En esta tesis se aborda primeramente el estudio de las grietas tridimensionales partiendo de las premisas de la MFEL y considerando la importancia de los términos de segundo orden del desarrollo de Williams para la correcta descripción del campo de tensiones en problemas tridimensionales. El estudio de las grietas tridimensionales se realiza mediante una extensión de los resultados bidimensionales en los que se suponen conceptos que en un estado tridimensional no pueden ser admitidos directamente. En la tesis se hace un análisis del efecto de la triaxialidad sobre estos resultados, poniéndose de manifiesto que no basta con aceptar los términos singulares, sino que al menos se deben incluir los términos constantes del desarrollo de Williams. El segundo punto lo constituye una introducción al XFEM para grietas tridimensionales, incluyendo algunos de los avances desarrollados en los últimos años. A continuación se aborda el cálculo de los FIT en grietas genéricas tridimensionales con curvatura. Para ello se proponen mejoras en la formulación de las integrales de dominio y se realizan verificaciones numéricas y estudios de convergencia. El cálculo de los FIT en grietas que presentan curvatura es el objetivo principal de la tesis. La formulación de la integral de interacción ha sido modificada para mejorar su eficacia. Además se ha introducido el efecto de la curvatura en los gradientes, para lo cual se han usado conceptos de geometría diferencial aprovechando la formulación mediante la LS. Esta propuesta mejora apreciablemente los resultados obtenidos mediante las integrales de dominio. El último punto es el estudio y propuesta de un enriquecimiento para mejorar la descripción del estado existente en las cercanías de la singularidad de esquina ---o de borde libre---. Además de una revisión bibliográfica del problema de esta singularidad, se ha introducido parte del efecto local de esta singularidad en la formulación de XFEM mediante una propuesta de enriq / González Albuixech, VF. (2012). Estudio de las singularidades de frente de grieta y de esquina en grietas tridimensionales mediante el método de los elementos finitos extendido [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19116

More and more challenging designs are required everyday in today¿s industries. The traditional trial and error procedure commonly used for mechanical parts design is not valid any more since it slows down the design process and yields suboptimal designs. For structural components, one alternative consists in using shape optimization processes which provide optimal solutions. However, these techniques require a high computational effort and require extremely efficient and robust Finite Element (FE) programs. FE software companies are aware that their current commercial products must improve in this sense and devote considerable resources to improve their codes. In this work we propose to use the Cartesian Grid Finite Element Method, cgFEM as a tool for efficient and robust numerical analysis. The cgFEM methodology developed in this thesis uses the synergy of a variety of techniques to achieve this purpose, but the two main ingredients are the use of Cartesian FE grids independent of the geometry of the component to be analyzed and an efficient hierarchical data structure. These two features provide to the cgFEM technology the necessary requirements to increase the efficiency of the cgFEM code with respect to commercial FE codes. As indicated in [1, 2], in order to guarantee the convergence of a structural shape optimization process we need to control the error of each geometry analyzed. In this sense the cgFEM code also incorporates the appropriate error estimators. These error estimators are specifically adapted to the cgFEM framework to further increase its efficiency. This work introduces a solution recovery technique, denoted as SPR-CD, that in combination with the Zienkiewicz and Zhu error estimator [3] provides very accurate error measures of the FE solution. Additionally, we have also developed error estimators and numerical bounds in Quantities of Interest based on the SPR-CD technique to allow for an efficient control of the quality of the numerical solution. Regarding error estimation, we also present three new upper error bounding techniques for the error in energy norm of the FE solution, based on recovery processes. Furthermore, this work also presents an error estimation procedure to control the quality of the recovered solution in stresses provided by the SPR-CD technique. Since the recovered stress field is commonly more accurate and has a higher convergence rate than the FE solution, we propose to substitute the raw FE solution by