2. Maestría

Permanent URI for this communityhttp://98.81.228.127/handle/20.500.12404/2

Tesis de la Escuela de Posgrado

Browse

Search Results

Now showing 1 - 10 of 22

Uso de la simulación numérica como alternativa a los ensayos destructivos contemplados en las Normas ISO 3449 y 3471. Caso de estudio cargador frontal modelo HS10E
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-07) Rojas Asto, Pavel; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
El presente trabajo desarrolla un procedimiento general para la simulación por elementos finitos de dos ensayos destructivos contemplados en las normas ISO 3449, para el impacto de objetos en caída libre, y la ISO 3471, para volcadura de equipos móviles. El procedimiento propuesto abarca la compresión de la solicitud del diseño a evaluar (donde se realiza una lista de exigencias para tener claros los puntos de mejora y las restricciones del estudio), las evaluaciones preliminares (que permiten identificar las necesidades para la simulación), el tipo de simulación a realizar, la selección del programa computacional , la geometría de la estructura que se requiere analizar, la definición de las cargas, los apoyos y los materiales involucrados en el análisis, el preprocesamiento (donde se realiza la generación de la maqueta virtual, en la cual se asignan las propiedades del material, las generaciones de la malla en la estructura, los apoyos y cargas, estas últimas definidas en las evaluaciones preliminares), el post procesamiento (en donde se determina los resultados y graficas que se solicitará al programa) y la interpretación de los resultados. Para determinar la eficacia de este procedimiento se realizó el análisis de la estructura de un equipo móvil, el cual fue sometido a este procedimiento, determinándose que para el caso de la simulación para la norma ISO 3449 se requiere una simulación del tipo explicita por estar relacionado con el análisis de impacto y para el caso de la simulación de la norma ISO 3471 se requiere una simulación del tipo no lineal, tanto por superar los límites de fluencia del material como por tener grandes deformaciones plásticas. Los resultados obtenidos son coherentes con el resultado analístico y como el comportamiento esperado de la estructura, el cual se demuestra que el procedimiento propuesto cumple con el objetivo y permite hacer repetitivo el análisis hasta obtener resultados satisfactorios para el diseñador antes de someter la estructura al ensayo destructivo, reduciendo los costos y tiempo de mejora en las estructuras que requiere de dichos ensayos.
Investigation of different compliant mechanisms
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-14) Sea Ordaya, Alexander Javier; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
The 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.
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 Hernán
El 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.
Theoretical and experimental investigations of multiple contact points between a biologically inspired tactile sensor and various objects
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-15) Fischer Calderón, Juan Sebastián; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
The somatosensory system of mammals includes sensory hairs (vibrissae) for tactile perception during near field exploration. Interacting with the environment, the tactile hair transfers mechanical stimuli to the hair follicle (follicle-sinus complex). The follicle-sinus complex transduces the singnals and transmits them to the central nervous system. Rats, e.g., are able to characterize objects with regard to their surface and geometric shape. Inspired by the biological paragon, the implementation of a vibrissa-like tactile sensor is an object of engineering research. According to the sensory organ, the function of a technical vibrissa is based on the recording of stimuli by the artificial hair shaft and their measurement at the support. This enables the detection of technically relevant information. In this context, the present work focuses on the task of object contour reconstruction. For that purpose, the support reactions are determined during scanning of an object. Previous investigations have been restricted on scanning objects with convex contours. This is due to the limitation of mechanical models to single-point contact scenarios. Goal of the present work is the consideration of multiple contact points between sensor shaft and object contour. The sensor shaft is modelled as a Euler-Bernoulli beam. The mathematical/theoretical description of the deformation of the beam during quasi-static scanning results in a multipoint boundary value problem with switching point. In order to simulate scanning sweeps along two different object types, the corresponding multipoint boundary value problems are solved by applying a shooting method incooperating a Runge Kutta Method of 4th order. The support reactions are calculated during scanning. It shows that multi-point contacts can be identified in the support reactions. The simulation is validated by experiments using selected examples.
Influencia de la variabilidad de parámetros de diseño en uniones con juntas mecánicas, para aplicaciones en codos de radio mayor de servicio de pulpa minera
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-13) Peñaloza Arraya, Gustavo Arturo; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
