Presentación del curso Mecánica de medios continuos -- 15904 · alternativo 2 del molde...
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Presentación del cursoMecánica de medios continuos – 15904
Dr Ing. Claudio García Herrera
Universidad de Santiago de ChileFacultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecá[email protected]
Santiago de Chile, 6 de Septiembre de 2010
Índice
1 Introducción, motivación y objetivos
2 AplicacionesProceso de embutición profundaAnálisis del proceso de fundiciónDiseño de bombas y análisis del proceso de fundiciónBiomecánica arterial
3 Programa de la asignatura
4 Evaluación de la asignatura
5 Bibliografía de la asignatura
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Introducción, motivación y objetivos
IntroducciónMecánica del continuo: Es una rama de la mecánica que analiza larespuesta de sólidos y fluidos (líquidos y gases) de manera unificada,bajo la hipótesis que la materia que lo conforma es continua.
A. Cauchy fue el primero en formular esta teoría en el siglo 19. Es untema actual de desarrollo de investigación (Ingeniería Mecánica,Materiales, Aeronaútica, Civil, Química, etc).El desarrollo de los métodos numéricos ha permitido su aplicación enproblemas complejos y de interés para la ingeniería.
MotivaciónOptimización y desarrollo de procesos industriales.Desarrollo de nuevas estructuras y sistemas de transferencia deenergía.
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Objetivos
Objetivo GeneralEl objetivo general del curso es presentar los aspectos físicos, teóricos yexperimentales de la mecánica de los medios continuos.
Objetivos específicosDescribir la cinemática de un medio continuo.Conocer las ecuaciones fundamentales que describen elcomportamiento de un medio continuo.Definir y aplicar modelos constitutivos.
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Aplicaciones
ObjetivoMejorar el diseño y condiciones de operación (lograr mayor control,aumentar la calidad y reducir costos)Solución de problemas de diseño de piezas a pedido
Áreas de aplicación de la MMCProcesos de fabricación: embutición, trefilado, fundición, templado.Mecánica de fluidos, Transferencia de calor.Biomecánica.Materiales.
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Proceso de embutición profundaAnálisis del proceso de fabricación de una lavadora
Gentileza CTI
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Caracterización experimental
Acero EK4
ASTM E646 espesor 0,6 mm
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Caracterización experimental y numérica
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Proceso de embutición profunda industrial
Gentileza CTI
Secuencia de Embutido
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Proceso de embutición profundaDeformaciones principales finales
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Diseño y fabricación de piezas fundidasFabricación de rodetes de bombas centrífugas
Diseño
Digitalizado
Modelo 3D Prototipo
Modelo cerámicoColadaMecanizado
Gentileza Neptuno
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Análisis del proceso de fundición
Pieza original CAD 3D
Objetivo: Predecir zonas de riesgo
de rechupes. La tapa es específica de fabricación no seriada
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Análisis del proceso de fundiciónCriterio: Tiempo de solidificación
originalTapa con molde
alternativo 1 del moldeTapa con diseño Tapa con diseño
alternativo 2 del molde
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Análisis del proceso de templadoTemplado de rodetes
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Biomecánica arterial
Características de la aortaLa aorta es una de las principales arterias del sistema circulatorio, sedivide en tres grandes partes: Aorta ascendente, Cayado aórtico yAorta descendente.Su elasticidad permite mantener la presión y el caudal durante ladiástole (baja presión).
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Biomecánica arterial
Características de la aortaLa aorta es una de las principales arterias del sistema circulatorio, sedivide en tres grandes partes: Aorta ascendente, Cayado aórtico yAorta descendente.Su elasticidad permite mantener la presión y el caudal durante ladiástole (baja presión).
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Ensayo de tracción uniaxial
Ensayo de tracción uniaxial
Ensayos estáticos y pasivos
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Ensayo de tracción uniaxial
Ensayo de tracción uniaxial, ensayos estáticos y pasivos
10 162
5
B
∆ Lσ
σ = λF/A0
F
λ = (L0 + ∆L)/L0
Detalle de la probeta montada en el experimento
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Simulación del doblado y presurizado de una aortaDescripción del problema
Montaje del vaso Probeta montada
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Simulación del doblado y presurizado de una aortaCondiciones de contorno y modelo constitutivo
A
A’
0 < t < t0
u = 0
t > t0u = 0 P t > to
u
Condiciones de contorno
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4
TE
NS
IÓN
σ [k
Pa]
ALARGAMIENTO λ
Circunferencial (θ)Longitudinal (z)
Demiray
Modelo de Demiray, a = 107,19 kPa,b = 1,40
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Simulación del doblado y presurizado de una aorta
Curva presión-diámetro para λz = 1,4
0
25
50
75
100
125
150
175
200
20 22 24 26 28 30 32
Pres
sure
[mm
Hg]
Diameter [mm]
ExperimentalFE Simulation
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Simulación del doblado y presurizado de una aorta
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Simulación del cayado aórticoDescripción del problema
Subclavia
braqueocefálicoTronco
Carótida común
Cayado aórtico humanoVaso
braqueocefálico carótida subclavia aorta
Diámetro [mm] 12,0 ±0,34 10,1 ±0,25 11,2 ±0,31 24,4 ±0,45
Espesor [mm] 2,06 ±0,11 1,89 ±0,21 2,1 ±0,08 1,95 ±0,15
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Simulación del cayado aórticoCayado aórtico adulto en condiciones normales P = 120 mmHg
σpmaxA B λpmax
Tensión [Pa] y alargamiento principal
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Programa
Programa1 Cinemática de la deformación.2 Movimiento y velocidad de deformación.3 Ecuaciones constitutivas.4 Ecuaciones fundamentales
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Evaluación de la asignatura
Evaluación1 Tareas (50%).2 Proyecto final (escrito y defensa pública) (50%).3 Prueba escrita programada.4 Sin POR.
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Bibliografía de la asignatura
Libros1 Lawrence E. Malvern. Introduction to the mechanics of a continuous
medium, Prentice-Hall inc. (1969).2 Javier Bonet and Richard D. Wood Nonlinear continuum mechanics
for finite element analysis Cambridge University Press (1997).3 Frederick D. Continum mechanics, Scientific Publisher, Cambridge
(1972).4 Chung T.J: Continum Mechanics, Prentice-Hall, International Edition
(1971).5 J.E. Marsden and T.J.R. Hughes Mathematical foundations of
elasticity Dover publications (1983).
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Bibliografía de la asignatura
Revistas1 International Journal of Solids and Structures.2 International Journal of Plasticity.3 Journal of Biomechanics4 International Journal of Non-Linear Mechanics5 Mechanics Research Communications.
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Presentación del cursoMecánica de medios continuos – 15904
Dr Ing. Claudio García Herrera
Universidad de Santiago de ChileFacultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecá[email protected]
Santiago de Chile, 6 de Septiembre de 2010