente trabajo de investigación consiste en analizar mediante tres métodos las primeras frecuencias de resonancia mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF), cálculo analítico y un análisis modal experimental en campo, de la estructura de un semirremolque bombona. Esta unidad es fabricada, generalmente, mediante conocimientos empíricos, no existiendo un método de análisis ni normas de cálculo, sino más bien se opta por un diseño por semejanza. Por consiguiente, es desconocido, en nuestro medio local, el comportamiento mecánico real de tales unidades, lo cual se traduce a un desconocimiento de las frecuencias naturales y comportamiento dinámico de este tipo de vehículos. La finalidad de este trabajo es cotejar los resultados obtenidos mediante las tres formas de cálculo las primeras frecuencias de resonancia (Analíticos, FEM y experimental), además plantear las condiciones de borde más adecuadas y cercanas a la realidad para ser aplicadas en futuros estructuras de vehículos semejantes.

In MEMS sensors, such as resonators based on cantilever and doubly-clamped beams, the presence of residual stresses in the thin films disrupt their mechanical properties or eigenfrequencies and, in some cases, can destroy the structure. This thesis aims to simulate the residual stresses in wafers composed of thin films deposited over a substrate. The simulations were conducted with ANSYS Workbench R17.2, a finiteelement-method software. This work considered static simulations with a single-layer wafer geometry, since it is a first approach to the simulation of residual stresses. With the purpose of achieving that, three simulation types were performed. Simulation 1 applied the thermal loads as heating and cooling steps to a quadrant model. Simulation 2 added the birth and death technique with the purpose of representing the deposition of the thin film. Besides, it was split under the geometric model as flat axisymmetric section, curved axisymmetric section, i.e. with the initial curvature of the wafer, and curved quadrant model. On the other hand, simulation 3 generated the residual stresses by the activation of the contact between the thin film and the silicon dioxide layer, used as diffusive barrier. The simulation results were compared to calculated values from measurements performed by the methods of wafer curvature and X-ray diffraction. The comparison showed that the curved quadrant model allowed obtaining residual stresses and deflections closer to the calculated ones. In addition, the curved axisymmetric models allowed visualizing the residual stresses distribution in the layers and the substrate. Thus, the birth and death technique was useful to simulate the deposition of the thin film. The considerations described in this work can be used as input data for more complex simulations based on MEMS structures, Tesis

El uso de herramientas computacionales como softwares numéricos tienen un gran impacto en el sector de la construcción, debido a que mediante su correcto uso es posible predecir y analizar fenómenos físicos que pueden ocasionar daños estructurales, eliminando o limitando su repercusión en una obra. En este trabajo se ha desarrollado un caso particular de un fenómeno físico que se presenta en la construcción por capas o bloques de concreto en presas de centrales hidroeléctricas, fenómenos como las altas temperaturas producidas por la hidratación del concreto a tempranas edades, que pueden ocasionar fisuras. Todos los trabajos desarrollados hasta el momento, por diferentes autores, en la simulación térmica de presas de concreto, han utilizado softwares o creados algoritmos basados en el método de elementos finitos (como se detalla en la sección 2.2). Por otro lado, el método de volúmenes finitos es una opción que se puede emplear debido a su fácil implementación y rápido calculo. Además, también existen una gran diversidad de softwares en el mercado basados con este método (softwares de dinámica de fluidos computacional). Debido a la falta de información e investigación en el desarrollo de algoritmos usando el método de volúmenes finitos aplicados en la construcción de presas de concreto y la dificultad de hacer simulaciones son softwares comerciales, se optó por desarrollar en este trabajo un modelo numérico que permita obtener resultados fiables en la simulación de una presa en 2D. El modelo numérico implementado será capaz reducir los tiempos de pre-proceso en comparación con los softwares comerciales. Mientras que en los softwares comerciales se necesitan modificar, por ejemplo, la fuente de calor o las temperaturas iniciales en cada bloque, en el código se cambia solo una variable para todos los bloques a la vez. La intención de este trabajo es ser un punto de partida para futuras investigaciones que atañen en la construcción y operación de presas. El objetivo de

El desarrollo de una herramienta computacional basada en el método de elementos finitos (FEM) para modelar numéricamente el proceso de transporte de pulpas minerales en tuberías circulares horizontales es el tema principal en este trabajo. Las pulpas minerales son consideradas aquí como un fluido monofásico con propiedades reológicas de fluidos no Newtonianos. La herramienta computacional es implementada siguiendo un paradigma de programación orientada a objetos, usando C++ como lenguaje de programación principal, y una metodología de descomposición de dominio para su paralelización. La referida herramienta es validada realizando simulaciones numéricas de múltiples casos de estudio involucrando flujos de fluidos Newtonianos y no Newtonianos. En esta etapa de validación, errores máximos de 3% en tuberías circulares horizontales transportando pulpas minerales reales son obtenidos. Luego de ser validada, la herramienta computacional es utilizada para estudiar parámetros importantes en el diseño de sistemas de transporte de pulpas minerales. Más específicamente, parámetros relativos a la viscosidad, grado de concentración de partículas, velocidad de la fase continua y caída de presión son particularmente analizados. El principal aporte de este trabajo es el desarrollo de una nueva herramienta computacional basada en FEM para modelar adecuadamente flujos viscosos no Newtonianos, permitiendo resolver problemas prácticos de diseño de tuberías circulares horizontales transportando pulpas minerales reales. Además, comparado con otros enfoques paralelos reportados en la literatura, el utilizado aquí es relativamente fácil de implementar en herramientas de dinámica de fluidos computacional. Así, otra de las contribuciones de este trabajo es el desarrollo de un algoritmo en paralelo adecuado para herramientas basadas en FEM que modelen pulpas minerales. Finalmente, otra de las contribuciones de este trabajo está asociada con el estudio numérico por primera vez de pulpas mineral

Magnetron sputtering system is a technique that consists in extracting atoms from a target material by collisions of energetic ions of an inert gas. It is widely used in semiconductor industries and materials processing research for developing thin films by deposition. During this process a low temperature capacitively coupled plasma is generated near the cathode and several variations of the properties of this plasma can affect the thin film deposition process and quality. An approach to study these types of systems is by computational modeling. The use of robust computational codes that can handle complicated geometries and can solve complex systems of differential equations. In this present project we aim to model numerically a system of magnetrons developed at the Materials Science and Renewable Energies (MatER) laboratory. Using the geometry measurements and the material properties of each component taken in the laboratory, a CAD geometry was developed. Furthermore, the electric and magnetic fields are solved for the geometry configuration and, by implementing a Monte Carlo simulation, the electron trajectories and velocity distributions in the system are calculated. Finally, we use a multi-fluid model to solve a simplified system of a 1 dimensional capacitively coupled plasma and recover the system properties. The method to solve the respective system of equations is the finite element method implemented in the software COMSOL Multiphysics.

