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This research focuses on assessing the mechanical strength feasibility of utilizing composite materials in the design of slotted flaps as a replacement for isotropic materials. Modern computational capabilities and software tools enable the analysis of both anisotropic and isotropic materials. However, it is imperative to consider several factors to ensure that the computational model accurately mirrors real-world scenarios. In the context of composite materials, this necessitates the comprehensive integration of anisotropic properties such as Young's modulus in different orientations, Poisson's coefficients, fiber orientation, and ply stacking. Additionally, precise delineation of each boundary condition and exploration of various simulation conditions are vital to prevent biases. To validate the developed models, they are rigorously compared with laboratory tests, establishing a robust basis for the obtained results., Esta investigación se centra en evaluar la viabilidad en términos de resistencia mecánica de utilizar materiales compuestos en el diseño de solapas ranuradas como reemplazo de materiales isotrópicos. Las capacidades computacionales y herramientas de software modernas permiten el análisis tanto de materiales anisotrópicos como isotrópicos. Sin embargo, es imperativo considerar varios factores para asegurarse de que el modelo computacional refleje con precisión situaciones del mundo real. En el contexto de materiales compuestos, esto requiere la integración completa de propiedades anisotrópicas como el módulo de Young en diferentes orientaciones, coeficientes de Poisson, orientación de fibras y apilamiento de capas. Además, es vital delinear con precisión cada condición de contorno y explorar diversas condiciones de simulación para evitar sesgos. Para validar los modelos desarrollados, se comparan rigurosamente con pruebas de laboratorio, estableciendo una base sólida para los resultados obtenidos.

Este artículo presenta la aplicación de una red neuronal artificial (RNA) para el desarrollo de un modelo capaz de predecir la fracción volumétrica de un flujo bifásico compuesto por agua y aceite mineral en una tubería horizontal. Se utilizan las velocidades superficiales de cada fluido y el diferencial de presión en la tubería como parámetros de entrada de la red neuronal artificial multicapa con retropropagación, mientras que la fracción volumétrica de los fluidos se utiliza como parámetro de salida en el entrenamiento de la misma. Los 56 datos experimentales con los que se trabajó se obtuvieron en el laboratorio LabPetro - CEPETRO-UNICAMP. Los resultados que arrojó el modelo predictivo con mejor rendimiento presentan un error absoluto medio porcentual (AAPE) de 3,01 % y un coeficiente de determinación de 0,9964 utilizando 15 neuronas en la capa oculta de la red y la función de transferencia TanSig., This paper presents the application of an artificial neural network (ANN) to develop a model able to predict the holdup of a two-phase flow composed of water and mineral oil in a horizontal pipe. The surface velocities of each fluid and the pressure differential in the pipe are used as input parameters of the multi-layer artificial neural network with back-propagation, while the volumetric fraction of the fluids is used as an output parameter in the training. The 56 experimental data were obtained in the laboratory LabPetro-CEPETRO-UNICAMP. The results of the predictive model with the best performance show a mean absolute error (AAPE) of 3.01 % and a coefficient of determination R^2 of 0.9964, using 15 neurons in the hidden layer of the network and the TanSig transfer function.

A methodology based on digital rock physics is proposed for a group of tomographic images taken from a core of sandstone extracted from an oil well, considering an anisotropic model of the material during the segmentation process. The rock sample, provided by the Colombian Petroleum Institute, is composed mainly of minerals such as quartz and calcite. First, a three-dimensional model is generated from the tomographic images. Then, a finite element mesh is created considering a material model that relates density and elastic modulus with the Hounsfield scale. Finally, a parametric study of the numerical model is performed and the results are compared with the reference values. Three different tests are proposed for the evaluation of elastic properties, where the minerals are studied individually (quartz and calcite) and as a composite (sandstone). The results of these tests are compared with reference values, showing difference percentages between 3 - 10% for the elastic modulus and between 0.7 - 2.1% for the Poisson's ratio., Se propone una metodología basada en la física de roca digital para un grupo de imágenes tomográficas tomadas de un núcleo de arenisca extraído de un pozo de petróleo, considerando un modelo anisotrópico del material durante el proceso de segmentación. La muestra de roca, proporcionada por el Instituto Colombiano del Petróleo, está compuesta principalmente por minerales como el cuarzo y la calcita. Primero, se genera un modelo tridimensional a partir de las imágenes tomográficas. Luego, se crea una malla de elementos finitos considerando un modelo de material que relaciona la densidad y el módulo elástico con la escala Hounsfield. Finalmente, se realiza un estudio paramétrico del modelo numérico y los resultados se comparan con los valores de referencia. Se proponen tres ensayos diferentes para la evaluación de 2 propiedades elásticas, donde los minerales se estudian individualmente (cuarzo y calcita) y como compuesto (arenisca). Los resultados de estas pruebas se comparan con valores de referencia, mostrando porcentajes de diferencia entre 3 - 10% para el módulo de elasticidad y entre 0,7 - 2,1% para el coeficiente de Poisson.

