Propagación de incertidumbre en los patrones de vibración de vigas rotantes

En este artículo se efectúan estudios de la propagación de incertidumbre para caracterizar la variabilidad de respuesta dinámica de vigas rotantes o álabes en cuanto a sus patrones de vibración libre. Se emplea un modelo básico de viga rotante con flexibilidad por corte (modelo Timoshenko extendido) el cual sirve como modelo determinístico básico para los posteriores cálculos probabilísticos. En un sistema rotante la incertidumbre se debe a múltiples factores: solicitaciones, materiales, formas de anclaje, etc. El estudio probabilístico que se conduce evaluando como inciertos algunos parámetros del modelo matemático, como por ejemplo, las propiedades del material, el ángulo de conexión de la viga al núcleo rotante, entre otros. Se emplea el Principio de Máxima Entropía para deducir las funciones de distribución de probabilidades asociadas a los parámetros. Luego se construye el modelo probabilístico sustentado dentro de una plataforma general de cálculo computacional por el método de elementos finitos. Se llevan a cabo cálculos de propagación de incertidumbre en la dinámica de vigas rotantes. Y se observa que la variabilidad en la rigidez del anclaje no afecta sustancialmente la dispersión de las frecuencias, mientras que la variabilidad de las propiedades materiales afecta en el mismo orden las respuestas de frecuencia.In this article, studies of the uncertainty propagation are performed to characterize the variability of dynamic response of beams or rotating blades in their free vibration patterns. A basic model of rotating flexible beam shear (extended Timoshenko model) which serves as a basic deterministic model for subsequent probabilistic calculations is used. In a rotating system, uncertainty is due to many factors: stresses, materials, shape anchor, etc. The probabilistic study is evaluating driving uncertain as some parameters of the mathematical model, such as material properties, connection angle of the beam at the rotating core, and others. Maximum Entropy Principle to derive the probability distribution functions associated with the parameters is used. The probabilistic model based within a general computing platform calculation by finite element method is then built. Calculations are performed propagation of uncertainty in the dynamics of rotating beams.Fil: Piovan, Marcelo Tulio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Olmedo Salazar, José Fernando. Universidad de las Fuerza Armadas; Ecuado

Self-damping of Optical Ground Wire Cables: A Bayesian Approach

The empirical Power Law model has a long usage history in cable self-damping studies, and several types of research have been done to characterize its parameters for various types of cables. In this work, a novel Bayesian model calibration framework is proposed and applied to study self-damping Optical Ground Wire (OPGW) cables. This technique then combines experimental and statistical approaches to obtain the confidence intervals for each parameter and characterize the different regions where the model presents other behaviors. The results enable a better calibration of the model's parameters and agree with the trends already set in the literature. They also provide a new understanding of the model and estimate different uncertainties its application enticesFil: Campos, Damián Federico. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Löser, Enrique Eduardo. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Piovan, Marcelo Tulio. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentin

Coupled Free Vibrations Of Tapered Box-Beams Made Of Composite Materials

In this paper, analytical solutions are developed for the free vibration analysis of tapered thin-walled laminated-composite beams with closed cross-sections. The present approach is based in a recently developed model that incorporates in a full form the shear flexibility. The model considers shear flexibility due to bending as well as non-uniform torsional warping. The model is briefly reviewed with the aim to present the equilibrium equations and the related boundary conditions and constitutive equations. The lamination can be selected in order to manifest different types of elastic couplings. The typical laminations for a box-beam, like Circumferentially Uniform Stiffness and Circumferentially Asymmetric Stiffness stacking sequences, are analyzed. The exact values (i.e. with arbitrary precision) of frequencies are obtained by means of power series schemes. A parametric analysis is performed for different taper ratios, stacking sequences and materials.Fil: Piovan, Marcelo Tulio. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; ArgentinaFil: Filipich, Carlos Pedro. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Cortínez, Víctor Hugo. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentin

Plataforma terrestre móvil multipropósito económica para usos de inspección y de manipulación de cargas peligrosas

