Grupo de Mecánica Computacional
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Item Numerical model of UOE steel pipes: Forming processand structural behavior(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2007) Raffo, Javier Leandro; Toscano, Rita; Mantovano, Luciano; Dvorkin, EduardoDeepwater pipelines are designed to withstand, without collapsing, the external pressureand bending imposed on them, either by the laying process or by the topology of the sea bottom. In previous publications CINI researchers have developed finite element models to predict collapse loadsand collapse propagation loads. Large diameter pipes for onshore and offshore applications are manufactured using the UOE process.The manufacturing process consists in the cold forming of heavy plates followed by welding and thenby an expansion. First the plate is pressed along its edges, formed into a U-shape and then pressedinto an O-shape between two semicircular dies. Afterwards the pipe is welded by SAW process andfinally is expanded. In this paper we develop a 2D finite element model to simulate the UOE process and the structuralbehavior of the formed pipes in external pressure collapse tests. Using the developed model we cananalyze the effects of the process parameters in each forming step on the final geometry and structuralproperties of the pipeItem Eigenfrequencies of generally restrained Timoshenko beams with an internal hinge(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2010-11) Raffo, Javier Leandro; Grossi, Ricardo; Quintana, VirginiaThis paper deals with the free transverse vibration of a Timoshenko beam with endselastically restrained against rotation and translation, and an arbitrarily located internal hingeincluding intermediate elastic constraints. A combination of the Ritz method and the Lagrangemultiplier method is used to determine free vibrations characteristics of the mentioned beam. Trial functions denoting the transverse deflections and the normal rotations of the cross section of the beamare expressed in polynomial forms. In order to obtain an indication of the accuracy of the developed mathematical model, some casesavailable in the literature have been considered. New results are presented for different end conditionsand restraint conditions in the intermediate elastic constraints. Also a comparison with a crack modelis included.Item Estudio sobre formas modales en vigas con restricciones elásticas intermedias.(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2011-11) Raffo, Javier Leandro; Grossi, RicardoEl análisis dinámico de elementos estructurales es un importante procedimiento de diseño. Un entendimiento adecuado de las vibraciones libres es crucial para el diseño y la evaluación del comportamiento de un sistema mecánico. En este trabajo se trata el problema de vibraciones libres de vigas uniformes con extremos elásticamente restringidos y con una restricción elástica intermedia. El modelo matemático utilizado fue obtenido mediante el uso del cálculo de variaciones aplicado al caso de una viga Bernoulli elásticamente restringida. El objetivo principal de este trabajo es demostrar la existencia de cambios en las formas modales para ciertos valores y ubicación de la restricción elástica intermedia. Se demuestra la existencia de una situación curiosa en los valores de frecuencia y las formas modales. También se investigan los efectos de la variación de las restricciones elásticas en los extremos de la viga y en el punto intermedio.Item Boundary and Eigenvalue Problems for Anisotropic Plates with Several Internal Line Hinges(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2012-11) Raffo, Javier Leandro; Grossi, RicardoThe present paper deals with the free transverse vibration of a tapered anisotropic plate with several arbitrarily located internal line hinges and non-smooth boundary, elastically restrained against rotation and translation. The equations of motion and its associated boundary and transition conditions are rigorously derived using Hamilton’s principle. The governing eigen value problem is solved employing a combination of the Ritz method and the Lagrange multipliers method. The deflections of the plate and the Lagrange multipliers are approximated by polynomials as coordinate functions. The developed algorithm allows obtaining approximate solutions for plates with different geometries and boundary conditions, including edges and line hinges elastically restrained. In order to obtain an indication of the accuracy of the developed mathematical model, some cases available in the literature are considered. New results are presented for different