En este trabajo, se estudiaron las propiedades mecánicas, composición química y la morfología superficial de recubrimientos de hidroxiapatita, depositados mediante deposición por láser pulsado sobre sustratos de Ti6Al4V fabricados por electron beam melting, variando la energía de deposición. Los ensayos de microindentación e indentación realizados de acuerdo con la norma ASTM E384-17, permitieron obtener valores de dureza y microdureza promedios. Para la evaluación de las propiedades del recubrimiento del sustrato se empleó microscopia electrónica de barrido, obteniendo así valores promedio de tamaño de formación de partículas de hidroxiapatita del recubrimiento. La composición química se obtuvo del análisis por espectroscopia de rayos X por energía dispersiva. Se evaluaron características importantes que indican la incidencia de los parámetros de deposición con respecto a las propiedades mecánicas, morfológicas y composición química del recubrimiento biocompatible sobre partes producidas mediante manufactura aditiva para su uso en implantes óseos., In this work, the mechanical properties, chemical composition, and surface morphology of hydroxyapatite coatings deposited by pulsed laser deposition on Ti6Al4V substrates manufactured by electron beam melting, varying the deposition energy, were studied. The microindentation and indentation tests carried out following the ASTM E384-17 standard allowed to obtain average hardness and microhardness values. Scanning electron microscopy was used to evaluate the substrate coating properties, thus, obtaining average grain size values of the hydroxyapatite coating. Chemical composition resulted from energy-dispersive X-ray spectroscopy analysis. Important characteristics that indicate the incidence of deposition parameters regarding the mechanical and morphological properties of the biocompatible coating on parts produced by additive manufacturing for use in bone implants were evaluated.

The oil and gas sector has recently shown an interest in hydrodynamic cavitation for oil enhancement, as it allows reducing transportation and refinement costs. This work presents a fluid-dynamic study of Colombian oil at different temperatures passing through a vortex reactor. First, an experimental design was elaborated, establishing the temperature and quantity of the injected hydrogen donor as factors and the final viscosity of oil as the response. Then, a numerical model was developed in the Ansys Fluent software using multiphase models, where the required properties of the fluid were obtained via laboratory tests and the Aspen HYSYS software. The results obtained from numerical experimentation were analyzed, and it was observed that the final viscosity was less affected by the temperature than by the hydrogen donor. Moreover, numerical modeling showed an exponential relation between vapor generation and temperature. The experimental and numerical data were compared, and it was found that the temperatures established in the experimental design were not high enough to generate a significant amount of vapor, which is why the decrease in viscosity was lower., Últimamente, el sector de petróleo y gas ha mostrado interés en la cavitación hidrodinámica para la mejora del petróleo, ya que esta permite reducir los costos de transporte y refinamiento. Este trabajo presenta un estudio fluidodinámico de petróleo colombiano a diferentes temperaturas mientras pasa por un reactor vórtice. Primero se realizó un diseño experimental, estableciendo la temperatura y la cantidad de donante de hidrógeno inyectado como factores y la viscosidad final del aceite como respuesta. Luego se desarrolló un modelo numérico en el software Ansys Fluent utilizando modelos multifase, donde se obtuvieron las propiedades requeridas del fluido mediante pruebas de laboratorio y el software Aspen HYSYS. Se analizaron los resultados de la experimentación numérica y se observó que la viscosidad final se vio menos afectada por la temperatura que por el donante de hidrógeno. Asimismo, el modelado numérico mostró una relación exponencial entre la generación de vapor y la temperatura. Se compararon los datos experimentales y numéricos, y se encontró que las temperaturas establecidas en el diseño experimental no eran lo suficientemente altas para generar una cantidad significativa de vapor, por lo que la reducción de la viscosidad fue menor.