Este trabajo presenta los resultados del desarrollo de una plataforma terrestre multipropósito para ser empleada con diferentes montajes. La plataforma está diseñada considerando concepciones donde el costo de pérdida de un equipo completo no sea altamente sensible, como eventualmente puede suceder con otros equipos completos activos en Argentina (e.g. el robot ANDROS de Northop-Grumann, cuesta más de 200.000 dólares). En primera instancia se abordan aspectos de diseño para aprovechamiento de espacios, selección de los componentes funcionales (motores, baterías, sistemas de tracción) a partir de los disponibles en mercado argentino con la finalidad de reducir sustancialmente el costo constructivo de un prototipo funcional. También se desarrollan los sistemas de control para los motores y para el rastreo por tele-cámaras y los montajes de brazos con garras de manipulación. La plataforma móvil tracciona por orugas plásticas de alta resistencia. La planta motora está conformada por motorreductores con sistemas de control desarrollados ad-hoc (basados en un DSPIC para la modulación del ancho de pulso) de manera de lograr generalidad y portabilidad con diversos tipos de motores. El control del movimiento se efectúa a través de un sistema inalámbrico con palanca de comando y botoneras ad-hoc. Se muestran pruebas de respuesta dinámica y cinemática de la plataforma ante diversos tipos de terreno. A su vez se muestra las respuestas dinámicas de accionamiento de brazo y pinza de manipulación.This paper shows the results of the development of a general and multipurpose terrestrial platform to be used with different assemblies. The platform is designed considering concepts where the cost of loss of the complete equipment is not highly sensitive; as it eventually can happen with other complete systems active in Argentina (e.g. the robot ANDROS manufactured by Northop-Grumann, costs more than USD 200.000). This work addresses design aspects for space utilization, selection of functional components (motors, batteries, traction systems) from those available in the national market in order to minimize the constructive cost of a functional prototype. The control systems for the motors and for the tracking by tele-cameras and the assemblies of arms with handling claws are also developed. The platform has traction of high resistance plastic caterpillars with rubber grippers. The motor plant consists of gear motors with control systems developed ad-hoc (based on a DSPIC for pulse width modulation) in order to achieve generality and portability with various types of engines. The control of the movement is carried out through a wireless system with a command lever and ad-hoc keypads. Tests of dynamic response and kinematics of the platform to different types of terrain are shown. The dynamic responses of arm drive and manipulation clamp are shown besides

Economical multipurpose mobile terrestrial. platform for hazardous cargo handling and inspection uses

Este trabajo presenta los resultados del desarrollo de una plataforma terrestre multipropósito para ser empleada con diferentes montajes. La plataforma está diseñada considerando concepciones donde el costo de pérdida de un equipo completo no sea altamente sensible, como eventualmente puede suceder con otros equipos completos activos en Argentina (e.g. el robot ANDROS de NorthopGrumann, cuesta más de 200.000 dólares). En primera instancia se abordan aspectos de diseño para aprovechamiento de espacios, selección de los componentes funcionales (motores, baterías, sistemas de tracción) a partir de los disponibles en mercado argentino con la finalidad de reducir sustancialmente el costo constructivo de un prototipo funcional. También se desarrollan los sistemas de control para los motores y para el rastreo por tele-cámaras y los montajes de brazos con garras de manipulación. La plataforma móvil tracciona por orugas plásticas de alta resistencia. La planta motora está conformada por motorreductores con sistemas de control desarrollados ad-hoc (basados en un DSPIC para la modulación del ancho de pulso) de manera de lograr generalidad y portabilidad con diversos tipos de motores. El control del movimiento se efectúa a través de un sistema inalámbrico con palanca de comando y botoneras ad-hoc. Se muestran pruebas de respuesta dinámica y cinemática de la plataforma ante diversos tipos de terreno. A su vez se muestra las respuestas dinámicas de accionamiento de brazo y pinza de manipulación.This paper shows the results of the development of a general and multipurpose terrestrial platform to be used with different assemblies. The platform is designed considering concepts where the cost of loss of the complete equipment is not highly sensitive; as it eventually can happen with other complete systems active in Argentina (e.g. the robot ANDROS manufactured by Northop-Grumann, costs more than USD 200.000). This work addresses design aspects for space utilization, selection of functional components (motors, batteries, traction systems) from those available in the national market in order to minimize the constructive cost of a functional prototype. The control systems for the motors and for the tracking by tele-cameras and the assemblies of arms with handling claws are also developed. The platform has traction of high resistance plastic caterpillars with rubber grippers. The motor plant consists of gear motors with control systems developed ad-hoc (based on a DSPIC for pulse width modulation) in order to achieve generality and portability with various types of engines. The control of the movement is carried out through a wireless system with a command lever and ad-hoc keypads. Tests of dynamic response and kinematics of the platform to different types of terrain are shown. The dynamic responses of arm drive and manipulation clamp are shown besides.Fil: Mainetti, Carlos Adrian. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Romero, Andrés. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Piovan, Marcelo Tulio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentin

Creep behaviour of a polymer used for 3D printing

En los últimos años se está utilizando, ampliamente, la construcción aditiva o impresión 3D, para la fabrica-ción de bienes tecnológicos. Este procedimiento de construcción tiene y tendrá un gran impacto industrial. Existen muchos procedimientos de impresión 3D y entre ellosel más conocido se denomina Modelado por Deposición de Filamento(MDF).El objetivo del presente trabajo se orienta a la caracterización experimental de propiedades mecánicas de piezas construidas por impresión 3D con polímeros plásticos. Si bien ya se han efectuado varios estudios sobre la caracterización de propiedades mecánicas de piezas impresas por MDF, se debe mencionar que es poco lo evaluado relativo al fenómeno de creepo de termofluencia. En este trabajo se estudian las propieda-des a la termofluencia del poli(ácido láctico) (PLA). Este polímero es termoplástico y biodegradable y se utiliza tanto en estado amorfo como cristalino, por lo que presenta numerosas aplicaciones tecnológicas. Los ensayos de termofluencia por tracción, se efectúan a una temperatura de 303 K, y a niveles de tensión correspondientes entre el 25% y50% del límite de fluencia. Para ello, se emplean probetas estandarizadas construidas con diversos trazadosde deposición del filamentoplástico.In recent years,additive construction or 3D printing technology is being widely used for manufacturing goods. Thisconstruction procedure has and will have a great industrial impact. There are several3Dprinting processes, and among of themthe mostknown is called Fused Deposition Modeling (FDM).The objective of the present paper is oriented to the experimental characterization of the mechanical proper-ties of pieces constructed by means of 3D printing using thermoplastic polymers. Although there are many studies about the characterization of mechanical properties in 3Dprinted parts, it should be noted that there is quite a little effort in evaluating the creep effect in 3D printed specimens. In this work the creep properties of the polylactic acid (PLA) are studied. This materialis a thermoplastic and biodegradable biopolymerusedin both amorphous and crystalline states, which has many technological applications. The tensile creep testsare performed ata temperature of 303Kand at corresponding levels of tension bet-ween 25% and50% of the yield strength of PLA. Standard specimens constructed with differentlayoutsof plastic filament deposition are employed.Fil: Molina, Rene. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Pender, Gerardo Rubén. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Moro, Lilián Diana. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Piovan, Marcelo Tulio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca. Grupo de Análisis de Sistemas Mecánicos; Argentin

Determination of elastic properties of polymeric pieces constructed by 3D printing, subjected to bending

