Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado FEM simulation of residual stresses of thin films for applications in MEMS(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-19) Macavilca Román, José Carlos; Ströhla, Tom; Rumiche Zapata, Francisco AurelioIn MEMS sensors, such as resonators based on cantilever and doubly-clamped beams, the presence of residual stresses in the thin films disrupt their mechanical properties or eigenfrequencies and, in some cases, can destroy the structure. This thesis aims to simulate the residual stresses in wafers composed of thin films deposited over a substrate. The simulations were conducted with ANSYS Workbench R17.2, a finiteelement-method software. This work considered static simulations with a single-layer wafer geometry, since it is a first approach to the simulation of residual stresses. With the purpose of achieving that, three simulation types were performed. Simulation 1 applied the thermal loads as heating and cooling steps to a quadrant model. Simulation 2 added the birth and death technique with the purpose of representing the deposition of the thin film. Besides, it was split under the geometric model as flat axisymmetric section, curved axisymmetric section, i.e. with the initial curvature of the wafer, and curved quadrant model. On the other hand, simulation 3 generated the residual stresses by the activation of the contact between the thin film and the silicon dioxide layer, used as diffusive barrier. The simulation results were compared to calculated values from measurements performed by the methods of wafer curvature and X-ray diffraction. The comparison showed that the curved quadrant model allowed obtaining residual stresses and deflections closer to the calculated ones. In addition, the curved axisymmetric models allowed visualizing the residual stresses distribution in the layers and the substrate. Thus, the birth and death technique was useful to simulate the deposition of the thin film. The considerations described in this work can be used as input data for more complex simulations based on MEMS structuresÍtem Texto completo enlazado Diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha para niños con problemas de locomoción(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-03-17) Macavilca Román, José Carlos; Elías Giordano, Dante ÁngelEl presente trabajo consistió en el diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha orientado a la recuperación de la locomoción de niños entre cuatro a doce años de edad, quienes ostentan una mayor capacidad de recuperación motriz al estar en una etapa de desarrollo físico y mental. Esta tesis contempló el diseño mecánico de un mecanismo paralelo tipo hexápodo de notación 6RSS (de seis grados de libertad y de articulaciones R-rotacional, S-esférica y S-esférica), la selección de los componentes, la elaboración de los planos correspondientes y la estimación de los costos de fabricación y adquisición del sistema mecánico del simulador. Para tal fin, se estableció como base de análisis las proyecciones de las fuerzas en los eslabones respecto al plano sagital, donde a través del análisis del equilibrio dinámico de la plataforma se calcularon las fuerzas y torques en los elementos que conforman el rehabilitador. En vista de que, las fuerzas y torques estuvieron en función de las dimensiones de las cadenas cinemáticos del mecanismo, se procedió a determinar dichas medidas mediante iteraciones a través de programas desarrollados con el software Mathcad Prime 1®. Este proceso iterativo se realizó al considerar como parámetros cinemáticos la posición del talón y del dedo pulgar, así como la velocidad y aceleración del pie durante la marcha. Este arreglo de datos fue obtenido de bibliografía especializada, la cual fue almacenada por frames durante el ciclo de la marcha. Por ello, se empleó un factor de conversión de parámetros cinemáticos igual a 0.19, el cual relacionó la velocidad promedio de un adulto, proveniente de los frames, y la velocidad promedio de un niño. Con los resultados del cálculo, se aplicaron las teorías de resistencia de materiales y elementos de máquinas para seleccionar y/o diseñar los componentes. El movimiento rotacional es proporcionado por motores a pasos de gran torque (48 VDC, 6.3 A/fase, 9.1 Nm) los cuales accionan los mecanismos biela manivela de las cadenas cinemáticas. Asimismo, se diseñaron articulaciones esféricas con un ángulo máximo de variación de 59° que permiten abarcar la longitud de paso del rehabilitador. Este equipo fue diseñado para ser utilizado por un niño de un peso máximo de 42 kg. y estatura máxima de 1.50 m. El costo total del rehabilitador ascendió a $ 20500, el cual incluyó los costos de material, ensamble y diseño.