boundary conditions and restraint conditions in the internal line hinges.Item A Study on Mode Shapes of Beams with Internal Hinges and Intermediate Elastic Restraints(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2012-11) Raffo, Javier Leandro; Grossi, RicardoDynamic analysis of structural elements becomes an important design procedure. Anadequate understanding of the free vibration is crucial to the design and performance evaluation of a mechanical system. This work deals with the problem of free vibrations of uniform beams with elastically restrained ends and with internal hinges and intermediate translational restraints. The main objective of this work is to obtain the minimum stiffness of a elastic restraint that raises a natural frequency of a beam with an internal hinge, to its upper limit. The minimum stiffness is determined by using the derivative of the function which gives the natural frequencies, with respect tothe support position. Additionally, the effects on natural frequencies of the presence of two internal hinges are analyzedItem Resultados numéricos y experimentales para el análisis de vibraciones libres en una placa rectangular delgada(2012-11) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier Leandro; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge RománEl análisis de vibraciones libres en estructuras es una condición fundamental de diseño en ingeniería. Es ampliamente conocido que las frecuencias naturales y sus correspondientes formas modales son los valores a obtener en este tipo de análisis. Es por eso que el presente trabajo se enfoca en la obtención de estas magnitudes desde dos puntos de vista: el análisis numérico y las mediciones experimentales. Específicamente, los resultados de ambas técnicas se muestran para el análisis de las vibraciones libres de una placa rectangular delgada isótropa con restricción en uno de sus bordes manteniendo los otros libres. Para realizar el análisis numérico se utilizaron dos modelos: el primero se desarrolló aplicando el método de Ritz al cálculo de vibraciones libres y el segundo consistió en la modelización numérica en elementos finitos. En ambos casos se obtuvieron las frecuencias naturales y sus correspondientes formas modales. Para las mediciones experimentales también se emplearon dos técnicas: se empleó la técnica de interferometría óptica coherente, utilizando una configuración del tipo Michelson y se midieron las primeras frecuencias naturales mediante el uso de acelerómetros y técnicas de análisis de vibraciones mecánicas. Se discute la concordancia entre los resultados obtenidos por ambos métodos numéricos y ambas técnicas experimentales.Item Variational approach of Timoshenko beams with internal elastic restraints(2013) Raffo, Javier; Grossi, RicardoAn exact approach for free transverse vibrations of a Timoshenko beam with ends elastically restrained against rotation and translation and arbitrarily located internal restraints is presented. The calculus of variations is used to obtain the equations of motion, the boundary conditions and the transitions conditions which correspond to the described mechanical system. The derived differential equations are solved individually for each segment of the beam with the corresponding boundary and transitions conditions. The derived mathematical formulation generates as particular cases, and several mathematical models are used to simulate the presence of cracks. Some cases available in the literature and the presence of some errors are discussed. New results are presented for different end conditions and restraint conditions in the intermediate elastic constraints with their corresponding modal shapes.Item Natural vibrations of anisotropic plates with several internal line hinges(Sprimger Link, 2013-05-29) Grossi, Ricardo; Raffo, JavierThis paper deals with the free transverse vibration of anisotropic plates with several arbitrarily located internal line hinges and piecewise smooth boundaries, elastically restrained against rotation and translation. The equations of motion and the associated boundary and transition conditions are derived using Hamilton’s principle in a rigorous framework. A new analytical manipulation based on a condensed notation is used to compact the corresponding analytical expressions. A combination of the Ritz method and the Lagrange multipliers method with polynomials as coordinate functions is used to obtain tables of the nondimensional frequencies and the corresponding mode shapes, for rectangular plates with different boundary conditions and restraint conditions in the internal line hinges. The cases not previously treated of