the recovered solution to decrease the computational cost of the numerical analysis. All these improvements are reflected by the numerical examples of structural shape optimization problems presented in this thesis. These numerical analysis clearly show the improved behavior of the cgFEM technology over the classical FE implementations commonly used in industry. / Cada d'¿a dise¿nos m'as complejos son requeridos por las industrias actuales. Para el dise¿no de nuevos componentes, los procesos tradicionales de prueba y error usados com'unmente ya no son v'alidos ya que ralentizan el proceso y dan lugar a dise¿nos sub-'optimos. Para componentes estructurales, una alternativa consiste en usar procesos de optimizaci'on de forma estructural los cuales dan como resultado dise¿nos 'optimos. Sin embargo, estas t'ecnicas requieren un alto coste computacional y tambi'en programas de Elementos Finitos (EF) extremadamente eficientes y robustos. Las compa¿n'¿as de programas de EF son conocedoras de que sus programas comerciales necesitan ser mejorados en este sentido y destinan importantes cantidades de recursos para mejorar sus c'odigos. En este trabajo proponemos usar el M'etodo de Elementos Finitos basado en mallados Cartesianos (cgFEM) como una herramienta eficiente y robusta para el an'alisis num'erico. La metodolog'¿a cgFEM desarrollada en esta tesis usa la sinergia entre varias t'ecnicas para lograr este prop'osito, cuyos dos ingredientes principales son el uso de los mallados Cartesianos de EF independientes de la geometr'¿a del componente que va a ser analizado y una eficiente estructura jer'arquica de datos. Estas dos caracter'¿sticas confieren a la tecnolog'¿a cgFEM de los requisitos necesarios para aumentar la eficiencia del c'odigo cgFEM con respecto a c'odigos comerciales. Como se indica en [1, 2], para garantizar la convergencia del proceso de optimizaci'on de forma estructural se necesita controlar el error en cada geometr'¿a analizada. En este sentido el c'odigo cgFEM tambi'en incorpora los apropiados estimadores de error. Estos estimadores de error han sido espec'¿ficamente adaptados al entorno cgFEM para aumentar su eficiencia. En esta tesis se introduce un proceso de recuperaci'on de la soluci'on, llamado SPR-CD, que en combinaci'on con el estimador de error de Zienkiewicz y Zhu [3], da como resultado medidas muy precisas del error de la soluci'on de EF. Adicionalmente, tambi'en se han desarrollado estimadores de error y cotas num'ericas en Magnitudes de Inter'es basadas en la t'ecnica SPR-CD para permitir un eficiente control de la calidad de la soluci'on num'erica. Respecto a la estimaci'on de error, tambi'en se presenta un proceso de estimaci'on de error para controlar la calidad del campo de tensiones recuperado obtenido mediante la t'ecnica SPR-CD. Ya que el campo recuperado es por lo general m'as preciso y tiene un mayor orden de convergencia que la soluci'on de EF, se propone sustituir la soluci'on de EF por la soluci'on recuperada para disminuir as'¿ el coste computacional del an'alisis num'erico. Todas estas mejoras se han reflejado en esta tesis mediante ejemplos num'ericos de problemas de optimizaci'on de forma estructural. Los resultados num'ericos muestran claramente un mejor comportamiento de la tecnolog'¿a cgFEM con respecto a implementaciones cl'asicas de EF com'unmente usadas en la industria. / Nadal Soriano, E. (2014). Cartesian grid FEM (cgFEM): High performance h-adaptive FE analysis with efficient error control. Application to structural shape optimization [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35620

[EN] The main objective of this Thesis is the development, design and implementation of an experimental test rig to obtain the acoustic characterization of mufflers and other elements of the exhaust line of internal combustion engines in the presence of mean flow. It has also been carried out a review of the models typically found in the literature for characterizing absorbent materials and perforated surfaces. Next, it has been studied the different indices representing the acoustic response of mufflers, and has been selected as most suitable index the transmission loss. First, a theoretical study of the governing equations of the acoustic phenomenon in ducts in the presence of mean flow has been carried out. Also, a review of the typical models found in the literature for characterizing absorbent materials and perforated surfaces has been achieved. Next, several indexes that represent the acoustic behavior of exhausts mufflers has been studied and the transmission loss has been selected as the most suitable. The matrix representation has been introduced through the plane wave model. It