El procedimiento de Modelación por Deposición de Filamento (MDF) polimérico es una de las variantes de mayor repercusión en el conjunto de tecnologías de construcción aditiva, usualmente llamadas impresión 3D. La irrupción de máquinas de bajo costo y la continua mejora de la calidad y resistencia de los polímeros empleados, exige estimar la vida útily performance de las piezas impresas. Por ello, este trabajo analiza el desempeño mecánico ante esfuerzos de flexión de polímeros que típicamente se emplean en la construcción aditiva. En particular se evalúa, a través de experimentos diseñados “ad-hoc”el módulo de elasticidad a flexión en probetas de Poli Ácido Láctico (PLA), Nylon y Poli-estireno de Alto Impacto (HIPS), en función de diversos factores de variabilidad, entre los que se cuentan la dirección de trazado en cada capa (ángulo de deposición), la orientación de impresión de la pieza, la presencia de aditivos colorantes en los polímeros y la velocidad de impresión. Se encontró que todos los factores de variabilidad estudiados, modifican significativamente el módulo de elasticidad a la flexión. Analizando la orientación de los filamentos en los tres materiales, se determinó que la técnica MDF produce piezas anisótropas. El mayor valor del módulo de elasticidad se logra cuando la dirección de todos los filamentos coincide con la direcciónde los esfuerzos principales. A su vez la coloración de los materiales en crudo tiene influencia significativa como también la dirección en la que se elabora la impresión.También se comprobó que el módulo de elasticidad disminuye al aumentar la velocidad de impresión.The method of Fused Deposition Modelling (MDF) for polymers processing -usually called 3D printing- is one of the additive construction technologies with greatest impact in recent years.The irruption of low cost machines and the continuous improvement in quality and resistance of employed polymers, demand to estimate the life time and performance of printed parts. Hence, this work analyses the mechanical performance under bending efforts of polymers, typically used in additive construction. In particular, the bending elastic modulus is evaluated -through experiments designed "ad-hoc"- in Poly Lactic Acid (PLA), Nylon, and High Impact Polystyrene (HIPS) probes, as a function of tracing direction, orientation of printed parts, presence of dye additives in polymers, and printing speed. We found that all the studied variability factors significantly modify the bending elastic modulus. Analysis offilaments orientation in the three materials reveals that the MDF technique produces anisotropic pieces. The highest elastic modulus is achieved when all filament directions match the direction of main stresses. Besides, the dye additives have significant influence as well as the orientation of the printed parts. Besides, we verified that the elastic modulus decreases with increasing printing speed.Fil: Stechina, Darío. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Reconquista; ArgentinaFil: Mendoza, Sandra Marina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Reconquista; ArgentinaFil: Martín, Héctor Daniel. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Reconquista; ArgentinaFil: Maggi, Claudio Norberto. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Reconquista; ArgentinaFil: Piovan, Marcelo Tulio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentin

Determinación de propiedades elásticas de piezas poliméricas construidas por impresión 3D, sometidas a flexión

El procedimiento de Modelación por Deposición de Filamento (MDF) polimérico es una de las variantes de mayor repercusión en el conjunto de tecnologías de construcción aditiva, usualmente llamadas impresión 3D. La irrupción de máquinas de bajo costo y la continua mejora de la calidad y resistencia de los polímeros empleados, exige estimar la vida útil y performance de las piezas impresas. Por ello, este trabajo analiza el desempeño mecánico ante esfuerzos de flexión de polímeros que típicamente se emplean en la construcción aditiva. En particular se evalúa, a través de experimentos diseñados “ad-hoc” el módulo de elasticidad a flexión en probetas de Poli Ácido Láctico (PLA), Nylon y Poli-estireno de Alto Impacto (HIPS), en función de diversos factores de variabilidad, entre los que se cuentan la dirección de trazado en cada capa (ángulo de deposición), la orientación de impresión de la pieza, la presencia de aditivos colorantes en los polímeros y la velocidad de impresión.  Se encontró que todos los factores de variabilidad estudiados, modifican significativamente el módulo de elasticidad a la flexión. Analizando la orientación de los filamentos en los tres materiales, se determinó que la técnica MDF produce piezas anisótropas. El mayor valor del módulo de elasticidad se logra cuando la dirección de todos los filamentos coincide con la dirección de los esfuerzos principales.  A su vez la coloración de los materiales en crudo tiene influencia significativa como también la dirección en la que se elabora la impresión. También se comprobó que el módulo de elasticidad disminuye al aumentar la velocidad de impresión. Palabras clave: Impresión 3D; Flexión; PLA; HIPS; Nylon

Application of bézier curves in the design and optimization of cams for high speed

