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A boundary element method formulation for modal analysis of doubly curved thick shallow shells
(Elsevier Inc., 2016) Useche Vivero, Jairo; Harnish C.
The study of vibrations of shells is an important aspect in the design of thin-walled structures. In general, analytical solutions for the natural frequencies of shells are not possible, and computational techniques are required. In this paper, modal analysis of shallow shells using a new boundary element method formulation is presented. The proposed formulation is based on a direct time-domain integration using the elastostatic fundamental solutions for both in-plane elasticity and shear-deformable plates. We modeled shallow shells by coupling the boundary element formulation of a shear-deformable plate and the two-dimensional plane stress elasticity. Effects of shear deformation and rotatory inertia were included in the formulation. Domain integrals related to inertial terms were treated by the dual reciprocity boundary element method. Numerical examples are presented to demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed formulation. © 2015 Elsevier Inc.
A computational model for residual life assessment of dents generated by explosive loads in pipelines
(2003) Useche Vivero, Jairo; Gomez J.; Brebbia C.A.; Carlomagno G.M.; Anagnostopoulos P.
The present work develops a finite elements computational model that describes the process of dynamic deformation in pipelines under explosive loads. The mechanical response of the material is modeled by means of an elastoviscoplastic constitutive law based on the Johnson-Cook equation. The model allows understanding the process of generation of dents through the dynamics phenomena and of the development and distribution of stress and strain. The model also allows studying the distribution and magnitude of residual stress allowing identifying critical areas in the dent. It is validated by means of the correlation of main variables with data obtained in experiments of generation of dents under controlled conditions. The model predicts the experimental results in a high grade allowing corroborating hypothesis of failure and residual life proposals for the pipe impacted.
A mlpg formulation for stress analysis in bi-dimensional elastic bodies
(2020-08-11) Paternina, Luis; Arrieta Ortiz, Edgardo William; Useche Vivero, Jairo
In this work, a meshfree method known as Meshless Local Petrov-Galerkin was implemented in a bidimensional linear elasticity problem. Bidimensional MLS shape functions were used in the polynomial approximation of the displacement and stress fields. The numerical integration was carried out by the Gauss-Legendre scheme and the quadrature points were located using the cartesian coordinate system. The local integration domain and the influence domain had circular shapes. A comparison with the analytical solutions of a plate with a circular hole subjected to traction was done. Numerical results showed a good agreement in the displacement and stress fields. Some schemes for improving the accuracy of the solutions were proposed.
A model for the simulation of the chill block melt spinning (CBMS) process using OpenFOAM®
(Elsevier Masson SAS, 2020) Barone M.; Barceló F.; Pagnola M.; Larreteguy A.; Marrugo A.G.; Useche Vivero, Jairo
This work shows the results of a numerical model developed to simulate the CBMS technique for the production of the Fe78Si9B13 metallic magnetic ribbons for application in electronics. The model proposes a numerical approximation to a Vogel-Fulcher-Tammann (VFT) expression as a method in the solidification process. This approximation is introduced into the “compressibleInterFoam” routine, included in the OpenFOAM® suite, originally developed for the simulation of two immiscible, non-isothermal and compressible fluids. This routine solves, the phase fraction transport using the Volume of Fluids (VOF) approach. The boundary conditions imposed in the model were experimentally validated by digital image analysis with a high-speed camera at 5602 fps for the determination of the temperature profiles. The phase change is represented as a growth of several orders of magnitude of the alloy viscosity (μ) as the temperature (T) decreases, reaching solidification around the crystallization temperature (Tg). Also, we establish the condition of initial stability of CBMS process (R > 1.5) for Peclet numbers close to 400, and the validity up to limits of rotation in the wheel close to 40 m s−1. The proposed methodology is validated with previous work. Encouraging results show that the solution of the CBMS process can be adequately simulated with the proposed approach. © 2019 Elsevier Masson SAS
A new radial basis integration method applied to the boundary element analysis of 2D scalar wave equations
(2022-01-10) Narvaez, Alexander; Useche Vivero, Jairo
A new integration method named the Radial Basis Integration Method (RBIM) that include the Kriging Integration Method (KIM) Narváez and Useche (2020) as a particular case and performs boundary only offline precomputations for the creation of a meshless quadrature was developed for its application in boundary elements. Herein, as in DR-BEM, the inertial term is approximated using radial basis functions, however, its particular solution is not needed. The quadrature is now obtained in a simpler way than in KIM, because the evaluations of domain integrals necessary to compute the weights of quadrature points, is done transforming those to the boundary instead of using the Cartesian Transformation Method. Using RBIM, weakly singular domain integrals may be computed with good accuracy over complex domains. The results obtained in some scalar wave propagation problems using both Houbolt-a and Newmark-a time marching methods show that this procedure can be even more accurate than other used in BEM analysis
A Novel Full Boundary Element Formulation for Harmonic Analysis of Elastic Membranes Coupled to Acoustics Fluids
(2020) Narváez-Cruz, A J; Useche Vivero, Jairo; Martínez-Trespalacios, J A; Castro-Suárez, J R
A novel full Boundary Element Formulation for the harmonic analysis of elastic membranes coupled to acoustics fluid is presented. The elastic membranes is modeled using the classical linear elastic pre-stretched membrane theory. The acoustic fluid is modeled using the acoustic-wave equation for homogeneous, isotropic, inviscid and irrotational fluids. Elastostatic fundamental solution is used in the boundary element formulation for the elastic membrane. The boundary element formulation for the acoustic fluid is based on the fundamental solution of three dimensional Poisson equation. Domain integrals related to inertial terms and those related with distributed pressure on membrane, were treated using the Dual Reciprocity Boundary Element Method. Fluid-structure coupling equations were established considering the continuity of the normal acceleration of the particles and dynamic pressure at fluid-structure interfaces. Results obtained shows the accuracy and efficiency of the proposed boundary element formulation.
