Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Mecánica / En general los sistemas con recubrimientos expuestos a impactos son incapaces de detectar problemas en tiempo real y con precisión. La motivación de este trabajo es avanzar en diseñar estructuras que reconozcan las alteraciones que reciban del medio. Una forma de monitorear la integridad de estos sistemas es mediante el desarrollo de algoritmos de detección de impactos basados en la respuesta vibratoria del sistema a alteraciones de tipo impacto. En este contexto se propone utilizar autoencoders (AE). Los AE son un tipo de red neuronal que permite extraer la información más significativa de datos con múltiples variables. Con esto, la estructura puede aprender de los impactos que recibe para reconocer eficientemente los impactos futuros. El objetivo de este trabajo es desarrollar un sistema de identificación de la ubicación y magnitud de impactos recibidos por una estructura. Se elije trabajar con una estructura cilíndrica metálica, emplazada en dos configuraciones a estudiar. Una con la estructura cilíndrica ubicada en posición vertical sobre una superficie lisa. Y otra con la estructura suspendida por medio de una cuerda emplazada a lo largo del cilindro. Ahora, se entrena un AE para extraer el espacio latente de los datos medidos. Luego, se entrena un algoritmo de aprendizaje supervisado basado en el principio de máxima entropía (LME), que permite reconocer y asociar señales de impactos con aquellas de la fase de entrenamiento. Dando como resultado una estimación de la ubicación y magnitud de los impactos recibidos por la estructura. Para ambas etapas se deben seleccionar las variables que permitan obtener el algoritmo más eficiente y que entreguen los resultados con el menor error asociado posible. El desempeño del AE es bueno si sólo se analiza su capacidad de reconstruir la señal, pero al analizar la estructura del espacio latente, esta resulta representar bien los datos en forma, pero debe mejorar en precisión. Por otro lado, el análisis del comportamiento de la etapa LME según el número de vecinos a utilizar resulta acorde a la interferencia de las condiciones de borde del problema y de cómo afectan las zonas de contacto con elementos externos a los resultados finales. Además de la superficie de contacto con la base, otro elemento que produce un aumento en el error de predicción es la presencia del cordón de soldadura a lo largo de la altura del cilindro. Finalmente, es posible afirmar que el método desarrollado en general cumple su función de identificar la ubicación y magnitud de los impactos efectuados a la estructura. Sin embargo, es necesario trabajar en la precisión de este.

Ingeniero Civil Mecánico / La Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), cuenta con un reactor de investigación de 5 [MWt] y fabrica los elementos combustibles (EC) tipo MTR para su operación en la Planta Elemento Combustible (PEC). Es un objetivo estratégico diseñar y fabricar nuevos diseños de EC para clientes en el extranjero, por lo que se propone aumentar la capacidad de diseño de la planta. Para estos nuevos diseños se debe verificar su comportamiento mecánico, siendo fundamental para la operación conocer el comportamiento del prototipo ante vibraciones externas. El objetivo general de la memoria persigue diseñar una bancada de ensayos de vibración para verificación mecánica del diseño del Elemento Combustible MTR y de nuevos diseños, mediante ensayos en ambiente seco (al aire). Los objetivos específicos se estructuran según nivel de complejidad, comenzando con la Ingeniería Conceptual, que permita identificar los requerimientos de implementación y operación. Se sigue con la Ingeniería Básica, que abarca pruebas experimentales, definición de criterios y parámetros de diseño y elaboración de memorias de cálculo y planos preliminares. Culmina la fase de diseño con la Ingeniería de Detalle, mediante la preparación de planos de fabricación de la estructura y definición de elementos comerciales, basados en las correspondientes memorias de cálculo definitivas. Finalmente, se determina el presupuesto para la fabricación e implementación de la bancada de ensayos de vibración. La metodología utilizada consiste en la elaboración de un bosquejo preliminar de la solución en base al levantamiento de información, para posteriormente entrar en un proceso iterativo de diseño y memorias de cálculo, alimentado con los resultados obtenidos de los ensayos de análisis modal experimental aplicados al modelo de EC MTR placas planas. El cálculo se basa en simulaciones de análisis modal mediante ANSYS, aplicación de las normas NCh 427 para la estructura y NCh 170-2016 para el diseño en hormigón. Una vez alcanzado el diseño final, se obtienen como entregables el modelo CAD, diseñado en Inventor, los planos general, de despiece y fabricación, el diagrama de instrumentación P&ID y un análisis económico. Finalmente, los lineamientos proyectados se cumplen a cabalidad, culminando con el modelo CAD, la elaboración de planos de fabricación, construcción e instrumentación, memorias de cálculo estructural y de análisis modal, presupuesto y análisis económico. El estudio concluye con propuestas de modificación y trabajo futuro, con miras a la implementación de la bancada, interacción con nuevos proyectos y estudios complementarios que aporten al desarrollo del diseño de EC MTR. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN)

Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo consiste en cuantificar el ruido experimental a partir de mediciones de modos de vibración obtenidas a través de un sistema de correlación digital de imágenes. Esto último con el fin de generar una metodología de identificación de los mismos tal que el ruido sea mínimo. Los objetos a medir son placas curvas fabricadas con una estructura tipo sandwich de fibra de carbono y un núcleo tipo NOMEX , todas de las mismas dimensiones y sin delaminación. Este proceso es necesario debido a que para estudiar fenómenos más complejos se requiere de una mayor precisión en las mediciones. Esta memoria de título se enmarca dentro de un proyecto cuyo objetivo final es detectar localización y magnitud del daño en placas de material compuesto, por lo que la metodología desarrollada a lo largo de este trabajo establece una base mediante la cual se espera obtener resultados óptimos a futuro. La primera parte de este trabajo consiste en una revisión de la bibliografía pertinente para poder determinar los parámetros entre los que se realiza la comparación, identificar frecuencias naturales de cada placa y excitarlas para poder grabarlas mediante un sistema de correlación digital de imágenes de alta velocidad. Luego, se procesan estos datos para obtener los desplazamientos de cada una de las mediciones, suavizar los modos, lo que se realiza utilizando Procesos Gaussianos, como una manera de encontrar una función continua que represente represente la forma del modo como un continuo de funciones en 3D, y calcular el ruido como la diferencia entre el modo suavizado y los valores medidos. Finalmente, se analizan estos datos estadísticamente obteniendo resultados comparables y seleccionando la metodología. Al evaluar los tres diferentes patrones, para los primeros cuatro modos de vibración y con tres diferentes tamaños de facet, se concluye lo siguiente: el primer patrón es el más efectivo a la hora de disminuir el ruido y es el que presenta menos complicaciones al momento de calibrar, al permitir una mejor identificación por parte de las cámaras. No se observa una relación entre los errores y la frecuencia de los modos de vibración. Por último, a mayor tamaño del facet, se disminuye el error promedio y la cantidad de cuadros no identificados / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Proyecto Fondecyt 1170535

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Capturar las vibraciones de un objeto usando cámaras estereoscópicas de alta velocidad posibilita la determinación en campo completo de su geometría y desplazamiento en tres dimensiones, ya que permiten medir un elevado número de grados de libertad simultáneamente. Disponer de datos de medición de campo completo de una estructura es de interés para la aplicación de metodologías de identificación de daño centradas en la respuesta vibracional. El objetivo de este trabajo de título es desarrollar e implementar indicadores de daño basados en la deformación, curvatura y en derivadas de orden superior de los modos de vibración, que sean capaces de identificar daño por delaminación en un panel compuesto tipo panal de abeja usando un sistema de correlación de imágenes digital de alta velocidad (DIC). Las muestras consistieron en paneles de geometría plana tipo sándwich con núcleos del tipo panal de abeja, y se diferenciaron según su composición y según distintos escenarios de daño por delaminación. Las muestras fueron excitadas a rangos cercanos de sus respectivas frecuencias naturales, esta vibración se captó por el sistema DIC y se identificaron un determinado número de modos de vibración para cada muestra. Se procesó la información recabada por las cámaras, se les aplicó un algoritmo de suavizado y se construyeron indicadores de daño basados en la deformación, curvatura, y en la tercera y cuarta derivada parcial del desplazamiento normal a la superficie modal. Finalmente, a los indicadores resultantes se les aplicó un tratamiento estadístico de selección de datos (asociados a daño) y se les comparó mediante un algoritmo evaluador de predicción. Se utilizaron dos técnicas distintas para la estimación de los parámetros vibracionales de deformación, curvatura y derivadas de orden superior: diferencias finitas y point least-squares (PLS). Luego, en conjunto con la metodología \textit{Gapped Smoothing} (GSM) se construyeron los indicadores de daño. Se concluyó que aquellos indicadores basados en parámetros estimados mediante diferencias finitas presentaron ser sensibles al ruido experimental y por tanto poco confiables. En cambio, los indicadores basados en parámetros estimados mediante point least-squares presentaron ser sensibles al daño y robustos ante la presencia de ruido experimental. En particular, los indicadores de daño basados en la deformación, curvatura y tercera derivada del desplazamiento normal a la superficie de los modos estimadas mediante point least-squares presentan las mejores predicciones de detección según el algoritmo evaluador. Además, la detección de delaminaciones pequeñas fue realizada de mejor manera por el indicador basado en la curvatura estimada mediante point least-squares. / FONDECYT