En el Perú, existe un gran número de edificaciones históricas que han sido afectadas principalmente por eventos sísmicos. Por ello, aparece la necesidad de conservar el patrimonio arquitectónico ya que estas construcciones representan un valor cultural y económico para el país. Para lograr preservarlas, se necesitan métodos adecuados de intervención estructural y no únicamente de restauración arquitectónica. En este sentido, el modelado numérico es un procedimiento indispensable para comprender la respuesta estructural y proponer una adecuada intervención a las construcciones, especialmente las históricas. Se debe considerar que la simulación de la respuesta de este tipo de construcciones es un proceso complejo que requiere de información esencial como la documentación histórica para conocer su sistema estructural y su proceso constructivo. Además de esta investigación, es necesario planificar una campaña experimental para la detección de las anomalías estructurales y ejecutar un levantamiento geométrico para conocer la geometría de los elementos estructurales, y elaborar una correcta modelación. Además, en esta campaña, es importante realizar ensayos no destructivos para determinar las propiedades de los materiales y asignarlas al modelo. También, mediante estos ensayos se identifican los parámetros dinámicos (frecuencias, formas modales y coeficientes de amortiguamiento) de las construcciones los cuales ajustan la respuesta estructural del modelo numérico. Esta investigación presenta como finalidad calibrar un modelo basado en el método de elementos finitos de la iglesia de la Compañía de Jesús, un monumento histórico de mampostería de piedra ubicado en la ciudad de Cusco, a partir de los resultados obtenidos en una campaña experimental. La investigación está dividida en cuatro etapas: La primera es la recopilación histórica de información referente al sistema constructivo e intervenciones a través del tiempo en la iglesia. La segunda muestra los resultados de la

The use of flexible mechanisms has been increasing in the recent years. This is due of the advantages that offer with respect to rigid mechanism. However, the method to study them become more complicated. Just to mention, the mathematical equations to investigate their behavior are of a higher level, so the assistance of calculation software is required. For this reason an analytical model is developed to facilitate the study of compliant mechanism. To do this, a review of the theory involved in the calculation of compliant mechanism is made and applied in the development of the analytical model. In this case the equations derived from the Euler-Bernoulli Beam Theory were used. In order to have a contrast of results, a software that use the Finite Element Method was used. After the simulation of the structures in both models, the relative errors were obtained. In the case of the simulations to obtain the displacement due to external forces, only the first node of the structures were defined as “Clamp” and the external forces were applied to the rest of the nodes. For this investigation, nine structures were simulated. To obtain a representative relative error, an average of them were calculated, which are 5.69% and 4.28% in the x and y axis respectively. Subsequently, because in all the cases, the first node is fixed, the moment at that node were obtained and compared. The average relative error found was 1.74%. After that, the simulations to obtain the forces due to the rotation of the structures were carried out. To make the simulations, the structures rotate in the range of -0.4 rad and 0.4 rad with steps of 0.1 rad. For this investigation, 4 structures were simulated and 14 parameters were defined. The maximal relative error found was 5.05%. Finally, an study of the behavior of the normalized moment at the first node of the 4 structures when the 14 parameters vary was carried out. In this investigation it was found on one hand that the parameters R1 and R2 from, El uso de los mecanismos flexibles ha ido en aumento en los ´últimos años. Esto se debe a las ventajas que ofrece con respecto a los mecanismos rígidos. Sin embargo, los métodos para estudiarlos es mucho más complicado. Solo para mencionar, las ecuaciones matemáticas para investigar su comportamiento son de un nivel superior, por lo tanto, se necesita usar un software para realizar los cálculos. Por esta razón se ha desarrollado un modelo analítico para facilitar el estudio de mecanismos flexibles complejos. Para ello, se realiza una revisión de la teoría implicada en el cálculo de los mecanismos flexibles y se aplica en el desarrollo del modelo analítico. En este caso, fueron usadas las ecuaciones derivadas de la teoría de la viga Euler-Bernoulli. Con el fin de contrastar los resultados, se usó un software que utiliza el método de los elementos finitos. Después de la simulación de las estructuras en ambos modelos, se obtuvieron los errores relativos. En el caso de las simulaciones para obtener los desplazamientos debido a fuerzas externas, solo los primeros nodos de la estructuras se definieron como ”Clamp” y las fuerzas externas fueron aplicadas en el resto de los nodos. Para esta investigación nueve estructuras fueron simuladas. Para obtener un error relativo representativo, se calcularon los promedios de ellos, los cuales son 5.69% y 4.28% en los ejes x y y respectivamente. Seguidamente, debido a que en todos los casos el primer nodo se encuentra fijo, se calcularon y compararon los momentos en dichos nodos. El error relativo promedio encontrado fue de 1.74 %. Después de eso, se llevaron a cabo las simulaciones para obtener las fuerzas debido a la rotación de la estructura. Para realizar las simulaciones, la estructura gira entre -0.4 rad y 0.4 rad con pasos de 0.1 rad. Para esta investigación, cuatro estructuras fueron simuladas y 14 parámetros fueron definidos. El máximo error relativo encontrado fue de 5.05 %. Finalmente, se llevó a cabo un estudio del compor, Die Anwendung von nachgiebigen Mechanismen hat in den letzten Jahren zugenommen. Dies liegt an den Vorteilen, die sie im Vergleich zu starren Mechanismen bieten. Allerdings wird die Methode zu ihrer Untersuchung immer komplizierter. So sind die mathematischen Gleichungen zur Untersuchung ihres Verhaltens auf einem höheren Niveau, so dass die Unterstützung durch Berechnungssoftware erforderlich ist. Aus diesem Grund wird ein analytisches Modell entwickelt, um die Untersuchung von nachgiebigen Mechanismen zu erleichtern. Zu diesem Zweck wird ein Überblick über die Theorie zur Berechnung des nachgiebigen Mechanismus gegeben und bei der Entwicklung des analytischen Modells angewendet. In diesem Fall wurden die Gleichungen, die aus der Euler-Bernoulli- Balkentheorie abgeleitet, verwendet. Um einen Vergleich der Ergebnisse zu ermöglichen, wurde eine Software verwendet, die die Finite-Elemente-Methode anwendet. Nach der Simulation der Strukturen in beiden Modellen wurden die relativen Fehler ermittelt. Bei den Simulationen zur Ermittlung der Verschiebung aufgrund externer Kräfte wurde nur der erste Knoten der Strukturen als “Clamp” definiert und die externen Kräfte wurden auf die anderen Knoten angewendet. Für diese Untersuchung wurden neun Strukturen simuliert. Um einen repräsentativen relativen Fehler zu erhalten, wurde ein Mittelwert berechnet, der 5,69% und 4,28% in der x- bzw. y-Achse beträgt. Weil in allen Fällen der erste Knotenpunkt fixiert ist, wurden die Momente an diesem Knotenpunkt ermittelt und verglichen. Der durchschnittliche relative Fehler beträgt 1,74%. Danach wurden die Simulationen zur Ermittlung der Kräfte bei der Rotation der Strukturen durchgeführt. Für die Simulationen wurden die Strukturen in einem Bereich von -0,4 rad und 0,4 rad mit Schritten von 0,1 rad gedreht. Für diese Untersuchung wurden 4 Strukturen simuliert und 14 Parameter definiert. Der maximal ermittelte relative Fehler beträgt 5,05%. Schließlich wurde eine Studie über das Verhalten de

La presente tesis desarrolla la influencia que tiene el arreglo estructural de las discontinuidades en la estabilidad global de los taludes globales de un tajo abierto mediante la metodología de elementos finitos (FEM) a fin de tener un diseño mas realista de los taludes. Para esta investigación se realizó una revisión bibliográfica del estado del arte del tópico para tener una base sobre los posibles resultados de la investigación, así como también, discriminar entre el modelo a usar para el modelamiento de las discontinuidades y la metodología de cálculo. Asimismo, para los datos de entrada del macizo rocoso se utilizó data de caracterización geomecánica de una mina a tajo abierto en Canadá, mientras que la caracterización de las discontinuidades se obtuvo de valores teóricos. En el análisis de estabilidad de los taludes se utilizo el software RS2 de rockscience el cual permitió modelar las discontinuidades de manera discreta permitiendo variar los variables de orientación, espaciamiento, longitud y persistencia de las discontinuidades utilizadas en la investigación. Los resultados obtenidos del análisis muestran que el arreglo estructural influye en la estabilidad del talud, sin embargo, esta es mínima debido a las propiedades de resistencia del macizo rocoso la cual le otorga un factor de estabilidad alto. Además, evidencia que el parámetro de mayor influencia es la orientación de la discontinuidad.

