Nelson Arzola de la Peña

Estado del arte sobre la integridad estructural de uniones soldadas y modelos de propagación de grietas para la gestión de vida en estructuras

La soldadura es una de las tecnicas mas utilizadas para la union de elementos estructurales, y presenta multiples beneficios en su aplicacion. Sin embargo, es usual encontrar algunos defectos en los elementos soldados, debido a los regimenes de temperatura usados en el momento de su deposicion, los esfuerzos por contraccion que se generan en el enfriamiento y la aparicion de inclusiones, porosidades y grietas de solidificacion, entre otros. Este articulo de revision explica aspectos relacionados con el analisis de esfuerzos, deteccion de defectos, e influencia de la geometria de los cordones de soldadura. Ademas, se revisan y discuten las investigaciones de distintos autores en cuanto al analisis de la integridad de uniones soldadas, desde la perspectiva de la Mecanica de la Fractura, se presentan los criterios relacionados con la estimacion de la resistencia residual de una estructura (capacidad de resistencia en presencia de grietas o defectos estructurales) y el mecanismo de propagacion de grietas en el cordon. Se indican, asi mismo, los protocolos de gestion de vida en soldaduras que involucran factores como la carga, resistencia del material, tamano del defecto y de las posiciones asumidas de las variaciones estadisticas en circunstancias reales, las cuales sirven para estimar la vida de las uniones soldadas. Se incluyen los resultados de investigaciones en cuanto al analisis de diversas situaciones de carga y tipos de union soldada.

Estudio teórico experimental sobre el fenómeno de enfriamiento postsoldadura en una unión soldada cruciforme

En este trabajo se presenta un estudio sobre el comportamiento del campo de temperatura y del perfil de esfuerzos residuales que aparecen en una union soldada tipo cruciforme durante la fase de enfriamiento postsoldadura. Se utiliza un modelo 3D y un analisis de transferencia de calor transciente no lineal mediante el metodo de los elementos finitos. La corroboracion de las simulaciones obtenidas se logra experimentalmente construyendo probetas soldadas con geometria cruciforme utilizando el proceso SMAW, empleando como metal base placas en acero estructural ASTM HR A36 y metal de aporte correspondiente a electrodos E6013. Las probetas son sometidas a tres condiciones de enfriamiento: en agua, en aceite, y en aire. Se establece un campo de temperatura inicial definido de acuerdo con los datos termograficos obtenidos por via experimental en el momento de la construccion de los testigos no estandarizados, los cuales se fabrican con tres tamanos distintos de cateto de soldadura y con un espesor de placa constante. Se encuentra muy buena correspondencia entre las curvas de enfriamiento experimentales y las curvas de enfriamiento de las simulaciones numericas. Como conclusiones fundamentales se obtiene que tanto el tamano de la region afectada por los esfuerzos residuales como las magnitudes pico de estos estan influenciadas por el medio de enfriamiento; medios de enfriamiento que provocan tasas de enfriamiento altas, generan regiones de esfuerzos residuales, cuyas magnitudes son mas altas. Ademas, se observo un incremento de los esfuerzos residuales para una mayor dimension del cateto de soldadura.

Kinematic Hand Analysis Using Motion Capture Technology

This paper shows a kinematical analysis of a right hand in order to write an algorithm to control a hand prosthesis prototype by defining several postures and grasps. At the beginning of the paper, there is a short review of similar and previous investigations, which serve as a foundation for this work; then the motion capture (Mocap) system used to develop this research and the finger angles measurement methodology, are described and finally, the results from the Mocap process for grasps and postures and their mathematical descriptions are shown. Those results show a trend towards a straight line for the evolution of the joint angles for several joints in movements that require a closing of the fingers. The results also show for the cylindrical and spherical grasps, a higher closure speed for the proximal interphalangeal joint from index to little fingers and a higher closure speed for the interphalangeal joint of the thumb.

Voice Controlled Prosthetic Hand with Predefined Grasps and Movements

This paper shows the development of a robotic prosthetic hand controlled by voice commands, according to several grasps and movements. Drawing upon the kinematic definition and analysis of different grasps and movements from a previous work, the prototype prosthesis is able to achieve actions like fully hold or release objects, bi-digital gripping pincer, or postures like thumb up and pointing with the index finger. The robotic hand is controlled with a Graphical User’s Interface (GUI) made upon the Matlab\(^\circledR \) environment, which recognizes a set of five voice commands by means of an Artificial Neural Network (ANN) and according to each command, the prosthesis develops a certain movement.

Design of a special gear tooth profile in accordance with geometric criteria and fatigue strength

This paper shows the design of spur gears that uses special features in the layout of the job profile of the teeth. The special profiles are defined by mean of potential functions, while the conjugates profiles are calculated by polynomial functions, to ensuring compliance with the basic law of meshing. The designs of the gears with special profiles are compared to an equivalent standardized modular gear. The Ansys Software is used for modeling the equivalent Von Mises maximum stress, in order to perform the estimation of fatigue life in the gears. The main results of this research is found that the use of special profiles can reduce the equivalent von Mises maximum stress in the transmission system by up to 5.4 %, which is an element that enhances the safety factor in the couple of special profiles, compared with the profile of normal module system; it becomes in a prolongation of life to being gear damaged.

Chord profile influence on the fatigue failure of a t-butt weld joint

Este articulo presenta un modelo de propagacion de grieta por fatiga, para una union soldada tipo T, realizada en placas de igual espesor. Se obtuvo la expresion para el factor de intensidad de tensiones adimensional, en funcion del tamano de la grieta, para tres perfiles de cordon: recto, convexo y concavo. Se evidencio una razon de propagacion de la grieta mas pequena para el cordon de perfil concavo cuando se compara con los cordones de perfiles recto y convexo. Por ultimo, se realizo la validacion del modelo de propagacion mediante experimentos de fatiga en probetas no estandar, que emularon al modelo teorico, obteniendose una correspondencia estadisticamente adecuada. Los resultados de vida de fatiga teoricos, para cada tipo de perfil de cordon, quedaron contenidos dentro del intervalo de confianza experimental [13280-21650] ciclos para 95% de confiabilidad.

Mecánica de la Fractura Aplicada a Ejes de Molinos de Caña de Azúcar

In this article a method based on the Fracture Mechanics is presented for the calculation of the critical crack size and the life prediction of the mill top shafts of the sugar mills, with semielliptic and circumferential cracks. The calculations were carried out to the top shaft of the first mill in a Sugar Mill, but it can be applied in particular to any other case. Due to the presence of a multiaxial stress field it is necessary to use an equivalent stress intensity factor in the equation of Paris. The inspection interval required to avoid a fatigue failure of these elements was obtained. The calculation of residual life and maximum crack size was carried out in the area of the journal diameter change nearest to the square coupling. In this location the 25% of the failures were reported.