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Thermo-mechanic and Microstructural Analysis of an Underwater Welding Joint

PEDRO HERNANDEZ GUTIERREZ FRANCISCO CEPEDA RODRIGUEZ JOSE JORGE RUIZ MONDRAGON JORGE LEOBARDO ACEVEDO DAVILA MARTHA PATRICIA GUERRERO MATA CARLOS ALBERTO GUEVARA CHAVEZ (2016)

The aim of this research is to present a comparative analysis between theoretical and experimental thermal fields as well as a microstructural behaviour and residual stresses applying multiple weld beads in the joint of two API 5L X52 pipe sections. The thermal field, microstructural and residual stresses were numerically modelled through the finite element method (FEM) and compared to experimentally. The simulation conditions used in the FEM analysis were similar considerations to the underwater welding conditions. The finite element analysis was carried out, first by a non-linear transient thermal analysis for obtaining the global temperature history generated during the underwater welding process. Subsequently, a microstructural behaviour was determined using the temperatures distribution obtained in the pipe material by calculating the structural transformations of the material during the welding process, and finally a stress analysis was developed using the temperatures obtained from the thermal analysis. It was found that this simulation method can be used efficiently to determinate with accuracy the optimum welding parameters of this kind of weld applications.

Article

API 5L X52; Finite element analysis; Residual stresses; Temperature field; Underwater welding INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA INDUSTRIAL

Hot-spot temperature forecasting of the instrument transformer using an artificial neural network

EDGAR ALFREDO JUÁREZ BALDERAS Joselito Medina-Marin Juan C. Olivares-Galvan Norberto Hernández Romero Juan Carlos Seck Tuoh Mora Alejandro Rodriguez-Aguilar (2020)

Cast resin medium voltage instrument transformer are highly used because of several benefits over other type of transformers. Nevertheless, the high operating temperatures affects their performance and durability. It is important to forecast the hot spots in the transformer. The aim of this study is to develop a model based on Artificial Neural Networks (ANN) theory to be able to forecast the temperature in seven points, taking into account twenty-six input data of transformer design features. 792 simulations were carried out in COMSOL Multiphysics® to emulate the heat transfer in the transformer. The data obtained were used to train 1110 ANN with different number of neurons and hidden layers. The ANN with the best performance (R D 1, MSE D 0.003455) has three hidden layers with 10, 9 and 9 neurons respectively. The ANN predictions were validated with finite element simulations and laboratory thermal tests which present similar patterns. With this accuracy in the prediction of hot-spot temperature, this ANN can be used to optimize the design of instrument transformers.

This work was supported in part by the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) in coordination with the Postgrado de CIATEQ, A. C., Mexico; in part by the Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo under Project CONACYT CB-2017-2018-A1-S-43008; in part by the Universidad Autónoma Metropolitana; and in part by the company Arteche North America, S. A. de C. V.

Article

Artificial neural networks Resin-cast instrument transformer Epoxy resins Finite element analysis INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LOS ORDENADORES INTELIGENCIA ARTIFICIAL INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Desarrollo de un modelo virtual para el conformado de aceros inoxidables

SALVADOR BRAVO VARGAS Carolina Reta (2016)

En este trabajo se presenta un modelo virtual en ANSYS del proceso de conformado en aceros inoxidables que permite la obtención de la fibra neutra. La fibra neutra, también conocida como factor K, permite el cálculo del desarrollo de una pieza para su posterior conformado. Dada la complejidad de los procesos de conformado en la industria, como lo son el doblado, embutido y estampado, es necesario realizar el análisis computacional de los mismos. Es importante disponer de modelos que permitan conocer el comportamiento de los materiales durante su procesamiento para disminuir los posteriores errores de manufactura. Este trabajo propone un método de análisis por elementos finitos para el conformado de aceros inoxidables y presenta la comparativa con la experimentación física. Se ha caracterizado el proceso particular de doblado y se ha hecho la comparativa con probetas físicas de los aceros inoxidables 201 y 304, la cual muestra una diferencia de apenas el 0.4 por ciento entre ambas. El factor K obtenido puede ser utilizado directamente para cálculos analíticos para el desarrollo de piezas, o en los softwares de plegado de chapa metálica.

El primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el apoyo No. 578046 brindado para la realización de sus estudios de posgrado.