El presente trabajo de investigación permite establecer un modelo analítico lineal de una junta mecánica semirrígida Victaulic estilo 77, utilizada para unir codos de radio mayor (1.5D, 3D, 5D) con tuberías rectas de acero al carbono en servicios de transporte a presión de pulpa minera. En la industria minera peruana el traslado de pulpa mediante tuberías es ampliamente utilizado, permitiendo aislar la pulpa de entornos sensibles. Sin embargo, la pulpa genera abrasión y consecuentemente desgaste en cambios de dirección, especialmente en codos. El reemplazo de estos últimos elementos casi siempre se realiza en parada de planta donde el tiempo para su sustitución es limitado. El presente trabajo, mediante el modelo antes descrito, permite garantizar un diseño de disposiciones de tuberías confiables bajo la norma ASME B31.3, donde es posible utilizar codos con uniones Victaulic estilo 77 sin ningún tipo de soporteria para algunos casos presentados, ahorrando tiempo valioso en el desmontaje y montaje. Gracias al modelo se puede establecer el nivel de flexibilidad de este tipo de juntas comparando su comportamiento con uniones de tubería rígida y flexible, lo que permite concluir que este tipo de conexión se apega más al comportamiento de una unión flexible, próxima a un tipo de unión articulada. Adicionalmente, con los resultados se obtienen recomendaciones de ubicación y cantidad de soportes para tuberías rectas e instalaciones que involucran codos de radio superior. Estas recomendaciones permiten diseñar los soportes estructurales típicos donde realmente son necesarios.
Contribution to artificial tactile sensors for object contour recognition using coupled technical vibrissae
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-29) Eckhardt, Stefan; Zimmermann, Klaus; Alencastre Miranda, Jorge Hernán; Scharff, Moritz
Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Rat-ten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbe-schaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespann-ter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager-reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibris-sen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen sich gleichzeitig in Kontakt mit dem Objekt befinden. Basierend auf dieser Einteilung werden verschiedene Gleichungen zur Ermittlung der Fußpunktpositio-nen aller Vibrissen hergeleitet. Das mechanische Modell dient als Grundlage für die Durch-führung von Parameterstudien, in denen der Einfluss der Lager- bzw. Kopplungselastizität sowie des Objektabstandes auf die Lagerreaktionen der einzelnen Vibrissen untersucht wird. Dabei zeigt sich u. a., dass, im Gegensatz zum Objektabstand, eine Lagerelastizität in Ab-tastrichtung keinen Einfluss auf die Maximalwerte der Lagerreaktionen hat. Im Falle zweier gekoppelter Vibrissen können bestimmte Events, wie das Ablösen einer Vibrisse vom Objekt, in den Lagerreaktionen der jeweils anderen Vibrisse detektiert werden.
Determination of the signals recorded by carpal vibrissae of rats during locomotion and forelimb touch down
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-04) Müller, Sebastian; Zimmermann, Klaus; Alencastre Miranda, Jorge Hernán; Scharff, Moritz
Verschiedene Säugetiere, so auch Ratten, verfügen an ihren Pfoten über Tasthaare, die sog. karpalen Vibrissen. Untersuchungen der Fortbewegung von Ratten haben gezeigt, dass der Kontakt zwischen den karpalen Vibrissen und dem Untergrund Einfluss auf das Fortbewegungsverhalten der Tiere hat. Karpale Vibrissen bestehen aus einem Haarschaft und einem Follikel. Der Haarschaft ist lang, schlank, elastisch und im Follikel gelagert, in dem sich die Mechanorezeptoren befinden. Ausgehend von Vorarbeiten der Fachgebiete BiomechatronikundTechnischeMechanikderTechnischenUniversitätIlmenausowieder Section of Mechanical Engineering, Pontificial Catholic University of Peru, wurde ein mech- anisches Modell einer karpalen Vibrisse erstellt. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die imFollikelwirkendenKräfteundMomente währendder FortbewegungeinerRatte zu bestimmen. Aus den ermittelten Signalen sollen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Kontaktes zwischen Haarschaft und Oberfläche gezogen werden. Hierzu wurde die in einer Vorarbeit ermittelte Bewegungsbahn einerRattenpfotemitdem indieserArbeit erstellten mechanischen Modell kombiniert. Die daraus entstandene invers dynamische Analyse wurde im Mehrkörpersimulationsprogramm ALASKA durchgeführt. Da nicht alle Eigenschaften und Parameter des biologischen Vorbilds bekannt sind, wurden z.B. der Reibkoeffizient, die Lagerungseigenschaften oder die Materialeigenschaften des Haarschaftes variiert. Als Ergebnis der durchgeführten Parameterstudien konnten verschiedene Einflüsse bestätigt werden. Hierbei zeigen sich u. a. Effekte wie eine Änderung der Signalstärke sowie Än- derungen in der Kontaktzeit.
Análisis modal de una bomba turbina vertical
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-04) Huamantalla Orosco, Julio Augusto; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
La bomba turbina vertical es un modelo de bomba centrífuga muy usado en la minería y en la agroindustrial nacional. En el presente trabajo de tesis se realizó un análisis modal de una bomba turbina vertical modelo B12H-H-3 de la firma Hidrostal. El objetivo principal es conocer las frecuencias naturales de este modelo de bomba con el fin de que esto ayude en el proceso de diseño de nuevos modelos de bombas turbina vertical y prevenir así posibles problemas de resonancia. Primero, se realizó una introducción sobre las bombas centrífugas haciendo énfasis en la bomba turbina vertical. Es importante conocer lo especial de este modelo de bomba ya que parte de este equipo se instala sumergido dentro del fluido a bombear; además, su particular diseño permite instalarlo no solo a diferentes profundidades, sino también, se puede armar con diferentes etapas, esto quiere decir, que se pueden emplear varios impulsores en su configuración, según la aplicación