Search

Proceeding of: 20th International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’22), Vigo (Spain), 27th to 29th July 2022. Longitudinal supports have a key role in solar central receivers, preventing tubes from excessive deflection. In this work, its influence on tube deflection and thermo-mechanical stresses has been studied. In exiting literature, the longitudinal supports are not modelled when the behaviour of solar receiver tubes is studied. In this research, they have been considered developing numerical models using a finite element analysis software. To carry out the analysis, a new geometry of the metal sheet attached to the receiver tubes has been proposed. With this new shape, different cases have been studied, varying the separation between supports and their size to study its impact on stress and deflection in the tubes. Results have shown that extremely rigid supports may induce additional stress in the receiver tube. With the geometry considered in this research, supports do not cause additional mechanical stress in tubes. Small supports are preferred to bigger ones due to the stresses arisen in the own support. This research has been funded by the Spanish Goverment under the projects RTI2018-096664-B-C21 and RTI2018-096664-B-C22 (FEDER/Ministerio de Ciencia e Innovación-Agencia Estatal de Investigación). Publicado

Jornada de Innovación Docente: resultados y estrategias, celebrada el 22 de junio de 2016 en la Universidad Carlos III de Madrid, donde se presentan algunos de los proyectos de innovación docente del curso 2015-2016.

Proceeding of: 19th DYMAT Technical Meeting: Dynamic Mechanical Behaviour of Polymers and Composites, Strasbourg, France, 1-3 December 2010 In this work an analytical model has been developed in order to predict the residual velocity of a spherical or cylindrical steel projectile, after impacting into a woven carbon/epoxy thin laminate. The model is based in an energy balance, in which the kinetic projectile energy is absorbed by the laminate through three different mechanisms: linear momentum transfer, fiber failure and laminate crushing. This last mechanism needs the quantification of the through-thickness compressive strength, which has been evaluated by means of quasi-static punch tests. Finally, high velocity impact tests have been accomplished in a wide range of velocities, to validate the model. Authors would like to acknowledge to the Center for the Development of Industrial Technology (CDTI) of Spain and to the company AERNNOVA Aerospace for the financial support of this research.

El grupo de investigación en Mecánica de Materiales Avanzados del Departamento de Mecánica de Medios Continuos de la Universidad Carlos III de Madrid (España) ofrece su experiencia en el análisis y modelización del comportamiento frente a impacto de alta y baja velocidad de elementos estructurales fabricados con materiales compuestos. Su investigación está orientada tanto al análisis numérico como al desarrollo de metodologías experimentales no convencionales.

Mechanics of Advanced Materials research group (Department of Continuum Mechanics and Structural Analysis) of the University Carlos III of Madrid (Spain) offers their experience in the analysis and modelization of high and low velocity impact behaviour of composite structures. Their research focuses on both numerical analysis and non-standard experimental methodologies).

16TH International Conference on Composite Materials (ICCM-16), Kyoto, Japan, Jul 8-13, 2007 This work investigates the effect that a biaxial preload causes on woven laminate panels of glass fibre and polyester matrix subjected to high-velocity transversal impact. For this, an existing analytic model based on energy considerations was used, this being modified to include the presence of a preload. The results of the analytic model for the biaxial preload state were compared with the results found for the free state of preload. Minimal difference was found between the two results. Therefore, numerical simulations were made to order to study the effect of the preload in greater detail; furthermore, experimental tests were made, validating the analytic and numerical model. In general, the two methods revealed minimal differences between the values of the ballistic limit and those of the residual velocity. The Spanish Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología(Project MAT2001-0735)

This work examines the behaviour of glass/polyester panels under high-velocity impact. A theoretical analysis of the problem by an engineering model based on energy balance is validated by experimental impact tests. A gas gun was used for the tests, firing high-velocity projectiles against the panels. With the analytical model, the energy absorbed by the glass/polyester panels on impact (at velocities of 140 - 525 m/s) is calculated, and therefore the residual velocity of the projectile and the ballistic limit. Both these variables are very close to the results of the experimantal tests. Comunidad Autonoma de Madrid from Spain (Project GR/MAT/0498/2004) Publicado

5 pages, 13 figures. [EN] A polymeric material loaded with ceramic particles was developed and its static and impact behaviors were determined. A vinylester resin, used as matrix, was reinforced with alumina or silicon carbide particles. These particles, with mean sizes between 1.5 and 4.5 mm, are cheap and readily obtainable. The manufacturing process produced tiles with a high percentage of ceramic particles (up to 80% by weight) and low porosity. The static compressive behavior of the composite was examined to consider various factors: ceramic fraction, particle size, material of particles and temperature. A higher volumetric fraction of particles produces an increase of stiffness and raises the yield stress of the composite; the influence of size of particles is not determinant. High temperatures produces a decrease of the mechanical properties. The efficiency of this low-cost material is halfway between that of the conventional metallic materials and the monolithic ceramic tiles used in lightweight protection. [ES] En este trabajo se presenta el proceso de fabricación de un material compuesto de matriz polimérica y carga cerámica, su caracterización mecánica estática y su comportamiento frente a impacto. Como matriz se ha empleado una resina viniléster y como carga cerámica se han empleado partículas de alúmina y carburo de silicio. Estas partículas, con un tamaño medio comprendido entre 1.5 mm y 4.5 mm, presentan bajo coste y alta disponibilidad. La compactación uniaxial permitió obtener losetas con un elevado porcentaje de partículas cerámicas (hasta el 80% en peso) y baja porosidad. Se han realizado ensayos de compresión estática sobre el material desarrollado para analizar la influencia de varios factores: fracción volumétrica de partículas, tamaño de partícula, material de las partículas y temperatura. La resistencia a compresión cuasiestática del nuevo material compuesto se incrementa al aumentar la fracción volumétrica de partículas, siendo prácticamente independiente del tamaño de éstas, en el rango granulométrico considerado. El incremento de la temperatura supone una disminución en las propiedades cuasiestáticas. El bajo coste del material desarrollado justifica su aplicación en protecciones que requieran de una eficiencia frente a impacto intermedia entre la correspondiente a placas metálicas y a los paneles cerámica/metal. Los autores desean expresar su agradecimiento a la Comunidad Autónoma de Madrid por la financiación del Proyecto 07N/0004/1998 que ha permitido la realización de este trabajo. Publicado

Los receptores centrales solares son sistemas complejos bajo condiciones de trabajo severas: el flujo de calor cíclico durante el día que causa estrés térmico, y el contacto con un fluido corrosivo, que circula a través de los tubos que componen los paneles del receptor. Las condiciones de contorno mecánicas de estos tubos, fuertemente hiperestáticas y que evitan su flexión, inducen importantes tensiones en la estructura. Bajo estas condiciones de trabajo, los tubos pueden sufrir de fatiga, fluencia y altas tensiones de origen térmico. Esta tesis doctoral profundiza en la caracterización de las tensiones térmicas en los receptores solares tubulares, explorando sus causas y encontrando las condiciones que más influyen en las mismas. El objetivo de esta tesis doctoral es proporcionar una visión más detallada del problema de las tensiones térmicas en los receptores solares tubulares, dando recomendaciones y herramientas de análisis para el proceso de diseño de dichos receptores. Concretamente, se han estudiado receptores solares centrales de tipo cilíndrico, ubicados en la parte superior de una torre, y rodeados de espejos. Estos espejos, llamados heliostatos, redirigen la radiación solar hacia el receptor. En primer lugar, se han presentado las condiciones de contorno que afectan a las tensiones térmicas, junto con la descripción del problema estudiado, correspondiente a una planta de energía solar real. Se introduce la metodología numérica utilizada en esta tesis doctoral para calcular las tensiones térmicas, y se verifica con las metodologías analíticas existentes. Las condiciones de contorno térmicas en el tubo se calculan previamente con modelos analíticos existentes, y son introducidas en el modelo numérico. Se ha comparado la tensión existente en tubos con condiciones de contorno mecánicas que impiden su flexión, y en tubos sujetos a la estructura del receptor mediante soportes longitudinales, denominados clips. Además, se ha estudiado la influencia de las variaciones de temperatura (radiales, circunferenciales y longitudinales) en la tensión. También se presenta el estudio de la variación de las tensiones térmicas en un receptor central solar durante su ciclo diario de funcionamiento. Los mencionados estudios ponen de manifiesto la influencia de la variación circunferencial de temperatura, causante de la flexión de los tubos, y como las condiciones de contorno mecánicas impiden dicha flexión, aumentando así la tensión. A continuación, se ha desarrollado un modelo analítico que reduce el coste computacional en comparación con los modelos numéricos, empleando el método matricial de la rigidez. Para las diferentes estrategias de apuntamiento de los helióstatos, este modelo se utiliza para calcular la tensión térmica y el desplazamiento en los tubos del receptor, en función del número de apoyos longitudinales. Cuando la distancia entre soportes es reducida, las metodologías analíticas que emplean la hipótesis de deformación plana generalizada son capaces de calcular correctamente la tensión térmica a lo largo del tubo. Los mayores desplazamientos en el tubo aparecen en los extremos, sobre todo cuando los heliostatos apuntan a los bordes del receptor. Para separaciones pequeñas entre los apoyos, apuntar los heliostatos hacia el ecuador del receptor reduce el desplazamiento máximo, a costa de aumentar la tensión térmica. El estudio previo de las estrategias de apuntamiento óptimas puede que homogenicen el flujo de calor a lo largo del tubo reduciría la tensión y los desplazamientos en el receptor. También se ha analizado la posibilidad de colocar los apoyos no uniformemente espaciados a lo largo del tubo, para reducir su deformación. La ubicación de los apoyos debe ser estudiada cuidadosamente para cada estrategia de apuntamiento, siendo en los extremos del tubo donde se suele localizar los desplazamientos máximos, especialmente cuando la distancia entre los apoyos es pequeña. Empleando apoyos no uniformemente espaciados, es posible reducir el desplazamiento máximo en el tubo. Finalmente, se ha considerado la geometría de estos soportes longitudinales en los modelos. Se ha estudiado su influencia mediante modelos numéricos en las tensiones térmicas y el desplazamiento de los tubos, considerando distintos tamaños de los soportes. Los resultados han sido comparados con el modelo analítico, en el que se ha intentado reflejar el tamaño de los soportes de forma simplificada. También se ha considerado la posibilidad de que existan pérdidas de calor a través de los apoyos longitudinales. Dicho estudio se ha realizado empleando varios modelos numéricos, obteniendo la distribución de la temperatura y las tensiones térmicas consiguientes. Aunque hay cierta reducción de la temperatura en la parte posterior de los tubos, no se observan cambios notables en las tensiones térmicas cuando la forma de los soportes longitudinales es considerada. Solar central receivers are complex systems under severe working conditions: cyclic heat flux during the day that causes thermal stress, and the contact with a corrosive fluid, which flows through the tubes which compose the receiver panels. The boundary mechanical boundary conditions of the receiver tubes are highly hyperstatic, preventing the tube bending and the panel warpage. Under these working conditions, tubes can suffer from fatigue, creep, and thermal stress problems. This doctoral dissertation deepens in the thermal stresses characterization in tubular solar receivers, exploring its causes and finding the conditions that influence the most in the thermal stresses. The aim of this doctoral thesis is to provide a more detailed insight into the thermal stress problem in solar tubular receivers, giving recommendations and analysis tools for the design process of those receivers. Firstly, the boundary conditions that affect thermal stresses, along with the studied problems from a real solar power plant are presented. The numerical methodology used in this doctoral thesis to calculate the thermal stresses is introduced, and it is verified with existing analytical methodologies. The influence of temperature variations (radial, circumferential, and longitudinal) in thermal stress has been studied. The study of thermal stresses variation in a solar central receiver during its daily operation is also presented. This study highlights the influence of the mechanical boundary conditions and the circumferential temperature variation in the thermal stress of the tubes. An analytical model that reduces the computation cost compared with numerical models has been developed. For different heliostat aiming strategies, this model is used to calculate the thermal stress and deflection of the receiver tubes, as a function of the number of longitudinal supports. The use of non-uniformly spaced supports to reduce the tube deflection is also analyzed. The location of the supports has to be carefully studied for each aiming strategy, being the tube ends where maximum deflection is usually located when the distance between supports is small. When the distance between supports is small, generalized plane strain methodologies calculate the thermal stress along the tube accurately. Finally, the shape of those longitudinal supports has been taken into account. Their geometry has been added to the numerical model to study the influence in the thermal stresses and tube deflection, for different sizes. Analytical results trying to mirror those boundary conditions have been compared. The possibility of heat losses through the supports has been also considered. It was been studied with several numerical models, obtaining the temperature distribution and the consequent thermal stresses. Although there is some temperature reduction in the rear are of the tubes, no remarkable changes in the thermal stresses can be observed when supports shape is considered. Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial por la Universidad Carlos III de Madrid Presidente: Jacobo Porteiro Fresco.- Secretario: José Alfonso Artero Guerrero.- Vocal: Jesús Fernández Reche

