Mecánica estructural y de partículas
Mecánica estructural
Investigador principal
Eugenio Oñate
Visión general
Investigación
Miembros
Proyectos
Publicaciones
El grupo de Mecánica Estructural desarrolla métodos numéricos innovadores que combinan elementos finitos con técnicas basadas en partículas para analizar estructuras hechas de materiales tradicionales y avanzados, abordando desafíos multifísicos en aplicaciones civiles, aeroespaciales y de transporte.
El grupo de investigación en Mecánica Estructural del CIMNE se centra en el desarrollo de métodos numéricos innovadores para analizar sistemas estructurales en una amplia gama de materiales, desde metales y hormigón tradicionales hasta compuestos avanzados y materiales híbridos. La experiencia principal del grupo radica en la creación y mejora de técnicas computacionales que permiten una predicción precisa del comportamiento estructural en condiciones ambientales y de carga complejas.
El grupo emplea un conjunto de herramientas computacionales versátiles que incluyen el método de elementos finitos (FEM) junto con varias técnicas computacionales basadas en partículas, como el método de elementos discretos (DEM) y el método de elementos finitos de partículas (PFEM). Una fortaleza distintiva de su enfoque es la combinación estratégica de estos métodos para abordar desafíos multidisciplinarios en mecánica sólida y estructural.
Esta metodología integrada resulta particularmente efectiva para resolver problemas multifísicos que involucran acoblamiento, interacción fluido-suelo-estructura y efectos de contacto por fricción. Al unir los enfoques tradicionales basados en continuos con métodos de partículas, el grupo crea marcos de simulación robustos capaces de manejar comportamientos de materiales complejos, grandes deformaciones e interacciones dinámicas entre diferentes fenómenos físicos.
Areas de investigación
Simulación avanzada de los procesos de mecanizado de precisión
Objetivo
Mejorar los procesos de mecanizado mediante simulaciones multiescala que consideran desgaste, temperatura y microestructura del material.
Innovaciones
-
- Modelos acoplados de material-herramienta a alta velocidad.
- Integración de termomecánica, daño y fricción en el contacto.
- Predicción de rugosidad y defectos con validación experimental.
Detalles del proyecto
El proyecto SUPREAM permite simular el comportamiento del material durante el corte de precisión, incluyendo efectos térmicos, microfisuras y evolución del material. La simulación se adapta a diferentes materiales metálicos, mejorando la predicción del desgaste de herramientas y la calidad superficial final.
Impacto
Optimización del proceso de mecanizado, reducción de pruebas físicas, mayor vida útil de herramientas y mejora en la calidad de componentes industriales.
struct_pm2
Post proceso deformación plástica
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Modelización del cambio de temperatura
Gemelo digital para la industria del conformado de metales
Objetivo
Mejorar los procesos de mecanizado a través de simulaciones multiescala que consideran el desgaste del material, la temperatura y la microestructura.
Innovaciones
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- Gemelo digital: Simulación avanzada para la optimización de procesos.
- Máquinas sensorizadas: Conexión a la nube para la recogida continua de datos.
- Aprendizaje automático: acelera las predicciones y mejora la precisión de la calibración de los parámetros.
Detalles del proyecto
Los proyectos OPTIPRO y OPTIREP se centran en el desarrollo e implementación de gemelos digitales para simular y optimizar los procesos de laminación. A través de la plataforma de datos DENN, los datos operativos de las máquinas sensorizadas se recopilan e integran en un entorno de simulación avanzado. Esto permite una mayor precisión en la calibración de los parámetros de la pieza, reduciendo los recursos humanos y materiales. Además, el uso de técnicas de aprendizaje automático amplía el rango de análisis y mejora la precisión de la predicción, optimizando el proceso en términos de tiempo y costo.
Impacto
Reducción significativa de recursos y aumento de la eficiencia, facilitando una mayor penetración de estas tecnologías en el mercado global.
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Modelización numérica del proceso de laminación cilíndrica
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Modelización numérica del proceso de laminación cónica
Simulación de fatiga en la industria automotriz: Proyecto Fatigue4Light
Objetivo
Mejorar la simulación avanzada de fatiga en chasis de vehículos eléctricos.