Electron beam fusion (EMB) is an Additive manufacturing (AM) technique used to produce parts by melting metal powder layer by layer with an electron beam under high vacuum conditions, thus generating a 3D topology that allows complex configurations that are very difficult to obtain with conventional manufacturing methods. This paper describes the low cycle fatigue behavior for samples of Ti-6Al-4V alloy obtained by EBM and its extension to high cycle fatigue. Cylindrical specimens machined under the ASTM E8 were used, then they were subjected to tensile tests, on a universal MTS Bionix® machine. The results allowed to establish the static conditions: yield stress of 1023 MPa, and a maximum stress of 1143 MPa, as well as a maximum strain of 13%. Fatigue tests were performed at approximately a load inversion ratio R = -1 under controlled displacement. The range of cycles to breakdown was up to 13335 cycles. These results were plotted in a strain vs. number of cycles to failure (Ɛ -Nf) curve using two versions of the Coffin-Manson rule. The two rules are rules for Ti and Al alloys and one of these is exclusive for Ti-6Al-4V alloys printed by AM. Finally, high cycle fatigue data for the same alloy and manufactured by EBM were appended to data from this research seeking an adjustment to a Manson-Coffin-Basquin model-type-of rule, which resulted in εt= 0.0364N -0.148., La fabricación aditiva de fusión de haz de electrones o EMB, es una técnica usada para fabricar piezas fundiendo polvo metálico capa por capa con un haz de electrones en condiciones de alto vacío, generando así una impresión en 3D que permite obtener configuraciones complejas muy difíciles de obtener con métodos convencionales de fabricación. En esta investigación se estudia la caracterización a la fatiga a bajos ciclos para muestras de aleación Ti-6Al-4V obtenida por EBM y su extensión a la fatiga de altos ciclos. Se utilizan probetas cilíndricas mecanizadas bajo la norma ASTM E8, luego estas fueron sometidas a ensayos de tracción, en una maquina universal MTS Bionix®. Los resultados permitieron establecer las condiciones estáticas: esfuerzo de fluencia de 1023 MPa, y un esfuerzo máximo de 1143 MPa, a su vez una deformación unitaria máxima del 13%. Los ensayos de fatiga fueron realizados a aproximadamente una relación de inversión de carga R=-1 bajo desplazamiento controlado. El rango de ciclos a la ruptura se llevó hasta 13335 ciclos. Estos resultados se graficaron bajo la curva deformación unitaria vs número de ciclos a la falla (Ɛ -Nf) usando dos versiones de la regla de Coffin-Manson. Estas dos reglas son reglas para aleaciones de Ti y Al y una de estas es exclusiva para aleaciones Ti-6Al-4V impresas por manufactura aditiva. Finalmente, datos de fatiga a altos ciclos, para la misma aleación y fabricada bajo el mismo proceso, se juntan con datos de esta investigación para ajustarlos a una regla tipo modelo de Manson-Coffin-Basquin, la cual arrojó como resultado εt= 0.0364N -0.148.

Composite materials are widely used in aerospace applications due to their good mechanical properties such as low density and good resistance, due to their versatility it is possible to design different configurations making it difficult to find the optimal option. The objective of this work is to compare different laminates on the wing surface, the advantage of using structural elements such as spars and ribs, also to see the influence on the results of different load simplifications. In the study, the finite element analysis technique is used to find the best characteristics regarding resistance, deformation, and failure modes under the established conditions. The analysis showed that the best load simplification is a decreasing distributed load along the pressure center, the best surface laminate is [45/0/0/45] with carbon fiber cloth with a maximum displacement of 15.27 mm, the spar presented a 29.6% decrease in maximum displacement and the ribs did not represent a significant change in the structural response., Los materiales compuestos son muy usados en aplicaciones aeroespaciales por sus buenas propiedades mecánicas, como baja densidad y alta resistencia. Debido a su versatilidad es posible diseñar diferentes configuraciones, haciendo complejo encontrar la opción óptima de diseño del material compuesto. El objetivo de este trabajo es comparar diferentes laminados en la superficie del ala, analizar la ventaja de usar elementos estructurales como largueros y costillas y, además, ver la influencia en el diseño de diferentes simplificaciones de carga. En este estudio se utiliza la técnica de análisis de elementos finitos para encontrar las mejores características respecto a resistencia, deformación y modos de falla bajo las condiciones establecidas. El análisis mostró que la mejor simplificación de carga es una distribuida a lo largo del centro de presiones, el mejor laminado en la superficie es [45/0/0/45], con tela de fibra de carbono, el cual presentó un desplazamiento máximo de 15,27 mm. El uso del larguero presentó una disminución de 29,6% en el desplazamiento máximo, y las costillas no representaron un cambio significativo en la respuesta estructural.

Composite materials are widely used in aerospace applications due to their good mechanical properties such as low density and good resistance, due to their versatility it is possible to design different configurations making it difficult to find the optimal option. The objective of this work is to compare different laminates on the wing surface, the advantage of using structural elements such as spars and ribs, also to see the influence on the results of different load simplifications. In the study, the finite element analysis technique is used to find the best characteristics regarding resistance, deformation, and failure modes under the established conditions. The analysis showed that the best load simplification is a decreasing distributed load along the pressure center, the best surface laminate is [45/0/0/45] with carbon fiber cloth with a maximum displacement of 15.27 mm, the spar presented a 29.6% decrease in maximum displacement and the ribs did not represent a significant change in the structural response., Los materiales compuestos son muy usados en aplicaciones aeroespaciales por sus buenas propiedades mecánicas, como baja densidad y alta resistencia. Debido a su versatilidad es posible diseñar diferentes configuraciones, haciendo complejo encontrar la opción óptima de diseño del material compuesto. El objetivo de este trabajo es comparar diferentes laminados en la superficie del ala, analizar la ventaja de usar elementos estructurales como largueros y costillas y, además, ver la influencia en el diseño de diferentes simplificaciones de carga. En este estudio se utiliza la técnica de análisis de elementos finitos para encontrar las mejores características respecto a resistencia, deformación y modos de falla bajo las condiciones establecidas. El análisis mostró que la mejor simplificación de carga es una distribuida a lo largo del centro de presiones, el mejor laminado en la superficie es [45/0/0/45], con tela de fibra de carbono, el cual presentó un desplazamiento máximo de 15,27 mm. El uso del larguero presentó una disminución de 29,6% en el desplazamiento máximo, y las costillas no representaron un cambio significativo en la respuesta estructural.

