Evaluación de las vibraciones del suelo causadas por trenes subterráneos usando elementos finitos

En este trabajo se presenta un análisis numérico de las vibraciones inducidas por la propagación de ondas originadas por el paso de trenes a través de túneles subterráneos. La metodología desarrollada es útil para realizar el análisis de vibraciones requerido por agencias reguladoras cuando los resultados de investigaciones preliminares indican que se van a exceder los umbrales seguros de vibración. Se estudiaron los niveles de vibraciones en los túneles del proyecto del Tren Urbano, que se está construyendo en San Juan, Puerto Rico. Se estudiaron secciones típicas de cada una de las tres clases de túneles que se usaron en el proyecto. El método de elementos finitos se utilizó para discretizar la geometría de los modelos y para calcular los desplazamientos, las velocidades y los esfuerzos inducidos por la propagación de ondas. El programa de elementos finitos ALGOR se utilizó para modelar el suelo, los diversos túneles y las estructuras en la superficie. Los resultados de la simulación numérica se compararon con mediciones en el campo efectuadas antes del inicio del proyecto Tren Urbano por la compañía consultora Harris Miller Miller & Hanson, Inc. Se encontró que los resultados de ambos procedimientos comparan favorablemente

Diseño, cálculo y análisis de la aplicación de un motor lineal síncrono con imanes permanentes

En la realización de este proyecto fin de carrera se ha diseñado la estructura portante de un motor linear síncrono de imanes permanentes. Se utilizó un programa de magnetismo basado en el método de elementos finitos MEF para calcular las fuerzas magnéticas provocadas por el flujo magnético entre los imanes y la armadura. El modelo del prototipo se realizó mediante un programa de diseño asistido por ordenador CAD, importándolo posteriormente a un programa de análisis de elementos finitos FEA para el estudio del comportamiento mecánico de sus piezas. Las simulaciones obtenidas con éste último en las condiciones más reales posibles se obtuvieron unos resultados que permitieron conocer los puntos más débiles de la estructura, y permitiendo unas mejores para re-diseñarlo y obtener así un prototipo que soporte cualquier tipo de solicitación sin fallo. __________________________________________________________________________________________________In conducting this project has been designed bearing structure of a permanent magnet linear synchronous motor. It used a magnetism program based on finite element method FEM to calculate the magnetic forces caused by magnetic flux between the magnets and armature. The prototype model was made through a program of computeraided design CAD, then importing it to a program of finite element analysis FEA to study the mechanical behavior of its parts. The simulations obtained with that one, in the most real situation, results that were obtained allowed to know the weakest points of the structure, and allowing for improvements in re-design and to obtain a prototype that supports any type of solicitation without failure.Ingeniería Técnica en Mecánic

Análisis del comportamiento mecánico de un rack de baterías frente a eventos de choque.

El trabajo fin de máster, titulado “ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UN RACK DE BATERÍAS FRENTE A EVENTOS DE CHOQUE” fue desarrollado por el estudiante D. Javier Rivera Hoyos como proyecto final del Máster Universitario en Ingeniería Mecánica de la UPM y que estuvo bajo la tutoría del Dr. D. Luis Martínez, profesor y director de la Unidad de Biomecánica del INSIA-UPM. Este TFM se llevó a cabo en el desarrollo del proyecto europeo OPERA4FEV, el cual hace parte del 7º Programa Marco de la Comisión Europea realizado por diez entidades, de seis países diferentes, especializadas en diversos campos de la ingeniería, teniendo como objetivo, el proponer una solución alternativa que sea barata, ligera y versátil, que mejore la tecnología actual, la cual está basada en la utilización de racks metálicos para el empaquetamiento de las baterías de los vehículos eléctricos. Para cumplir con ese objetivo, se ha propuesto desarrollar un rack para baterías fabricado en un material termoplástico, además del rediseño de los componentes internos del mismo, con el cumpliendo de los requisitos normativos de seguridad exigidos para este tipo de dispositivos. El tema escogido para la elaboración del Trabajo Fin de Master, trata del análisis de la resistencia mecánica de un rack de baterías, el cual fue llevado a cabo mediante el uso de la técnica de los elementos finitos, empleando para ello la suite de HYPERWORWS, una serie de programas especializados en simulación que permite la creación de modelos de elementos finitos a partir de diseños CAD en 3D. Con el uso de estos programas fue posible la realización de ensayos virtuales los cuales permitieron la representación de las condiciones características de diferentes eventos de choque. Se siguió la metodología tradicional para el análisis por elementos finitos, que inicia con una geometría inicial creada en un programa CAD y la cual posteriormente es dividida en elementos finitos. A continuación, se procede a la asignación de cargas y condiciones de contorno completando el modelo y dejándolo preparado para el proceso de cálculo. Finalmente, los resultados fueron analizados y se tomaron las decisiones oportunas para llevar a cabo las modificaciones en el modelo que permitieran mejorar los resultados. Con este TFM se logró realizar la evaluación de una primera propuesta de diseño de un rack de baterías para un vehículo industrial tipo N2, determinando las áreas críticas de fallo y aportando soluciones para su mejoramiento

