Desarrollo y validación experimental de una metodología para estudiar la propagación de grietas por fatiga en metales

La presencia y propagación de grietas en estructuras y componentes es un reto para sectores industriales como el oil&gas, energía eólica o nuclear. El presente estudio resume la investigación realizada para desarrollar y validar un procedimiento basado en el método de los Elementos Finitos capaz de simular la propagación de grietas tridimensionales. La investigación comprende una parte experimental donde se ha caracterizado la velocidad de propagación de fisuras frente a fatiga del acero grado R5, utilizado en cadenas de fondeo offshore. Para ello se ha determinado la Ley de Paris del material mediante el ensayo de una probeta de flexión en tres puntos. Asimismo, se ha realizado un estudio estadístico para estimar la incertidumbre en la velocidad de propagación de la grieta. Los resultados experimentales han sido empleados como inputs del modelo numérico desarrollado en ANSYS APDL. Este algoritmo permite evaluar numéricamente los parámetros de la mecánica de la fractura en el frente de fisura durante su crecimiento. Esta información alimenta un algoritmo iterativo que proporciona el avance del frente de fisura. Finalmente, se ha realizado un estudio de sensibilidad para evaluar el efecto del tamaño del mallado en los resultados.The existence and propagation of cracks in structures and components is a challenge for industrial sectors such as oil & gas, wind or nuclear. The present study summarizes the research carried out to develop and validate a procedure, based on the finite element method, able to simulate the propagation of three-dimensional cracks. This research comprises an experimental part where the fatigue crack propagation rate of the grade R5 steel, widely used in offshore mooring chains, has been characterized. For this purpose, the Paris Law of the material has been determined by testing a three point bending specimen. Furthermore, a statistical study to estimate the uncertainty in the crack propagation rate was carried out. The experimental results have been used as inputs for the numerical model developed in ANSYS APDL. This algorithm allows numerical evaluating the fracture mechanics parameters in the crack front during its growth. This information feedbacks an iterative algorithm that provides the crack front growth. Finally, a sensitivity study was carried out to evaluate the effect of the meshing size on the results

Dynamic calibration of slab track models for railway applications using full-scale testing

Research and development of technology for railways has found new impetus as society continues to search for cost effective and sustainable means of transport. This tasks engineers with using the state-of-the-art science and engineering for rolling stock development and advanced technologies for building high performance, reliable and cost-effective rail infrastructures. The main goal of this work is to develop detailed and validated three-dimensional slab track models using a finite element formulation, which include all components of the infrastructure. For this purpose, the parameters of the computational models are identified by performing full-scale tests of the fastening system and of the slab track, including all its material layers. The computational model proposed here is calibrated using this approach and a good agreement is obtained between experimental and numerical results. This work opens good perspectives to use this reliable track model to study the interaction with railway vehicles in realistic operation scenarios in order to assess the dynamic behaviour of the trains and to predict the long-term performance of the infrastructure and of its components

Efectos de la administración sistémica y local de MSCs de pacientes con osteoporosis o artrosis en un modelo animal de fractura femoral

Introducción: El objetivo fue analizar la capacidad regenerativa de las MSCs en el tratamiento de fracturas. Material y métodos: Las MSCs son extraídas de pacientes con fractura de cadera osteoporótica o artrosis de cadera, sometidos a cirugía de sustitución protésica. Las MSCs cultivadas se inyectaron en un modelo animal con fractura femoral, estableciendo dos modelos experimentales en función de la vía de administración, sistémica (n=29) o local (n=30). La consolidación de la fractura se evaluó mediante micro-TC e histología. En el estudio radiológico se analizaron los parámetros Bone Volume/Tissue Volume, grado de consolidación (0-4) y número de corticales corticalizadas (0-4). El estudio histológico se valoró según la escala de Allen (1-6), Huo (1-10) y Puente Óseo (0-2). Para el análisis de los datos se emplearon los test estadísticos de Kruskal-Wallis y U de Mann Whitney. Resultados: El grado de consolidación radiológica y corticalización fue mejor con las MSCs cultivadas de pacientes con osteoporosis que de artrosis, siendo la diferencia significativa después de la administración sistémica (p=0,0302 consolidación; p=0,0243 corticalización). El grado histológico de consolidación también fue mejor con las MSCs cultivadas de pacientes con osteoporosis que de artrosis. Cuando se realiza la inyección sistémica, las diferencias fueron las siguientes: Allen, p=0,0278; Huo, p=0,0347; y Puente Óseo, p=0,0935. Después de la administración local en el foco de fractura: Allen, p=0,0764; Huo, p=0,0256; y Puente Óseo, p=0,0012. Conclusiones: En este estudio no hemos podido demostrar una mejoría de la terapia con MSCs, independientemente de su origen (osteoporosis o artrosis). Además, encontramos peores datos de consolidación en los animales que fueron tratados con MSCs cultivadas de pacientes con artrosis, particularmente si las células se inyectaron por vía intravenosa. Estas diferencias dependieron de una influencia inhibitoria que podría estar relacionada con los procesos inmunes, en el caso de las MSCs de artrosis, o el atrapamiento de las células en los tejidos viscerales, en el caso de la administración sistémica. Sin embargo, la consolidación de las fracturas con MSCs de pacientes con osteoporosis se comparó favorablemente con las MSCs de pacientes con artrosis. Por todo ello, podemos concluir que las MSCs de pacientes con osteoporosis no tienen peores capacidades de regeneración ósea que las MSCs de individuos no osteoporóticos de edad similar

Estudio de la microestructura femoral de pacientes con coxartrosis y con fractura de cadera mediante micro-TAC

La disminución de la densidad mineral ósea (DMO), es decir, del volumen de tejido óseo por unidad de volumen del esqueleto, es característica de la osteoporosis, mientras que se ha sugerido que la artrosis se acompaña de un aumento de la DMO a nivel local y sistémico. Para comprobar esta hipótesis analizamos mediante microTAC el hueso trabecular de la cabeza femoral de 10 pacientes con fractura de cadera y 9 con coxartrosis. El análisis no reveló diferencias significativas entre ambos grupos en el volumen de tejido óseo trabecular, ni en los demás parámetros estructurales analizados. Tampoco se encontró una caída significativa del volumen de hueso trabecular con la edad. Esto indica que el hueso de esta región tiene una evolución peculiar. Los mecanismos responsables de ese comportamiento son desconocidos, pero su esclarecimiento podría, quizás, abrir la puerta a nuevos abordajes en el tratamiento de la pérdida de hueso asociada al envejecimiento