FRD - Investigación - Ciencia y Tecnología
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Item Diseño de un excitador electro-dinámico de bajo costo(2021-04-03) Carrizo, Marcos; Carcache, Pablo; Raffo, Javier LeandroLos excitadores electrodinámicos, también conocidos como "shakers", son instrumentos fundamentales para realizar ensayos de vibraciones mecánicas. Sus numerosas aplicaciones los convierten en equipos de sumo interés en el campo de las ingenierías mecánica, aeronáutica y aeroespacial. Si bien existen equipos comerciales desde hace años, estos son de un alto valor económico. El objetivo de este trabajo es diseñar un excitador electro-dinámico de bajo costo, capaz de inducir vibraciones forzadas en estructuras para la realización de ensayos en laboratorio. A partir de las leyes fundamentales del electromagnetismo se dedujeron ecuaciones de dimensionamiento, se realizó un análisis cualitativo de dichas ecuaciones para obtener consideraciones de diseño y se las utilizó para definir los parámetros constructivos. Se seleccionaron los materiales de los componentes, se realizó el modelado tridimensional utilizando software CAD y se verificó mediante análisis por elementos finitos. Se presenta el diseño de un prototipo de excitador electrodinámico de baja potencia y bajo costo. El equipo dispone de una fuerza máxima de 85 N, desplazamiento máximo de 5 mm y puede operar en un rango de frecuencias entre 7 Hz y 2.1kHz.Item Estudio de vibraciones en componentes estructurales con presencia de fisuras(AJEA, 2020-10-05) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier Leandro; Grossi, RicardoLos componentes mecánicos y estructurales, a causa de la presencia de fisuras, son susceptibles de presentar fallas en servicio; ocasionando daños catastróficos e irreversibles. Este trabajo, se centra en el estudio de un método analítico de identificación de fisura basado en medición de frecuencias naturales de vibración. Se obtuvo, mediante la aplicación del cálculo de variaciones, la solución exacta del problema de vibraciones de vigas Euler Bernoulli de sección constante y material isótropo y homogéneo. Se desarrolló un método analítico de detección de fisuras en vigas. El mismo consiste en resolver el problema inverso de obtener la posición y profundidad de la fisura, a partir de conocer los 3 primeros valores del coeficiente adimensionales de frecuencias. Se realizó un análisis de sensibilidad del método para la condición articulado-articulado, considerando una incertidumbre máxima en la medición de la frecuencia del 2%. Los resultados presentados permiten determinar la capacidad de detección del método,para esa incertidumbre, para cualquier ubicación y profundidad.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 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 Theoretical and experimental analysis of the elastic support rigidity coefficient´s value on the natural frequencies in beams(2019-11) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier LeandroEn este trabajo se analiza la influencia que tiene la variación del coeficiente de rigidez de los vínculos elásticos en las frecuencias naturales de vigas Euler-Bernoulli. Además, se describe qué relación existe entre las frecuencias naturales determinadas en forma analítica y experimental. Se aplica y analiza el procedimiento de ¨zero setting¨ a fin de disminuir el error sistemático asociado a la discrepancia entre los resultados analíticos y experimentales. Para alcanzar estos objetivos, las frecuencias naturales de vibración se obtienen teóricamente mediante un modelo analítico utilizando técnicas del cálculo de variaciones, donde la viga tiene sus extremos elásticamente restringidos contra rotación y traslación. Por otra parte, las frecuencias naturales son determinadas en forma experimental, mediante una cadena de medición con acelerómetros y técnicas del análisis modal experimental; empleando diferentes tipos de vinculaciones, incluido un sistema de apoyos elásticos que pueden variar su constante elástica.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 Diseño y construcción de un sistema electromagnético para inducir vibraciones forzadas(CAIM, 2018) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier LeandroExisten diversos sistemas mecánicos, hidráulicos y electromagnéticos para inducir vibraciones forzadas. Su aplicación en procesos productivos industriales, productos manufacturados y ensayos de laboratorio; entre otras, es numerosa. El objetivo del presente trabajo es interpretar los fenómenos físicos que intervienen en el funcionamiento de un excitador electromagnético para inducir vibraciones mecánicas en componentes estructurales para pruebas de laboratorio. Diseñar, construir y ensayar un prototipo. A partir de las leyes fundamentales del electromagnetismo se obtuvieron ecuaciones que permiten realizar análisis cualitativos y cuantitativos a fin de optimizar su diseño. Dichas ecuaciones fueron comparadas con mediciones y ensayos de laboratorio, obteniendo una buena correlación. El prototipo propuesto presenta como ventajas bajo costo y no requerir contacto físico con la estructura ensayada.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.Item Estudio de la efectividad de un método analítico de detección de fisuras basado en mediciones de frecuencia.(ASOCIACIÓN ARGENTINA DE MECÁNICA COMPUTACIONAL AMCA, 2019-11) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, MarcosEn este trabajo se presenta un método de detección de fisuras en vigas Euler Bernoulli que consiste en resolver el problema inverso de vibraciones naturales. Se considera una fisura superficia labierta que es modelada con una rótula elástica. Se realiza un análisis de la incertidumbre en la determinación del coeficiente de frecuencias para una cadena de medición con acelerómetros. El método analítico consiste en la solución exacta del problema de contorno de una viga con fisura. Se realiza un análisis de la incertidumbre y propagación de error aplicada a establecer el coeficiente de frecuencias con mediciones. Se presentan nuevos resultados que cuantifican el error asociado a la determinación de la posición y profundidad de la fisura. Se determina la capacidad teórica para la obtención de las propiedades de la fisura del método propuesto.