Los receptores centrales solares son sistemas complejos bajo condiciones de trabajo severas: el flujo de calor cíclico durante el día que causa estrés térmico, y el contacto con un fluido corrosivo, que circula a través de los tubos que componen los paneles del receptor. Las condiciones de contorno mecánicas de estos tubos, fuertemente hiperestáticas y que evitan su flexión, inducen importantes tensiones en la estructura. Bajo estas condiciones de trabajo, los tubos pueden sufrir de fatiga, fluencia y altas tensiones de origen térmico. Esta tesis doctoral profundiza en la caracterización de las tensiones térmicas en los receptores solares tubulares, explorando sus causas y encontrando las condiciones que más influyen en las mismas. El objetivo de esta tesis doctoral es proporcionar una visión más detallada del problema de las tensiones térmicas en los receptores solares tubulares, dando recomendaciones y herramientas de análisis para el proceso de diseño de dichos receptores. Concretamente, se han estudiado receptores solares centrales de tipo cilíndrico, ubicados en la parte superior de una torre, y rodeados de espejos. Estos espejos, llamados heliostatos, redirigen la radiación solar hacia el receptor. En primer lugar, se han presentado las condiciones de contorno que afectan a las tensiones térmicas, junto con la descripción del problema estudiado, correspondiente a una planta de energía solar real. Se introduce la metodología numérica utilizada en esta tesis doctoral para calcular las tensiones térmicas, y se verifica con las metodologías analíticas existentes. Las condiciones de contorno térmicas en el tubo se calculan previamente con modelos analíticos existentes, y son introducidas en el modelo numérico. Se ha comparado la tensión existente en tubos con condiciones de contorno mecánicas que impiden su flexión, y en tubos sujetos a la estructura del receptor mediante soportes longitudinales, denominados clips. Además, se ha estudiado la influencia de las variaciones de temperatura (radiales, circunferenciales y longitudinales) en la tensión. También se presenta el estudio de la variación de las tensiones térmicas en un receptor central solar durante su ciclo diario de funcionamiento. Los mencionados estudios ponen de manifiesto la influencia de la variación circunferencial de temperatura, causante de la flexión de los tubos, y como las condiciones de contorno mecánicas impiden dicha flexión, aumentando así la tensión. A continuación, se ha desarrollado un modelo analítico que reduce el coste computacional en comparación con los modelos numéricos, empleando el método matricial de la rigidez. Para las diferentes estrategias de apuntamiento de los helióstatos, este modelo se utiliza para calcular la tensión térmica y el desplazamiento en los tubos del receptor, en función del número de apoyos longitudinales. Cuando la distancia entre soportes es reducida, las metodologías analíticas que emplean la hipótesis de deformación plana generalizada son capaces de calcular correctamente la tensión térmica a lo largo del tubo. Los mayores desplazamientos en el tubo aparecen en los extremos, sobre todo cuando los heliostatos apuntan a los bordes del receptor. Para separaciones pequeñas entre los apoyos, apuntar los heliostatos hacia el ecuador del receptor reduce el desplazamiento máximo, a costa de aumentar la tensión térmica. El estudio previo de las estrategias de apuntamiento óptimas puede que homogenicen el flujo de calor a lo largo del tubo reduciría la tensión y los desplazamientos en el receptor. También se ha analizado la posibilidad de colocar los apoyos no uniformemente espaciados a lo largo del tubo, para reducir su deformación. La ubicación de los apoyos debe ser estudiada cuidadosamente para cada estrategia de apuntamiento, siendo en los extremos del tubo donde se suele localizar los desplazamientos máximos, especialmente cuando la distancia entre los apoyos es pequeña. Empleando apoyos no uniformemente espaciados, es posible reducir el desplazamiento máximo en el tubo. Finalmente, se ha considerado la geometría de estos soportes longitudinales en los modelos. Se ha estudiado su influencia mediante modelos numéricos en las tensiones térmicas y el desplazamiento de los tubos, considerando distintos tamaños de los soportes. Los resultados han sido comparados con el modelo analítico, en el que se ha intentado reflejar el tamaño de los soportes de forma simplificada. También se ha considerado la posibilidad de que existan pérdidas de calor a través de los apoyos longitudinales. Dicho estudio se ha realizado empleando varios modelos numéricos, obteniendo la distribución de la temperatura y las tensiones térmicas consiguientes. Aunque hay cierta reducción de la temperatura en la parte posterior de los tubos, no se observan cambios notables en las tensiones térmicas cuando la forma de los soportes longitudinales es considerada. Solar central receivers are complex systems under severe working conditions: cyclic heat flux during the day that causes thermal stress, and the contact with a corrosive fluid, which flows through the tubes which compose the receiver panels. The boundary mechanical boundary conditions of the receiver tubes are highly hyperstatic, preventing the tube bending and the panel warpage. Under these working conditions, tubes can suffer from fatigue, creep, and thermal stress problems. This doctoral dissertation deepens in the thermal stresses characterization in tubular solar receivers, exploring its causes and finding the conditions that influence the most in the thermal stresses. The aim of this doctoral thesis is to provide a more detailed insight into the thermal stress problem in solar tubular receivers, giving recommendations and analysis tools for the design process of those receivers. Firstly, the boundary conditions that affect thermal stresses, along with the studied problems from a real solar power plant are presented. The numerical methodology used in this doctoral thesis to calculate the thermal stresses is introduced, and it is verified with existing analytical methodologies. The influence of temperature variations (radial, circumferential, and longitudinal) in thermal stress has been studied. The study of thermal stresses variation in a solar central receiver during its daily operation is also presented. This study highlights the influence of the mechanical boundary conditions and the circumferential temperature variation in the thermal stress of the tubes. An analytical model that reduces the computation cost compared with numerical models has been developed. For different heliostat aiming strategies, this model is used to calculate the thermal stress and deflection of the receiver tubes, as a function of the number of longitudinal supports. The use of non-uniformly spaced supports to reduce the tube deflection is also analyzed. The location of the supports has to be carefully studied for each aiming strategy, being the tube ends where maximum deflection is usually located when the distance between supports is small. When the distance between supports is small, generalized plane strain methodologies calculate the thermal stress along the tube accurately. Finally, the shape of those longitudinal supports has been taken into account. Their geometry has been added to the numerical model to study the influence in the thermal stresses and tube deflection, for different sizes. Analytical results trying to mirror those boundary conditions have been compared. The possibility of heat losses through the supports has been also considered. It was been studied with several numerical models, obtaining the temperature distribution and the consequent thermal stresses. Although there is some temperature reduction in the rear are of the tubes, no remarkable changes in the thermal stresses can be observed when supports shape is considered. Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial por la Universidad Carlos III de Madrid Presidente: Jacobo Porteiro Fresco.- Secretario: José Alfonso Artero Guerrero.- Vocal: Jesús Fernández Reche

