Ingeniería Mecánica (Mag.)
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Item Investigation of different compliant mechanisms(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-14) Sea Ordaya, Alexander Javier; Alencastre Miranda, Jorge HernánThe use of flexible mechanisms has been increasing in the recent years. This is due of the advantages that offer with respect to rigid mechanism. However, the method to study them become more complicated. Just to mention, the mathematical equations to investigate their behavior are of a higher level, so the assistance of calculation software is required. For this reason an analytical model is developed to facilitate the study of compliant mechanism. To do this, a review of the theory involved in the calculation of compliant mechanism is made and applied in the development of the analytical model. In this case the equations derived from the Euler-Bernoulli Beam Theory were used. In order to have a contrast of results, a software that use the Finite Element Method was used. After the simulation of the structures in both models, the relative errors were obtained. In the case of the simulations to obtain the displacement due to external forces, only the first node of the structures were defined as “Clamp” and the external forces were applied to the rest of the nodes. For this investigation, nine structures were simulated. To obtain a representative relative error, an average of them were calculated, which are 5.69% and 4.28% in the x and y axis respectively. Subsequently, because in all the cases, the first node is fixed, the moment at that node were obtained and compared. The average relative error found was 1.74%. After that, the simulations to obtain the forces due to the rotation of the structures were carried out. To make the simulations, the structures rotate in the range of -0.4 rad and 0.4 rad with steps of 0.1 rad. For this investigation, 4 structures were simulated and 14 parameters were defined. The maximal relative error found was 5.05%. Finally, an study of the behavior of the normalized moment at the first node of the 4 structures when the 14 parameters vary was carried out. In this investigation it was found on one hand that the parameters R1 and R2 from the structure 3 have good influence in the curves but on the other hand, the parameters R1 and α from the structure 4 have almost no influence.Item Finite element simulation of real test procedures on drawn wires(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-17) Sanchez Damas, Shwanne Kimberling; Alencastre Miranda, Jorge HernanLa simulación por elementos finitos se ha convertido en una herramienta clave para el análisis y optimización de procesos de ingeniería, ya que permite el análisis de un gran número de condiciones a un coste relativamente bajo. En este trabajo se ha utilizado esta herramienta para el análisis de un proceso de trefilado multietapa, así como para la implementación de ensayos de tracción y torsión en dichos alambres trefilados. El objetivo es evaluar los diferentes modelos de endurecimiento para el proceso de trefilado y para los ensayos de prueba señalados. Se ha realizado la simulación del ensayo de tracción del alambre tras cada etapa de trefilado y se ha automatizado la obtención de los parámetros mecánicos más importantes. Luego, estos se han contrastado con valores experimentales para analizar los resultados obtenidos con los diferentes modelos de endurecimiento. Asimismo, los valores de daño se calculan según los criterios de Cockroft y Latham para el proceso de trefilado, para el ensayo de tracción y adicionalmente se calcula el daño total en el alambre, es decir el daño generado debido al trefilado después de cada etapa juntamente con el daño generado por el ensayo de prueba. Todos estos procedimientos se han realizado utilizando diferentes modelos de endurecimiento seleccionados. Finalmente se analizan los resultados obtenidos, se presentan las conclusiones y la proyección de perspectivas para futuros estudios.Item Análisis de deflexiones y esfuerzos en tuberías de acero de pared delgada enterradas bajo vías de acarreo de camiones mineros por el método de los elementos finitos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-20) Vilca Terrazas, Nicher Saul; Alencastre Miranda, Jorge HernánEl presente estudio analizó el comportamiento de las tuberías de acero de diámetros nominales desde 36” hasta 48” las cuales se encuentran enterradas en cruces de caminos mineros (Haul Road) sometidas a cargas superficiales de vehículos con carga bruta máxima de 625 toneladas (Peso bruto, incluye peso de material acarreado). Se desarrolló un análisis para determinar las variables más relevantes de una instalación que afectan los resultados de cálculo de esfuerzos y deflexiones por medio de un estudio paramétrico por el método de los elementos finitos. En general las zanjas se componen de una tubería apoyada sobre una cama de arena fina o material similar, por un relleno lateral instalado por medio de capas delgadas compactadas y un relleno superior compactado sobre la tubería. Para el estudio de la investigación se propuso un modelo de elementos finitos que considera la no linealidad del material de suelo, la no linealidad del contacto entre la tubería y el suelo, la no linealidad de la geometría del suelo y las cargas laterales residuales debido a la compactación de distintas capas del suelo durante la etapa constructiva y para su validación se utilizaron datos experimentales desarrolladas en el centro de investigación de infraestructuras enterradas (CUIRE) de la Universidad de Texas Arlington (UTA). El estudio demostró la importancia que tiene una adecuada selección de las propiedades de los materiales de suelos que componen una zanja, así como la importancia de considerar adecuadas condiciones de instalación de las tuberías a fin de obtener en lo posible menores costos de una instalación que permita tener esfuerzos en la tubería por debajo de los admisibles. Los mejores resultados se mostraron durante la variación del ancho de la zanja y la elección de materiales de relleno lateral con mayor grado de elasticidad, sin embargo, existen otros factores que podrían llegar a incrementar las deflexiones en la tubería tales como la variación de la altura de cama de tubería o la altura del relleno superior. Adicionalmente, se verificó en dónde se ubica la mayor carga de esfuerzos en la tubería luego de la aplicación de las cargas muertas y cargas vivas. Así mismo, se determinó en qué nivel afecta la relación del diámetro y el espesor de la tubería y para cuál de estas relaciones será necesario tener un mayor cuidado durante el análisis. El presente estudio paramétrico permitió comprender las afectaciones en los resultados de deflexión y esfuerzos de la tubería y cuyas conclusiones se pueden generalizar para instalaciones convencionales ya que dependen de las mismas variables.Item Análisis dinámico estructural de un semirremolque tipo bombona para transporte de emulsión matriz con capacidad de 26.5 metros cúbicos, mediante simulaciones numéricas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-13) Barzola Osorio, Ramon Aravena; Jiménez de Cisneros Fonfría, Juan JoséUn semirremolque bombona se puede definir como un medio transporte remolcado el cual es usado para la distribución de materiales de diversa naturaleza; una aplicación bastante común es el transporte de explosivos líquidos conocidos con el nombre genérico de “emulsión matriz” hasta una capacidad de 26.5 m3; tales vehículos son fabricados por manufacturas al interior del territorio nacional. Tales unidades, que serán objeto de análisis, poseen por componentes principales el sistema de suspensión, encargado de absorber las perturbaciones externas del terreno; el chasis, que es la estructura que soporta las cargas dinámicas y estáticas de toda la unidad; y un cilindro cónico (Casco), quien es el que contiene el producto a transportar. El presente trabajo de investigación consiste en analizar mediante tres métodos las primeras frecuencias de resonancia mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF), cálculo analítico y un análisis modal experimental en campo, de la estructura de un semirremolque bombona. Esta unidad es fabricada, generalmente, mediante conocimientos empíricos, no existiendo un método de análisis ni normas de cálculo, sino más bien se opta por un diseño por semejanza. Por consiguiente, es desconocido, en nuestro medio local, el comportamiento mecánico real de tales unidades, lo cual se traduce a un desconocimiento de las frecuencias naturales y comportamiento dinámico de este tipo de vehículos. La finalidad de este trabajo es cotejar los resultados obtenidos mediante las tres formas de cálculo las primeras frecuencias de resonancia (Analíticos, FEM y experimental), además plantear las condiciones de borde más adecuadas y cercanas a la realidad para ser aplicadas en futuros estructuras de vehículos semejantes.