En la historia de la ingeniería civil, en especial la geotécnica, las arcillas blandas representan una dificultad para los diferentes proyectos que se presentan. Esta dificultad yace en las propiedades mecánicas complejas a comparación de otros tipos de suelo como las arenas. Como solución, existen diversos tipos de mejoramientos de suelo, que consiste en el refuerzo del estrato o estratos a tratar con la finalidad de mejorar las propiedades geotécnicas. Uno de estos métodos es el de la intrusión de columnas de grava. Pese a ser un método muy difundido, no existe un consenso sobre la formulación y teoría del grado de mejora, en especial de suelos problemáticos como las arcillas blandas. En la presente tesis se utiliza el método de los elementos finitos para estudiar un escenario de un terraplén soportado en un suelo arcilloso. Para este método se usa el software comercial Abaqus®. Además, se utiliza el modelo constitutivo Cam Clay Modificado para simular el comportamiento del suelo arcilloso. Asimismo, se analiza el nivel de mejora respecto a un suelo sin refuerzo. Luego, se compara los valores obtenidos por el análisis de elementos finitos con los valores obtenidos mediante la solución analítica, como el presentado por Priebe, Castro y el presentado por el Ministerio de Fomento de España. También, se analiza la influencia de los parámetros geométricos y geotécnicos de la configuración de las columnas de grava.

En el Perú, existe un gran número de edificaciones históricas que han sido afectadas principalmente por eventos sísmicos. Por ello, aparece la necesidad de conservar el patrimonio arquitectónico ya que estas construcciones representan un valor cultural y económico para el país. Para lograr preservarlas, se necesitan métodos adecuados de intervención estructural y no únicamente de restauración arquitectónica. En este sentido, el modelado numérico es un procedimiento indispensable para comprender la respuesta estructural y proponer una adecuada intervención a las construcciones, especialmente las históricas. Se debe considerar que la simulación de la respuesta de este tipo de construcciones es un proceso complejo que requiere de información esencial como la documentación histórica para conocer su sistema estructural y su proceso constructivo. Además de esta investigación, es necesario planificar una campaña experimental para la detección de las anomalías estructurales y ejecutar un levantamiento geométrico para conocer la geometría de los elementos estructurales, y elaborar una correcta modelación. Además, en esta campaña, es importante realizar ensayos no destructivos para determinar las propiedades de los materiales y asignarlas al modelo. También, mediante estos ensayos se identifican los parámetros dinámicos (frecuencias, formas modales y coeficientes de amortiguamiento) de las construcciones los cuales ajustan la respuesta estructural del modelo numérico. Esta investigación presenta como finalidad calibrar un modelo basado en el método de elementos finitos de la iglesia de la Compañía de Jesús, un monumento histórico de mampostería de piedra ubicado en la ciudad de Cusco, a partir de los resultados obtenidos en una campaña experimental. La investigación está dividida en cuatro etapas: La primera es la recopilación histórica de información referente al sistema constructivo e intervenciones a través del tiempo en la iglesia. La segunda muestra los resultados de la

Un semirremolque bombona se puede definir como un medio transporte remolcado el cual es usado para la distribución de materiales de diversa naturaleza; una aplicación bastante común es el transporte de explosivos líquidos conocidos con el nombre genérico de “emulsión matriz” hasta una capacidad de 26.5 m3; tales vehículos son fabricados por manufacturas al interior del territorio nacional. Tales unidades, que serán objeto de análisis, poseen por componentes principales el sistema de suspensión, encargado de absorber las perturbaciones externas del terreno; el chasis, que es la estructura que soporta las cargas dinámicas y estáticas de toda la unidad; y un cilindro cónico (Casco), quien es el que contiene el producto a transportar. El presente trabajo de investigación consiste en analizar mediante tres métodos las primeras frecuencias de resonancia mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF), cálculo analítico y un análisis modal experimental en campo, de la estructura de un semirremolque bombona. Esta unidad es fabricada, generalmente, mediante conocimientos empíricos, no existiendo un método de análisis ni normas de cálculo, sino más bien se opta por un diseño por semejanza. Por consiguiente, es desconocido, en nuestro medio local, el comportamiento mecánico real de tales unidades, lo cual se traduce a un desconocimiento de las frecuencias naturales y comportamiento dinámico de este tipo de vehículos. La finalidad de este trabajo es cotejar los resultados obtenidos mediante las tres formas de cálculo las primeras frecuencias de resonancia (Analíticos, FEM y experimental), además plantear las condiciones de borde más adecuadas y cercanas a la realidad para ser aplicadas en futuros estructuras de vehículos semejantes.

El uso de herramientas computacionales como softwares numéricos tienen un gran impacto en el sector de la construcción, debido a que mediante su correcto uso es posible predecir y analizar fenómenos físicos que pueden ocasionar daños estructurales, eliminando o limitando su repercusión en una obra. En este trabajo se ha desarrollado un caso particular de un fenómeno físico que se presenta en la construcción por capas o bloques de concreto en presas de centrales hidroeléctricas, fenómenos como las altas temperaturas producidas por la hidratación del concreto a tempranas edades, que pueden ocasionar fisuras. Todos los trabajos desarrollados hasta el momento, por diferentes autores, en la simulación térmica de presas de concreto, han utilizado softwares o creados algoritmos basados en el método de elementos finitos (como se detalla en la sección 2.2). Por otro lado, el método de volúmenes finitos es una opción que se puede emplear debido a su fácil implementación y rápido calculo. Además, también existen una gran diversidad de softwares en el mercado basados con este método (softwares de dinámica de fluidos computacional). Debido a la falta de información e investigación en el desarrollo de algoritmos usando el método de volúmenes finitos aplicados en la construcción de presas de concreto y la dificultad de hacer simulaciones son softwares comerciales, se optó por desarrollar en este trabajo un modelo numérico que permita obtener resultados fiables en la simulación de una presa en 2D. El modelo numérico implementado será capaz reducir los tiempos de pre-proceso en comparación con los softwares comerciales. Mientras que en los softwares comerciales se necesitan modificar, por ejemplo, la fuente de calor o las temperaturas iniciales en cada bloque, en el código se cambia solo una variable para todos los bloques a la vez. La intención de este trabajo es ser un punto de partida para futuras investigaciones que atañen en la construcción y operación de presas. El objetivo de, Tesis