two- and three line hinges are particularly analyzed.Item Vibraciones libres de placas rectangulares con fisuras(2013-11) Cardozo, Ignacio; Raffo, Javier LeandroEl estudio de problemas de vibraciones de placas con fisuras es de interés en ingeniería para ciertas aplicaciones estructurales. La presencia de una fisura en una placa en general provoca una disminución de la rigidez y una disminución de las frecuencias naturales. En este trabajo se estudia el problema de vibraciones libres de una placa rectangular ante la presencia de una fisura abierta. Se analizan diversos modelos de fisura para la implementación analítica y los resultados se comparan con mediciones experimentales y resultados con programa de elementos finitos. A partir de la aplicación del principio de Hamilton a una placa rectangular con una línea con restricciones elásticas intermedias y con sus bordes restringidos elásticamente ante rotación y traslación, se obtiene en forma natural las condiciones en la transición y contorno. Se implementa una formulación variacional para la determinación de las frecuencias naturales y de las formas modales de una placa debilitada por la presencia de una línea con rótulas elásticas intermedia. El análisis se lleva a cabo utilizando la teoría clásica de placas y los resultados se obtienen a través de la aplicación del método variacional de Ritz utilizando polinomios simples como funciones de aproximación. Las restricciones adicionales que generan las condiciones de transición en la línea mencionada se incorporan en la formulación mediante el uso de multiplicadores de Lagrange y/o una función de penalidad. La presencia de la línea con rótulas elásticas permite contemplar una variación de la rigidez a la flexión de la placa que simule la presencia de una fisura. Se analiza el comportamiento de diferentes modelos propuestos en la literatura y se realizan comparaciones con resultados experimentales y resultados obtenidos con programas de elementos finitos. Se presentan comparaciones con resultados obtenidos en trabajos previos y se incluyen nuevos resultados de frecuencias y modos de vibración de placas con fisura que no han sido previamente analizadas en la literatura existente.Item Vibraciones de un pórtico de dos tramos con restricciones elásticas y dos rotulas elásticamente restringidas(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2013-11) Raffo, Javier Leandro; Grossi, RicardoEl análisis del comportamiento dinámico de componentes estructurales es un estudio esencial en problemas de ingeniería. Particularmente, el estudio de las vibraciones libres de pórticos es un análisis típico cuando se estudia la dinámica de estructuras. En este trabajo, se estudian las vibraciones libres de un pórtico de dos tramos con restricciones elásticas generales con dos rótulas internas elásticamente restringidas. La ecuación del movimiento, las condiciones de contorno y condiciones de transición se obtienen empleando el principio de Hamilton. La inclusión de las rótulas elásticas internas, permite simular la presencia de fisuras. Para verificar la exactitud del modelo matemático desarrollado, se realizan comparaciones con resultados obtenidos con el programa Abaqus de elementos finitos. Se presentan nuevos resultados de formas modales y frecuencias naturales para diferentes configuraciones mecánicas.Item Vibraciones Libres de Placas Anisótropas Debilitadas por la Presencia de una Curva Intermedia con Rótulas(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2013-11) Raffo, Javier Leandro; Quintana, María VirginiaEl problema de vibraciones libres de placas debilitadas con líneas intermedias con rótulas, es de interés en ciertas aplicaciones de la ingeniería. La presencia de las rótulas genera condiciones de transición cuyas expresiones analíticas son análogas a las de las condiciones de contorno y complican notablemente la resolución tanto analítica como numérica. En este trabajo se presenta una formulación variacional general para la determinación de las frecuencias naturales y de las formas modales de vibración libre de placas anisótropas y laminadas debilitadas por una curva intermedia con rótulas elásticas. El análisis se lleva a cabo utilizando la teoría clásica de placas laminadas (CLPT) y las ecuaciones gobernantes se obtienen a través de la aplicación del método variacional de Ritz utilizando polinomios simples como funciones de aproximación. Para simular apropiadamente el comportamiento de la curva con rótulas, se incorpora en la formulación el uso de multiplicadores de Lagrange. El algoritmo desarrollado permite obtener soluciones analíticas aproximadas para placas anisótropas y