Estudio del comportamiento de fisuras en uniones soldadas mediante la modelación por elementos finitos

El presente trabajo de investigación tiene como finalidad el estudio del comportamiento de fisuras en uniones soldadas, para lo cual se consideró conveniente seleccionar a la mecánica de fractura clásica y al método de los elementos finitos como los medios más adecuados para abordar este fenómeno. Durante el estudio se determinó el factor de intensidad de tensiones, que es un parámetro que caracteriza la tenacidad de la fractura en materiales de comportamiento lineal. Es posible distinguir que el trabajo contiene dos partes muy bien definidas. La primera parte consiste en la modelación bidimensional de especimenes fisurados, cuyas configuraciones son muy conocidas en el ámbito de la mecánica de fractura. La segunda parte consiste en volcar la experiencia adquirida y realizar la modelación tridimensional de una unión soldada de filete que contiene una fisura superficial en las aproximaciones del cordón de soldadura. Los resultados obtenidos de la modelación de ambas partes fueron comparados con valores analíticos de diferentes autores permitiendo determinar la factibilidad del análisis de la fractura elasto-lineal mediante un software de elementos finitos.Tesi

A one way coupled thermo-mechanical model to determine residual stresses and deformations in butt welding of two ASTM A36 steel plates

To simulate the gas metal arc welding (GMAW) process in two ASTM A36 steel plates a finite element numerical model was developed, to obtain the corresponding residual stresses and deformations. The welding process was simulated as a one way coupled thermo-structural problem, considering that the structural field has very little influence in the thermal field, which is widely accepted in the specialized literature. To solve the thermal field, a nonlinear transient problem was created using finite second order elements that have temperature as the only degree of freedom in their nodes. The thermal properties of material were defined as a function of temperature and a combined convection-radiation coefficient was used as boundary condition. The double ellipsoidal model presented by Goldak was used to simulate the heat source and its dimensions were determined from the expressions developed by Christensen. To solve the structural field another nonlinear transient problem was created, considering the same mesh and the same time step of the thermal problem, using finite second order elements that have three displacements as degrees of freedom in their nodes. The mechanical properties of material were defined as a function of temperature, a thermo-elasto-plastic material model was used and the necessary displacement constraints were applied as boundary conditions. The temperature distribution obtained by solving the thermal field at each time step was transferred as a load to the structural problem. In both problems the “birth and death” technique was used to simulate the material deposition, which is implemented in the ANSYS software used in the present study. The activation of “dead” elements of the weld bead in the thermal analysis was performed simultaneously with the passage of the heat source, while in the structural analysis “dead” elements were activated as a function of their temperature. Different activation temperatures of “dead” elements were tested in the structural analysis, obtaining the best results when this temperature takes a value of 80% of material solidification temperature. The model used in this study was validated experimentally, taking as reference the residual displacements in several points of the welded plates. It was verified that there is a good correspondence between numerical and experimental results, with an error of less than 10%

Análisis de mecánica de fractura en tuberías soldadas de gasoductos mediante simulación numérica por elementos finitos

Los siniestros que se han presentado en los sistemas de transporte del yacimiento de gas en Camisea - Perú, evidencian la alta susceptibilidad de los ductos de presentar fallas durante el servicio, lo cual exige la urgente necesidad de estudiar los fenómenos físicos que envuelven a este tipo de fallas y proponer soluciones ingenieriles. Por ello, el presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de un modelo basado en normas internacionales y simulación numérica para la evaluación del fenómeno de fractura en tuberías soldadas de gasoductos. Para lograr el cumplimiento del objetivo planteado, inicialmente se realiza el estudio del estado de la cuestión de la mecánica de la fractura para el análisis del comportamiento de fisuras y de los procedimientos de evaluación de gasoductos en servicio. A continuación, se procede a analizar el comportamiento de fisuras superficiales en tuberías considerando diferentes ubicaciones (interior y exterior) y orientaciones (axial y transversal) de las mismas. Luego, se evalúa las particularidades que caracterizan a una unión soldada, identificando a las tensiones residuales como la particularidad más influyente en el comportamiento de una fisura. Posteriormente, se realiza simulaciones para evaluar el comportamiento a la fractura en tuberías soldadas mediante la determinación de factor de intensidad de tensiones. Los resultados obtenidos por simulación son comparados con resultados de métodos analíticos. Finalmente, se emplea procedimientos propuestos por el estándar API 579 para evaluar la integridad estructural de un caso de estudio construido a partir de información técnica del primer incidente de falla ocurrido en la línea de transporte de LGN del proyecto de Camisea, donde los resultados de la evaluación indican que si una carga variable, producto de la fluctuación de la presión y del desalineamiento de la tubería, alcanza los 1.48 (105) ciclos, una fisura inicial de 0.9 mm lograría la penetración completa del espesor de pared del componente.Tesi