Additive manufacturing (AM), and more specifically 3D printing, has started a revolution in the manufacturing industry by providing production capabilities for parts that were impossible to produce a few years ago. A recent technology, developed by Markforged, has raised these capabilities to a new level by allowing the printing of polymer matrix composites with continuous fiber reinforcement. However, as this is a new manufacturing method, there is no consolidated model to predict the mechanical characteristics or failure modes they present when subjected to loads. The present work gathers the studies on the damage and progressive failure in composite materials with long fibers produced by additive manufacturing., La fabricación aditiva (AM), y más específicamente la impresión 3D, ha comenzado una revolución de la industria de la manufactura al proporcionar capacidades de producción para piezas que eran imposibles de fabricar hace algunos años. Una tecnología bastante reciente, desarrollada por Markforged, ha elevado estas capacidades a un nuevo nivel al permitir la impresión de compuestos de matriz polimérica con refuerzo continuo de fibra. Sin embargo, por ser este un método nuevo de fabricación, no existe un modelo consolidado para predecir las características mecánicas ni los modos de falla que presentan al estar sometidas a cargas. El presente trabajo recoge los estudios sobre el daño y falla progresiva en materiales compuestos de fibras largas producidos por manufactura aditiva.

In this study, a novel technique for multiple damage detection of structures using modal characterization to evaluate the dynamic response of the structure given a damage model is investigated. The damage identification problem is seen as an optimization problem to be solved using a firefly optimization algorithm. The objective function is based on a numerical damage model that considers the modal response of the structures. We show some implementation details and discuss the obtained results for a benchmark problem used to assess the performance of the method and its advantages for structural health monitoring., En este estudio, se investiga una técnica novedosa para la detección de daños múltiples de estructuras mediante la caracterización modal para evaluar la respuesta dinámica de la estructura dado un modelo de daño. El problema de identificación de daños se plantea como un problema de optimización que se resuelve utilizando un algoritmo de optimización tipo firefly. La función objetivo se basa en un modelo de daño numérico que considera la respuesta modal de las estructuras. Mostramos algunos detalles de implementación y discutimos los resultados obtenidos para un problema de referencia utilizado para evaluar el rendimiento del método y sus ventajas para el monitoreo de la salud estructural.

La manufactura aditiva es un método de fabricación reciente en el que la pieza se produce capa por capa a partir de un modelo CAD 3D. En este trabajo, presentamos la caracterización mecánica del Fusion Deposition Modeling (FDM) aplicada a partes compuestas hechas por una matriz de nailon con dos tipos de refuerzos de fibra: fibra de carbono o fibra de vidrio. A partir de la microestructura obtenida, se realiza una división de la parte compuesta en regiones, y se encuentran matrices de rigidez individuales utilizando un modelo isotrópico elástico lineal, para el caso de relleno de matriz sólida, o un modelo elástico ortotrópico lineal basado en resultados micromecánicos. Luego, se emplea un método de rigidez promedio de volumen para realizar la caracterización de la parte completa. Los resultados teóricos se comparan con los datos experimentales, mostrando una buena concordancia en ambos casos. Esta investigación permite la predicción del comportamiento estructural de las piezas compuestas de fabricación aditiva., Additive Manufacturing is a novel manufacturing method in which the part is produced layer by layer from a 3D CAD model. In this work, we present the mechanical characterization of Fusion Deposition Modeling (FDM). Composite parts made by a nylon matrix with two kinds of fiber reinforcements: carbon fiber or fiberglass. From the obtained microstructure, we perform a division of the composite part in regions, and individual stiffness matrices are encountered by either using a linear elastic isotropic model, for the case of solid matrix filling, or an orthotropic linear elastic model based on micromechanical results. Then, a volume average stiffness method is employed to perform the characterization of the whole part. The theoretical results are compared with the experimental data, showing good agreement for both cases. This research allows the prediction of the structural behavior of additive manufacturing 2composite parts.