La presente tesis desarrolla la influencia que tiene el arreglo estructural de las discontinuidades en la estabilidad global de los taludes globales de un tajo abierto mediante la metodología de elementos finitos (FEM) a fin de tener un diseño mas realista de los taludes. Para esta investigación se realizó una revisión bibliográfica del estado del arte del tópico para tener una base sobre los posibles resultados de la investigación, así como también, discriminar entre el modelo a usar para el modelamiento de las discontinuidades y la metodología de cálculo. Asimismo, para los datos de entrada del macizo rocoso se utilizó data de caracterización geomecánica de una mina a tajo abierto en Canadá, mientras que la caracterización de las discontinuidades se obtuvo de valores teóricos. En el análisis de estabilidad de los taludes se utilizo el software RS2 de rockscience el cual permitió modelar las discontinuidades de manera discreta permitiendo variar los variables de orientación, espaciamiento, longitud y persistencia de las discontinuidades utilizadas en la investigación. Los resultados obtenidos del análisis muestran que el arreglo estructural influye en la estabilidad del talud, sin embargo, esta es mínima debido a las propiedades de resistencia del macizo rocoso la cual le otorga un factor de estabilidad alto. Además, evidencia que el parámetro de mayor influencia es la orientación de la discontinuidad., Trabajo de investigación

Magnetron sputtering system is a technique that consists in extracting atoms from a target material by collisions of energetic ions of an inert gas. It is widely used in semiconductor industries and materials processing research for developing thin films by deposition. During this process a low temperature capacitively coupled plasma is generated near the cathode and several variations of the properties of this plasma can affect the thin film deposition process and quality. An approach to study these types of systems is by computational modeling. The use of robust computational codes that can handle complicated geometries and can solve complex systems of differential equations. In this present project we aim to model numerically a system of magnetrons developed at the Materials Science and Renewable Energies (MatER) laboratory. Using the geometry measurements and the material properties of each component taken in the laboratory, a CAD geometry was developed. Furthermore, the electric and magnetic fields are solved for the geometry configuration and, by implementing a Monte Carlo simulation, the electron trajectories and velocity distributions in the system are calculated. Finally, we use a multi-fluid model to solve a simplified system of a 1 dimensional capacitively coupled plasma and recover the system properties. The method to solve the respective system of equations is the finite element method implemented in the software COMSOL Multiphysics., Trabajo de investigación

El problema geotécnico referido al cálculo de la capacidad de carga en una zapata infinitamente larga se puede enfocar desde diversos puntos de vista en cuanto al método de solución a utilizar. Existen diversos métodos con los cuales se puede llegar a una estimación, sin embargo, cada una de estos posee diversas consideraciones, tanto en la satisfacción de las condiciones de equilibrio como en la compatibilidad del sistema. En este proyecto se analiza comparativamente la relación entre los valores de capacidad de carga para un suelo granular (GP) particular, mediante el método de los elementos finitos (FEM por sus siglas en inglés) y métodos analíticos, considerando variaciones tales como la profundidad de cimentación, la dimensión de la zapata o el modelo constitutivo del suelo (solo para el caso de elementos finitos). Se modeló el problema geotécnico empleando el programa PLAXIS para doce (12) zapatas diferentes. Asimismo, se estimó la diferencia entre la capacidad de carga considerando las diferentes formulaciones tanto de autores pioneros en el tema como Prandtl (1920) y Terzaghi (1948), además de autores posteriores como Meyerhof (1963), Hansen (1970), Vesić (1975) y Chen (1972). Finalmente, se definieron las principales diferencias entre los métodos empleados, las cuales refieren a la definición de estados de falla, la regla de flujo asociada (determinada por el parámetro de dilatancia) y el estado tensorial del problema. Asimismo, se precisaron tendencias en cuanto a la coincidencia entre los métodos analíticos con FEM, teniendo en cuenta las diversas variables mencionadas anteriormente., Tesis

La presente investigación tuvo como tema establecer fundamentos para el análisis aplicativo del método de los elementos finitos, orientado al análisis estructural bajo rango estático lineal y dar una breve introducción de su aplicación en un campo no lineal. Teniendo en cuenta que para la aplicación eficiente del método es necesario el uso de ordenadores, se desarrollaron diversos algoritmos de programación (diagramas de flujo). Acompañado a dichos algoritmos se dejan un conjunto de códigos base y una guía para la optimización de los mismos; como objetivo general se tiene formular una guía teórica-aplicativa detallada y conjunta para la aplicación de diversos tipos de elementos finitos usados en el análisis de sistemas estructurales. A partir de la base dejada en la presente tesis se espera que investigadores y/o profesionales que tengan interés en el tema puedan aplicar la metodología en otros campos como es el dinámico, elaborando programas o códigos más complejos. Al culminar la investigación algunas de las conclusiones a destacar son: La optimización de un código basado en elementos finitos juega un rol de vital importancia debido al gran número de bucles que estos conllevan. Gran parte de las publicaciones sobre el método de los elementos finitos que orienta su uso aplicativo mediante códigos, se olvidan del ciclo de desarrollo común del mismo, lo cual conlleva a una falsa complejidad del método. El uso de diagramas de flujo para interrelacionar la parte aplicativa con la teórica mejora considerablemente la comprensión que existe en el mismo., Tesis

Esta tesis desarrolla la simulación del proceso de fundición de un elemento cilíndrico con el programa de elementos finitos Vulcan 8.0, a la par de la ejecución real de la misma pieza en el laboratorio de la Sección de Ingeniería Mecánica, con el objetivo de comparar los resultados de los procesos, evaluar la capacidad de la herramienta de simulación utilizada y de esta manera contribuir a la aplicación del software a la enseñanaza universitaria. El capítulo 1 es la base teórica de la tesis y por lo tanto está dedicado a subrayar la teoría importante del conjunto: Proceso de fabricación (Fundición)/Herramienta de Simulación (Vulcan), mientras que el Capítulo 4, resulta ser una guía de simulación para los alumnos de las clases de Laboratorio de Fundición en donde el uso del software del Vulcan forma parte de la experiencia académica. El capítulo 2 y 3, conforman el cuerpo de este trabajo, y aquí los resultados del conjunto ensayo/simulación son comparados en base a los defectos presentados. El defecto más notorio y perjudicial en la pieza fundida es el rechupe. Mediante la simulación, la localización de dicho defecto se logra predecir con una muy buena aproximación mediante el criterio de solidificación de materiales denominado fracción sólida. Además, el software permite observar la evolución de vectores de velocidad durante el llenado, lo cual ayuda a evaluar zonas de alta turbulencia y por lo tanto focos de aparación de porosidades y defectos. Para finalizar el capítulo 3, se presentan gráficos de evolución de la variable temperatura versus tiempo con el objetivo de analizar el fenómeno de la transferencia de calor durante la solificación del material. Finalmente se comprueba que, a pesar de las dificultades presentadas durante el desarrollo de la investigación, como por ejemplo la utilización de un material de colada distinto para cada procedimiento (virtual: A1Si7Mg /real:chatarra de aluminio), los resultados presentados por el software Vulcan son muy convincent, Tesis