A one way coupled thermo-mechanical model to determine residual stresses and deformations in butt welding of two ASTM A36 steel plates

To simulate the gas metal arc welding (GMAW) process in two ASTM A36 steel plates a finite element numerical model was developed, to obtain the corresponding residual stresses and deformations. The welding process was simulated as a one way coupled thermo-structural problem, considering that the structural field has very little influence in the thermal field, which is widely accepted in the specialized literature. To solve the thermal field, a nonlinear transient problem was created using finite second order elements that have temperature as the only degree of freedom in their nodes. The thermal properties of material were defined as a function of temperature and a combined convection-radiation coefficient was used as boundary condition. The double ellipsoidal model presented by Goldak was used to simulate the heat source and its dimensions were determined from the expressions developed by Christensen. To solve the structural field another nonlinear transient problem was created, considering the same mesh and the same time step of the thermal problem, using finite second order elements that have three displacements as degrees of freedom in their nodes. The mechanical properties of material were defined as a function of temperature, a thermo-elasto-plastic material model was used and the necessary displacement constraints were applied as boundary conditions. The temperature distribution obtained by solving the thermal field at each time step was transferred as a load to the structural problem. In both problems the “birth and death” technique was used to simulate the material deposition, which is implemented in the ANSYS software used in the present study. The activation of “dead” elements of the weld bead in the thermal analysis was performed simultaneously with the passage of the heat source, while in the structural analysis “dead” elements were activated as a function of their temperature. Different activation temperatures of “dead” elements were tested in the structural analysis, obtaining the best results when this temperature takes a value of 80% of material solidification temperature. The model used in this study was validated experimentally, taking as reference the residual displacements in several points of the welded plates. It was verified that there is a good correspondence between numerical and experimental results, with an error of less than 10%

UNA LA CULTURA DE SEGURIDAD INTEGRAL Y SU IMPACTO SOCIAL Y AMBIENTAL EN LA POBLACIÓN MEDIANTE LA EJECUCIÓN DE PROYECTOS DE VINCULACIÓN CON LA SOCIEDAD POR LA TECNOLOGÍA SUPERIOR EN CIENCIAS MILITARES AERONÁUTICAS: LA CULTURA DE SEGURIDAD INTEGRAL Y SU IMPACTO SOCIAL Y AMBIENTAL EN LA POBLACIÓN MEDIANTE LA EJECUCIÓN DE PROYECTOS DE VINCULACIÓN CON LA SOCIEDAD POR LA TECNOLOGÍA SUPERIOR EN CIENCIAS MILITARES AERONÁUTICAS

El Proyecto de Vinculación con la Sociedad denominado “Desarrollo de Cultura de Seguridad, en Comunidades Rurales durante el período septiembre 2019 - septiembre 2022”, ejecutado en su parte pertinente entre el 20 de marzo y el 14 de mayo de 2021, por la Tecnología Superior en Ciencia Militares Aeronáuticas, Modalidad Dual del Departamento de Seguridad y Defensa de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE, en el sector rural de la Provincia de Cotopaxi, del Cantón Latacunga, de la Parroquia Mulaló en la Comuna San Ramón y el Barrio Ticatilín, en éste los estudiantes de la carrera pusieron en práctica sus conocimientos sobre seguridad integral, permitiendo dar a conocer a la comunidad las responsabilidades sociales en el marco de la salud y cuidado ambiental ante la presencia del COVID-19, logrando que la población objetivo haga suyo el conocimiento. Frente a la incultura de la comunidad sobre seguridad integral, los discentes capacitaron en prevención y enfrentamiento de amenazas a través de la instrucción en medidas de: bioseguridad, defensa y protección del medio ambiente, asistencia y ayuda humanitaria. En el estudio de investigación se utilizó la observación directa, bibliográfica, de campo y un aplicativo para evaluar el impacto en la zona. De los resultados obtenidos se desprende que se mejoró el estilo de vida de los miembros de la comunidad al utilizar las medidas de seguridad integral ante la pandemia de COVID 19 y se fortaleció las relaciones entre los actores civiles y militares, posicionando la imagen institucional

Memorias IX Congreso Geológico Venezolano (4)

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