En este artículo se efectúa la comparativa de la respuesta dinámica de un sistema leva seguidor entre varias leyes de movimiento. Las leyes que se comparan son la hipótesis de estudio que se pretende validar denominada Bézier Grado 15, frente a leyes estándar utilizadas en el diseño de levas como la ley polinomial 3-4-5, la ley polinomial 4-5-6-7, la ley cicloidal y la Bézier a tramos. Se recurre para tal fin tres modelos dinámicos diferentes que son: un modelo de un grado de libertad que sustenta la vibración residual, el modelo que considera el volante de inercia para verificar vibración torsional y un modelo de dos grados de libertad para identificar el despegue del seguidor. Una vez evidenciadas las ventajas comparativas se efectúa el diseño de la leva y su posterior construcción. Luego se realiza un estudio del ruido generado para mayor sustento a la propuesta presentada.In this article the comparison of the dynamic response of a cam follower system is made between several laws of motion. The laws that are compared are the study of a hypothesis that is intended to validate denominated Bezier Degree 15, against standard laws used in the design of cams like polinomial law 3-4-5, polinomial law 4-5-6-7, the cycloidal law and the Bezier in stages. For this purpose three different dynamic models are used: a model of a degree of freedom that supports the residual vibration, the model that considers the flywheel to verify torsional vibration and a model of two degrees of freedom to identify the takeoff of the follower. Once the comparative advantages are demonstrated, the cam design and its subsequent construction are carried out. Then a study of the generated noise is made to support the proposal presented.Fil: Olmedo Salazar, José Fernando. Universidad de Las Fuerzas Armadas; EcuadorFil: Vasconez Endara, Esteban Andrés. Universidad de Las Fuerzas Armadas; EcuadorFil: Culqui Culqui, Borys Hernan. Universidad de Las Fuerzas Armadas; EcuadorFil: Piovan, Marcelo Tulio. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentin

Continuous models for drill-strings of the oil industry: analysis of approaches and discretization schemes

En este trabajo se presenta un modelo continuo que, por discretizacion mediante el metodo de elementosfinitos, se emplea para analizar las vibraciones acopladas extensionales, flexionales y torsionales de unasonda de perforacion. La sonda se describe como una viga axialmente rotante confinada a moverse dentrode un cilindro rıgido que simula el pozo de perforacion. La estructura se halla sujeta a fuerzas distribuidas asociadas a su propio peso, fuerzas de reaccion y momentos de perturbacion donde actua el trepano. Lafriccion y los impactos laterales de la sonda de perforacion se consideran mediante formas de penalizacion simplificadas. Por su complejidad la dinamica de sondas de perforacion suele analizarse por medio de modelosde parametros condensados equivalentes que se obtienen a partir de correlaciones experimentales de datosde campo. Sin embargo estos modelos de par ́ametros condensados no incluyen fehacientemente los efectos deno linealidad geometrica, misma que tiene una importante influencia en la dinamica de estructuras esbeltas.Otros modelos de sondas se basan en enfoques continuos pero bajo hipotesis de comportamiento lineal. Eneste contexto el objetivo de este trabajo es analizar la influencia de la no linealidad geometrica en la dinamica de las sondas de perforacion junto con los patrones de vibro-impacto comparando los presentes resultadoscon otro tipo de predicciones. El modelo de sonda de perforacion se discretiza con elementos finitos tipoviga con 12 grados de libertad por elemento. Los resultados de este estudio muestran la influencia de losaspectos considerados en la respuesta dinamica de las sondas, especialmente cuando se presentan impactoscon los bordes del pozo o la formacíon rocosa del fondo.In this paper a continuous model is presented that by finite element discretization is employed in the analysisof coupled extensional flexural and torsional vibrations of a drill-string. The drill-string is described as anaxially rotating beam constrained to move inside a rigid cylinder that simulates the walls of the perforationhole. The beam is subjected to its own weight, reaction forces and perturbation bending moments actingin the drill-bit. The friction and the lateral impacts of the drill-string are considered by means of simplifiedschemes. Due to its inherent complexity, the dynamics of a drill-string is normally analyzed by means ofmodels with lumped parameters, whose features are obtained by correlation with experimental data collectedin the oil fields. However these lumped-parameter models do not include in a realistic way effects, such asgeometric stiffening among others, that are quite important in flexible structures. There are some continuousmodels of drill-strings based on linear approaches and also accounting for geometric stiffening. Under thiscontext, the objective of the present work is devoted to analyze, and compare with other approaches, theinfluence of geometric non-linearity together with patterns of vibro-impact in the dynamics of drill-stringsFil: Piovan, Marcelo Tulio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: Sampaio, Rubens. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro; Brasi