Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Modelado numérico de la vibración inducida por flujo turbulento en tuberías horizontales mediante modelos multifísicos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-18) Blas Cajas, Michael Anderson; Franco Rodríguez, RosendoEn el presente trabajo se modela numéricamente la vibración inducida por flujo interno turbulento en tuberías horizontales biempotradas utilizando modelos multifísicos. Existen pocos trabajos que exploren la vibración inducida por flujo utilizando este enfoque, a su vez que no presentan una metodología clara para su aplicación. Este trabajo se centra en la definición de un modelo numérico detallado del fenómeno, que consta del modelado del flujo, la tubería y su interacción. En el modelo numérico del flujo, se empleó el Método de Volúmenes Finitos junto con el modelo de turbulencia tipo LES, WMLES SOmega. Se aplicó la condición de periodicidad para reducir el costo computacional de simular un flujo turbulento completamente desarrollado. En el modelo numérico de la tubería, se empleó el Método de los Elementos Finitos junto al método de integración temporal HHT-𝛼����� generalizado. Se consideró el modelo elástico-lineal para el material de la tubería. En el modelo de la interacción fluido-estructura, se empleó el acoplamiento unidireccional (1-way) modificando la densidad de la tubería para incluir el efecto de la inercia del fluido. La implementación del modelo numérico definido se realizó en el software ANSYS 2020 R1. Posteriormente, se aplicó el modelo implementado para evaluar la influencia de la velocidad del flujo en la respuesta vibratoria del sistema flujotubería. Se consideró una tubería horizontal biempotrada de PVC, de 20,4 mm de diámetro y 1,53 m de largo, que transporta agua como fluido, considerando cuatro velocidades de flujo distintas. Los resultados de esta aplicación muestran una adecuada correspondencia con estudios experimentales y analíticos al determinar las amplitudes y frecuencias fundamentales de vibración del sistema, y capturar el aumento de la amplitud de vibración conforme se incrementa la velocidad del flujo. Esto sugiere que el modelo numérico definido es adecuado y puede ser una herramienta importante para estudiar el fenómeno de vibración inducida por flujo en tuberías.Ítem Texto completo enlazado Automatización del diseño de árboles de transmisión para cajas reductoras de engranajes cilíndricos y ejes paralelos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-17) Delgado Marin, Alec Gonzalo; Franco Rodríguez, RosendoEl diseño de árboles de transmisión es una tarea habitual en la industria de maquinarias, para la cual se han desarrollado softwares especializados y procedimientos normalizados a lo largo de los años. No obstante, el nivel de automatización y optimización es limitado, tiene un enfoque general, y requiere de la intervención y experiencia de un diseñador en la mayoría de los casos. Por ello, el objetivo de la presente tesis consistió en desarrollar un algoritmo que diseñe árboles de transmisión con un alto grado de automatización, orientado específicamente a árboles para cajas reductoras de engranajes cilíndricos, ejes paralelos y distribución horizontal, para cajas reductoras de una, dos y tres etapas. El proceso de desarrollo del algoritmo implicó la recopilación de normativas y recomendaciones especializadas relacionadas con el diseño de árboles destinados a cajas reductoras. Luego, se estableció un conjunto de árboles tipificados teniendo en cuenta tanto su ubicación dentro de la caja reductora como los diversos tipos de uniones para transmitir potencia (uniones por chaveta, uniones estriadas y piñón solidario). Asimismo, con el fin de automatizar el proceso de diseño, se elaboraron los modelos CAD paramétricos de estos árboles, definiendo las variables dimensionales dependientes e independientes. Además, se estableció un procedimiento que permite automatizar los cálculos de tensiones y deformaciones mediante el modelado por elementos finitos (FEM). Sobre esta base, se implementó la verificación del diseño de los árboles según las normas técnicas DIN 743 para árboles, DIN 6885 para las uniones por chavetas y DIN-ISO 14 para uniones estriadas. A fin de optimizar el diseño, se incorporó un proceso iterativo que minimiza el volumen del árbol y asegura un factor de seguridad definido por el usuario, obteniéndose como resultado el modelo CAD del árbol óptimo. Todo el algoritmo fue implementado en el software comercial Autodesk Inventor, empleando el módulo Inventor Nastran para los cálculos por FEM. Por último, para verificar el trabajo realizado, se aplicó el algoritmo en el desarrollo de dos ejemplos relevantes. Los resultados obtenidos mostraron una tendencia similar en el diseño de cinco árboles, los cuales principalmente presentaron factores de seguridad mayores a los obtenidos mediante métodos analíticos, mostrando la capacidad de minimizar el volumen de material y evidenciando el carácter conservador de los métodos convencionales.