Cálculo de los valores máximos de campo magnético utilizando el método de los elementos finitos

El método de los elementos finitos (FEM) es ampliamente utilizado en varias áreas del conocimiento las cuales incluyen aplicaciones de la ingeniería mecánica en áreas como transferencia de calor, mecánica de sólidos, estudios de elasticidad, dinámica de fluidos y análisis del comportamiento de materiales cuando son sometidos a esfuerzos. Las aplicaciones en ingeniería eléctrica van desde el análisis de campo eléctrico y magnético en un punto hasta el modelamiento de las líneas de flujo en una máquina eléctrica o línea de transmisión

Cálculo de los valores máximos de campo magnético utilizando el método de los elementos finitos

El método de los elementos finitos (FEM) es ampliamente utilizado en varias áreas del conocimiento las cuales incluyen aplicaciones de la ingeniería mecánica en áreas como transferencia de calor, mecánica de sólidos, estudios de elasticidad, dinámica de fluidos y análisis del comportamiento de materiales cuando son sometidos a esfuerzos. Las aplicaciones en ingeniería eléctrica van desde el análisis de campo eléctrico y magnético en un punto hasta el modelamiento de las líneas de flujo en una máquina eléctrica o línea de transmisión

Diseño de un elevador de obra accionado mediante un sistema de piñón-cremallera

En el presente proyecto fin de carrera se presenta el diseño de un elevador de obra accionado mediante un sistema piñón-cremallera, basando el protocolo de cálculos en lo establecido en la norma UNE-EN 12159 Marzo 2013: Elevadores de obras de construcción para pasajeros y carga con caja guiada verticalmente. Para el análisis estructural se utilizó un programa basado en el método de elementos finitos MEF, Algor V18, con el cual se calcularon las tensiones y deformaciones máximas a las que se verían sometidos los componentes mecánicos más importantes del elevador. Estos modelos estudiados se diseñaron mediante un programa de diseño asistido por computador CAD, Catia V5R17, y posteriormente se importaron a Algor para su análisis. Los resultados obtenidos de las simulaciones tras imponer las condiciones de funcionamiento más desfavorables posibles para el elevador permitieron justificar el modelo, cumpliendo los requerimientos de la norma vigente para este tipo de maquinariaIn this final project is shown the design of a mastclimber hoist driven by a rack-pinion system. All the calculations used in this document are based on the European Standard EN 12159 March 2013: builders hoists for persons and materials with vertically guided cages. To analyze the steel structures it has been used a program based on finite element analysis (FEA), Algor V18, which allowed to calculate the maximum stresses and strains of the most important mechanical components of the hoist. The models were designed using a Computer Aided Design (CAD) software, Catia V5R17, and then they were imported to Algor for analyzing them. The results gotten, considering the worst working conditions for the hoist, allowed to justify the model against the requirements of the European standard for this type of machinery.Ingeniería Técnica en Mecánic

Simulación de la prueba de cortocircuito para transformadores utilizando un sistema F.E.A

La calidad y la contabilidad en la fabricación y funcionamiento de los transformadores están unidas a los resultados que se obtienen de las diferentes pruebas que se realizan en su proceso de fabricación, resultados que deben cumplir con los valores establecidos por norma. En este proceso, para los fabricantes, se derivan costos por toda la logística que se requiere en algunos casos para la realización de pruebas especiales de los prototipos, los cuales se deben realizar en laboratorios acreditados. En el caso específico de la prueba de corto-circuito, el laboratorio acreditado para esto cuenta con equipos e instalaciones que son costosos, lo cual implica que esta prueba sea una de las más costosas realizadas a transformadores eléctricos. Cuando un prototipo no cumple con los valores establecidos por la norma en la prueba de corto-circuito, el diseño de este ingresa en un re-diseño teniendo como base los resultados obtenidos, generando más pérdidas para los fabricantes. Por tal motivo, la implementación de una metodología a de análisis computacional basada en simulaciones multifísicas y sistemas de análisis por elementos nitos \FEA" (Finite Element Analysis), ahorra tiempo y disminuye la fabricación de prototipos y los costos que conlleva la realización de la prueba de corto-circuito. La metodología consiste en modelar la parte activa del transformador por medio de un software de diseño con el nivel de detalle que optimice los análisis que se harán en el modelo. Luego de tener el modelo se utilizara el software dedicado a simulaciones multifísicas basado en sistemas de análisis por elementos nitos. En este software se simula las condiciones operativas con las cuales se somete un transformador a la prueba de cortocircuito en un laboratorio, obteniendo como resultado las corrientes que se encuentran en los devanados y las fuerzas que se generan, con estas fuerzas se simulan las deformaciones que se pueden dar en los devanados y en la brida de la parte activa del transformador, dando as un diagnostico aproximado del comportamiento electromecánico del diseño sometido a esta prueba