El presente trabajo estudia el impacto de un proyectil esférico de acero sobre una placa. Se estudiarán las diferencias de comportamiento frente al impacto entre diferentes materiales de la placa, como son la aleación de aluminio AA2024-T351 y el material compuesto laminado carbono / epoxi. También se estudiará la relación entre el tamaño del proyectil y las variaciones en los resultados. Para realizar el modelo numérico y las simulaciones se ha utilizado el programa ABAQUS, programa que realiza sus cálculos mediante el Método de Elementos Finitos. Una vez implementado el modelo numérico y obtenidos los resultados de las simulaciones, se han utilizado las gráficas o curvas balísticas para realizar las comparaciones. Estas curvas relacionan la velocidad de impacto con la velocidad residual del proyectil al perforar la placa, y de esta manera se estudian los comportamientos de los materiales y de los diferentes tamaños de proyectil al producirse el impacto. The following project studies the impact of a spherical steel projectile on a plate. It will focus on the different behaviors against impact between different plate materials, such as AA2024-T351 aluminum alloy and carbon / epoxy laminated composite. The relationship between the size of the projectile and the variations in the results will also be studied. The ABAQUS program has been used to perform the numerical model and simulations, a program that performs its calculations using the Finite Element Method. Once the numerical model has been implemented and the results of the simulations obtained, ballistic graphs or curves have been used to make comparisons. These curves relate the impact speed to the residual velocity of the projectile when drilling the plate, and in this way the behaviors of the materials and the different sizes of projectile are studied when the impact occurs. Ingeniería Mecánica (Plan 2008)

Este proyecto se centra en el estudio de las respuestas de una celda auxética reentrante frente a esfuerzos de tracción y compresión en función de sus parámetros geométricos. Para ello se dará a conocer como es una estructura auxética, los tipos, la historia y sus características principales. La modelización por elementos finitos ha sido verificada gracias al software informático Abaqus 6.13, facilitado por la Universidad Carlos III de Madrid, mediante el diseño de estructuras tipo shell creadas por extrusión. Esta clase de estructuras, similares a lo que podría ser un panal de abejas convencional, ha recibido mucha atención recientemente y se ha demostrado que presentan algunas características únicas que proporcionan ventajas sobre los materiales de ingeniería convencionales. En este proyecto se tratan posibles aplicaciones en las que estas estructuras podrían ser de utilidad. Algunas de ellas ya están siendo estudiadas en la actualidad. Además, con el fin de hacer el proyecto de la manera más real y profesional posible, dos apartados han sido destinados a temas legales de presupuesto de realización de este TFG y a las normativas asociadas al objeto de estudio. Ingeniería Mecánica

Actualmente, la industria aeronáutica busca la optimización de sus componentes estructurales, y una posibilidad de lograrlo es a través del empleo de materiales compuestos. Grandes compañías aeronáuticas utilizan cada vez en mayor proporción estos materiales en sus aeronaves e incluso, en un futuro, emplearán motores de rótor abierto con palas contrarrotatorias fabricadas con material compuesto. Estos motores reducen considerablemente el consumo, pero obligan a garantizar la protección del fuselaje del avión ante un posible impacto de un fragmento de material compuesto desprendido de las palas, por lo que es necesario estudiar el comportamiento de los materiales compuestos empleados impactando contra estructuras de similares características, como por ejemplo el fuselaje de un avión con un importante contenido de material compuesto en peso. Al emplear materiales compuestos, debido su baja resistencia a impactos fuera de su plano, uno de los principales análisis que se realizan durante el diseño de una estructura aeronáutica de material compuesto es el estudio de su comportamiento frente a impactos. Sin embargo, no existen estudios previos en los que el material compuesto sea el proyectil y no el objetivo. En esta tesis doctoral se ha analizado el impacto de fragmentos (rectangulares y con dos espesores y laminados diferentes) de material compuesto laminado contra una placa rígida, empleando tanto una metodología experimental como numérica. En ambos casos se ha analizado el proceso de impacto y los siguientes parámetros de importancia: la erosión producida en los fragmentos, la velocidad de los fragmentos durante el impacto, la fuerza producida por el impacto del fragmento y el impulso transmitido. Para realizar los impactos experimentales, se ha empleado un dispositivo neumático de impulsión que acelera los fragmentos contra la placa rígida; el proceso de impacto se ha grabado mediante tres cámaras de alta velocidad, permitiendo de esta forma comprobar que el impacto se produce de manera correcta, y el posterior análisis del mismo. Con los vídeos generados, se han obtenido los desplazamientos de los fragmentos para posteriormente obtener la fuerza de impacto producida. Los ensayos experimentales han permitido comprender los principales mecanismos de fallo que aparecen en los fragmentos y en todos ellos, se ha observado el fallo por compresión de la matriz y de las fibras, y además delaminación en las láminas más exteriores de los fragmentos. Los dos primeros mecanismos de fallo presentan mayor intensidad conforme aumenta la velocidad de impacto mientras que en las delaminaciones la tendencia es al contrario. Además de la metodología experimental, en esta tesis también se ha desarrollado una metodología numérica para reproducir el impacto de los fragmentos de material compuesto laminado. Dicha metodología ha sido validada mediante los ensayos experimentales. Las simulaciones numéricas se llevaron a cabo utilizando el software comercial de elementos finitos Abaqus Explicit v6.14. Para reproducir el comportamiento del material compuesto laminado de los fragmentos se ha desarrollado un modelo de daño continuo tridimensional para reproducir lo más fielmente posible el fallo intralaminar real, dicho modelo se ha implementado mediante una subrutina de usuario. El fallo interlaminar se ha tenido en cuenta en el modelo empleando una interacción cohesiva entre cada lámina de material. Atendiendo a la validación de la metodología numérica realizada, se ha comprobado que el modelo numérico desarrollado muestra una adecuada correlación con respecto a los parámetros observados en los ensayos experimentales. Respecto al modelo del material compuesto desarrollado en esta tesis, predice adecuadamente los fallos y el proceso de impacto de los ensayos experimentales. Nowadays, the aeronautic industry seeks to optimize structural components due to the high requirements demanded to the air-crafts and the use of composite materials in aeronautic structures is a possibility to achieve it. Large aeronautical companies are increasing the use of these materials on their air-crafts and they will use in the future open rotor engines which have blades made of composite materials. These future engines are highly efficient but the use of them force to guarantee the protection of the fuselage of the air-planes before a possible impact of a composite material piece detached from the blades, hence it is necessary to study the behaviour of composite materials impacting against structures made of similar materials such as the fuselage of an air-plane When composites materials are used, due to their poor resistance to out of plane impacts, one of the main analysis that is carried out during the design of an aeronautic structure is the study of the behaviour of these materials against high velocity impacts. However, there are not previous studies in which the composite materials are the projectile and not the target of the impacts. In the present Ph.D. thesis it has been analysed the impact of composite material fragments (rectangular and with two different thickness and ply sequences) against a rigid sheet using both an experimental and numerical methodology. In both cases, it has been analysed the impact process and the following relevant parameters: the fragment erosion, the fragment velocity, the impact force and the transmitted impulse. To carry out the experimental tests it has been used a pneumatic launcher to impel the fragments against the rigid sheet; the impact process has been recorded with three high speed cameras which have allowed to verify that the impact occurred correctly and to analyse it. The fragments displacement has been obtained with the videos recorded in order to get the impact forces. The experimental tests have allowed to understand the main failure mechanisms that appear in the fragments and in all of them, it has been observed compression failure of the matrix and fibres as well as delamination in the outermost plies of the fragment laminate. The first two failure mechanisms present higher intensity as the speed of impact increases while the tendency in delamination is the opposite. In addition to the experimental methodology, it has also been developed a numerical methodology to reproduce the impact of composite material fragments. This methodology has been validated using the experimental tests. The numerical simulations have been carried out in the finite element commercial code Abaqus Explicit v6.14. To reproduce as closely as possible the real intra-laminar behaviour of the composite material it has been developed a three-dimensional continuum damage model. The inter-laminar failure has been taken into account by the use of one cohesive interaction between each ply of the fragment laminate. Considering the validation carried out, it has been shown that the numerical impact process and the numerical results have a correct agreement with the experimental ones. In relation to the continuum damage model developed, it reproduces correctly the failure mechanisms that appear in the composite fragments. Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial Presidente: Ramón Eulalio Zaera Polo.- Secretario: Claudio Saúl Faria Lopes.- Vocal: Albert Turón Travesa