lo requiera. Luego, se obtuvieron las frecuencias naturales mediante cálculos analíticos, simulación computacional y ensayos experimentales. Los cálculos analíticos aportaron el conocimiento teórico que existe detrás de la vibración de sistemas continuos, el cual ayuda a predecir la forma de los modos de vibración de la bomba en estudio, que fue validado con la simulación computacional y los ensayos experimentales. La simulación computacional se realizó empleando el software ANSYS, el cual es muy usado en la ingeniería moderna. Para la prueba experimental, se realizaron tres métodos que son: Bump test, Run up – Coast down y el análisis modal operacional (OMA), los cuales fueron realizados en el laboratorio de hidráulica de la empresa Hidrostal S.A. Los resultados mostraron que la cantidad de agua que se encuentra alrededor de la bomba sumergida influye significativamente en la variación de las frecuencias naturales de la bomba turbina vertical, para las condiciones de ensayo establecidas en el presente trabajo de tesis. Las frecuencias naturales de la simulación computacional en vacío (sin agua) difieren en gran medida sobre los resultados obtenidos en los ensayos experimentales, los cuales se realizaron con la bomba sumergida en agua.
Estudio del manejo de materiales granulares en la industria minera mediante el método de elementos discretos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-27) Anton Tasayco, Victor; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
El presente trabajo de investigación denominado Estudio del Manejo de Materiales en la Industria Minera mediante el Método de Elementos Discretos (Discrete Element Method - DEM), ha sido elaborado con la finalidad de aportar con la aplicación de esta metodología de cálculo en nuestro medio, aplicado a flujos granulares. Particularmente se ha considerado la aplicación a la industria minera, debido que el Perú es un país minero muy importante y la aplicación de esta metodología aportaría a dar soluciones, que permitan incrementar la producción en esta industria. En el primer capítulo, se presenta los antecedentes, lineamientos teóricos y trabajos de investigación previos respecto a la metodología DEM. Así mismo se presentan ciertas aplicaciones de interés e importancia. Se ha considerado también dar a conocer una síntesis del estado de la aplicación DEM en nuestro país. En el segundo capítulo, se define el material granular como conjunto de partículas discretas confinadas, así mismo se describen y clasifican los materiales granulares. Además de técnicas recomendadas para la caracterización del material, descripción de la fenomenología que producen los materiales granulares al manipularlos. En el tercer capítulo, se describe la metodología para simular flujos granulares, además de la secuencia de iteración de la metodología propuesta, considerando las limitaciones y restricciones. Así mismo se mencionan las herramientas computacionales que brindan soporte para trabajar con la metodología DEM. En el cuarto capítulo, se mencionan las consideraciones experimentales propuestas, mediante el uso de software de simulación DEM. En el presente trabajo de investigación, se exponen los factores de importancia a considerar en la etapa de simulación DEM, así mismo se bridará una técnica de análisis de sensibilidad para lograr calibrar el modelo de simulación. Este análisis de sensibilidad se basa en los parámetros que puedan brindar la mejor aproximación en el modelo de simulación DEM, en comparación con los valores obtenidos el experimento en laboratorio. El modelo planteado para la calibración es el caso de la prueba del ángulo de reposo, esta prueba vincula los valores obtenidos en pruebas experimentales (el caso de la investigación, valores obtenidos de la bibliografía especializada) con los valores a calibrar en el software de simulación. Los resultados obtenidos mediante el procedimiento elaborado en este trabajo y plasmados en el ejemplo de calibración, están dentro de los rangos de error, propios de esta metodología de simulación para flujos granulares.
Diseño de un módulo educativo a escala de una zaranda vibratoria
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-26) Leon Paro, Luis Isaac; Alencastre Miranda, Jorge Hernán
En el presente trabajo se diseña un módulo de una zaranda vibratoria, utilizando el principio de similitud y el teorema Pi (π) de Buckingham, los cuales proporcionan las leyes de escalamiento de los parámetros dinámicos más importantes como: masa, rigidez, fuerza y frecuencia de excitación. Se tomó como referencia una zaranda de la marca HAVER, de la cual se conocen todos los parámetros dinámicos de manera experimental. Finalizado el diseño se realizó el análisis modal, utilizando para ello modelos conceptuales discretos (Sistemas de uno, tres y seis grados de libertad), que replican las frecuencias naturales de la zaranda como “cuerpo rígido”. Adicionalmente se efectuó un análisis modal computacional utilizando el método de los elementos finitos, para evaluar las frecuencias naturales del cuerpo de la zaranda en “modo rígido” y en “modo flexible”. Se comprobó que las frecuencias naturales y modos de vibración del módulo escalado proporcionan valores re-escalados cercanos a los valores experimentales. Las desviaciones en los resultados se explican ya que por cuestiones de diseño se necesitó realizar cambios en la posición del centro de gravedad, lo cual afectó fundamentalmente a las frecuencias de la zaranda como un “cuerpo rígido”. Finalmente, hay una diferencia del 20% en la frecuencia torsional del cuerpo de la zaranda, debido a que no se escaló la rigidez torsional del sistema.

2. Maestría

Browse

Filters

Settings

Sort By

Results per page

Search Results