Contribuciones a la simulación numérica del fallo material en medios tridimensionales mediante la metodología de discontinuidades fuertes de continuo

Esta monografía presenta una reformulación de la metodología de discontinuidades fuertes de continuo para la simulación numérica del fallo material de estructuras. Los objetivos buscados han sido mejorar la robustez de este tipo de análisis numérico y proporcionar una serie de herramientas que garanticen la confiabilidad de los resultados obtenidos. La metodología de discontinuidades fuertes de continuo [50]-[51] es una aproximación numérica al fenómeno de la localización de deformaciones por ablandamiento. Al contrario de las aproximaciones discretas, utiliza un formato continuo tensión-deformación para describir todo el proceso de agotamiento del material. Gracias a una regularización (reinterpretación) de la cinemática del problema y del módulo de ablandamiento se garantiza que la disipación del modelo venga dada por la densidad superficial de energía de fractura [52]. Adicionalmente, la utilización de un algoritmo tipo térmico de captura y gestión de las superficies de localización de deformaciones permite abordar el análisis de problemas con multifisuración [57]. La mejora en la robustez del análisis numérico se ha conseguido adoptando la formulación simétrica cinemáticamente consistente y formulando un nuevo esquema de integración, denominado IMPL-EX, que garantiza la definición positiva de los operadores algorítmicos que intervienen en el problema. La confiabilidad en el resultado numérico se asegura mediante un algoritmo de control del error cometido y mediante un nuevo esquema de limitación de la longitud de arco. Estos dos algoritmos han sido desarrollados específicamente para el esquema de integración IMPL-EX. La formulación así definida ha sido aplicada en el estudio de dos fenómenos propios de la mecánica de la fractura: el estudio de la influencia del tamaño de una estructura en su resistencia nominal (efecto tamaño) y el estudio/medición de la longitud de procesamiento de fractura. Por último se presentan una serie de ensayos numéricos del fallo material en estructuras tridimensionales. Estos ensayos se dividen en tres grupos: ensayos donde el modo de fallo predominante es en modo I, ensayos donde el modo de fallo predominante es de deslizamiento (análisis de taludes) y ensayos donde el modo de fallo moviliza mecanismos resistentes tridimensionales (análisis del efecto arco en presas con simple y doble curvatura)

Estudio de comportamiento mecánico de un carrete de madera No. 24 para empaques de cables

Con el ánimo de participar en el desarrollo del sector investigativo de la Universidad Autónoma de Occidente, de la mano del Grupo de Investigación en Tecnologías para la Manufactura (GITEM) de la universidad, y en contribuir con la innovación y desarrollo de carretes para cables a nivel nacional, el grupo de investigación GITEM, quienes desean desarrollar e implementar en la empresa Recuperados y Servicios Industriales Ltda. (R.S.I.) la tecnología que permita utilizar envases TetraPak, de origen post-industriales y post-consumo para fabricar carretes para empaque de cables eléctricos y telefónicos, contribuyendo a la sustitución o disminución del uso madera en su fabricación. Así que, para implantar un parámetro de comparación, con este proyecto se pretende evaluar el comportamiento mecánico de los carretes de madera No. 24 que constan de unos discos laterales de 2.4 metros de diámetro y un tambor o núcleo de 1.4 metros de diámetro por 1.2 metros de longitud (ver figura 1) y, de ser necesario, se propone ciertos parámetros de diseño que conlleven, básicamente, a la disminución del uso de la madera tipo Sajo (Nombre científico: Campnosperma Panamensis Standl) para la fabricación de los carretes de madera para cables. Figura 1. Carrete de madera No 24 para el empaque de cablesTrabajo de grado (Ingeniero Mecánico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2008PregradoIngeniero(a) Mecánico(a