Mención Internacional en el título de doctor, El taladrado es un proceso fundamental previo al ensamblaje de componentes estructurales de material compuesto en diversas industrias como la aeroespacial. Los defectos inducidos durante el proceso de arranque de material pueden llevar al rechazo del componente con el consiguiente coste económico. Debido a la falta de homogeneidad y anisotropía de los laminados FRP (Fiber Reinforced Polymers), el proceso de perforación suele llevar asociados fenómenos de daño en el material (como la delaminación, el astillamiento del borde, la formación de grietas o el daño térmico) y el desgaste excesivo de la herramienta debido a la abrasividad de las fibras. Entre los daños mencionados, la delaminación ha sido identificada como el fenómeno más perjudicial, ya que conlleva una pérdida significativa de la resistencia y de la rigidez del laminado y, por consiguiente, afecta a su capacidad de carga. La identificación y prevención de este fenómeno es, por lo tanto, particularmente importante para los componentes de material compuesto sometidos a cargas de compresión, cizalladura, cargas cíclicas o condiciones ambientales adversas durante períodos prolongados de tiempo. El daño en el material también depende de la geometría de la herramienta, del estado de desgaste de la broca y de los parámetros de corte. Por otro lado, es difícil encontrar en la bibliografía modelos numéricos 3D de taladrado que simulen el arranque de viruta incluyendo los movimientos de corte y avance de la broca. Sin embargo, el desarrollo de estos modelos puede ser un método efectivo para realizar estudios de optimización de la geometría de la herramienta y de los parámetros de corte, con el objetivo de mejorar la calidad de los agujeros y reducir el desgaste de la broca. Al mismo tiempo se consigue una reducción de recursos y tiempo en ensayos experimentales. Con el objetivo general de generar nuevo conocimiento sobre el campo del taladrado en materiales compuestos de fibra de carbono, se presenta esta tesis, con dos partes bien definidas. La primera parte, centrada en la experimentación, analiza la influencia de la geometría de la broca y del nivel de desgaste, considerando también la influencia de las variables de entrada (velocidad de avance, velocidad de corte y ángulo de punta) en las fuerzas de corte y el daño por delaminación. Estos ensayos también se utilizaron para la validación de los modelos numéricos desarrollados en la segunda parte, que consiste en la implementación de modelos numéricos 3D de taladrado, basados en el método de los elementos finitos. Estos modelos validados son capaces de predecir el daño y la fuerza de avance para unos determinados parámetros de corte (velocidad de avance y velocidad de corte). Como complemento a ambos estudios, se han utilizado herramientas estadísticas para desarrollar modelos mecanísticos y ecuaciones predictivas útiles para evaluar las tendencias en el daño y apoyar a los modelos numéricos. Los conocimientos derivados de la presente tesis pueden servir de ayuda en la definición del fin de vida de la herramienta y constituyen una herramienta aplicable al diseño de nuevas geometrías de broca para este tipo de operaciones., Drilling of composite materials, is an essential pre-assembly process, for structural components in the aircraft industry. Induced damage, during the material removal processes, can result in the rejection of components and an increase in production cost. Due to the inherent inhomogeneity and anisotropy of Fiber Reinforced Polymers (FRP) laminates, and to the abrasive properties of the fibers, the drilling process is currently rife with damage phenomenon such as: spalling, delamination, chipping, fiber pull-out, crack formation, or thermal damage. Delamination has been identified as the most detrimental damage phenomenon for structural components as it results in a significant loss of strength and stiffness of the laminate, and consequently its load carrying capacity. Therefore, identification and prevention of this phenomenon becomes particularly important for composite components subject to adverse environmental conditions and compressive, shear, and cyclic loads over extended periods of time. Drilling induced damage depends also on several factors such as, drill bit geometry, cutting parameters, and tool wear. Furthermore, it is difficult to find literature on 3D models of drilling which are suitable for simulating chip removal, including both feed and rotation movements of the drill bit. Developing and using these tools leads to optimization studies about tool geometry and cutting parameters, which ultimately, reduces the number of tests and experimental time required. This thesis has been carried out with the main goal of generating new knowledge in the field of carbon fiber composite drilling and has two main parts. The first part, experimental, analyzes the influence of the drill bit geometry and the wear level considering also the input variables (feed rate, cutting speed, and point angle of the drill bit) in the cutting forces and in delamination damage. The second part, numerical, develops the 3D numerical models of drilling using finite element methodology. Using these models, predictions can be made in regards to the amount of damage caused by different feed forces and different cutting parameters (feed rate and cutting speed). Statistical tools have been used to support this study and to develop predictive and mechanistic models to estimate the damage incurred during the drilling process, evaluate trends, and support the numerical models. The knowledge derived from this thesis can be used to define the cutting life of a tool and will also be very useful in the design of new tool geometries to increase the efficiencies of composite material drilling., Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial, Presidente: Eugenio Giner Maravilla.- Secretario: José Antonio Loya Lorenzo.- Vocal: Antonino Morassi

Este análisis tensional se centrará en las características sonoras de una caja, con el propósito de entender las diferentes variables que intervienen en el uso de este instrumento musical. Primeramente necesitamos entender el suceso, cuántas variables intervienen y cómo intervienen en relación a la caja. Tenemos una baqueta golpeando el parche y dependiendo del material, geometría y la interacción entre la baqueta y la caja, el sonido producido será más o menos alto, definido, grave o agudo. Usaremos un programa de ingeniería llamado Abaqus para simular el parche y el golpeo. Abaqus está basado en el Método de Elementos Finitos, usado en la industria aeroespacial y de automoción entre otras. Usaremos dos métodos diferentes para obtener información del mismo golpeo y así entender de forma completa lo que está sucediendo. Del primer método, vamos a mostrar los modos de vibración del parche, las diferentes frecuencias con las que puede sonar la caja y cómo es la tensión que se produce en cada modo de frecuencia. Del segundo método vamos a reportar un diagrama espacio-temporal de un punto céntrico del parche. Seguidamente usaremos el programa Matlab para realizar la operación matemática llamada Transformada Rápida de Fourier (FFT) que convierte una señal espacio-temporal en una amplitud-frecuecnia, llamado espectro de sonido. Este espectro de sonido nos dará la información del sonido de la caja. Después de esto, contrastaremos los resultados obtenidos por los dos métodos para así tener una idea clara de lo que está sucediendo, y con el suceso simulado, cambiaremos los valores de las variables empleadas en el análisis para entender el efecto exacto de estas variables sobre el suceso simulado. Además, vamos a simular dos elementos usadso por los percusionistas para producir un sonido más definido. Este estudio pretende ser útil para los músicos, porque otorga ideas claras de la manera en que las variables contribuyen al sonido de la batería. Y también es interesante para las compañías fabricantes de baterías, porque podrían usar este análisis como herramienta para probar el sonido de nuevos parches fabricados con diferentes materiales, geometrías o complementos. This stress analysis will focus in the acoustic characteristics of the snare drum, in order to understand the different variables involved in the event of playing this instrument. First of all we need to understand the event itself , how many variables are involved and how they work in relation with the snare drum. We have a stick hitting the snare head, and depending on the materials, geometry and the interaction between the stick and the snare head, the sound will be louder, sharper, bass or treble. We will use an engineering software named Abaqus to simulate the snare head and the hit. Abaqus is based on the Finite Element Method, used in the aerospace and automation industry among others. We are going to use two different methods to obtain different information of the same event in order to understand the event completely. From the first method, we are going to report the vibration modes of the snare head, the different frequencies that the snare drum could produce and how is the stress of the snare head in each frequency mode. From the second method we are going to report a space-time diagram of a centric point of the snare head. After that, we will use the software Matlab to make the mathematical operation called Fast Fourier Transform (FFT) that translates the space-time diagram into an amplitude-frequency diagram, called sound spectrum. This sound spectrum will give us all the information of the sound of the snare drum. After this, we will contrast both methods in order to have a clear idea of the event, and once the simulators are ready, we are going to change the value of the used variables to understand what is the exact effect of these variables in the simulated event. Apart from that, we are going to simulate two different elements used by the musicians to produce a more defined sound. This research is useful for musicians, as it gives clear ideas of the way the variables contribute to the sound of the whole drum set. It is also interesting for the big drum manufacturing companies, because they might use this method as an instrument to test the sound of new snare heads made with different materials, geometry or complements. Ingeniería Mecánica

Actualmente, en la industria aeronáutica, uno de los principales análisis que se realizan durante la fase de diseño de una estructura de material compuesto es el estudio de la vulnerabilidad frente a impactos a alta velocidad. Particularmente, en el diseño de los tanques de combustible del ala de un avión se deben tener en cuenta los efectos del golpe hidrodinámico; este problema ha sido identificado como uno de los factores más importantes en la vulnerabilidad de una aeronave. El golpe hidrodinámico ocurre cuando un objeto altamente energético penetra a alta velocidad en una estructura con fluido en su interior transfiriendo parte de su energía cinética a través del fluido a la estructura. En la presente tesis doctoral se ha analizado el comportamiento de un tanque de material compuesto con fluido en su interior sometido a impactos de alta velocidad. Para ello se ha usado tanto una metodología experimental como numérica. En ambos casos se ha analizado la influencia de dos parámetros: la velocidad de impacto del proyectil y el porcentaje de llenado del tanque de material compuesto. Para la realización de los ensayos experimentales se ha usado un dispositivo neumático que acelera el proyectil a gran velocidad contra el tanque de combustible; el proceso de impacto se ha grabado mediante una cámara de alta velocidad, registrándose también tanto las deformaciones del tubo de material compuesto como las presiones en el interior del fluido. Los ensayos experimentales han servido para comprender los principales mecanismos que gobiernan el comportamiento del tanque de combustible frente al golpe hidrodinámico. Se ha observado que los mecanismos de fallo que aparecen en la estructura varían sensiblemente en función de los parámetros estudiados; es de destacar la importancia del porcentaje de llenado, parámetro que no había sido estudiado en profundidad para este tipo de tanques de combustible. En esta tesis, además, se ha desarrollado una metodología numérica para modelizar el fenómeno del golpe hidrodinámico. Esta metodología ha sido validada mediante los ensayos experimentales antes mencionados. Las simulaciones numéricas han sido realizadas empleando el código comercial de elementos nitos LS-DYNA v. R7. Para modelizar la interacción fluido estructura se han usado dos técnicas diferentes: la técnica Multimaterial Lagrangiana Euleriana Arbitraria (MM-ALE en sus siglas en inglés) y la técnica Smooth Particle Hydrodynamics (SPH). Para reproducir el comportamiento del material compuesto del que está hecho el tanque de combustible se ha usado un modelo que tiene en cuenta tanto el fallo intralaminar, implementado mediante una subrutina de usuario, como el fallo interlaminar, modelizado usando una interacción cohesiva. Atendiendo a la validación realizada, se ha comprobado que los modelos numéricos desarrollados muestran una adecuada correlación con respecto a la respuesta del tubo de material compuesto sometido al golpe hidrodinámico observada en los ensayos experimentales. Tanto el modelo que usa la técnica MM-ALE como el que emplea la técnica SPH son capaces de reproducir la transferencia de energía entre proyectil, fluido y estructura. En cuanto al modelo de material compuesto implementado, éste predice adecuadamente los fallos que se generan en el tanque para los distintos casos analizados., Nowadays, in the aeronautical industry, vulnerability against high-velocity impact loads has become one of the principal analyses performed for the design of composite structures. Particularly, in a wing fuel tank design, Hydrodymamic Ram (HRAM) effects have to be taken into account, because it has been identified as one of the important factors in aircraft vulnerability. Hydrodynamic Ram (HRAM) occurs when a high-energy object penetrates a fluid-filled container, transferring its momentum and kinetic energy through the fluid to the surrounding structure. In the present PhD Thesis it has been analyzed the behavior of a fluid filled composite fuel tank subjected to a high velocity impact. For this purpose, it has been used both an experimental and a numerical methodology. In both cases, it has been analyzed the influence of two parameters: projectile impact velocity and fluid filling level. In order to perform the experimental tests, it has been used a pneumatic launcher that accelerates the projectile to high velocity impacting against the composite fuel tank; the impact process has been recorded using a high-speed camera, registering also the strains in the composite fuel tank and the pressures inside the fluid. Experimental tests have been used to understand the principal mechanisms that govern the composite fuel tank response subjected to HRAM. It has been observed that the main failure mechanisms that appears in the structure vary noticeably as a function of the parameters analyzed, in particular the influence of fluid filled level; parameter that it has not been studied in depth previously for this type of fuel tank. In this PhD thesis, it has been also developed a numerical methodology for modelling the HRAM phenomenon. This methodology has been validated using the experimental tests. Numerical simulations have been carried out in the finite element commercial code LS-DYNA v.R7. Two numerical techniques have been used to model the fluid structure interaction, Multimaterial Arbitrary Lagrangian Eulerian (MM-ALE) and Smooth Particle Hydrodynamics (SPH). A material model accounting intralaminar failure, by means of a user subroutine, and the interlaminar failure, using a cohesive interaction has been employed to reproduce the composite material behavior. Considering the validation performed, it has been shown that the numerical models developed have a correct agreement with the experimental composite fuel tank response subjected to HRAM. Therefore, it can be said that both the numerical model that use MM-ALE technique and the model that employ SPH technique, are able to reproduce the energy transfer between projectile, fluid and structure. In addition, composite material model implemented predicts the failures appeared in composite fuel tank for the different studied parameters., Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial, Presidente: Ramón Eulalio Zaera Polo.- Secretario: Ignacio Romero Olleros.- Vocal: David Ángel Cendón Franco