A Novel Full Boundary Element Formulation for Transient Analysis of Elastic Membranes Coupled to Acoustics Fluids
(2020) Narváez-Cruz, A J; Useche Vivero, Jairo; Martínez-Trespalacios, J A; Castro-Suárez, J R
A full time-direct Boundary Element Formulation for the dynamic analysis of elastic membranes coupled to acoustics fluid is presented. The elastic membranes is modeled using the classical linear elastic pre-stretched membrane theory. The acoustic fluid is modeled using the acoustic-wave equation for homogeneous, isotropic, inviscid and irrotational fluids. Elastostatic fundamental solution is used in the boundary element formulation for the elastic membrane. The boundary element formulation for the acoustic fluid is based on the fundamental solution of three dimensional Poisson equation. Domain integrals related to inertial terms and those related with distributed pressure on membrane, were treated using the Dual Reciprocity Boundary Element Method. Fluid-structure coupling equations were established considering the continuity of the normal acceleration of the particles and dynamic pressure at fluid-structure interfaces. The time integration is carried out using the Newmark method. Results obtained shows the accuracy and efficiency of the proposed boundary element formulation.
Algoritmo para calcular esfuerzos y criterios de falla de Tsai-Hill, Tsai-Wu, Hashim y Hashim-Rotem en agujeros circulares en laminados de fibra de vidrio /
(2013) Tinoco Padaui, Augusto Enrique; Useche Vivero, Jairo
En la actualidad son muchos los problemas que afectan a las compañías o empresas de Colombia y el mundo cuando nos referimos a las fallas de los materiales. Este proyecto se enfoca en uno de ellos, la problemática que se presenta en las fallas en compuestos laminados, para ser más exactos, nuestra investigación se basa en crear una herramienta para calcular los criterios de falla y los esfuerzos en los agujeros en materiales compuestos laminados con agujeros circulares, por medio de la utilización de un software computacional. Esta problemática ha desarrollado una gran cantidad de teorías planteadas para encontrar un verdadero criterio de evaluación que permita evitar fallas en los materiales compuestos, pero específicamente aun no se encontrado una aplicación que permita dar realmente solución inmediata a este problema. Sabemos de antemano, la importancia de los materiales compuestos laminados en las industrias como la naval, aérea, entre otras, es por esto que me veo en la labor de proponer la utilización del software MATLAB®, que es un programa bastante avanzado para nuestra investigación. Además este programa, es óptimo, ya que nos permite diseñar, analizar y graficar. Con esta aplicación computacional obtendremos una perspectiva y adecuada observación de placas sometidas a tracción, sin ninguna duda, esta serie de procedimiento son de completo cuidado para obtener un resultado satisfactorio, es por esto que es necesario la aplicación de este software para generar optimas soluciones a los problemas y a su vez minimice los costos para obtener excelentes y gratos beneficios. Finalmente, se buscará una aplicación del software MATLAB® que nos brindará las garantías necesarias para cumplir, de manera satisfactoria, con cada uno de los objetivos de nuestro trabajo de investigación, enfocándonos primordialmente en desarrollar una herramienta para calcular los esfuerzos en agujeros circulares y los criterios de falla en laminas de fibra.