laminadas delgadas con la línea o curva con rótulas ubicada en distintas posiciones considerando restricciones elásticas traslacionales y rotacionales en los bordes y en las rótulas. Finalmente, se destaca que la mayoría de las configuraciones que se consideran en este trabajo no han sido previamente analizadas en la literatura existente, por lo tanto los resultados presentados son los primeros datos que se encuentran disponibles de acuerdo al conocimiento de los autores.Item Vibraciones de vigas y pórticos ante la presencia de fisuras. Implementación del problema inverso(2013-11) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, MarcosEn el presente trabajo se realiza un estudio de las características dinámicas en vigas y pórticos ante la presencia de fisuras superficiales abiertas, mediante modelos analíticos y resultados numéricos. Este análisis se complementa con mediciones experimentales y técnicas de análisis de vibraciones mecánicas junto con el desarrollo de modelos numéricos con un programa de elementos finitos. Se implementa un modelo de fisura abierta en vigas y pórticos representado con un modelo de rótula elástica el cual en función de las propiedades de la fisura varía la rigidez a la flexión. La implementación del modelo de fisuras en vigas, permite el desarrollo de un método de identificación de las mismas. El método de identificación de fisuras propuesto, consiste en resolver el problema inverso de vibraciones, es decir, a partir de valores previos de frecuencias naturales obtenidas con el método analítico propuesto, con modelos de elementos finitos y con mediciones experimentales se obtienen las características de la fisura. Se presentan resultados numéricos y experimentales de frecuencias naturales, utilizados para la identificación de fisura en vigas y se presentan nuevos resultados numéricos de frecuencias naturales con comparaciones experimentales en pórticos con una fisura.Item A Note on the Influence of Intermediate Restraints and Hinges in Frequencies and Mode Shapes of Beams(2014) Raffo, Javier; Grossi, RicardoThis note deals with the free transverse vibration of a beam with two arbitrarily located internal hinges, four intermediate elastic restraints, and ends elastically restrained against rotation and translation. The method of separation of variables is used for the determination of the exact frequencies and mode shapes. New results are presented for different boundary conditions and restraint conditions in the internal hinges. The mathematical model is also used to study the influence on the frequencies and mode shapes of varying intermediate supports that are located at the nodal points of higher modes. A detailed numerical study on the effects of the locations of intermediate translational restraints and their stiffness on the natural frequencies and mode shapes is performed for different boundary conditions. The effect of the presence of the internal hinges is alsoanalysed. Graphsandtablesofthenon-dimensionalfrequenciesandthecorrespondingmodeshapesaregiven in order to illustrate the behaviour of frequency parameters and the presence of mode shape switching.Item Vibraciones de vigas con un número arbitrario de rótulas y restricciones elásticas con cargas axiales(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2014-09) Raffo, Javier Leandro; Grossi, RicardoEl estudio del comportamiento de componentes estructurales es un importante procedimiento de diseño. Un entendimiento adecuado de las vibraciones libres es crucial para el diseño y la evaluación de la dinámica de un sistema mecánico. En este trabajo se analiza el problema de vibraciones transversales en una viga de tramos múltiples con propiedades diferentes, sujeta a fuerzas axiales generales, con varias rótulas intermedias afectadas por restricciones elásticas traslacionales y rotacionales, y a su vez, ubicadas arbitrariamente. Ambos extremos de la viga también se encuentran restringidos elásticamente contra rotación y traslación. Los desarrollos teóricos se basan en la hipótesis de la teoría de viga de Euler-Bernoulli. Mediante una aplicación rigurosa del principio de Hamilton, se obtienen: las ecuaciones diferenciales, las condiciones de contorno y las condiciones de transición que corresponden al problema del comportamiento estático y dinámico del sistema mecánico en estudio. Se determina la solución exacta que es aplicable cuando la viga tiene varios tramos uniformes, proponiendo la solución analítica en cada tramo, mediante la aplicación del método de separación de variables, en combinación con series de funciones. Se presenta además, la formulación débil correspondiente al problema