Los impactos a baja velocidad sin penetración sobre materiales compuestos ocurren a menudo durante operaciones de fabricación y mantenimiento por caída de la herramienta y representan un peligro ya que son difíciles de detectar por inspección visual. El daño producido reduce considerablemente las propiedades del material. El alto precio de los ensayos experimentales convierte a los modelos numéricos en una herramienta esencial para el estudio del comportamiento de los materiales compuestos. En el presente Trabajo de Fin de Grado se ha modelizado mediante elementos finitos un impacto a baja velocidad sobre laminados carbono/epoxi. Se han realizado diferentes modelos que se diferencian entre sí, o bien, por la secuencia de apilamiento de las capas del material compuesto, o bien por las características del impactador (masa y velocidad inicial). Además se han desarrollado dichos modelos utilizando dos métodos de cálculo diferentes: explícito e implícito. Para realizar estas simulaciones se ha utilizado el software de elementos finitos Abaqus 6.12, con el cual se ha modelizado un laminado en forma de disco de 80 mm de diámetro formado por 10 capas de material compuesto de 0,18 mm de espesor empotrado en sus extremos. Ingeniería Mecánica

Los blindajes bi-capa, o blindajes de dos materiales, han sido objeto de atención desde hace varias décadas por sus altos niveles de protección balística, así como por su reducido peso. Consisten en una placa exterior de alta dureza y una capa posterior con un comportamiento dúctil, con el objetivo de que la primera debilite y decelere el proyectil y la segunda mantenga en su sitio los restos fracturados de la placa delantera y absorba la energía residual del proyectil. El conocimiento de estos sistemas de protección es de mucho interés en el ámbito militar, en el aeronáutico, y otros campos, dado el desarrollo reciente de materiales que pueden ser de relevancia para diseñar nuevos blindajes ligeros con prestaciones mejoradas según las características que ofrezca cada uno. Para llegar a buen fin en el desarrollo del trabajo, es importante que el diseñador de blindajes posea un gran nivel de conocimiento del comportamiento mecánico de los materiales con los que se va a trabajar, fundamentalmente los criterios de fallo o rotura. En este Trabajo Fin de Grado se estudia el comportamiento de elementos de protección ligeros de doble capa, compuestos por una placa cerámica frontal respaldada por otra metálica, frente a altas solicitaciones dinámicas. Para ello, se ha utilizado el Método de Elementos Finitos (FEM) para generar un modelo de simulación numérica con el código comercial explícito Abaqus, que ha permitido validar los resultados experimentales propuestos por Sánchez Gálvez y Sánchez Paradela (2009). Además, se han comparado los resultados obtenidos con los expuestos en el modelo numérico propuesto de R. Chi et al. (2012), que se utiliza para relacionar y analizar las velocidades residuales y la velocidad de límite balístico con los espesores de placa empleados. Además se ha intentado validar una serie de curvas analíticas para el cálculo de la velocidad de límite balístico (BLV) propuestas por los mismos. Finalmente, se ha estudiado el comportamiento de los blindajes cerámico/metálicos para diferentes solicitaciones y condiciones de contorno. Bi-layer shields have received attention for several decades due to their high ballistic protection levels, as well as its reduced weight. These shields have an outer plate of high hardness and a rear layer with a ductile behaviour. The first layer weakens and decelerates the projectile whereas the second layer keeps in place the fractured remains of the front plate and absorbs the residual energy of the projectile. The knowledge of these protection systems has interest in the military sector, in aeronautics and other fields, as there are recent materials that may be of relevance for new light shielding with improved performance arising from the features that gives each layer. For a good development of the shield, the designer should have a high level of knowledge of the mechanical behaviour of these materials, mainly the failure or breakage criteria. In this work, we analyse the behaviour of light bi-layer shields as protective elements, with a ceramic front plate backed by another metallic layer, under high dynamic loads. We use the Finite Elements Method (FEM) in order to generate a model of numerical simulation with the commercial code Abaqus/Explicit. We have validated the experimental results by Sánchez Gálvez and Sanchez Paradela (2009). We have also compared our results with those obtained by the numerical model proposed by R. Chi et al. (2012), used to relate and analyze the residual speeds and the ballistic limit speed with the thickness of the bi-layer plates. Moreover, we have attempted to validate their proposed analytical curves for the calculation of the ballistic limit velocity (BLV). Finally, we have studied the behaviour of the ceramic/metal shields for different loads and boundary conditions. Ingeniería Mecánica

En el presente proyecto fin de carrera se ha estudiado el comportamiento de un elemento estructural fabricado con un determinado material compuesto ante el impacto de un proyectil a altas velocidades. Con este objetivo, se realiza un análisis desde el punto de vista numérico completando todas las simulaciones necesarias para extraer las pertinentes conclusiones. Para la realización de este estudio numérico, se ha optado por escoger una placa como elemento estructural fabricada con el material compuesto motivo de estudio de este proyecto. Para garantizar la máxima precisión en los ensayos numéricos que se van a realizar, se decide también incluir un elemento cohesivo en la placa. Para comprobar la validez del modelo escogido, se comparan los resultados numéricos obtenidos, con los resultados experimentales proporcionados. Se evalúan algunos de los parámetros más significativos del proceso de impacto, a saber: límite balístico del material, velocidad residual, energía absorbida por el compuesto y extensión del área dañada. Se hacen diversas simulaciones tanto para un amplio rango de velocidades de impacto. Tras la obtención de todos los datos, se realizan las gráficas pertinentes y se comparan los resultados numéricos con los experimentales. Finalmente, se extraen las conclusiones más relevantes y se concluye o no la validez del modelo empleado en este proyecto. In this Final Year Project, it has taken place the study of a determined structural element built of a concret CFRPs material when it suffers an impact of a projectile. It will be studied the behavior of a CFRP material from low speeds, behind ballistic limit, to high speeds, much higher than ballistic limit. We will focus in numerical side, comparing our numerical results with experimental values. To complete the numerical study, it has been decided to choose, as structural element, a square specimen made of our CFRP material. To guarantee, the maximum precision in the procedures, it ´s also been decided to include a cohesive element in the specimen. To check the validity of the numerical method, numerical results will be compared to experimental results take from previous simulations. Some of the most relevant parameters of the impact process will be evaluated, just like: ballistic limit of the CFRP, residual velocity of the CRFP, absorbed energy by the material during the impact process and delaminated area. Many velocities simulations will be completed for low and high velocities. In each case, it will be refered to ballistic limit situation, below ballistic limit and above it. After completing the measures, it will be performed experimentals and numericals graphics to compare easier all the results. Finally, it will be extracted the most relevant conclusions and it will be ratified or not the validity of the selected model. Ingeniería Industrial

En el presente Trabajo Fin de Grado se estudia el comportamiento a impacto de un material compuesto de fibra de carbono con matriz epoxi, concretamente un laminado de cita AS4/8552. La modelización se produce para un rango de velocidades de impacto entre 60 m/s y 500 m/s. El laminado se compone de una superficie cuadrada de 100x100 mm2 con un espesor de 3,104 mm, compuesto de 16 láminas con una interacción de material cohesivo a la mitad del mismo, quedando 8 láminas con una secuencia de apilamiento y 8 láminas simétricas a la primera placa de material compuesto. Se han realizado 6 modelizaciones con orientaciones y secuencias de apilamiento de las láminas diferentes, obteniendo diversos resultados, los cuales se compararan entre sí. La modelización numérica se ha desarrollado con el software de elementos finitos Abaqus, el cual será explicado con detalle más adelante. Ingeniería Mecánica