An experimental study on deformation analysis of an indented pipe via fringe projection profilometry and digital image correlation
(OSA - The Optical Society, 2018) Forero N.; Marrugo A.G.; Vargas R.; Pineda J.; Useche Vivero, Jairo; Romero L.A.
We studied the surface displacement of a steel pipe during indentation via Fringe Projection Profilometry and 2D-Digital Image Correlation. Experimental results show that a 3D strain approximation is possible for comparison with numerical simulation. © 2018 The Author(s)
Análisis comparativo por elementos finitos de dos tipos de páneles navales sometidos a iguales condiciones de carga
(2004) Guevara, Javier; Martínez, Manuel; Useche Vivero, Jairo
Se presentan dos tipos de embarcaciones para transporte de personas, carga y combustible en embalses, diseñadas y construidas por la Corporación de ciencia y tecnología para el desarrollo de la industria marítima y fluvial COTECMAR las cuales presentan diferentes diseños estructurales, el primer tipo de embarcación contiene páneles con estructura primaria conectada directamente a las laminas exteriores y el segundo tipo presenta una estructura primaria con conexión indirecta. El objetivo de este estudio es analizar y comparar el comportamiento mecánico de los dos tipos de páneles por lo que se determinaron los esfuerzos, los desplazamientos y las frecuencias naturales de oscilación mediante el método de elementos finitos, el software utilizado para este análisis fue ANSYS 5.5. Los resultados arrojados por el programa indican que para el panel con conexión directa a las planchas de cubierta se presentan desplazamientos y esfuerzos menores que para el de conexión indirecta, mas sin embargo estas diferencias no son considerables. En cuanto a la respuesta a las vibraciones se aprecia un comportamiento más crítico para la conexión indirecta a bajas frecuencias.
Análisis cualitativo por medio de ensayos del daño generado por cargas de impacto de baja velocidad en compuestos laminados de fibra de vidrio con matriz epoxi y poliéster
(2012) López Giraldo, Camilo José; Useche Vivero, Jairo
El propósito de este proyecto es el evaluar cualitativamente el daño generado por cargas de impacto en compuestos de fibra de vidrio y matriz epoxi utilizando técnicas experimentales. Experimentalmente se busca reproducir mediante ensayos controlados el daño generado por la colisión de objetos a baja velocidad, estudiando la magnitud y distribución de la carga de impacto en el tiempo para caracterizar el tipo de daño generado. Los materiales compuestos se obtienen al unir dos materiales para conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos están formados por una fase continua llamada matriz, donde esta puede ser metálica, cerámica u orgánica, así como una de refuerzo dispersa en la matriz y que puede ser en forma de fibra o partícula [1]. En general se puede considerar como un compuesto laminado de varias fases cualquier material multifásico, que presenta una proporción significativa de las propiedades que lo constituyen, lo que da como resultado un mejor rendimiento del material [2]. Estos materiales que forman el compuesto pueden ser clasificados como un aglutinante (matriz o fase continua) y el refuerzo (fibra o fase dispersa). Cuando las fibras están incrustadas en la matriz en una sola capa,formando una lámina, las multicapas son utilizadas, contando de esta manera con varias capas apiladas y unidas a las fibras en distintas orientaciones, para que constituyan un laminado compuesto.
Análisis de falla estocástica de tuberías compuestas sumergidas bajo vibraciones inducidas por vórtices /
(2019) Pérez Pértuz, Luis Miguel; Useche Vivero, Jairo
El análisis de los compuestos laminados ha sido uno de los temas mas tratados a la hora del estudio de los materiales de ingeniería, debido a su configuración geométrica así como las diferentes propiedades de los materiales que lo componen, estos materiales al tener una resistencia alta y ser menos pesados, presentan un atractivo en el campo de la construcción mecánica como lo es en la aeronáutica, industria naval, automovilismo, entre otras. Estos materiales compuestos presentan una particularidad la cual radica en la dificultad como podemos predecir las fallas en estos materiales, debido a que este tipo de materiales pueden fallar debido al desgaste del material, cuando se presenta una ruptura y esta se propaga, o cuando se presenta desprendimiento entre la fibra y la matriz. Para analizar estos casos a lo largo de la historia se han presentado diversos tipos de teorías que intentan explicar las fallas en estos materiales, pero a tiempos de hoy ninguna de estas teorías encierra la totalidad de las fallas presentes en estos laminados compuestos. iv El avance de los métodos numéricos ha ayudado a la generación de estas teorías las cuales son criterios de falla que considera si el material falla o no, también la implementación de softwares que ayudan a modelar el problema y los elementos finitos que ayudan a tener un calculo de cual seria el comportamiento de estos materiales. La utilización de un modelo de volumen representativo agiliza el análisis de este tipo de materiales debido a que consideramos una geometría que agrupe todas las propiedades mecánicas que puede en un caso hipotético tener todo el material, cuando realizamos este proceso lo que se realiza es un estudio de una porción del material y se realiza una homogenización de las propiedades a lo largo de todo el laminado, teniendo así un camino para estudiar el compuesto laminado y poder aplicar las diversas teorías de fallas para laminados compuestos.