Conference proceedings

Conformado Fibra neutra Aceros inoxidables CAD Análisis por elementos finitos Forming Neutral fiber Stainless steel CAD Finite element analysis INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA METALÚRGICA OTRAS

Desarrollo de un modelo virtual para el conformado de aceros inoxidables

Development of a virtual model for stainless steel forming

SALVADOR BRAVO VARGAS (2018)

En este trabajo se presenta un modelo virtual en ANSYS del proceso de conformado en aceros inoxidables que permite la obtención de la fibra neutra. La fibra neutra, también conocida como factor K, permite el cálculo del desarrollo de una pieza para su posterior conformado. Dada la complejidad de los procesos de conformado en la industria, como lo son el doblado, embutido y estampado, es necesario realizar el análisis computacional de los mismos. Es importante disponer de modelos que permitan conocer el comportamiento de los materiales durante su procesamiento para disminuir los posteriores errores de manufactura. Este trabajo propone un método de análisis por elementos finitos para el conformado de aceros inoxidables y presenta la comparativa con la experimentación física. Se ha caracterizado el proceso particular de doblado y se ha hecho la comparativa con probetas físicas de los aceros inoxidables 201 y 304, la cual muestra una diferencia de apenas el 0.4 por ciento entre ambas. El factor K obtenido puede ser utilizado directamente para cálculos analíticos para el desarrollo de piezas, o en los softwares de plegado de chapa metálica.

In this paper, a virtual model in ANSYS for the forming process of stainless steels which allows obtaining the neutral fiber is presented. The neutral fiber, also known as K factor, allows determining the blank of a piece for its later forming. Due to the complexity of the forming processes in the industry, such as bending, shaping, and stamping, it is necessary to perform computational analyses. It is important to count on models that allow understanding the behavior of the material during its processing to reduce subsequent manufacturing mistakes. In this paper, a finite element-based analysis method for the forming process of stainless steels is proposed, and also its comparison with physical experimentation is presented. A particular bending process was characterized and its comparison with physical tests of 201 and 304 stainless steels was undertaken. Such comparison shows a difference of 0.4 percent between them. The obtained K factor could be used directly for analytical calculations of the blank of parts or for the software development of sheet metal forming.

Article

CAD Conformado Forming process K factor Aceros inoxidables Análisis por elementos finitos Factor K Fibra neutra Finite element analysis Neutral fiber Stainless steel INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA QUÍMICAS METALES METALES

Fabricación de boquilla agrícola con manufactura aditiva

Marco Rodrigo Ramírez Cecaldi (2018)

La manufactura aditiva es una tecnología de fabricación que rompe con restricciones que existen con ciertas geometrías complejas, permite generar prototipos en menor tiempo, fabricar piezas finales, moldes y productos personalizados. Aprovechando las ventajas que ofrece, se aplicará a un nuevo diseño de boquilla para riego por aspersión que pueda generar gotas más pequeñas, las cuales se adhieren mejor a las hojas de las plantas, ya que las gotas grandes tienden a unirse entre sí causando aumento en su peso y que resbalen más fácil de las hojas. Con un área definida para riego y ocupado el mismo volumen de líquido, las gotas pequeñas cubren de forma más homogénea el follaje que las gotas grandes que se concentran en ciertos puntos. De esta forma la mezcla de agua con insecticida, pesticida o fertilizante se aprovecha mejor causando que una menor cantidad termine en el suelo. Para llegar al nuevo diseño de la boquilla, se utilizó un conjunto de herramientas como diseño asistido por computadora para generar un prototipo virtual, análisis de elemento finito para validar que el diseño propuesto cumpliera su función e integridad estructural. Posteriormente se usó la optimización topológica para obtener un diseño óptimo que además de cumplir con sus funciones, generara un ahorro en material y tiempo de fabricación. Las boquillas obtenidas requirieron menos material para ser fabricadas, sin embargo la tecnología PolyjetTM y SLS en plástico no alcanzaron a fabricar detalles fundamentales para el correcto funcionamiento de las boquillas.

Additive manufacturing is a technology that breaks with restrictions that exist in certain complex geometries, it can generate prototypes faster, build final parts, molds and personalized products. Taking advantage of its characteristics, it will be applied to a new irrigation nozzle design. The new nozzle should produce smaller drops that stay longer on the leaves, bigger drops gather together increasing their weight, causing them to slip off the leaves. With a defined irrigation area and using the same amount of liquid, small drops cover homogenously the foliage while big drops concentrate at certain points. The mix composed by water and insecticide, pesticide or fertilizer is better used instead of wasted in the ground. To obtain a new design several tools were used, CAD to generate a virtual prototype, finite element analysis to validate the structural integrity of the proposed design. Topological optimization was applied to obtain an optimal design that meets the requirements, saves material and production time. The nozzles produced required less material, but Polyjet and SLS, technologies selected to manufacture the nozzles, lacked resolution to include all the details required for the nozzle to be completely functional.