provides the acoustic characterization of the devices on the exhaust line. This representation allows obtaining the acoustic characterization of the complete exhaust line by multiplying the matrices that represent each element. Due to the limitation on frequency range of the one-dimensional theory, the numerical solution of the classical convective wave equation, that governs the acoustic phenomenon, has been obtained by means of the finite element method. The method has been particularized for axisymmetric geometries as the prototypes used. It has also been studied how to apply different boundary conditions to force acoustic velocity, the modeling of a perforated surface or an anechoic termination. The numerical solution obtained by the finite element method has been used to compare with experimental measurements. Furthermore, a detailed study of experimental techniques frequently used in the measurement of acoustic parameters has been carried out and an assessment of each indicating its suitability has been done for its use in the presence of mean flow analyzing advantages and disadvantages. As conclusion of the analysis it has been determined that the most interesting technique is the two microphones method. The original procedure contains some aspects associated which imply difficulties in the implementation in the presence of mean flow, such as the installation of an anechoic termination for the direct determination of the transmission loss and the excess time requirement for obtaining the same parameter using the alternative procedure which involves performing two separate tests. The experimental technique developed, based on the two microphones method, allows to carry out the two independent tests required simultaneously removing the need of an anechoic termination and reducing test time significantly. This aspect is especially critical in the presence mean flow because the environmental variables can change quickly. Finally, it has been implemented the experimental set-up designed and equipped it of the required instrumentation to measure environmental parameters and the acoustical signals. The validation of the developed technique has been carried out by obtaining the poles of the transfer matrix of a straight duct with uniform cross section that are available in the bibliography, with different values of mean flow. It has obtained the transmission loss for different types of exhaust mufflers, achieving in all cases satisfactory results. / [ES] El objetivo principal de esta Tesis es el desarrollo, diseño e implementación de un sistema experimental que permita obtener la caracterización acústica de silenciadores y otros elementos de la línea escape de motores de combustión en presencia de flujo medio. Para ello, en primer lugar, se ha hecho un estudio teórico de las ecuaciones que gobiernan el fenómeno acústico en conductos en presencia de flujo medio. También se ha llevado a cabo una revisión de los modelos que habitualmente se encuentran en la literatura para la caracterización de superficies perforadas y materiales absorbentes. A continuación, se han estudiado los diferentes índices que representan la respuesta acústica de silenciadores de escape, y se ha seleccionado como más conveniente el índice de pérdidas de transmisión. A través del modelo de onda plana se ha introducido la representación matricial que proporciona la caracterización acústica de los dispositivos presentes en la línea de escape. Dicha representación permite obtener la caracterización acústica de la línea de escape completa por multiplicación de las matrices que representan cada elemento. Debido a la limitación en frecuencia de la teoría unidimensional, se presenta el método de elementos finitos para la resolución numérica de la ecuación de ondas convectiva clásica que gobierna el fenómeno acústico. Se ha particularizado para geometrías con simetría de revolución como son los prototipos ensayados. También se ha abordado la aplicación de distintas condiciones de contorno para forzar una condición de velocidad acústica determinada, la modelización de una superficie perforada o de un extremo final anecoico. La solución numérica obtenida mediante el método de elementos finitos se ha empleado para comparar las medidas experimentales. Además, se ha llevado a cabo un estudio pormenorizado de las técnicas experimentales habitualmente empleadas en la medida de parámetros acústicos y se ha hecho una valoración de cada una de ellas indicando su idoneidad para la aplicación en presencia de flujo medio, analizando ventajas e inconvenientes. Del análisis llevado a cabo se ha determinado que la técnica más interesante es el método de los dos micrófonos. Dicha