Análisis dinámico de placas gruesas en compuestos laminados utilizando el método de los elementos de contorno
(2011) Álvarez Barrios, Hugo Armando; Useche Vivero, Jairo
En este trabajo se presenta la formulación por elementos de contorno para el análisis dinámico de placas gruesas laminadas. Como ecuación de gobierno se utilizó la teoría de primer orden para laminados, esta formulación considera la presencia de esfuerzos cortantes en los planos normales a la super cie de la placa. La solución fundamental elastica-estatica es utilizada para la solución del problema dinámico. Las integrales que involucran términos inerciales y cargas distribuidas en el dominio, son llevadas al contorno utilizando el método de integración radial. En este método las cargas en el dominio son aproximadas con la suma de los productos entre funciones de base radial y coe cientes desconocidos. Para la discretización del contorno se utilizaron elementos cuadráticos discontinuos. Varios problemas estáticos y dinámicos del tipo transientes, armónicos y modales fueron analizados. Los resultados obtenidos fueron comparados con soluciones numéricas obtenidas con paquetes comerciales de elementos nitos y con soluciones analíticas reportadas en la literatura especializada.
Análisis estructural con el método de elementos finitos asistido por computadora
(2012) Camacho Puello, Juan Carlos; Romero Torres, Marlon de Jesús; Useche Vivero, Jairo; Coronado Hernández, Óscar Enrique
Esta tesis fue creada para analizar estructuras tridimensionales a base de nodos y elementos lineales de sección constante, considerando que su deformación es directamente proporcional a las cargas aplicadas y que cumple con todas las leyes fundamentales de compatibilidad, continuidad, elasticidad y superposición en cada componente integrada. En éste proyecto se pretende mostrar una herramienta para el área de la ingeniería civil, programada especialmente para la verificación, evaluación y visualización inmediata del comportamiento de estructuras, de acuerdo a las configuraciones, condiciones y solicitaciones que esté sometida cada parte.
Aplicación del método de Montecarlo al análisis de falla de placas laminadas, bajo carga puntual constante en su centro /
(2016) Pérez Pértuz, Luis Miguel; Useche Vivero, Jairo
El trabajo propone la utilizaci´on de un abordaje probabil´ıstico basado en simulaci´on de Montecarlo para el estudio de resistencia a la falla de placas de materiales compuestos laminados con agujeros. Las placas fueron fabricadas con layers de fibra de vidrio y matriz de poliester. La resistencia a la rotura de las fibras fu´e determinada mediante ensayos de tracci´on y a partir de los ensayos se construy´o una funci´on de distribuci´on de probabilidad tipo Weibull. Igualmente, las propiedades mec´anicas de la matriz fu´e caracterizada mediante ensayos de tracci´on. Igualmente, la resistencia ultima a la tracci´on de matriz fu´e modelada mediante una funci´on de distribuci´on de probabilidad tipo Weibull. Se utilizan modelos micromec´anicos establecidos en la literatura para determinar las propiedades mec´anicas de cada layer. La distribuci´on de esfuerzos alrededor de un agujero en una placa laminada sometida a cargas en su plano fueron determinados mediante la utilizaci´on de modelos anal´ıticos. Son utilizados los criterios de falla reportados en la literatura para evaluar la falla por delaminaci´on, desprendimiento de fibra, rotura de matriz y rotura de fibra. Se desarroll´o un programa en MATLAB(R) para el desarrollo de experimentos num´ericos basados en el m´etodo de Montecarlo. De esta manera se obtuvo la probabilidad de falla de las placas.
Boundary element analysis of laminated composite shear deformable shallow shells
(Elsevier Ltd, 2018) Useche Vivero, Jairo; Medina C.