Innovación tecnológica: Combinación de herramientas tecnológicas para exploración de nuevos productos.

Área de aplicación industrial: Manufactura aditiva en productos utilizados en actividades productivas, como la agricultura.

Article

Análisis de elemento finito Aspersión Boquilla Diseño asistido por computadora Manufactura aditiva Optimización topológica Additive manufacturing Computer aided design Finite element analysis Irrigation Nozzle Topologic optimization INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA INDUSTRIAL PROCESOS INDUSTRIALES

Un instrumento virtual para tomografía por capacitancia eléctrica

JORGE LUIS BACCA MORENO (2013)

El presente trabajo muestra el desarrollo de un instrumento virtual para tomografía por capacitancia eléctrica aplicada a la medición de flujos multifásicos en tuberías cerradas. El objetivo principal del instrumento es permitir mediante simulación el desarrollo de pruebas relacionadas con tomografía capacitiva, lo que facilita la exploración de nuevas configuraciones para diferentes aspectos del proceso de medición de flujo con este método. La posibilidad de definir la geometría de la tubería, el número de pixeles para representar la imagen final del patrón de flujo, la distribución de los electrodos y el patrón de flujo a ser trabajado son algunas de las características de entrada del instrumento. Adicionalmente, los valores de capacitancia entre electrodos, los mapas de sensitividad del sensor simulado y el error resultante entre la imagen obtenida y la imagen esperada están disponibles como salidas del instrumento para revisión por parte del usuario. El método de elemento finito se utiliza para la solución de la ecuación de Laplace; este procedimiento es de gran importancia para la simulación del proceso de medición.

Estas características se implementan en una interfaz gráfica desarrollada en MATLAB, proponiendo así, una herramienta novedosa y útil para la investigación en medición de flujo multifásico.

Master thesis

Finite element analysis Laplace equations Tomography CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Predicting the piezoresistance contribution of carbon nanotubes in a polymer matrix through finite element modeling

ANDRES IVAN OLIVA AVILES VICTOR JOSE SOSA VILLANUEVA FRANCIS AVILES CETINA (2013)

The change in electrical resistance due to mechanical deformation of carbon nanotube (CNT)/polymer composites can be rationalized in terms of two main effects: i) changes in the composite electrical resistivity due to changes in the CNT network configuration, and ii) deformation of the CNTs themselves. The contribution of CNT dimensional changes (ii) to the piezoresistivity of CNT/polymer composites is investigated here. A model based on a representative volume element which describes the CNT geometrical contribution to the composite electromechanical response (piezoresistivity) in terms of the CNT and matrix deformations is proposed. Finite element analysis is performed to correlate the macroscale composite strain to the individual CNT strain. The CNT geometric contribution to the piezoresistivity of the composite is quantified for a range of matrix elastic modulus and different CNT orientations. Based on the model predictions and previous experimental results, it is estimated that the contribution of the CNT deformation to the composite piezoresistivity is only about 5%, indicating that the dominant effect in the piezoresistivity of CNT/polymer composites is the change in the CNT network configuration.

Article

CARBON NANOTUBES FINITE ELEMENT PIEZORESISTIVITY POLYMER COMPOSITES INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Optimización de esfuerzos residuales en el proceso de granallado

Optimization of residual stresses in the shot peening process

JOSE ANGEL DIOSDADO DE LA PEÑA JORGE JURADO PARAMO HUMBERTO CORRO HERNANDEZ PILAR FUENTES CASTAÑEDA HUGO MENDEZ BAUTISTA (2016)

Se realizó la simulación de un proceso de granallado en una placa de aluminio, utilizando el solucionador explícito de ANSYS Workbench®. A través del módulo de optimización de dicho programa se variaron los parámetros del diámetro de las esferas, la distancia, el arre-glo entre ellas y su velocidad de impacto para optimizar los valores de esfuerzos residuales de tensión y compresión generados en la superficie de la placa, con el fin de mejorar la vida a la fatiga del componente metálico. El modelado numérico se llevó a cabo con arreglos de una, dos, tres y cuatro esferas, cuyos resultados indican que se alcanza una mejor distri-bución de esfuerzos residuales de compresión utilizando esferas de 1.17 mm de diámetro, en una configuración de arreglo triangular y a una velocidad de impacto de 54.75 m/s para los materiales de la placa y esfera considerados

