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El comportamiento de los materiales sometidos a cargas monotónicas se puede caracterizar mediante un modelo constitutivo y un criterio de falla. En este proyecto se plantea estudiar e implementar diferentes modelos matemáticos que describen el fenómeno de la fractura dúctil en metales, el cual se produce cuando el material experimenta deformaciones plásticas significativas al momento de su ruptura. Se evalúan dos enfoques: acoplado y desacoplado. En el primer enfoque el modelo constitutivo y el criterio de falla (en este caso, un modelo de daño) están estrechamente interrelacionados, mientras que en el segundo enfoque el modelo constitutivo es independiente del criterio de falla. En general, los criterios de fractura dúctil son más precisos que los criterios de falla clásicos, pero los más novedosos no están incluidos en los softwares comerciales de Elementos Finitos, dificultando así su uso práctico. Para definir completamente estos modelos se requiere determinar algunas constantes empíricas, específicas para cada material. En tal sentido, se platea diseñar, fabricar y ensayar experimentalmente probetas de configuración especial, capaces de captar los factores más influyentes en la fractura dúctil (la triaxialidad de tensiones y el ángulo de Lode), para tres grupos de aceros: estructurales, inoxidables y de alta resistencia. Durante el desarrollo de la investigación se evalúan varios criterios de fractura dúctil, cuyos resultados se comparan entre sí y se contrastan con resultados similares de la literatura. Para cada uno de los tres grupos de aceros ensayados, se seleccionan dos modelos numéricos de fractura dúctil (uno acoplado y otro desacoplado), los cuales se implementan y calibran en un software de Elementos Finitos. Finalmente, se propone un único modelo acoplado y otro desacoplado para cada grupo de aceros, estableciendo ecuaciones para determinar las constantes empíricas en función de las propiedades mecánicas y metalográficas de estos aceros.
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El problema de fondo que aborda el proyecto es la baja competitividad de la empresa metalmecánica peruana, que se manifiesta, entre otros aspectos, en su incapacidad de diseñar cajas reductoras de calidad y de manera eficiente, para satisfacer la demanda nacional, en particular de la industria minera, los principales clientes. Esto se ve reflejado en la práctica de las empresas metalmecánicas nacionales, las cuales tienen la necesidad de importar estos equipos debido a la calidad y confiabilidad que garantizan los productos extranjeros. Sin embargo, también se ha encontrado que algunas empresas importan estos equipos debido a su bajo costo, aún si esto significa una dudosa calidad de los mismos. El presente proyecto propone ampliar y mejorar aspectos del desarrollo del software inteligente de diseño de cajas reductoras, desarrollado en un proyecto antecedente y cuya propiedad intelectual ha sido registrada a nombre de la PUCP.
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La industria metalmecánica nacional padece de un bajo nivel de competitividad frente a sus pares extranjeros debido a la baja eficiencia que presenta en la ejecución de sus diferentes procesos, específicamente, en el proceso de diseño. El grupo INACOM de la PUCP ha desarrollado un software inteligente denominado aiGearboxDesigner que permite realizar el diseño automatizado de cajas reductoras de velocidad. Esto porque se busca satisfacer las demandas de la industria minera, en cuanto a obtener estos productos con buena calidad y bajo costo por parte de la metalmecánica nacional. aiGearboxDesigner se desarrolló con el objetivo de disminuir el tiempo invertido en el proceso de diseño, alcanzándose así una gran eficiencia en cuanto a tiempo. Sin embargo, también es necesario que los diseños tengan un bajo costo. Esto es posible si se logra disminuir el volumen de material empleado en la fabricación de la caja reductora. Para alcanzar este propósito se han planteado varios objetivos específicos. El primero consiste en desarrollar e incorporar un algoritmo para minimizar el volumen del material empleado enfocado en los engranajes y árboles. El segundo objetivo consiste en establecer un procedimiento que permita optimizar el diseño de la carcasa mediante el análisis automatizado por elementos finitos e incorporarlo en el software desarrollado. Se propone como tercer objetivo obtener modelos matemáticos que permitan determinar la temperatura de trabajo de manera precisa a partir de resultados de simulación numérica. Finalmente, como cuarto objetivo se probará el software dentro de una empresa metalmecánica para recibir la retroalimentación necesaria y posteriormente validarlo. De esta forma se obtendrá un software inteligente capaz de diseñar cajas reductoras de forma automatizada en un corto tiempo minimizando el volumen de material empleado. Con esto se estará dotando a la industria metalmecánica de una herramienta que le permita incrementar su competitividad.
