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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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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.
Participantes:
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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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Las vibraciones mecánicas inducidas por flujo bifásico interno son comunes en el sector industrial, por ejemplo en gasoductos o tuberías en plantas petroquímicas. A pesar de estar presente como parte intrínseca del transporte de fluidos, este fenómeno ha sido poco estudiado y su conocimiento aún es limitado. El presente proyecto tiene por finalidad estudiar numéricamente la respuesta dinámica de una tubería que transporte flujo bifásico agua-aire y validar los modelos utilizados experimentalmente. El análisis numérico se realizará en la plataforma ANSYS Multiphysics¿, que cuenta con los módulos necesarios para el estudio de fluidos y de estructuras. Dado que los resultados experimentales reportados están restringidos a ciertas condiciones geométricas e hidrodinámicas, se construirá un banco de ensayos para realizar los experimentos necesarios y medir las variables de interés. El producto final del proyecto será un modelo numérico capaz de predecir la respuesta dinámica de una tubería que transporta flujo bifásico gas-líquido, validado experimentalmente, y un banco de ensayos apto para realizar experimentos del fenómeno de vibración inducida por flujo.
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Los elementos o placas de protección antidesgaste de chutes de transferencia de carga mineral están sometidos a altas solicitaciones de impacto y abrasión en servicio, por lo que el tiempo de vida es un elemento clave en el costo de los procesos de minería que los utilizan. El problema a resolver en el presente proyecto es la corta vida útil de estas placas de protección que se comercializan en el mercado nacional. Se presenta una oportunidad de diferenciación de los productos existentes en el mercado ofreciendo una placa antidesgaste con un nuevo sistema de sujeción que permita dar mayor vida útil a la placa.
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Although semi-rigid steel joints has been adopted in design specifications for a long period of time and their benefits are extensively documented (e.g., structural lightness and material savings, easier connection of secondary members, less susceptibility to brittle failure modes than welded joints, more energy dissipation during an earthquake than rigid joints), they are not really used much in practice. Beam-to-column bolted connections in steel frames are often assumed as either rigid or pinned. In spite of making the design process much more efficient, this assumption definitely does not represent the actual behavior of the structure, since most connections nowadays behave indeed as semi-rigid. Pinned and rigid joints are much easier to design since the connection components are proportioned only after the last global structural analysis is completed. In contrast, semi-rigid joint components are designed iteratively (like structural members) since one must assume (pre-design) values of the connection elements in order to get the rotational stiffness value to be used in the global analysis (elastic or elastoplastic). Thus, if the joint mechanical features (initial or secant rotational stiffness and strength) are not easily available to the analyst, which is a reality since design codes and scientific literature do not cover (at all) any possible bolted connection, the design becomes unfeasible (time consuming and troublesome). The purpose of this project is to make the semi-rigid design of joints a feasible reality for all structural engineers and researchers, by providing an extensive database of the rotational stiffnesses, strength and M-Theta; curves of the most important semi-rigid beam-to-column joint types used in engineering practice. According to the aforementioned, this work will give an essential contribute to safer and more sustainable steel construction.
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Vibraciones mecánicas inducidas por flujo bifásico interno son comunes en el sector industrial, por ejemplo en gasoductos o tuberías en plantas petroquímicas. A pesar de estar presente como parte intrínseca del transporte de fluidos, ese fenómeno ha sido poco estudiado y su conocimiento aún es limitado. Los resultados experimentales reportados son restrictos a ciertas condiciones geométricas e hidrodinámicas. El presente proyecto tiene por finalidad estudiar analítica y numéricamente la respuesta dinámica de una tubería que transporte flujo bifásico gas-líquido. Primero, se estudiará la respuesta dinámica para flujo monofásico. Se formulará la ecuación (diferencial) de movimiento del sistema a partir de la segunda ley de Newton. Luego, se implementarán las ecuaciones de flujo bifásico y serán incluidas en la formulación previa de la respuesta dinámica. En paralelo, se realizará un trabajo de simulación numérica computacional utilizando el software ANSYS Multiphysics¿, cuyos resultados serán comparados con los obtenidos en las fases anteriores y con resultados experimentales de la literatura. El producto final del proyecto es un modelo matemático para la previsión de la respuesta dinámica de un tubo que transporta flujo bifásico gas-líquido. Ese modelo permitirá generalizar los estudios experimentales reportados en la literatura. El proyecto también prevé la formación de un grupo de investigación en el tópico del proyecto y búsqueda de colaboraciones universidad-empresa.
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