técnica lleva asociados aspectos que suponen una dificultad para su implementación en presencia de flujo medio, en concreto, la necesidad de disponer de un final anecoico para la obtención directa del índice de pérdidas de transmisión y el exceso de tiempo necesario para obtener el mismo parámetro mediante dos ensayos independientes. La técnica experimental desarrollada, basada en el método de los dos micrófonos, permite llevar a cabo los dos ensayos independientes necesarios de forma simultánea eliminando la necesidad de disponer de un final anecoico y reduciendo considerablemente el tiempo de ensayo. Esta ventaja está especialmente indicada en presencia de flujo medio debido a que las variables ambientales pueden cambiar con rapidez. Finalmente, se ha implementado el dispositivo experimental diseñado y se ha dotado la línea de la instrumentación necesaria para la medida de parámetros ambientales y el registro de señales acústicas. La validación de la técnica desarrollada se ha llevado a cabo en base a la obtención de los polos de la matriz de transferencia de un conducto de sección uniforme, disponibles en la bibliografía, con distintos valores de flujo medio. Con este montaje, se ha obtenido el índice de pérdidas de transmisión para distintas tipologías de silenciadores de escape, logrando en todos los casos resultados satisfactorios. / [CA] L'objectiu principal d'esta Tesi és el desenvolupament, disseny i implementació d'un sistema experimental que permeta obtindre la caracterització acústica de silenciadors i altres elements de la línia d'escapament de motors de combustió en presència de flux mig. Per això, en primer lloc, s'ha fet un estudi teòric de les equacions que governen el fenomen acústic en conductes amb presència de flux mig. També s'ha dut a terme una revisió dels models que habitualment es troben en la literatura per a la caracterització de superfícies perforades i materials absorbents. A continuació, s'han estudiat els diferents índexs que representen la resposta acústica de silenciadors d'escapament i s'ha seleccionat com més convenient l'índex de pèrdues de transmissió. A través del model d'ona plana s'ha introduït la representació matricial que proporciona la caracterització acústica dels dispositius presents en la línia d'escapament. Tal representació permet obtindre la caracterització acústica de la línia d'escapament completa per multiplicació de les matrius que representen cada element. A causa de la limitació en freqüència de la teoria unidimensional, es presenta el mètode d'elements finits per a la resolució numèrica de l'equació d'ones convectiva clàssica que governa el fenomen acústic. S'ha particularitzat per a geometries amb simetria de revolució com són els prototips assajats. També s'ha abordat l'aplicació de distintes condicions de contorn per a forçar una condició de velocitat acústica determinada, la modelització d'una superfície perforada o d'un extrem final anecoic. La solució numèrica obtinguda per mitjà del mètode d'elements finits s'ha empleat per a comparar les mesures experimentals. A més, s'ha dut a terme un estudi detallat de les tècniques experimentals habitualment empleades en la mesura de paràmetres acústics i s'ha fet una valoració de cada una d'elles indicant la seua idoneïtat per a l'aplicació en presència de flux mig, analitzant avantatges i inconvenients. De l'anàlisi dut a terme s'ha determinat que la tècnica més interessant és el mètode dels dos micròfons. Tal tècnica porta associats aspectes que suposen una dificultat per a la seua implementació en presència de flux mig, en concret, la necessitat de disposar d'un final anecoic per a l'obtenció directa de l'índex de pèrdues de transmissió i l'excés de temps necessari per a obtindre el mateix paràmetre per mitjà de dos assajos independents. La tècnica experimental desenvolupada, basada en el mètode dels dos micròfons, permet dur a terme els dos assajos independents necessaris de forma simultània eliminant la necessitat de disposar d'un final anecoic i reduint considerablement el temps d'assaig. Este avantatge està especialment indicat amb presència de flux mig pel fet que les variables ambientals poden canviar amb rapidesa. Finalment, s'ha implementat el dispositiu experimental dissenyat i s'ha dotat la línia de la instrumentació necessària per a la mesura de paràmetres ambientals i el registre de senyals acústics. La validació de la tècnica desenvolupada s'ha dut a terme basant-se en l'obtenció dels pols de la matriu de transferència d'un conducte de secció uniforme, disponibles en la bibliografia, amb distints valors de flux mig. S'ha obtingut l'índex de pèrdues de transmissió per a distintes tipologies de silenciadors d'escapament, aconseguint en tots els casos resultats satisfactoris. / Pedrosa Sanchez, AM. (2015). Desarrollo de herramientas experimentales para la caracterización acústica de silenciadores en presencia de flujo medio [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52028