El objetivo de este proyecto de fin de grado, consiste en el pre-diseño de un lanzador neumático de alta energía que funciona con aire elevado a una presión de 5’8 bares, para realizar ensayos de impactos con masas estimadas de entre 10 y 15 kilos, produciéndose una energía cinética elevada, para conseguir velocidades de hasta 200 metros por segundo. El lanzador neumático de alta energía, estará formado por un depósito, en el cual se almacenará el gas necesario para impulsar el proyectil, y un cañón de gran longitud, para que éste pueda adquirir la velocidad necesaria. Además, se diseñaran las bancadas del depósito, que dotarán a la estructura de estabilidad. Para empezar con el pre-diseño, se partirán de modelos de lanzadores neumáticos similares, tanto de aire atmosférico, como otro tipo de gases, como Helio y Neón. De esta manera se verá el impacto en los lanzadores en función del gas, y el fenómeno físico que provoca que el proyectil se mueva. Con una idea previa y todos los fundamentos físicos necesarios sobre el proceso, se estimaran unas dimensiones iniciales para el lanzador, que irán acorde con las condiciones iniciales. Realizado un estudio previo de las masas y las velocidades con estas dimensiones, podremos saber la magnitud del problema, y la importancia de cada uno de los factores. Acto seguido, se calcularán de manera exhaustiva todos los rozamientos producidos en el proceso y la importancia de cada uno de estos, para así poder recalcular la velocidad final de los proyectiles, usando un coeficiente de seguridad que nos permita evitar cualquier contratiempo. Sin embargo, existirán dimensiones que no podremos saber con este cálculo, como los espesores de las tapas del depósito y las bancadas, ya que estas dependerán de las tensiones producidas en el lanzador. Para realizar este cálculo, haremos uso del método de elementos finitos mediante la herramienta Abaqus, para optimizar la estructura todo lo posible, y que resulte lo más rentable posible. Una vez optimizada la estructura, solo faltará mostrar las dimensiones finales del lanzador, y valorar la posibilidad de trabajos futuros sobre este proyecto. The purpose of this degree final project consists of the pre-design of a high-energy pneumatic launcher that works with high pressure air at 5'8 bars for testing impacts with estimated masses between 10 and 15 kilos, producing a high kinetic energy, to get speeds up to 200 meters per second. The high-energy pneumatic launcher, will consist of a tank, in which the required gas to propel the projectile will be stored, and an overlong cannon, in order to acquire the necessary speed. Additionally, tank supports will be designed, providing stability to the entire structure. Firstly the pre-design will be made from similar pneumatic launcher models, both atmospheric air and other gases such as helium and neon. Thus the impact from launchers depending on the gas, and the physical phenomenon causing the projectile to move may be checked. With a previous idea and all the physical bases necessary for the process, initial dimensions for the launcher will be estimated, according to the initial conditions. Once we have made a preliminary study of the masses and velocities with these dimensions, we will be able to know the magnitude of the issue and the importance of each factor. Afterwards, all the friction produced in the process will be calculated as well as the importance of each, in order to recalculate the final velocity of projectiles, using a safety factor that allows us to avoid any setback. However, there will be dimensions that we won’t be able to know with this calculation, as the thickness of tank tops and supports, as these depend on the stresses produced in the launcher. For this calculation, we will use the finite element method using the Abaqus software to optimize the structure as much as possible and make it as profitable as possible. When the structure is already optimized, only remains to show the final dimensions of the launcher and evaluate the possibility of future works about this project. Ingeniería Mecánica

El diseño y la optimización de componentes estructurales aeronáuticos constituyen un campo de gran importancia en la ingeniería debido a los elevados requerimientos de seguridad y fiabilidad que se exigen a las aeronaves. Durante su vida útil, estas estructuras están sometidas a diversos tipos de solicitación y, en particular, pueden recibir impactos de fragmentos de diferentes materiales. En la búsqueda de nuevas soluciones estructurales, el uso de los materiales compuestos (laminados en la mayoría de los casos) se está extendiendo en la aeronáutica civil a las estructuras primarias incrementándose el riesgo de impacto en estos materiales. Se ha demostrado la baja resistencia frente a impacto cuando este ocurre en la dirección perpendicular al plano del laminado, y por esta razón es necesario investigar su comportamiento frente a impacto. Esta tesis doctoral se centra en el estudio de los materiales compuestos frente a impacto de hielo. Con este objetivo, se ha realizado un análisis desde el punto de vista experimental y num érico, de laminados unidireccionales de fibras de carbono en matriz epoxi sometidos a impacto de esferas de hielo. Para llevar a cabo el estudio experimental se han realizado ensayos empleando un sistema neumático capaz de impulsar los proyectiles de hielo a la velocidad deseada. En primer lugar se han realizado ensayos impactando los proyectiles de hielo contra una célula de carga para medir la fuerza inducida en el impacto. En segundo lugar, se han impactado los laminados de carbono/epoxi para estudiar el comportamiento de estos frente al impacto. El análisis de los resultados obtenidos de los ensayos experimentales ha permitido estudiar la fuerza ejercida por el impacto de los proyectiles esféricos de hielo, así como la influencia sobre ésta de la velocidad de impacto y de la masa de proyectil. Además, se ha podido analizar el comportamiento de los laminados sometidos a impacto de hielo determinando la influencia de diferentes variables en el daño producido por el impacto: espesor del laminado, energía de impacto y diámetro del proyectil. Para complementar el estudio, se ha evaluado la capacidad predictiva de modelos de elementos finitos en este tipo de problemas de impacto. Para ello se ha propuesto e implementado, en un código comercial, un modelo de comportamiento mecánico para el hielo y se ha empleado un modelo simplificado para los laminados de carbono/epoxi. Los modelos anteriormente citados han sido validados empleando los resultados experimentales., Design and optimization of aeronautic structural components represent fields of great importance in engineering due to the high requirements, both security and reliability, that aircrafts are demanded. During its service life, these structures are subjected to very different kinds of loads and, in particular, they can be impacted by various material's debris. As a result of the searching of new structural solutions, the usage of composites has been spread to primary structures in civil aeronautics. Due to its low resistance against impact when it occurs in the normal direction to the plane of the laminate, it is necessary to investigate its impact behavior. This Ph.D. thesis focuses on the study of composite materials under ice impact. With this purpose, an experimental and numerical analysis of sphere ice impact on unidirectional carbon fibers laminate in epoxy matrix has been made. To accomplish the experimental study, tests were carried out using a pneumatic system capable of propelling the ice projectiles at the desired speed. Firstly tests were made impacting ice projectiles against a load cell to measure the force induced by impact. Secondly, the carbon/epoxy laminates were impacted, in order to study their behavior against ice impact. The analysis of the experimental results of the experimental tests has allowed studying the impact force induced by the spherical ice projectiles, determinig the influence of the impact velocity and mass of the projectile in the force. Furthermore, it has been possible to analyze the behavior of laminates subjected to ice impact determining the influence on the laminates damage of different variables: laminate thickness, impact energy and projectile diameter. As a complement to this study, the predictions of finite element models were evaluated for this type of impact problems. To this end, a constitutive model for the ice has been proposed and implemented in a commercial finite element code, and a simplified model combining material behavior and cohesive interaction has been used for the composite laminates. Aforementioned models has been validated using the experimental results.

Las uniones atornilladas son elementos a tener muy en cuenta en cualquier tipo de estructura o mecanismo. Han de transmitir los esfuerzos entre los distintos componentes del ensamblaje aportando la suficiente resistencia para evitar el fallo. Para prevenir este fallo se tienen que llevar a cabo multitud de ensayos de laboratorio representando diferentes tipos de uniones y solicitaciones. Pero la realización de estos ensayos es algo muy costoso. Como alternativa se presenta la modelización de estos ensayos mediante métodos numéricos. En el presente proyecto se ha modelizado mediante elementos finitos una unión atornillada entre dos placas y se ha estudiado su comportamiento al ser sometido el sistema a un esfuerzo de tracción. Como referencia se ha tomado el modelo experimental ensayado por A. Riccio y L. Marciano en su artículo “Effects of Geometrical and Material Features on Damage Onset and Propagation in Single-lap Bolted Composite Joints under Tensile Load”. Se han representado 2 configuraciones distintas de forma detallada de las recogidas en el artículo, y a parte se ha generado otro modelo más simplificado. Para ello se ha empleado el software de elementos finitos Abaqus 6.12. Por último se ha llevado a cabo una comparación de los resultados obtenidos en los modelos de elementos finitos con los obtenidos por A. Riccio y L. Marciano en el ensayo experimental, con el fin de validar el método numérico empleado en este proyecto. Ingeniería Mecánica

A description of different company self-assessment methods currently existing in the industry is conducted in this study. A self-assessment is a continuing process through which managers at all levels evaluates the effectiveness of their performance in all areas of responsibility, and determine what improvements are required (The Business Dictionary). Holistic, enterprise-wide self-assessments (European Foundation for Quality Management, Baldrige and Balanced Scorecard) as well as particular areas assessments (innovation, production cleanness and company transformation readiness) are included in this study. The thesis includes the assessments methodology description such as the data gathering process, the scoring system, the industries targeted as well as other characteristics like the assessment developer and content addressed. Following the self-assessment description, further research is conducted through a comparison table, where particular self assessment characteristics for common criteria are exposed in order to help the reader understanding the main differences between the self-assessments previously presented. The reader will also be able to explore the different self-assessment suitability for a particular industry use as well as considering the possibility of combining different assessment characteristics towards creating its own self assessment tool oriented to the particular area he pursues to assess. Ingeniería Industrial

Con este proyecto, se ha calculado un modelo analítico válido para el estudio de impactos de proyectiles rígidos sobre placas de aleaciones de aluminio de igual o menor espesor que la longitud de la cabeza del proyectil empleado en los impactos. El cálculo de este modelo se ha estructurado en primer lugar calculando la resistencia a la penetración de la cabeza del proyectil basándose en la teoría de la dinámica de expansión de la cavidad, obteniéndose conforme [1] y [2]. Una vez calculada esta resistencia, se procedió a aplicar un balance de energía, para obtener el valor de la velocidad en función de la profundidad que haya alcanzado el impacto sobre la placa. Además de obtener la velocidad en cualquier punto de la profundidad alcanzada, también se ha utilizado una parte del modelo para el cálculo del límite balístico a partir de una fórmula directa y después se ha comparado con los valores obtenidos con el modelo completo. También se ha empleado el método de Euler para resolver las ecuaciones diferenciales que aparecen, que para el caso del modelo analítico se aplicó el método de perturbaciones regulares. Después se compararon los resultados procedentes de ambas formas de cálculo. Igualmente se ha analizado la influencia de cada uno de los parámetros que aparecen en las ecuaciones del modelo, cuya variación produce efectos importantes en la profundidad de penetración del proyectil. Por último, se han comparado los resultados obtenidos para diferentes materiales para observar las diferencias en la profundidad alcanzada en el impacto sobre la placa. Ingeniería Mecánica