El material más usado en la construcción de viviendas en el Perú es la albañilería y una de sus propiedades estructurales más importante es la resistencia a compresión. Para conocer la resistencia a compresión de la albañilería se construyen prismas o pilas, asentando unidades de albañilería una sobre otra con mortero, para después someterlas a ensayos de compresión axial., Tesis

El objetivo del trabajo es analizar la placa (implante) a través de un modelo capaz de proporcionar valores de tensiones y desplazamientos bajo las diferentes condiciones de carga en distintos puntos de la placa que pueden son necesarios conocer. Esta información es de gran importancia, porque una cirugía persigue que la prótesis hueso del sistema este bajo un estado mecánico íntimo al hueso, promueve una estabilidad más grande y durabilidad de la placa y reduce el número de cirugías necesarias durante la vida del paciente., Tesis

For the most demanding measurement tasks in force metrology flexure hinges in compliant mechanisms represent a key component. To enhance the mechanical properties of devices like weighing cells, the ability of precise modeling of flexure hinges is essential. The present scientific work focuses on the modeling of the mechanical behavior of a single flexure hinge subjected to geometric deviations and non-ideal loading conditions as those encountered in weighing cells. The considered hinge has a semi-circular contour and a large width compared to its minimum notch height. This geometry is modeled using the finite element method. Requirements for a trustworthy and efficient computation are elaborated under the consideration of geometric deviations for later parametric studies. Analytical expressions found in the literature are compared to numerical results to prove the validity of their assumptions for thin hinges. The model is used for studying the deviation of the stiffness in non-ideal flexure hinges. Sources of deviation are identified and described by parameters. The range of values for each parameter is chosen on the basis of available manufacturing technology. Influential parameters are identified through a sensitivity analysis. The effect of loading conditions is studied in the context of the application in weighing cells. For the enhancement of the overall sensitivity, the stiffness of the flexure hinges can be reduced. One option, the alteration of the geometry by adding a flexure strip in the center of the semi-circular flexure hinge is studied in comparison to existing analytical equations. The effects of ground tilts for a single loaded flexure hinge are investigated as a foundation for future modeling of a tilt insensitive state of a weighing cell mechanism (autostatic state). By adjusting the vertical position of the center of mass of the lever, the tilt sensitivity can be reduced to zero. An approach to find the position for this state is presented consi, Tesis

En esta tesis se presenta un procedimiento para el análisis de tuberías enterradas sometidas a un deslizamiento de suelo del tipo lateral, mediante la simulación por software de elementos finitos. Para desarrollar el mencionado procedimiento, se realizó inicialmente un estudio de los diferentes modelos analíticos y computacionales relacionados con el análisis de tuberías enterradas. Con el estudio de los métodos analíticos, se seleccionó el método de Kennedy para la realización del análisis de una tubería enterrada que es afectada por un deslizamiento de suelo lateral. Posteriormente, mediante el estudio de los métodos computacionales, se realizó la simulación del mismo problema tratado en el cálculo analítico utilizando el software de elementos finitos ANSYS Mechanical, el problema estudiado considera los efectos del deslizamiento lateral del suelo sobre la tubería enterrada. Los resultados obtenidos mediante simulación fueron comparados con los obtenidos por medios analíticos para su validación. Por lo que el modelo de elementos finitos desarrollado puede ser implementado para la ubicación de zonas críticas en tuberías de gran longitud afectadas por fallas del suelo. Luego de realizada la simulación se procede al análisis de resultados, para lo cual se presentan gráficas que muestran el comportamiento de la tubería a lo largo del tramo analizado. En la simulación se usó un caso real, una tubería enterrada de acero API 5L X70 de diámetro exterior 0,3556m (14”) con un espesor de 0.0048m sometida a un deslizamiento lateral del suelo de 0,7m. Los ángulos de falla estudiados son de 0°,45° y 90° con respecto a la posición inicial de la tubería. Al analizar los resultados, se tiene que la zona crítica a lo largo de la tubería se encuentra en el plano de falla del suelo., Tesis

En el presente trabajo se desarrolla un procedimiento general para el an alisis din amico de estructuras usando m etodos num ericos. Se usa el M etodo de los Ele- mentos Finitos (MEF) para la discretizaci on espacial del dominio de la estructura y los m etodos de superposici on modal, integraci on expl cita e integraci on impl cita para la integraci on en el dominio del tiempo de las ecuaciones que gobiernan la respuesta din amica de la estructura provenientes del MEF. Se realiza un repaso de los m etodos anal ticos para el an alisis de sistemas de un grado de libertad y del m etodo de los elementos nitos, de niendo los par ametros m as importantes a ser usados en la programaci on de los c odigos o en el uso de programas de simulaci on comerciales. Las caracter sticas m as representativas de cada operador de integraci on son presentadas, as como los par ametros de decisi on entre uno y otro m etodo. El procedimiento propuesto se aplica a un problema de din amica estructural de dos maneras: mediante la programaci on de un c odigo de MEF en MatLab y mediante la simulaci on del mismo problema usando el programa comercial ANSYS R14, en am- bos casos se indica como se introducen los par ametros necesarios para el an alisis. Los resultados de estas simulaciones son comparados con los resultados obtenidos por medio de las t ecnicas anal ticas cl asicas y con los resultados indicados en la biblio- graf a. La evaluaci on de los resultados muestra las caracter sticas m as importantes de cada m etodo como es la sensibilidad al paso de tiempo en el caso de integraci on directa y la elecci on del n umero de modos de vibraci on en el caso de superposici on modal. Los resultados obtenidos mediante las simulaciones concuerdan con los de la bibliograf a, demostrando as que el MEF es una herramienta con able en tanto se controlen adecuadamente los par ametros de cada fase del an alisis., Tesis

The biological example of vibrissa-type sensors in the animal realm is attributed with impressive sensing capabilities. A recently discovered ability is the surface discrimination task. Preceding research on the topic elaborated certain hypotheses for the functionality of the sensor. The scientific work is predominantly based on an empirical approach closely related to the biological example. Complex and highly nonlinear mechanical interrelations and tribological aspects of the contact frequently remain unconsidered. In the interplay between the properties of the biological example and the desired technical realization of the sensor concept, the present thesis incrementally develops a complex mechanical model. Its purely numerical treatment is based on the finite element method framed in the software package ANSYS. Following three modeling stages, the nonlinear structural model is successively implemented firstly enhancing the contact formulation and secondly including dynamic effects in the computation. The attributes of the biological example like elastic support, pre-curvature and conicity are incorporated and their effects are related to the desired sensor function. Beside the characteristic of the sensor system, elaborated through parameter studies, special emphasis is placed on the determination of the working range and its limiting borderlines as well as the uncovering of problematic aspects of the concept. The complex picture of the static behavior of the sensor system is complemented by a first dynamic calculation in close proximity to an experiment, which is conducted in parallel. The juxtaposition of the outcomes are interpreted and a proposal for a measurement strategy is outlined., Tesis

