Mecànica estructural i de partícules
Mecànica estructural
Investigador principal
Eugenio Oñate
Visió general
Recerca
Membres
Projectes
Publicacions
El grup de Mecànica estructural desenvolupa mètodes numèrics innovadors que combinen elements finits amb tècniques basades en partícules per analitzar estructures fetes de materials tradicionals i avançats, abordant reptes multifísics en aplicacions civils, aeroespacials i de transport.
El grup de recerca en Mecànica estructural del CIMNE se centra en el desenvolupament de mètodes numèrics innovadors per analitzar sistemes estructurals en una àmplia gamma de materials, des de metalls i formigó tradicionals fins a compostos avançats i materials híbrids. L’experiència principal del grup rau en la creació i millora de tècniques computacionals que permetin predir amb precisió el comportament estructural en condicions ambientals i de càrrega complexes.
El grup empra eines computacionals versàtils que inclouen el mètode d’elements finits (FEM) juntament amb diverses tècniques computacionals basades en partícules, com el mètode d’elements discrets (DEM) i el mètode d’elements finits de partícules (PFEM). Una fortalesa distintiva del seu enfocament és la combinació estratègica d’aquests mètodes per abordar reptes multidisciplinaris en mecànica sòlida i estructural.
Aquesta metodologia integrada demostra ser particularment eficaç per resoldre problemes multifísics que impliquen l’acoblament termomecànic la interacció fluid-sòl-estructura i els efectes de contacte de fricció. Mitjançant la unió d’enfocaments tradicionals basats en continus amb mètodes de partícules, el grup crea marcs de simulació robustos capaços de manejar comportaments complexos de materials, grans deformacions i interaccions dinàmiques entre diferents fenòmens físics.
La recerca del grup troba aplicacions en nombrosos sectors d’enginyeria, com ara estructures d’enginyeria civil i ambiental, components aeroespacials, estructures marines, elements estructurals en vehicles de transport de superfície (cotxes, camions, trens, vaixells) i infraestructures crítiques en la indústria del petroli i el gas. A través d’aquestes aplicacions, el grup de Mecànica estructural contribueix a avançar en les capacitats de disseny estructural, l’avaluació del rendiment i l’anàlisi de seguretat en múltiples disciplines d’enginyeria.
Àrees de recerca
Simulació avançada de mecanitzat de precisió
Objectiu
Millorar els processos de mecanitzat mitjançant simulacions multiescala que consideren el desgast del material, la temperatura i la microestructura.
Innovacions
-
- Digital Twin: Advanced simulation for process optimization.
- Màquines sensoritzades: Connexió al núvol per a la recollida contínua de dades.
- Machine Learning: accelera les prediccions i millora la precisió del calibratge dels paràmetres.
Detalls del projecte
Els projectes OPTIPRO i OPTIREP se centren en el desenvolupament i implementació de bessons digitals per simular i optimitzar processos rodants. A través de la plataforma DENN-data, es recullen dades operatives de màquines sensoritzades i s’integren en un entorn de simulació avançat. Això permet una major precisió en el calibratge dels paràmetres de la peça, reduint els recursos humans i materials. A més, l’ús de tècniques d’aprenentatge automàtic amplia el rang d’anàlisi i millora la precisió de la predicció, optimitzant el procés en termes de temps i cost.
Impacte
Reducció significativa de recursos i augment de l’eficiència, facilitant una major penetració d’aquestes tecnologies en el mercat global.
struct_dt1
Numerical modeling of the cylindrical rolling process
struct_dt2
Numerical modeling of the conical rolling process
Bessó digital per a la indústria de conformació de metalls
Objectiu
Optimitzar els processos de deformació metàl·lica per rotació (laminació cilíndrica, laminació cònica i filatura).
Innovacions
-
- Digital Twin: Advanced simulation for process optimization.
- Màquines sensoritzades: Connexió al núvol per a la recollida contínua de dades.
- Machine Learning: accelera les prediccions i millora la precisió del calibratge dels paràmetres.
Detalls del projecte
Els projectes OPTIPRO i OPTIREP se centren en el desenvolupament i implementació de bessons digitals per simular i optimitzar processos rodants. A través de la plataforma DENN-data, es recullen dades operatives de màquines sensoritzades i s’integren en un entorn de simulació avançat. Això permet una major precisió en el calibratge dels paràmetres de la peça, reduint els recursos humans i materials. A més, l’ús de tècniques d’aprenentatge automàtic amplia el rang d’anàlisi i millora la precisió de la predicció, optimitzant el procés en termes de temps i cost.
