FRD - Investigación - Ciencia y Tecnología

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Author: search.filters.author.Raffo, Javier LeandroSubject: search.filters.subject.UTN

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    Diseño de un excitador electro-dinámico de bajo costo
    (2021-04-03) Carrizo, Marcos; Carcache, Pablo; Raffo, Javier Leandro
    Los 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.
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    Estudio de vibraciones en componentes estructurales con presencia de fisuras
    (AJEA, 2020-10-05) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier Leandro; Grossi, Ricardo
    Los 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.
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    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 Román
    El 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.
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    Vibraciones de vigas y pórticos ante la presencia de fisuras. Implementación del problema inverso
    (2013-11) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, Marcos
    En 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.
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    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, Marcos
    Es 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.
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    Determinación de deformaciones, tensiones y desplazamientos en la enseñanza de resistencia de materiales.
    (2016-10) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, Marcos
    En 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.
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    Theoretical and experimental analysis of the elastic support rigidity coefficient´s value on the natural frequencies in beams
    (2019-11) Carrizo, Marcos; Raffo, Javier Leandro
    En 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.
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    Método analítico de detección de fisuras en vigas vibrantes
    (2015) Raffo, Javier Leandro; Carrizo, Marcos
    El 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.
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    Natural vibrations of anisotropic plates with an internal curve with hinges
    (2017-11) Quintana, María Virginia; Raffo, Javier Leandro
    The objective of this paper is to propose a general algorithm to obtain approximate analytical solutions for the study of the free vibrations of a rectangular anisotropic thin plate with an internal curved line hinge and general restraints. In this system, there exists an intermediate condition that requires the continuity of the transverse displacements. It is well known that the difficulty in choosing admissible functions has been the most significant drawback of the Ritz method. To relax the admissibility requirement the Ritz method, with polynomials as coordinate functions, in conjunction with the Penalty Function method is proposed. This study is focus on different problems related the curved hinge and a natural parametrization is used to treat the mentioned curves. The accuracy of the formulation is ensured by comparing some numerical examples with those available in the literature. Cases not previously treated are particularly analyzed. Frequencies parameters and several sets of vibration mode shapes are included, to provide a better understanding of the dynamical behavior of these plates.
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    Dinámica de una Viga con Rótula Elástica Intermedia, Carga Axial y Carga Transversal Oscilante
    (CIMEC, 2017) Raffo, Javier Leandro
    El análisis dinámico de vigas es un campo ampliamente estudiado por infinidad de investigadores por ejemplo cuando existen cargas transversales oscilantes sobre una viga y por otra parte ha sido también ampliamente tratado el caso de vibraciones libres de vigas cuando existe la acción de una carga axial. En este trabajo se trata el problema de vibraciones de vigas uniformes con extremos elásticamente restringidos sometidas a cargas axiales y cargas transversales que varían su intensidad armónicamente. Se presenta la ecuación diferencial y el problema de contorno obtenidos mediante el uso del cálculo de variaciones aplicado al caso de una viga Euler-Bernoulli con restricciones elásticas. La solución del problema se obtiene en forma exacta mediante el método de variación de parámetros. Se presentan resultados de vibraciones forzadas de la viga cuando se encuentra solicitada con una carga transversal variable en el tiempo y a su vez se encuentra solicitada con una carga axial. Se incluyen resultados de la viga analizando el efecto de la combinación de ambas cargas descritas.