Ítem Texto completo enlazado Procedimiento para el análisis del crecimiento de fisuras por fatiga en componentes de acero bidimensionales utilizando simulación numérica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-03) Berrios Barcena, David Reynaldo; Franco Rodríguez, RosendoEn la presente investigación se estudia el comportamiento a la fractura de componentes mecánicos bidimensionales sometidos a cargas cíclicas. El trabajo tiene como objetivo general implementar un procedimiento flexible, basado en simulación numérica, capaz de analizar el crecimiento de fisuras por fatiga en modo mixto I+II y se centra en el estudio de un acero de alta resistencia denominado comercialmente Chronit T1-500 (DIN W N°: 1.8721). La investigación tiene una componente experimental muy importante, a través de la cual se realiza una caracterización completa del material estudiado. Para obtener datos experimentales relevantes para la posterior implementación del modelo numérico, se diseñaron probetas especiales tipo TDCB, capaces de capturar trayectorias suficientemente largas y curvadas, representativas del modo mixto. En el trabajo se detalla todo el proceso de diseño, fabricación y ensayo de las probetas utilizadas, así como las técnicas y equipos empleados para medir la trayectoria de la fisura y sus parámetros de crecimiento, dentro de ellos, un equipo pulsador de alta frecuencia y la técnica DIC, en combinación con software CAD. La metodología experimental desarrollada constituye uno de los principales aportes del trabajo. La componente numérica de la investigación se basa en el método XFEM, existente en la plataforma utilizada ANSYS Mechanical APDL. Para implementar el procedimiento se desarrollaron algoritmos y escribieron códigos en el lenguaje propio de la mencionada plataforma. En este proceso, se estudiaron los parámetros más influyentes en la precisión de los resultados y se establecieron los criterios para el cálculo de los factores de intensidad de tensiones. Asimismo, fue necesario resolver dos problemas críticos del método XFEM: la tendencia de la fisura a propagar dos veces por el mismo elemento y la tendencia de la fisura a pasar por un nodo, situaciones no admitidas en el software utilizado. El procedimiento implementado permite utilizar tres criterios diferentes para determinar la dirección de propagación de la fisura, un modelo de crecimiento y dos criterios diferentes para determinar el rango del factor de intensidad de tensiones equivalente. Adicionalmente, existe la posibilidad de añadir fácilmente otros criterios y modelos nuevos, lo que constituye otro importante aporte para esta y futuras investigaciones. La ecuación de NASGRO es el modelo de crecimiento implementado que ofrece mejores resultados. Sin embargo, la obtención de los cuatro parámetros que lo definen es una tarea compleja. En este sentido, se desarrolló e implementó un novedoso algoritmo para la calibración de dicho modelo, basado en datos experimentales y resultados numéricos. El procedimiento numérico se validó con los resultados experimentales de cinco probetas tipo TDCB, obteniéndose una excelente correspondencia. Finalmente, se aplicó con éxito en el análisis de dos probetas tipo TDCB con diferentes espesores y en una palanca acodada usando dos materiales diferentes.Ítem Texto completo enlazado Evaluación de secuencias de soldadura en una carcasa de caja reductora uitlizando simulación numérica computacional(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-06-08) Loaiza Miranda, Walter Guillermo; Franco Rodríguez, RosendoEl presente trabajo de tesis tiene como objetivo evaluar diferentes secuencias de cordones de soldadura en una carcasa soldada de caja reductora y seleccionar la secuencia más adecuada. El criterio de selección se basa en las distorsiones producidas por la soldadura, considerando como mejor alternativa aquella que presente las menores distorsiones en las superficies de trabajo. Para lograr este objetivo se implementó un procedimiento numérico de simulación de soldadura basado en un análisis termo-estructural secuencialmente acoplado, donde el campo estructural depende del campo térmico. Para resolver el problema térmico se consideraron las propiedades térmicas del material dependientes de la temperatura, el modelo de fuente de calor de doble elipsoide presentado por Goldak, así como un coeficiente combinado de convección-radiación como condición de frontera térmico. Para resolver el problema estructural se consideraron las propiedades mecánicas del material dependientes de la temperatura, un modelo de material termo-elasto-plástico, así como las restricciones de desplazamiento necesarias para estabilizar el modelo como condiciones de frontera estructural. En ambos problemas se aplicó la técnica birth and death para simular la deposición del material. El procedimiento propuesto fue validado con resultados experimentales en una junta a tope y una en T. Luego, se aplicó el procedimiento en la carcasa objeto de estudio, tanto en la base como en la tapa. Se evaluaron tres secuencias de soldadura para la base y tres para la tapa. Como resultado se obtuvo las desviaciones de planitud en el plano de división entre la base y la tapa, y en el plano de apoyo de la base, así como las desviaciones de cilindricidad en los alojamientos de los rodamientos. Los resultados más favorables se obtuvieron para la secuencia de soldadura en la que se empleó el paso peregrino (back step) y la soldadura simultánea en los extremos opuestos y de forma simétrica. En este caso se obtuvo una desviación de planitud máxima de 257.44 _m en el plano de división entre la base y la tapa, 422.5 _m en el plano de apoyo de la base y una desviación de cilindricidad máxima de 303.3 _m en los alojamiento de los rodamientos.