Simulation of a shot peening process on an aluminum plate was done using LS-DYNA explicit solver. Using the optimization module of the ANSYS Workbench® software, parameters of sphere diameter, array distance among them and impact velocity were changed to optimize

tension and compression residual stresses values on plate’s surface, with purpose of improving fatigue life of metallic component. Numerical modeling was carried out with one, two, three and four spheres arrays. Result with the best compression residual stresses results was obtained using a sphere diameter of 1.17 mm with a three sphere array and an

impact velocity of 54.75 m/s for the materials considered for the plate and sphere.

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CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Granallado Esfuerzos residuales Esfera Placa de aluminio Shot peening Residual stresses Aluminum plate Sphere

Effect of Boriding on the Mechanical Properties of AISI 1045 Steel

GERMAN ANIBAL RODRIGUEZ CASTRO IVAN ENRIQUE CAMPOS SILVA José Francisco Martínez Trinidad Ulises Figueroa López LUIS DANTE MELENDEZ MORALES JESUS VARGAS HERNANDEZ (2009)

Efecto en las propiedades mecánicas de un acero borurado 1045.

Some mechanical properties of AISI 1045 borided steels were estimated in the present work. The boriding process was carried out by the powder pack method at 950°C with 8 h of treatment. The fatigue strength on borided notched specimens was evaluated with rotating bending tests (R=1) considering a stress concentration factor (Kt) of 2.53. Likewise, the presence of residual stresses in boride layers was established by the XRD technique. The Daimler-Benz Rockwell C test was used, also, to estimate the strength adhesion of the coated system. The results show a decrease in the fatigue strength of AISI borided steels due to the presence of high porosity in the layers. Finally, the Rockwell-C adhesion test showed no coating failure for the boride layer.

Article

Boriding Boride Layers Fatigue strength Adhesion Residual stresses Porosity INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Análisis de esfuerzos residuales en el proceso de engargolado utilizando el Ruido Magnético de Barkhausen

Analysis of residual stresses in the Roll Hemming Process using the Barkhausen Magnetic Noise

PABLO ALBERTO LIMON LEYVA Eduardo Aguilera Gómez HECTOR PLASCENCIA MORA ELIAS RIGOBERTO LEDESMA OROZCO ANTONIO DE JESUS BALVANTIN GARCIA (2018)

El engargolado es un proceso de manufactura que consiste en doblar una lámina metálica sobre si misma o sobre otra. En este trabajo, se implementó el Ruido Magnético de Barkhausen (RMB) para identificar los esfuerzos residuales y su variación durante el proceso de engargolado por rodillo conducido. Inicialmen-te se detalla el proceso de inspección sobre especímenes de acero ASTM A36 engargolados. Para el estudio, se seleccionó el sensor S6519 para realizar mediciones en 5 puntos del borde de las piezas, obteniendo valores promedio de intensidad de RMB para cada etapa de engargolado. Se incluye una discusión de las va-riaciones identificadas en los resultados. Finalmente, se presenta un análisis de la ausencia o presencia de los esfuerzos residuales sobre la pieza y su efecto sobre el comportamiento magnético del material. Los resultados obtenidos permiten determinar la factibilidad de implementar el RMB para la inspección de piezas engargoladas en líneas de producción

Hemming is a manufacturing process, consisting on folding a sheet metal onto itself or another sheet metal. In this work, Magnetic Barkhausen Noise (MBN) was implemented for the identification of residual stresses and their variations through the stages of Roll Hemming process. Initially, the inspection process over hemmed ASTM A36 specimens is detailed. For this study, a S6519 probe was selected to perform measurements at 5 dif-ferent regions on the specimens’ edges, obtaining average values of intensity of MBN for each stage of Roll Hemming process. The variation of the obtained results was identified and discussed. Finally, the analysis of the absence or presence of residual stresses and their effect on the magnetic behavior of the material is pre-sented. Obtained results allow us to determine the feasibility of MBN implementation for the inspection of hemmed parts in production lines

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Engargolado por rodillo conducido Ruido Magnético de Barkhausen Esfuerzos residuales Roll Hemming Magnetic Barkhausen Noise Residual stresses