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Se propone optimizar el uso de Polímeros y mejorar el Diseño y estrategias de fabricación de productos terminados mediante procesos de manufactura aditiva (AM). Como caso de estudio se aborda, las Prótesis de mano. El principal reto es generar nuevo conocimiento acerca de la marcada dependencia de las propiedades mecánicas del comportamiento del material depositado mediante esta tecnología con respecto a los parámetros de fabricación y su influencia en el desempeño del producto terminado. La metodología de investigación se basa en la sinergia entre ensayos experimentales y virtuales, modelos matemáticos y Simulación computacional del comportamiento, en probetas y productos finales. El impacto potencial del proyecto es grande e inmediato debido a: la disposición local de la tecnología; su bajo costo aún a escala individual de producción; la versatilidad para adaptarse a diseños personalizados para cada paciente; la necesidad del Sistema de Seguridad Social y la población de más bajos recursos que ha sufrido amputación de miembros superiores, para quienes es imposible acceder a soluciones comerciales existentes. También son favorables los antecedentes de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y del Centro Internacional de Métodos Numéricos en la Ingeniería (CIMNE, Barcelona), en investigación tanto en la Ciencia de los Materiales, la Simulación computacional de procesos y análisis de desempeño de componentes, así como en la aplicación de la tecnología de AM.
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En el transporte de fluidos, en particular en la industria petroquímica, el flujo bifásico en tuberías induce vibraciones mecánicas, por ejemplo en gasoductos o tuberías en plantas industriales. Estas vibraciones inducidas por el flujo interno interactúan con la estructura portante y originan cargas que comprometen la integridad del sistema. Este efecto, intrínseco del transporte de fluidos, ha sido poco estudiado y su conocimiento aún es limitado. El Proyecto propone desarrollar modelos matemáticos para prever la respuesta estructural de tuberías sometidas a flujo bifásico gas-líquido y complementariamente desarrollar simulaciones computacionales, para estudiar el fenómeno y establecer conclusiones que permitan prever consecuencias perjudiciales en estos sistemas.
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El propósito de la investigación es analizar y mejorar el diseño de un impulsor tipo hydrofoil para asegurar la calidad de la mezcla de los líquidos y sólidos en suspensión de pulpa polimetálica y reducir el consumo energético, mediante el uso de CFD (Computational Fluid Dynamics) y validar estos resultados con ensayos experimentales en un agitador a escala reducida. Los agitadores de impulsores tipo hydrofoil de flujo axial son máquinas muy utilizadas en el sector minero, químico, farmacéutico y alimenticio, siendo muy demandados en nuestra industria peruana. Este proyecto es continuación del Proyecto Especial DGI: DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN AGITADOR A ESCALA REDUCIDA DE FLUJO AXIAL Y UN SISTEMA DE MEDICIÓN DE TORQUE PARA OPTIMIZAR EL CONSUMO DE ENERGÍA EN EL PROCESO DE MEZCLA DE PULPA POLIMETÁLICA, desarrollado con la finalidad de fabricar un agitador a escala reducida para realizar pruebas de laboratorio, con un sistema de medición de torque y regulación de la velocidad angular. Los ensayos experimentales y las simulaciones numéricas permitirán estudiar el comportamiento del agitador con diferentes impulsores y realizar procesos de optimización del diseño. El presente proyecto plantea investigar y analizar diecisiete perfiles aerodinámicos normalizados y evaluar el coeficiente de arrastre, de sustentación y de momento. Luego de la evaluación, se elegirán cuatro perfiles y se desarrollará la geometría de los álabes mediante el uso de un software de simulación numérica. Finalmente, para el proceso de optimización de la geometría de un impulsor tipo hydrofoil, se fabricarán cuatro modelos, cuya geometría se analizará por medio de CFD y ensayos experimentales en el agitador a escala reducida fabricado
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El presente proyecto propone el estudio de la estabilidad de la bicicleta al implementar un giroscopio como sistema de seguridad, con la finalidad de mejorarla para prevenir potenciales accidentes, haciéndola más segura y finalmente promoviendo su uso. La estabilidad juega un papel importante en la seguridad del ciclista, ya que, ante una mínima perturbación, un accidente puede ocurrir. Los giroscopios son altamente utilizados para mantener la estabilidad de objetos y vehículos, no obstante, este ha sido muy poco implementado en vehículos menores, debido a la complejidad y alto número de casos de estudio. Para tal efecto, el proyecto se encuentra estructurado en 3 etapas: (1) el modelamiento matemático- físico, (2) un análisis de dinámico de la fuerza y potencia necesario del giroscopio y por último (3) la aplicación de estos conceptos para determinar el comportamiento del sistema giroscopio ante diversos casos de estudio. El objetivo es encontrar la configuración óptima para mejorar la estabilidad de la bicicleta.
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En el transporte de fluidos, en particular en la industria petroquímica, el flujo bifásico en tuberías induce vibraciones mecánicas, por ejemplo en gasoductos o tuberías en plantas industriales. Estas vibraciones inducidas por el flujo interno interactúan con la estructura portante y originan cargas que comprometen la integridad del sistema. Este efecto, intrínseco del transporte de fluidos, ha sido poco estudiado y su conocimiento aún es limitado. El Proyecto propone desarrollar modelos matemáticos para prever la respuesta estructural de tuberías sometidas a flujo bifásico gas-líquido y complementariamente desarrollar simulaciones computacionales, para estudiar el fenómeno y establecer conclusiones que permitan prever consecuencias perjudiciales en estos sistemas.
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