In MEMS sensors, such as resonators based on cantilever and doubly-clamped beams, the presence of residual stresses in the thin films disrupt their mechanical properties or eigenfrequencies and, in some cases, can destroy the structure. This thesis aims to simulate the residual stresses in wafers composed of thin films deposited over a substrate. The simulations were conducted with ANSYS Workbench R17.2, a finiteelement-method software. This work considered static simulations with a single-layer wafer geometry, since it is a first approach to the simulation of residual stresses. With the purpose of achieving that, three simulation types were performed. Simulation 1 applied the thermal loads as heating and cooling steps to a quadrant model. Simulation 2 added the birth and death technique with the purpose of representing the deposition of the thin film. Besides, it was split under the geometric model as flat axisymmetric section, curved axisymmetric section, i.e. with the initial curvature of the wafer, and curved quadrant model. On the other hand, simulation 3 generated the residual stresses by the activation of the contact between the thin film and the silicon dioxide layer, used as diffusive barrier. The simulation results were compared to calculated values from measurements performed by the methods of wafer curvature and X-ray diffraction. The comparison showed that the curved quadrant model allowed obtaining residual stresses and deflections closer to the calculated ones. In addition, the curved axisymmetric models allowed visualizing the residual stresses distribution in the layers and the substrate. Thus, the birth and death technique was useful to simulate the deposition of the thin film. The considerations described in this work can be used as input data for more complex simulations based on MEMS structures, Tesis

Debido a la alta actividad sísmica de la costa peruana, a la magnitud de los eventos sísmicos que se presentan y especialmente a las nuevas herramientas disponibles, los análisis dinámicos vienen cobrando mayor importancia en los diseños y análisis de estructuras en general. La presente tesis evalúa dinámicamente la estabilidad de los taludes de la Costa Verde en el distrito de Miraflores por el método de elementos finitos, al modelar secciones críticas de estos taludes en el programa GeoStudio 2004 (mediante sus aplicaciones QUAKE/W y SLOPE/W) y someterlos a la acción de cuatro sismos. Los sismos seleccionados, los mayores eventos de los años 1966, 1970, 1974 y 2006 cerca al lugar de análisis, fueron ingresados a GeoStudio 2004 en forma de registros de aceleraciones y tras ser aplicados al modelo numérico creado, fueron utilizados para determinar las resistencias post-sísmicas y las deformaciones permanentes en las secciones evaluadas. Estos resultados permitieron obtener un entendimiento general del comportamiento de los taludes durante y después del sismo, así como observar el efecto del mismo en la estabilidad de las estructuras analizadas. Como complemento a esta tesis se realizó un manual sobre el análisis dinámico de estabilidad de taludes por elementos finitos con GeoStudio 2004 (incluido en los anexos)., Tesis

El presente trabajo de investigación tiene como finalidad el estudio del comportamiento de fisuras en uniones soldadas, para lo cual se consideró conveniente seleccionar a la mecánica de fractura clásica y al método de los elementos finitos como los medios más adecuados para abordar este fenómeno. Durante el estudio se determinó el factor de intensidad de tensiones, que es un parámetro que caracteriza la tenacidad de la fractura en materiales de comportamiento lineal. Es posible distinguir que el trabajo contiene dos partes muy bien definidas. La primera parte consiste en la modelación bidimensional de especimenes fisurados, cuyas configuraciones son muy conocidas en el ámbito de la mecánica de fractura. La segunda parte consiste en volcar la experiencia adquirida y realizar la modelación tridimensional de una unión soldada de filete que contiene una fisura superficial en las aproximaciones del cordón de soldadura. Los resultados obtenidos de la modelación de ambas partes fueron comparados con valores analíticos de diferentes autores permitiendo determinar la factibilidad del análisis de la fractura elasto-lineal mediante un software de elementos finitos., Tesis

modelos numéricos son herramientas útiles para comprender el comportamiento de las estructuras. Sin embargo, contar con un modelo que se ajuste a la realidad es difícil debido a las variables que están en juego y a las simplificaciones que se asumen al construirlo. Para que un modelo sea confiable debe ser calibrado. Esta calibración se realiza comparando ciertos parámetros (por ejemplo las propiedades dinámicas) del comportamiento de la estructura real con los resultados del análisis numérico. Para identificar qué parámetros son los que tienen mayor influencia en el comportamiento de las estructuras es necesario llevar a cabo un análisis de sensibilidad. En este trabajo se presentan dos artículos publicados en congresos internacionales que muestran la calibración del modelo numérico de una estructura histórica ubicada en el sitio arqueológico de Chokepukio (Cusco-Perú). Esta estructura, que data de la época pre-inca (900-1300 dC), es un muro de albañilería de piedra asentada con mortero de barro. Los parámetros modales experimentales de la estructura se obtuvieron llevando a cabo una campaña experimental aplicando la técnica OMA (Operational Modal Analysis). El proceso de calibración se llevó a cabo utilizando un algoritmo de optimización de los parámetros que tenían mayor influencia en la respuesta dinámica de la estructura los cuales fueron identificados a través de un análisis de sensibilidad. El primer artículo titulado “OMA Tests and FEM Updating in Peruvian Archaeological Heritage: Chokepukio” fue presentado en el congreso del EVACES (Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures) realizado en la ciudad de Ouro Preto (Brasil, octubre 2013). En este artículo se desarrollaron tres modelos de elementos finitos usando el software SAP2000 y se calibró uno de ellos en base a los parámetros modales obtenidos en la campaña experimental. Los resultados de este trabajo sirvieron como herramienta preliminar para una posterior calibración automática. E, Tesis

Viele S augetiere nutzen Vibrissen als taktile Sinnesorgane, um sich in ihrer Umwelt zurechtzu nden. Besonders Nagetiere, die ihre Vordergliedma en neben dem Laufen auch zum Greifen nutzen, weisen h au g nahe des Handgelenks carpale Vibrissen auf. Uber diese ist bisher wenig bekannt. Damit technische Systeme mit taktilen Sensoren nach dem Vorbild carpaler Vibrissen ausgestattet werden k onnen, m ussen die Eigenschaften letzterer bekannt sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Beitrag zur dynamischen Charakterisierung der Vibrissen geleistet. Es werden zun achst ein analytisches Modell und ein Finite-Elemente-Modell zur Beschreibung der Vibrissenschwingung entwickelt. Sie dienen der Uberpr ufung der Messwerte und der Parameteridenti kation. Eine Modalanalyse konnte erfolgreich durchgef uhrt und die Ergebnisse mit den Messdaten verglichen werden. Anschlie end werden verschiedene Verfahren getestet und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet, die dynamischen Eigenschaften carpaler und mystacialer Vibrissen zu bestimmen. Die Vibrissenauslenkung wird optisch mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bzw. mittels Makrofotogra e dokumentiert. Die Auswertung der Daten erfolgt in Matlab. Ergebnisse lassen sich zum einen mittels einer einmaligen Auslenkung der Vibrisse mit einem Festk orper erzielen: Aus der freien, ged ampften Schwingung des Haars werden die Eigenfrequenz und der D ampfungsgrad ermittelt. Zum anderen kann mit der Anregung durch einen Schwingerreger der Amplitudengang bestimmt werden., Many mammals use whiskers to acquire information about their environment. Especially those rodents that use their forelimps not only for walking but also for climbing and handling food possess tactile hair near their wrists. Little is knwon about these so-called carpal vibrissae. In order to successfully implement vibrissa-like sensors in engineering applications, it is necessary to characterize the biological model. Within this thesis, an analytical and a nite element model are being developed in order to describe the oscillation of the vibrissa. Furtheron, they are to be used as reference for experimental data. A modal analysis is successfully implemented and the results were then compared to experimental data. In order to derive the ideal experimental setup for the characterization of carpal vibrissae, several approaches to the excitation of a single vibrissa are tested and evaluated. All experiments are documented optically, using either a high-speed camera or macro photography. Analysis of the data is conducted in Matlab. Two setups show promising performance: A one-time de ection of the vibrissa resulting in a free damped oscillation yields good results for both eigenfrequency and damping ratio while an excitation of the vibrissa via a vibration system leads to the amplitude response of the hair., Tesis