de contorno para resolver el problema de vibraciones libres bajo la acción de una carga axial variable. Para obtener indicadores sobre los resultados obtenidos con la metodología propuesta, se realizan comparaciones de estos, con ciertos casos particulares que figuran en la literatura correspondiente. Se presentan resultados nuevos que consisten en: frecuencias naturales y formas modales de vibración para una viga con diferentes características.Item Método analítico de detección de fisuras en vigas vibrantes(2015) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, MarcosEl desarrollo de métodos de detección de fisura es de un gran interés en ingeniería. En particular, el estudio del problema inverso de detección de fisuras en vigas a partir de valores de frecuencias naturales de vibración obtenidas experimentalmente en análisis dinámicos. En este trabajo se presenta un análisis de sensibilidad de un método analítico de detección de fisura en una viga Euler-Bernoulli a partir de valores de frecuencias naturales obtenidas previamente. También se realizan propuestas de mejoras del método de detección. Por otra parte, se realizan análisis de detección de fisura en vigas a partir de valores de frecuencias naturales obtenidas previamente con: un método analítico, mediciones experimentales con acelerómetros y con el programa Abaqus de elementos finitos. El modelo analítico propuesto se desarrolla obteniendo el problema de contorno y transición a partir de realizar el cálculo de variaciones al funcional energético de la viga en estudio para finalmente obtener la ecuación de frecuencias que es resuelta en forma exacta. Las mediciones experimentales se realizan con acelerómetros y equipamiento adecuado para obtener la respuesta en frecuencia de las vibraciones libres de la viga analizada con técnicas de análisis de vibraciones mecánicas. Por otra parte, se realizan modelos de elementos finitos con el programa Abaqus y se obtienen los valores numéricos de las frecuencias naturales. Se presentan resultados de análisis de sensibilidad de la metodología analítica propuesta para detectar una fisura, a partir de valores previos de frecuencias naturales obtenidos con la solución exacta. Se presentan valores obtenidos con el método inverso a partir de valores de frecuencias naturales determinadas experimentalmente, con el programa Abaqus y obtenidos en forma exacta.Item On application of theory of distributions to static and dynamic analysis of cracked beams(2016) Grossi, Ricardo; Raffo, JavierThis paper presents a rigorous study on the static and dynamic behavior of beams affected by cracks. The theory of distributions developed by Laurent Schwartz is adopted as it is particularly suitable for the treatment of discontinuities in functions for the deflection and derivatives of the beam. Thus, this paper presents a contribution towards the understanding and application of the theory of distributions to the static and dynamic behavior of structural elements affected by cracks. A simple, computationally efficient and accurate algorithm is developed for the problems of concern. Numerical results are presented for beams with two cracks. The algorithms developed for beams with discontinuities are obtained in a rigorous framework for static and vibration problems.Item Diseño y construcción de un banco de ensayos para mejorar la enseñanza de las materias estabilidad I y II de la carrera de ingeniería mecánica de la Facultad Regional Delta -UTN(2016-10) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, MarcosEs bien conocido en el ámbito académico que para fortalecer el interés de los alumnos en los temas desarrollados en el aula es fundamental su participación en la realización de prácticas en los laboratorios de la facultad. En el caso del Grupo de Mecánica Computacional y Experimental (GMCyE) de la Facultad Regional Delta de la Universidad Tecnológica Nacional, contamos con experiencia en el diseño de diferentes equipos y sistemas que fueron desarrollados por la coordinación de profesionales de distintas disciplinas. Sumado al entusiasmo de los alumnos y docentes que participan dentro del grupo es que surge la idea del desarrollo del mencionado banco de ensayos. Por otra parte, desde la docencia de las materias de grado Estabilidad I y II se promueve la participación de los alumnos en la observación y resolución de problemas cotidianos de ingeniería estructural, lo que evidencia la necesidad de contar con equipamientos para realizar mediciones de los fenómenos físicos involucrados y de esta manera motivar al alumno con aplicaciones directas de los temas tratados en clase. El objetivo del presente