Innovaciones
-
- Evaluación de fatiga: Simulaciones numéricas precisas bajo diversas condiciones de carga.
- Reducción de prototipos físicos: Optimización del diseño y la durabilidad de los componentes.
Detalles del proyecto
El proyecto «Fatigue4Light», coordinado por CIMNE, ha desarrollado una metodología innovadora para evaluar la fatiga de los componentes del chasis de los vehículos eléctricos a través de simulaciones numéricas. Esta tecnología optimiza el diseño y la durabilidad de los componentes, reduciendo la necesidad de prototipos físicos y reduciendo tanto los costos como el tiempo de desarrollo. Este enfoque destaca el potencial de los gemelos digitales para mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de la producción de vehículos eléctricos.
Impacto
Reducción de costes y tiempo de desarrollo, al tiempo que mejora la eficiencia y la sostenibilidad en la producción de vehículos eléctricos.
Modelización numérica del fenómeno de fatiga mecánica
Método de elementos finitos de partículas (PFEM) para problemas multidisciplinares acoplados en ingeniería
Aplicaciones a la modelización y simulación de problemas ambientales que dan cuenta de la interacción fluido-suelo-estructura. (IP: A. Franci y E. Oñate)
Métodos de elementos finitos (FEM) para el análisis no lineal de sólidos y estructuras con materiales estándar y compuestos.
Aplicaciones en el sector de la edificación y el sector del transporte. (IP: X. Martínez, F. Rastellini y E. Oñate)
Elementos innovadores de interfaz para modelar discontinuidades en sólidos
Aplicaciones al flujo en medios porosos fracturados y delaminación de composites. (IP: I. de Pouplana)
Método de elementos finitos de partículas (PFEM) para problemas multidisciplinarios en mecánica de sólidos
Aplicaciones al modelado y simulación de procesos de mecanizado y corte en la industria manufacturera. (IP: J. M. Carbonell. y E. Oñate)
Métodos de elementos discretos (DEM) para el análisis de materiales no cohesivos y cohesivos
(IP: M. A. Celigueta y E. Oñate)
Procedimientos de acoplamiento DEM, FEM y PFEM
Aplicaciones a problemas en procesos de excavación de suelos y túneles y en la industria del petróleo y el gas. (IP: M. A. Celigueta, G. Casas e I. de Pouplana)
Elementos finitos para el análisis de placas y cascos
Aplicaciones en el sector de la edificación y el sector del transporte. (IP: E. Oñate, F. Rastellini y J. M. González)
Modelos innovadores de fatiga que tienen en cuenta los efectos combinados del daño y la plasticidad para el análisis de estructuras sometidas a cargas cíclicas altas, medias y bajas con el método de elementos finitos (FEM).
Aplicaciones a la predicción de la vida a fatiga de componentes y estructuras metálicas en la industria automotriz y estructuras de hormigón en el sector de la edificación y la construcción. (IP: L. Barbu y E. Oñate)
Modelización y simulación de la fusión y combustión de objetos en un incendio
Aplicaciones al análisis y diseño de polímeros ignífugos. (IP: J. Martí y E. Oñate)
Métodos basados en partículas para el análisis de flujos de partículas
Aplicaciones al modelado y simulación de partículas en suspensión en fluidos. (IP: S. Idelsohn, E. Oñate y G. Casas)
Métodos numéricos para la resolución precisa y rápida de problemas en mecánica de medios continuos y estructural.
(IP: E. Oñate y I. de Pouplana)
Proyectos destacados
Modelización avanzada para un futuro sostenible
Los expertos de CIMNE ofrecen capacidades de vanguardia en tecnologías de gemelos digitales y modelado complejo . Mediante el uso de sofisticados marcos computacionales y enfoques de aprendizaje automático, desarrollamos herramientas predictivas y de gestión que...
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PLCd – PLastic Crack dynamic
PLCd (PLastic Crack dynamic) es un código de elementos finitos diseñado para la simulación numérica del comportamiento dinámico no lineal en sistemas estructurales complejos. Ha sido desarrollado en el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE) y...
Proyectos finalizados
Proyectos en curso
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