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ausarbeitung eines Schwingungsmodells von Spinnen-netzen und deren Umsetzung in der kommerziellen Software ANSYS Workbench 15. Der bis-herige Wissensstand des Systems Spinnennetz ist dazu ebenso eingeflossen wie Kenntnisse der Materialeigenschaften. Einem Überblick über den bisherigen Forschungsstand bezüglich den besonderen Eigenschaften der Spinnenseide und des Netzes folgen die mathematischen Grundlagen der Modellbildung. Im weiteren Verlauf beschäftigt sich die Arbeit mit dem Aufbau und der Erläuterung des Material- und Schwingungsmodells sowie der zu untersu-chenden Geometrie des Netzes. Es folgt die Implementierung in ANSYS. Zur Umsetzung und Analyse werden Randbedingungen aus der Literatur zusammengetragen und sinnvolle Annahmen getroffen. Es folgt eine Validierung des Finite-Elemente-Modells (FE-Modells) mit bisherigen Messungen. Mit Hilfe der Software LTSPICE und unter Nutzung elektrischer Analogien können fehlende Parameter bestimmt und in Ansys implementiert werden. Der Vergleich mit den Messergebnissen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung des FE-Modells. Mittels Parameterstudien kann der Einfluss verschiedener Größen auf die Schwingungs-frequenz einer symmetrischen Netzgeometrie nachgewiesen und quantifiziert werden. Im Anschluss erfolgen die Untersuchungen eines asymmetrischen Netzes sowie der Auswirkung unterschiedlicher Anregungspunkte auf den Schwingungsverlauf. Ergebnis dieser Arbeit ist ein belastbares und für weitere Untersuchungen nutzbares FE-Modell. Anregungen diesbe-züglich liefert die Arbeit im Ausblick. Des Weiteren werden weitere interessante Fragestel-lungen für zukünftige Forschungsaufgaben genannt., This work includes the development of a vibration model of spider webs and its implemen-tation in the commercial Finit element software ANSYS Workbench 15. The current state of the art of the system spider web will contribute to the model as well as the knowledge of material properties. An overview of the recent level of education concerning the particular characteristics of spider silk and the web will be followed by the mathematical foundati-ons of the modeling. During the further course the work deals with the establishment and explanation of the material and vibration model as well as the investigated geometry of the web. This will be followed by the implementation in ANSYS. For implementation and analysis, boundary conditions by literature are compiled and assumptions are taken. This will be followed by a validation of the Finit element model with previous measurements. Using the software LTSPICE and utilizing electrical analogies, missing parameters were de-termined and implemented in ANSYS. The comparison with the measurement results shows a very good agreement of the Finit element model. By means of parametric studies, the influences of various quantities on the oscillation frequency of a symmetrical web geometry are detected and quantified. Subsequently, an asymmetric web and the effect of different excitation points on the waveform are investigated. Result of this work is a robust and for further investigations applicable Finit element model. Related suggestions are provided in the outlook. Furthermore, other interesting questions for future research are mentioned., Tesis

El presente proyecto de tesis consiste en la simulación numérica de un proceso de soldadura, para tal fin se desarrolla un modelo termo-mecánico tridimensional con prescripción de temperatura basado en la hipótesis de desacople del proceso de soldadura en tres grandes campos (campo de temperaturas, campo de esfuerzos y deformaciones y campo de estado microestructural) y la influencia mutua que existe entre ellos. Se llevan a cabo dos estudios, primero un estudio térmico transitorio con el fin de obtener la historia térmica, la misma que luego servirá como carga externa (información de entrada) para el estudio mecánico no lineal, con el fin de alcanzar el principal objetivo que es conocer la historia de esfuerzos a lo largo del proceso y la magnitud de los esfuerzos residuales., Tesis

La finalidad de esta experiencia consiste en estudiar y efectuar comparaciones sobre el comportamiento sísmico estructural de dos muros de albañilería confinada, uno con peralte de columna de confinamiento de 20 cm (cubriendo el 17 de la longitud del muro) y el otro de 40 cm (cubriendo el 33 de la longitud del muro). Ambos muros presentarán conexión a ras con chicotes cada dos hiladas. Se busca además estudiar y establecer una comparación de los efectos que se producen en las interfases columnaalbañilería de cada uno de los muros. Los dos muros serán sometidos a ensayos de carga lateral cíclica con desplazamiento controlado. Además se procederá a realizar un análisis teórico mediante elementos finitos sobre el comportamiento de los dos muros de albañilería confinada. Para este estudio se optará por recurrir a valores tradicionales de las propiedades físicas y mecánicas de la albañilería confinada., Tesis

El desarrollo de una herramienta computacional basada en el método de elementos finitos (FEM) para modelar numéricamente el proceso de transporte de pulpas minerales en tuberías circulares horizontales es el tema principal en este trabajo. Las pulpas minerales son consideradas aquí como un fluido monofásico con propiedades reológicas de fluidos no Newtonianos. La herramienta computacional es implementada siguiendo un paradigma de programación orientada a objetos, usando C++ como lenguaje de programación principal, y una metodología de descomposición de dominio para su paralelización. La referida herramienta es validada realizando simulaciones numéricas de múltiples casos de estudio involucrando flujos de fluidos Newtonianos y no Newtonianos. En esta etapa de validación, errores máximos de 3% en tuberías circulares horizontales transportando pulpas minerales reales son obtenidos. Luego de ser validada, la herramienta computacional es utilizada para estudiar parámetros importantes en el diseño de sistemas de transporte de pulpas minerales. Más específicamente, parámetros relativos a la viscosidad, grado de concentración de partículas, velocidad de la fase continua y caída de presión son particularmente analizados. El principal aporte de este trabajo es el desarrollo de una nueva herramienta computacional basada en FEM para modelar adecuadamente flujos viscosos no Newtonianos, permitiendo resolver problemas prácticos de diseño de tuberías circulares horizontales transportando pulpas minerales reales. Además, comparado con otros enfoques paralelos reportados en la literatura, el utilizado aquí es relativamente fácil de implementar en herramientas de dinámica de fluidos computacional. Así, otra de las contribuciones de este trabajo es el desarrollo de un algoritmo en paralelo adecuado para herramientas basadas en FEM que modelen pulpas minerales. Finalmente, otra de las contribuciones de este trabajo está asociada con el estudio numérico por primera vez de pulpas mineral