trabajo es diseñar y construir un banco de ensayos para mejorar la enseñanza de la resistencia de los materiales, mejorar el estudio de modelos computacionales, generar un espacio de desarrollo experimental de alta precisión y como consecuencia fortalecer las investigaciones y recursos humanos de la facultad. Se presenta el diseño de un banco de ensayos capaz de aplicar cargas en diferentes direcciones a diferentes componentes estructurales. Se realizaron cálculos analíticos y modelos computacionales numéricos para el dimensionamiento del mismo. Finalmente, se presentan mediciones realizadas en laboratorio para caracterizar el mismo.Item Determinación de deformaciones, tensiones y desplazamientos en la enseñanza de resistencia de materiales.(2016-10) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, MarcosEn la mayoría de las carreras de ingeniería, una de las primeras etapas donde confluyen conocimientos del área de la física, matemática y materiales consiste en el estudio del comportamiento macroscópico de los materiales frente a cargas externas. Esta situación requiere que el alumno, además de la habilidad de combinar conocimientos previos, debiera adquirir una llamada “intuición” o “criterio” no explícito. Muchos de estos “criterios” están asociados a prácticas, que no siempre se realizan en cursos regulares. A raíz de la experiencia en el dictado de la materia de grado Estabilidad I y II de la carrera de Ingeniería Mecánica de la Facultad Regional Delta de la Universidad Tecnológica Nacional es que evidenciamos la necesidad de contar con prácticas de laboratorio de los temas tratados en clase. En el presente trabajo se desarrollaron prácticas que dotan a los estudiantes de medios para experimentar y aplicar la teoría. Por lo tanto, se intenta mejorar el entendimiento de los conceptos teóricos y así se busca que ganen confianza para enfrentar situaciones complejas. Por otra parte se busca aumentar su motivación y compromiso con la asignatura e incentivarlos a participar de los grupos de investigación para que generen experiencia durante el cursado de su carrera. Las prácticas desarrolladas consisten en realizar cálculos analíticos complementados con modelos numéricos por el método de los elementos finitos y mediciones experimentales de deformaciones, tensiones y desplazamientos en una viga y un pórtico de dos tramos. De esta manera, los estudiantes refuerzan los conceptos estudiados en las clases teóricas y prácticas; como ser el cálculo de los esfuerzos internos, tensiones normales a la sección, energía de deformación y desplazamientos de apoyos elásticos que pueden variar su constante elástica.Item A Study on the Effect of Two Internal Translational Elastic Restraints on the Mode Shape of Beams(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2016-11) Raffo, Javier Leandro; Ovejero, FedericoThis work deals with the problem of free vibrations of uniform beams with elastically restrained ends and with two internal translational elastic restraints. The main objective of this work is to obtain the minimum stiffness of the internal elastic restraints that raises a natural frequency to itsupper limit. The minimum stiffness is determined by using the derivative of the function which gives the natural frequencies, with respect to the support position. The problem is solved with the close form solution. The effect of mode shape shift caused by changes in the rigidity parameter of theinternal translational elastic restraints is analyzed. Additionally, results of the frequency parameter and modal shape of beams with different end conditions are presented.Item Estudio de detección de fisuras en vigas con un apoyo intermedio(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2016-11) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, MarcosEn este trabajo se analiza un método analítico-estadístico acoplado de detección de fisuras en vigas Euler y el efecto que causa el agregado de un apoyo simple intermedio para optimizar el algoritmo de detección ante perturbaciones sobre los valores de entrada correspondientes a los primeros valores del coeficiente de frecuencias. Se utiliza un modelo de fisura abierta representado con una rótula elástica el cual en función de las propiedades de la fisura varía su rigidez a la flexión.El método de detección de fisura propuesto consiste en resolver el problema inverso de vibraciones acoplado a un algoritmo estadístico. Esto significa que, a partir de valores de frecuencias naturales obtenidas con el método analítico directo, se obtiene la posición de la fisura. El método propuesto tiene el objetivo de sistematizar el mecanismo de detección.