Impacte
Reducció significativa de recursos i augment de l’eficiència, facilitant una major penetració d’aquestes tecnologies en el mercat global.
struct_dt1
Numerical modeling of the cylindrical rolling process
struct_dt2
Numerical modeling of the conical rolling process
Simulació de fatiga a la indústria de l'automoció: projecte Fatigue4Light
Objectiu
Millorar la simulació avançada de fatiga en xassís de vehicles elèctrics.
Innovacions
-
- Avaluació de la fatiga: simulacions numèriques precises en diverses condicions de càrrega.
- Reducció de prototips físics: Optimització del disseny i durabilitat dels components.
Detalls del projecte
El projecte “Fatigue4Light”, coordinat pel CIMNE, ha desenvolupat una metodologia innovadora per avaluar la fatiga dels components del xassís de vehicles elèctrics mitjançant simulacions numèriques. Aquesta tecnologia optimitza el disseny i la durabilitat dels components, reduint la necessitat de prototips físics i reduint tant els costos com el temps de desenvolupament. Aquest enfocament posa de manifest el potencial dels bessons digitals per millorar l’eficiència i la sostenibilitat de la producció de vehicles elèctrics.
Impacte
Reducció de costos i temps de desenvolupament, alhora que millora l’eficiència i la sostenibilitat en la producció de vehicles elèctrics”.
Modelització numèrica del fenomen de fatiga mecànica
Mètode d'elements finits de partícules (PFEM) per a problemes acoblats multidisciplinaris en enginyeria
Aplicacions a la modelització i simulació de problemes ambientals tenint en compte la interacció fluid-sòl-estructura. (IP: A. Franci i E. Oñate)
Mètodes d'elements finits (FEM) per a l'anàlisi no lineal de sòlids i estructures amb materials estàndard i compostos
Aplicacions en el sector de l’edificació i la construcció i el sector del transport. (IP: X. Martínez, F. Rastellini i E. Oñate)
Elements d'interfície innovadors per modelar discontinuïtats en sòlids
Aplicacions al flux en medis porosos fracturats i delaminació de compostos. (IP: I. de Pouplana)
Mètode d'elements finits de partícules (PFEM) per a problemes multidisciplinaris en mecànica de sòlids
Aplicacions a la modelització i simulació de processos de mecanitzat i tallat en la indústria manufacturera. (IP: J. M. Carbonell. i E. Oñate)
Mètodes d'elements discrets (DEM) per a l'anàlisi de materials no cohesionats i cohesionats
(IP: M. A. Celigueta i E. Oñate)
Acoblament de procediments DEM, FEM i PFEM
Aplicacions a problemes en processos d’excavació de terrenys i túnels i la indústria del petroli i el gas. (IP: M. A. Celigueta, G. Casas i I. de Pouplana)
Elements finits per a l'anàlisi de plaques i closques
Aplicacions en el sector de l’edificació i la construcció i el sector del transport. (IP: E. Oñate, F. Rastellini i J. M. González)
Models innovadors de fatiga que consideren els efectes de dany acoblat i plasticitat per a l'anàlisi d'estructures sota càrregues cÍcliques altes, mitjanes i baixes amb el FEM
Aplicacions a la predicció de la vida a fatiga de components i estructures metàl·liques en la indústria de l’automoció i estructures de formigó en el sector de l’edificació i la construcció. (IP: L. Barbu i E. Oñate)
Modelització i simulació de la fusió i crema d'objectes en foc
Aplicacions a l’anàlisi i disseny de polímers ignífugs. (IP: J. Marti i E. Oñate)
Mètodes basats en partícules per a l’anàlisi de fluxos de partícules
Aplicacions a la modelització i simulació de partícules suspeses en fluids. (IP: S. Idelsohn, E. Oñate i G. Casas)
Mètodes numèrics per a solucions precises i ràpida de problemes en mecànica del continu i mecànica d’estructures
(IP: E. Oñate i I. de Pouplana)
Projectes destacats
PLCd – PLastic Crack dynamic
PLCd (PLastic Crack dynamic) és un codi d'elements finits dissenyat per a la simulació numèrica del comportament dinàmic no lineal en sistemes estructurals complexos. Ha estat desenvolupat al Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria (CIMNE) i al...
Projectes finalitzats
Projectes en curs
Cerca
Notícies relacionades
CIMNE’s Dr. Pere-Andreu Ubach Advocates for Inflatable Breakwaters in Coastal Defence
Dr. Pere-Andreu Ubach, from the Civil and Environmental Engineering research group at CIMNE, this week defended the need to validate the effectiveness of inflatable breakwaters to minimize coastline erosion and promote the recovery of seagrass meadows. Speaking for...
New Multiscale Method Enhances Powder Coating Simulations
Doctor Juan Marcelo Gimenez, from the Structural Mechanics research group at CIMNE, has unveiled a new methodology to improve simulation of the powder coating process, an eco-friendly finishing technique used across various industries to create a hard finish...