El presente estudio analizó el comportamiento de las tuberías de acero de diámetros nominales desde 36” hasta 48” las cuales se encuentran enterradas en cruces de caminos mineros (Haul Road) sometidas a cargas superficiales de vehículos con carga bruta máxima de 625 toneladas (Peso bruto, incluye peso de material acarreado). Se desarrolló un análisis para determinar las variables más relevantes de una instalación que afectan los resultados de cálculo de esfuerzos y deflexiones por medio de un estudio paramétrico por el método de los elementos finitos. En general las zanjas se componen de una tubería apoyada sobre una cama de arena fina o material similar, por un relleno lateral instalado por medio de capas delgadas compactadas y un relleno superior compactado sobre la tubería. Para el estudio de la investigación se propuso un modelo de elementos finitos que considera la no linealidad del material de suelo, la no linealidad del contacto entre la tubería y el suelo, la no linealidad de la geometría del suelo y las cargas laterales residuales debido a la compactación de distintas capas del suelo durante la etapa constructiva y para su validación se utilizaron datos experimentales desarrolladas en el centro de investigación de infraestructuras enterradas (CUIRE) de la Universidad de Texas Arlington (UTA). El estudio demostró la importancia que tiene una adecuada selección de las propiedades de los materiales de suelos que componen una zanja, así como la importancia de considerar adecuadas condiciones de instalación de las tuberías a fin de obtener en lo posible menores costos de una instalación que permita tener esfuerzos en la tubería por debajo de los admisibles. Los mejores resultados se mostraron durante la variación del ancho de la zanja y la elección de materiales de relleno lateral con mayor grado de elasticidad, sin embargo, existen otros factores que podrían llegar a incrementar las deflexiones en la tubería tales como la variación de la altura de cama de tuber

La presente investigación tuvo como tema establecer fundamentos para el análisis aplicativo del método de los elementos finitos, orientado al análisis estructural bajo rango estático lineal y dar una breve introducción de su aplicación en un campo no lineal. Teniendo en cuenta que para la aplicación eficiente del método es necesario el uso de ordenadores, se desarrollaron diversos algoritmos de programación (diagramas de flujo). Acompañado a dichos algoritmos se dejan un conjunto de códigos base y una guía para la optimización de los mismos; como objetivo general se tiene formular una guía teórica-aplicativa detallada y conjunta para la aplicación de diversos tipos de elementos finitos usados en el análisis de sistemas estructurales. A partir de la base dejada en la presente tesis se espera que investigadores y/o profesionales que tengan interés en el tema puedan aplicar la metodología en otros campos como es el dinámico, elaborando programas o códigos más complejos. Al culminar la investigación algunas de las conclusiones a destacar son: La optimización de un código basado en elementos finitos juega un rol de vital importancia debido al gran número de bucles que estos conllevan. Gran parte de las publicaciones sobre el método de los elementos finitos que orienta su uso aplicativo mediante códigos, se olvidan del ciclo de desarrollo común del mismo, lo cual conlleva a una falsa complejidad del método. El uso de diagramas de flujo para interrelacionar la parte aplicativa con la teórica mejora considerablemente la comprensión que existe en el mismo., Tesis

El problema geotécnico referido al cálculo de la capacidad de carga en una zapata infinitamente larga se puede enfocar desde diversos puntos de vista en cuanto al método de solución a utilizar. Existen diversos métodos con los cuales se puede llegar a una estimación, sin embargo, cada una de estos posee diversas consideraciones, tanto en la satisfacción de las condiciones de equilibrio como en la compatibilidad del sistema. En este proyecto se analiza comparativamente la relación entre los valores de capacidad de carga para un suelo granular (GP) particular, mediante el método de los elementos finitos (FEM por sus siglas en inglés) y métodos analíticos, considerando variaciones tales como la profundidad de cimentación, la dimensión de la zapata o el modelo constitutivo del suelo (solo para el caso de elementos finitos). Se modeló el problema geotécnico empleando el programa PLAXIS para doce (12) zapatas diferentes. Asimismo, se estimó la diferencia entre la capacidad de carga considerando las diferentes formulaciones tanto de autores pioneros en el tema como Prandtl (1920) y Terzaghi (1948), además de autores posteriores como Meyerhof (1963), Hansen (1970), Vesić (1975) y Chen (1972). Finalmente, se definieron las principales diferencias entre los métodos empleados, las cuales refieren a la definición de estados de falla, la regla de flujo asociada (determinada por el parámetro de dilatancia) y el estado tensorial del problema. Asimismo, se precisaron tendencias en cuanto a la coincidencia entre los métodos analíticos con FEM, teniendo en cuenta las diversas variables mencionadas anteriormente.

Un semirremolque bombona se puede definir como un medio transporte remolcado el cual es usado para la distribución de materiales de diversa naturaleza; una aplicación bastante común es el transporte de explosivos líquidos conocidos con el nombre genérico de “emulsión matriz” hasta una capacidad de 26.5 m3; tales vehículos son fabricados por manufacturas al interior del territorio nacional. Tales unidades, que serán objeto de análisis, poseen por componentes principales el sistema de suspensión, encargado de absorber las perturbaciones externas del terreno; el chasis, que es la estructura que soporta las cargas dinámicas y estáticas de toda la unidad; y un cilindro cónico (Casco), quien es el que contiene el producto a transportar. El presente trabajo de investigación consiste en analizar mediante tres métodos las primeras frecuencias de resonancia mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF), cálculo analítico y un análisis modal experimental en campo, de la estructura de un semirremolque bombona. Esta unidad es fabricada, generalmente, mediante conocimientos empíricos, no existiendo un método de análisis ni normas de cálculo, sino más bien se opta por un diseño por semejanza. Por consiguiente, es desconocido, en nuestro medio local, el comportamiento mecánico real de tales unidades, lo cual se traduce a un desconocimiento de las frecuencias naturales y comportamiento dinámico de este tipo de vehículos. La finalidad de este trabajo es cotejar los resultados obtenidos mediante las tres formas de cálculo las primeras frecuencias de resonancia (Analíticos, FEM y experimental), además plantear las condiciones de borde más adecuadas y cercanas a la realidad para ser aplicadas en futuros estructuras de vehículos semejantes.

For the most demanding measurement tasks in force metrology flexure hinges in compliant mechanisms represent a key component. To enhance the mechanical properties of devices like weighing cells, the ability of precise modeling of flexure hinges is essential. The present scientific work focuses on the modeling of the mechanical behavior of a single flexure hinge subjected to geometric deviations and non-ideal loading conditions as those encountered in weighing cells. The considered hinge has a semi-circular contour and a large width compared to its minimum notch height. This geometry is modeled using the finite element method. Requirements for a trustworthy and efficient computation are elaborated under the consideration of geometric deviations for later parametric studies. Analytical expressions found in the literature are compared to numerical results to prove the validity of their assumptions for thin hinges. The model is used for studying the deviation of the stiffness in non-ideal flexure hinges. Sources of deviation are identified and described by parameters. The range of values for each parameter is chosen on the basis of available manufacturing technology. Influential parameters are identified through a sensitivity analysis. The effect of loading conditions is studied in the context of the application in weighing cells. For the enhancement of the overall sensitivity, the stiffness of the flexure hinges can be reduced. One option, the alteration of the geometry by adding a flexure strip in the center of the semi-circular flexure hinge is studied in comparison to existing analytical equations. The effects of ground tilts for a single loaded flexure hinge are investigated as a foundation for future modeling of a tilt insensitive state of a weighing cell mechanism (autostatic state). By adjusting the vertical position of the center of mass of the lever, the tilt sensitivity can be reduced to zero. An approach to find the position for this state is presented consi, Tesis