Fibre Reinforced Polymers (FRPs) are composed of a continuous constituent, which is called matrix, and also fibres which are the reinforcement phase. FRPs are characterized compared with metals by high specific strength and stiffness, good corrosion resistance, fatigue resistance, thermal insulation, conductivity and acoustic insulation. However, the FRPs present marked anisotropy because of fibres, which results in high cost, low productivity and not always good finishing. Therefore, to understand their behaviour throughout machining process and to analyze the influence of tool wear, they are necessary in order to achieve cost reductions required by the industry. This paper summarizes the theory necessary to understand the nature of FRP materials and presents the conclusions of tool wear when drilling Aramid Fibre Reinforced Polymer (AFRP). Ingeniería Industrial

Manufacturing is a wide concept, as the use of Robots in Manufacturing is. In a general way, we call manufacturing to the use of machines, tools and labor produce goods for use or sell. Actually, must be taken into account, then manufacturing covers also every process, although unproductive, that have any influence in the production. Every move of material, layout planning or quality control task has important effects in the cycle of manufacturing as well as the most basic process of the field, the modification of the work‐piece features. Nowadays, as an effect of the high level of competitiveness in the national and international market, the companies need to decrease their production times. As in any field in the life, the industry is getting every time more changing. Needs and fashions are being redefined into a shorter life time. In every manufacturing process, these trends have to be considered, giving a lot of importance to recycling, material saving and, of course, time saving. In this document, the relations and communications between robots will be treated more than their physical specifications. _____________________________________________________________________________________________________________________ La fabricación es un tema extenso, así como lo es el rol de los robots en la misma. De forma general llamamos fabricación a la práctica que utiliza máquinas, herramientas y mano de obra humana para producir bienes para su uso, tratamiento posterior o venta. Para la comprensión de las motivaciones de este documento ha de tenerse en cuenta que la fabricación también cubre todo proceso, sea o no productivo, que tiene influencia en la producción. Cada movimiento de material, tarea de control e, incluso, planificación y distribución en planta tienen efectos en el ciclo de fabricación, principalmente sobre el tiempo del mismo, tan decisivos o más que los más básicos de esta práctica: la modificación efectiva de la pieza de trabajo. Actualmente, como efecto de la alta competitividad nacional e internacional en el mercado las compañías necesitan disminuir al máximo sus tiempos de producción. También son muy característicos de la situación actual en la fabricación los continuos cambios que se le exigen a los sistemas de producción para asistir a una demanda muy variante. Se tiende a la generación de objetos de consumo de gran calidad y vida útil cada vez menor. Es imperativo conseguir un funcionamiento de planta que permita una ágil adaptación de su estructuración optimizando los recursos y consiguiendo un proceso rápido y lo menos susceptible al cambio posible. Para poder adoptar estas premisas con una competitividad líder es necesario el empleo de la tecnología más avanzada. Los grandes avances en comunicación entre robots que manejan las máquinasherramientas son, en la fabricación de hoy, los principales puntos de diferenciación y el principal tema a ser tratado en este documento. Ingeniería Industrial

The main results of the technical analysis were: For a 9FA Three Pressure CCPP designed and strictly limited by the ISO case, approximately 7 additional MWe ( 2% of the installed CCPP power) can be obtained at 30 C, at a gross thermal e ciency of 37% by injecting to the steam cycle 21 MWth of solar heat with the saturated high pressure method. In the case of the cold reheat steam injected to the cycle, also approximately 7 MWe can be obtained at 3030 C of ambient temperature, at a gross thermal e ciency of almost 30%. Comparing these results we can conclude that for obtaining the same amount of power output the size of the solar eld whit the SHP is smaller. We will use the SHP in the construction of the solar eld project. As the PTC technology has a better optical e ciency the amount of radiation absorbed per unit of surface is bigger than with PPC technology. That means that the land surface needed for the PTC technology is smaller than for the PPC technology. But the fact that the cost of the PPC technology is much smaller than the PTC technology, makes PPC a more attractive technology due to its higher pro tability. Taking into account that producing one kWh of electricity with conventional technologies costs about 5-6 ce=kWh we can conclude that the PPC allows us to obtain a competitive price of electricity by using a cleaner technology. That means that the construction of the solar eld for helping the CCPP is a feasible project and the initial investment will be recovered plus bene ts. Besides, running the solar eld for a range of temperatures between 0 C to 45 C, allows us to obtain higher radiation with approximately the same costs. The di erence between solar boosting and the increased solar boosting is the more expensive solar eld due to its wider extension, but with the bene ts of producing more solar energy and reducing the costs of electricity production. Ingeniería Industrial

This thesis has presented a study into the new construction method to build ice shells with pneumatic formwork, developed at the Institute for Structural Engineering of the Vienna University of Technology. Shells are natural, logical and functional load carrying systems. Additionally, for the load transfer of a uniformly distributed load, the shell structure is the perfect choice because mainly normal forces appear in the cross section. Although shell structures possess excellent load carrying system and make a great visual impact, only few shells have been built in the last decades. The main problem is the difficult, time-consuming and expensive production. Traditionally, shells are produced by means of complex formwork. Creating such formwork increases the construction time and affords additional material which cannot be reused after the shell has been completed. Ice as a construction material is either used as a decorative material on a supporting structure or it is applied in structures with very low stress states due to self weight and wind forces. Ice shells can be used in temporary architecture, as roof structures for sport and music events, or presentations and promotions of sale products. Moreover the translucent nature of ice, allows several possibilities to make attractive this structure. For instance the internal illumination of the ice shell during the night creates a luminous atmosphere in the surroundings. The new construction method consists of transforming an ice plate into an ice shell by means of a pneumatic formwork. The ice elements, with steel tendons inside, are cut form an initial ice plate. While air is inflating the pneumatic formwork the elements creep. When the pneumatic formwork is removed chains support the stress of each element. Afterwards a pull-chain system is used to lift the elements from the top of a wooden tower built at the centre. The elements are linked and we retire the tower and the chains, the ice shell is finished. Before building the ice shell in Obergurgl, Tyrol (Austria) we tested different experiments making ice beams in a temperature-controlled container in Vienna. Moreover we used finite element software, RFEM4, to study and to compare the load configuration with the analytical solution. In Obergurgl the ice elements were creeping but we could not lift the elements into an ice shell. The night before lifting the pneumatic formwork had an air leak and the most of the elements were broken. But the problem was that the chains under the pneumatic formwork did not work rightly so the chains did not support the stress of the ice elements. Therefore the problem was the design. For further experiments we would change the design with the pneumatic formwork and the chains due to it is not a good solution. As many engineering experiments at this time did not end well but these construction method is in development and it has real possibilities nowadays in the market. Moreover with the work team at the Institute for Structural Engineering of the Vienna University of Technology they can get substantial progress in the construction field. Ingeniería Industrial

Los fenómenos de impacto sobre las estructuras constituyen solicitaciones dinámicas de interés especial, ya que aunque generalmente la probabilidad de que se produzcan es más baja que otros fenómenos sus consecuencias suelen ser mucho más graves. El análisis de impactos exige a menudo la utilización de métodos de cálculo más complejos que en otro tipo de solicitaciones dinámicas en la dinámica estructural. Salvo para impactos a baja velocidad, es frecuente el comportamiento no lineal de la estructura, con grandes desplazamientos y deformaciones, posible rotura local del material como consecuencia de la no linealidad, y efectos de interacción complejos en los contactos. A medida que la velocidad del impacto aumenta, adquieren importancia los fenómenos de transmisión de ondas de tensión, y para velocidades muy elevadas también los fenómenos de transmisión de ondas de choque. Salvo para problema triviales, la resolución de impactos no es posible mediante métodos de cálculo analíticos, y se deben emplear métodos numéricos basados en la discretización del espacio y del tiempo. La parte espacial se suele resolver mediante la utilización de mallas de elementos finitos, mientras que la aplicación de la discretización espacial da lugar a un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias que debe resolverse numéricamente mediante integración directa en el tiempo, empleando procedimientos explícitos o implícitos. Ingeniería Técnica en Mecánica

The post-combustion separation technology (PCC) is one out of three main types of CO2 separation. PCC is mainly characterized by the fact that the intervention in the conventional power plant process is the smallest one compared to the other capture technologies. Furthermore postcombustion can be applied to the conventional power plant process as well as to a CO2-producing industry plant. Therefore for Austria's point of view, PCC is the most promising technology. A state-of-art coal- red power plant retro tted with a post-combustion CO2 capture system was modeled with the process simulation tool EBSILONr Professional. The drastic CO2 emissions reduction comes together with a signi cant net e ciency penalty. A series of simulations were carried out to nd what further opportunity exists to reduce the impact of the capture system on net e ciency via astute integration of both plants. Within this thesis several heat integration measures were implemented and their results compared with the reference non integrated retro tted power plant, showing a signi cant e ciency penalty reduction after heat integration. ____________________________________________________ La separación por post-combustión (PCC) es una de las tres principales tecnologías para la Captura y Con namiento de CO2. Esta técnica se caracteriza por poder ser implementada en centrales térmicas convencionales, requiriendo en ellas el mínimo número de modi caciones comparado con las demás tecnologías de captura. Más allá, esta tecnología puede ser aplicada también a otras grandes industrias emisoras de CO2. De este modo, la separación de CO2 por post-combustión es, desde el punto de vista austriaco, la opción más prometedora. La substancial reducción de emisiones de CO2 que este sistema posibilita, tiene como consecuencia directa una importante caída en el rendimiento neto de la central. A lo largo de este proyecto, llevado a cabo mediante el software comercial EBSILONr Professional, se ha simulado una central térmica de vanguardia alimentada por combustible carbón pulverizado, para su operación conjunta con un sistema de captura por post-combustión. La serie de simulaciones llevadas a cabo han demostrado como, a través de una astuta integración energética entre ambas; planta de captura y central térmica, es posible reducir la caída de rendimiento de una forma signi cativa y con ello los propios costes de reducción de emisiones. Ingeniería Industrial