In this work, a Boundary Element Method formulation for stress analysis of symmetrically laminated composite thick shallow shells is presented. The proposed formulation was obtained by coupling the boundary element formulation of shear deformable symmetrically laminated composite plates and the boundary element formulation for two-dimensional anisotropic plane stress analysis. Formulation uses the elastostatic anisotropic fundamental solutions proposed for these formulations. Domain integrals are transformed to the boundary by using the Radial Integration Method. Numerical examples are presented to demonstrate the efficiency and accuracy of the formulation. Obtained results concur with results available in the literature as well as with finite element results. © 2018 Elsevier Ltd
Boundary element analysis of shear deformable shallow shells under harmonic excitation
(Tech Science Press, 2014) Useche Vivero, Jairo
In this work, the harmonic analysis of shallow shells using the Boundary Element Method, is presented. The proposed boundary element formulation is based on a direct time-domain integration using the elastostatic fundamental solutions for both in-plane elasticity and shear deformable plates. Shallow shell was modeled coupling boundary element formulation of shear deformable plate and two-dimensional plane stress elasticity. Effects of shear deformation and rotatory inertia were included in the formulation. Domain integrals related to inertial terms were treated using the Dual Reciprocity Boundary Element Method. Numerical examples are presented to demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed formulation. Copyright © 2014 Tech Science Press
Characterization and Modeling of the viscoelastic behavior of hydrocolloid-based films using classical and fractional rheological models
(2021-11-18) Ramirez-Brewer, David; Montoya Giraldo, Oscar Danilo; Useche Vivero, Jairo; García-Zapateiro, Luis
Hydrocolloid-based films are a good alternative in the development of biodegradable films due to their properties, such as non-toxicity, functionality, and biodegradability, among others. In this work, films based on hydrocolloids (gellan gum, carrageenan, and guar gum) were formulated, evaluating their dynamic rheological behavior and creep and recovery. Maxwell’s classical and fractional rheological models were implemented to describe its viscoelastic behavior, using the Vortex Search Algorithm for the estimation of the parameters. The hydrocolloid-based films showed a viscoelastic behavior, where the behavior of the storage modulus (G ) and loss modulus (G00) indicated a greater elastic behavior (G 0 > G00 ). The Maxwell fractional model with two spring-pots showed an optimal fit of the experimental data of storage modulus (G0) and loss modulus (G00) and a creep compliance (J) (Fmin < 0.1 and R 2 > 0.98). This shows that fractional models are an excellent alternative for describing the dynamic rheological behavior and creep recovery of films. These results show the importance of estimating parameters that allow for the dynamic rheological and creep behaviors of hydrocolloid-based films for applications in the design of active films because they allow us to understand their behavior from a rheological point of view, which can contribute to the design and improvement of products such as food coatings, food packaging, or other applications containing biopolymers.
Crack Formation in Chill Block Melt Spinning Solidification Process: A Comparative Analysis Using OpenFOAM
(2022-01-12) Pagnola, Marcelo; Barceló, Luis Francisco; Useche Vivero, Jairo
The application of FeSiB family magnetic materials in the electrical or electronic industry has significantly increased owing to the development of amorphous and nanocrystalline metallic glasses using melt spinning and chill block melt spinning technology, which involves a rotating metal wheel with a high rotation speed. With this technique, a thin ribbon is obtained owing to the jet of liquid metal expelled from a casting nozzle at high pressure and temperature over the outer surface of the wheel. The cooling rates that can be achieved lead to disorder in the crystalline lattice of the metal, which is dependent on the chemical composition. As soon as the material jet is expelled by the nozzle, turbulence can occur in the solidification puddles. This generates defects and cracks in the solidification profile. In this study, numerically simulated ad hoc events in OPENFOAM are comparatively examined using a real process.
Desarrollo de micro-aerogeneradores de bajo costo a partir de la adaptación de modelos existentes /
(2013) Barranco Jiménez, Ubaldo; Albarracín González, Mike A.; Useche Vivero, Jairo
El mundo moderno está viviendo una revolución tecnológica que crece casi exponencialmente, disparando significativamente el consumo de recursos energéticos mundiales. Entre dichos recursos está el energético, según estudios estadísticos anuales realizados por gobiernos o compañías privadas. Esta creciente demanda energética mundial, junto con el inminente agotamiento de las reservas de combustibles fósiles tales como los hidrocarburos o el carbón; además del tema ambiental concerniente al ineficaz aprovechamiento de la energía química contenida en estos, genera conflictos de intereses y una enorme polución la cual es la principal fuente motriz del calentamiento global debido a las emanaciones de gases invernaderos como el CO2. Por otra parte, todos estos problemas económicos, sociales y ambientales y la preocupación que esto puede acarrear, ha generado toda una revolución en cuanto a temas afines a las fuentes alternativas de energía entre las que podemos destacar las actuales torres de energía solar, plantas geotérmicas, convertidores de energía océano-termal “OTEC”, células de hidrogeno por electrolisis de urea y la energía eólica.