In the present document, we aim to satisfying the energy and water demands of a housing estate in the South Moroccan city of Dahkla (23°43′N 15°57′W(1)). It is a residential area intended for 5.000 families to live in all year round. They shall have both electrical needs and water supplies covered. The electrical demand levels fulfil the standard levels according to developed countries. As for the water supplies, they include basic human consumption as well as landscaping and leisure time activities (such as swimming pools, etc) and should be obtained by processing ocean water through a desalination plant. The use of renewable energies not only pursues the goal of an autarkic system, but also offers an environmentally friendly option (zero emission systems) and permits a more sustainable global development in the world. Such layouts follow the Kyoto Protocol restrictions due to the virtually nil greenhouse effect gas generation. In order to decide on the system we wish to implement, various technological possibilities are analyzed in order to properly choose the most pertinent model. The economical aspects have only been taken into account roughly, on a broader scale. Our project is more centred in the purely technological field. Once we have chosen the specific disposition of our system, we proceed with the modelling of the latter, using the computer software TRNSYS. This program is a transient systems simulation program with a modular structure. It recognizes a system description language in which the user specifies the components that constitute the system and the manner in which they are connected. It is a commercial software package developed at the University of Wisconsin. As in every simulation, we contrast the results obtained with the data calculated on theoretical grounds. Conclusively, we suggest a possible model that could be followed to achieve the meeting of the system demands previously mentioned. ___________________________________________________ En el PFC presentado, se pretenden satisfacer las necesidades de agua y energía en una zona urbanizada en la sureña ciudad marroquí de Dahka (23°43′N 15°57′W(1)). Se trata de una zona residencial destinada a 5000 familias que vivirán allí durante todo el año. Las necesidades de agua y electricidad de dicha población se verán cubiertas. La demanda eléctrica se corresponde con los niveles estándar de los países desarrollados y la de agua incluye consumo humano básico, jardines y ocio (por ejemplo piscinas). Dichas necesidades de agua se deben cubrir por medio del agua obtenida mediante una planta desaladora. El uso de energías renovables, energía solar en este caso, no sólo persigue alcanzar un sistema autárquico, independiente de fuentes externas de energía convencionales (como por ejemplo combustibles fósiles) sino que también ofrece una alternativa positiva en un contexto medioambiental (sistema de emisión cero) además de ofrecer un desarrollo global más sostenible. Estos sistemas se ciñen a las restricciones del protocolo de Kyoto gracias a las emisiones virtualmente nulas generadas en el proceso. A la hora de elegir el sistema concreto que queremos implementar para cubrir las necesidades arriba mencionadas, se analizan varias posibilidades tecnológicas para poder seleccionar el modelo que mejor se ajuste. Los aspectos económicos sólo se han contemplado grosso modo, en una escala más generalista. Nuestro proyecto se centra más en el campo puramente técnico. Una vez se haya elegido el modelo a desarrollar, se procede con el modelado de dicho sistema empleando el programa informático TRNSYS. Es un programa que desarrolla modelos transitorios con una estructura modular. Reconoce un lenguaje de descripción en el que el usuario especifica los componentes que constituyen el sistema y la manera en la que están interconectados. Es software comercial desarrollado por la universidad de Wisconsin. Como con cualquier simulación, los datos obtenidos son contrastados con los calculados en ámbito teórico. Por último, sugerimos un posible modelo que cumpliría con las demandas y necesidades de nuestro sistema. Ingeniería Industrial

Arquitectos e ingenieros buscan constantemente nuevas soluciones para la creación de espacios envolventes eficientes. La industrialización y el desarrollo del mundo moderno han estimulado inevitablemente la demanda de cubiertas eficientes y capaces de encerrar grandes áreas libres de columnas. Las estructuras espaciales, sin duda, satisfacen dicha demanda y, si son bien diseñadas, requieren un uso mínimo de materiales estructurales. Este proyecto presenta un estudio sobre una nueva tecnología para construir cubiertas de doble curvatura a partir de elementos planos. Este trabajo se ha llevado a cabo en el Instituto de Ingeniería Estructural de la Universidad Tecnológica de Viena, bajo la dirección de O.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Johann Kollegger, y la supervisión de Dipl.Ing. Sonja Dallinger. Este nuevo método de construcción consiste en la transformación de un plato plano, formado por elementos, en una cubierta semiesférica mediante el uso combinado de elementos prefabricados, cables tensionados y un globo neumático. Además, este método no sólo es adecuado para cubiertas de hormigón, sino también para cubiertas de hielo. Diferentes experimentos se han realizado en el Instituto desde el 2005. Las cubiertas delgadas de hormigón son duraderas y demandan un mantenimiento mínimo. Este nuevo sistema mantiene todas las ventajas de las cubiertas de hormigón, pero elimina la necesidad de encofrados temporales y los altos costes asociados a estos. Por lo tanto, este nuevo sistema ofrece una alternativa atractiva a otros sistemas estructurales utilizados en cubiertas de grandes espacios. En las dos primeras secciones se presentan las estructuras semiesféricas. En la primera sección se ofrece una visión general sobre las estructuras semiesféricas: aplicaciones, características generales, clasificación; y una exposición de la teoría general para el análisis de membranas delgadas. La segunda sección se centra en el diseño y análisis de una cúpula. En primer lugar se presenta una visión general de las cúpulas a lo largo de la historia. Su comportamiento estructural, así como las distintas técnicas para la construcción de cubiertas semiesféricas delgadas. Posteriormente en la tercera sección, el nuevo método de construcción basado en el uso combinado de elementos prefabricados, cables tensionados y un globo neumático, se explica en profundidad. Tres experimentos diferentes: una cubierta semiesférica de hormigón en Viena y dos cubiertas semiesféricas de hielo en el Tirol, se analizan y exponen en detalle. La planificación, selección de materiales y elementos utilizados durante el proceso de construcción, se prueban en el laboratorio a fin de garantizar sus propiedades mecánicas y resistentes. En la cuarta sección, se lleva a cabo un análisis analítico y de elementos finitos en la estructura estudiada. Se realiza una modelación numérica de la cubierta semiesférica utilizando el programa de elementos finitos ABAQUS. Los resultados de los modelos numéricos son comparados con los analíticos para asegurar el adecuado comportamiento de la estructura. Por último en la quinta sección, el globo neumático y los cables tensionados utilizados en el proceso de construcción de la estructura, también se estudian en profundidad. Conclusiones y propuestas de mejora de esta tecnología se obtienen a partir de este estudio. __________________________________________________ Architects and engineers constantly seek new solutions to the problem of efficient space enclosure. The industrialization and development of the modern world has inevitably spurred demand for efficient and adaptable roofs for enclosing large columnfree areas. Spatial structures without doubt, meet such demand and, if properly designed, require a minimum use of structural materials. This thesis presents a study into a new technology to build double curved shells from plane elements. This work has been carried out the last years by the Institute for Structural Engineering of the Vienna University of Technology, under the management of O.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Johann Kollegger. This new construction method consists on transforming a plate formed by plane elements into a shell with the combined usage of precast elements, post tensioning and pneumatic formworks. Moreover, this method is not only suitable for concrete shells but also for ice shells. Different experiments had been performed in the Institute since 2005. Thin concrete shells are durable and demand minimal maintenance. This new system retains all the benefits of thin concrete shells, but eliminates the need for temporary formwork and the high costs associated. Therefore, the new system offers an attractive alternative to other structural systems for large-span roofs. In the first two sections a general overview about the shell structures, design and analysis of domes is presented; as well as known techniques in the building of thin shells. Then the new construction method based on the combined usage of precast elements, post tensioning and pneumatic formworks, is explained in detail. Three different experiments, one concrete shell in Vienna and two ice shells in Obergurgl, are monitored and deeply exposed. The planning, selection of materials and elements used during the building process are tested in the laboratory in order to ensure their demanded properties. An analytical and finite element analysis is carried out on the structures. A numerical modeling of the hemispherical shells using the finite elements program ABAQUS was undertaken. The numerical modeling results are compared to the analytical ones to ensure the adequate behavior of the structure. Finally the pneumatic formwork and tendons used in the building process of the shell are also studied deeply. Conclusions and improvement proposals for this technology are obtained from this study. Ingeniería Industrial

El objetivo principal de este proyecto de n de carrera es el estudio, mediante el método de elementos nitos (MEF), del impacto de un solido contra el agua, para su posterior uso en el estudio del ditching. Por lo que los datos que se obtendrán serán comparados con los estudios experimentales existentes, de tal manera que clarifiquen cual es la mejor manera de simular el impacto, variando diferentes parámetros, como son el método de integración y la densidad de nodos, del diseño de la malla del agua. Una vez obtenidos los parámetros que definen el mejor diseño del mallado del agua, se aplicarán a la simulación del impacto de un modelo de avión, simulación que introduce como nueva variable de estudio la velocidad tangencial al agua, con el fin estudiar el comportamiento del mallado resultante del estudio del impacto vertical, ante esta nueva variable, para su aplicación al estudio del ditching. El uso del método de elementos finitos para el estudio del ditching es viable, dado que los resultados que se han obtenido en el estudio del impacto de la cuña contra el agua son verdaderamente fidedignos tanto en deceleración como en presiones. Las condiciones mas influyentes para el correcto diseño de una malla que simule el agua en estas condiciones son: - Los métodos de integración - Las condiciones de contorno que se aplican al mallado de agua - La densidad de nodos en la zona de impacto Es posible obtener resultados correctos utilizando los métodos de integración: Lagrangiano y ALE Ingeniería Industrial