[EN] Rail corrugation is a wavy defect that appears on the running surfaces of rails. It is one of the main reasons for abnormal increase in rolling noise and vibrations. Despite it being an old railway problem and there being an extensive literature on the subject, the causes of its occurrence are not yet fully understood in many cases. In this context, mathematical models simulating the initiation and development of the corrugation can help understand the causes behind it. In this Thesis, a nonlinear mathematical model is presented for predicting the growth of rail corrugation. The tool developed is based on a feedback process that involves, firstly, the vehicle-track interaction dynamics, and secondly, a methodology for estimating wear of rails. The train-track interaction model considers the hypothesis of cyclic track together with the flexibility and the inertial effects associated with the rotation of the wheelset. The same wheel-rail contact model, which relies on non-hertzian and non-steady-state hypotheses, is used both for calculating the train-track dynamics and for estimating wear. In the contact model developed here, which is based on the Variational Theory by Kalker, the potential contact area is discretized into triangular elements on which the distributions of contact stresses vary linearly. By doing so, a better representation of the contact stresses distributions is expected to be obtained in comparison to the original method. The influence of both the non-steady-state and the non-hertzian effects at wheel-rail contact on calculating the wear depth on the railhead is analyzed through simulations. Additionally, the influence of the flexibility and the inertial effects of the flexible rotating wheelset on estimating wear and rail corrugation growth is studied in order to identify possible wavelength-fixing mechanisms related to the dynamics of the wheelset. / [ES] El desgaste ondulatorio o corrugación en los carriles ferroviarios es un defecto que aparece en las superficies de rodadura de éstos, caracterizado por su geometría ondulada, siendo uno de los principales motivos de incremento anormal de ruido de rodadura y de vibraciones. A pesar de ser un problema ferroviario antiguo y existir una extensa bibliografía sobre el tema, siguen sin comprenderse las causas de su aparición en muchos casos. En este contexto, los modelos matemáticos que simulan el inicio y crecimiento de la corrugación pueden ayudar a entender las causas que la producen. En esta Tesis, se presenta un modelo matemático no lineal para predecir el crecimiento de la corrugación en carriles ferroviarios. La herramienta desarrollada se basa en un proceso realimentado en el que intervienen, por una parte, la interacción dinámica vehículo-vía, y por otra, una metodología para la estimación del desgaste en el carril. El modelo de interacción considera la hipótesis de vía cíclica, así como la flexibilidad y los efectos inerciales asociados al giro del eje montado. Tanto en el cálculo de la dinámica como en la estimación del desgaste, se hace uso de la misma teoría de contacto rueda-carril, que adopta hipótesis no hercianas y no estacionarias. En el modelo de contacto desarrollado, basado en la Teoría Variacional de Kalker, se discretiza el área potencial de contacto en elementos triangulares en los que las tensiones varían de forma lineal. Con ello se pretende conseguir una mejor representación de las distribuciones de tensiones respecto al método original. A través de simulaciones, se analiza la influencia en el cálculo de la profundidad del desgaste en el carril de los efectos no estacionarios y de los efectos no hercianos en el contacto. Asimismo, se estudia la influencia de la flexibilidad y los efectos inerciales del eje montado en la estimación del desgaste y el crecimiento de la corrugación, con el fin de identificar posibles mecanismos de fijación de la longitud de onda asociados a la dinámica del eje montado. / [CA] El desgast ondulatori o la corrugació en els carrils ferroviaris és un defecte que apareix en les superfícies de rodament d'estos, caracteritzat per la seua geometria ondulada, sent un dels principals motius d'increment anormal de soroll de rodament i de vibracions. Tot i ser un problema ferroviari antic i existir una extensa bibliografia sobre el tema, segueixen sense comprendre's les causes de la seua aparició en molts casos. En este context, els models matemàtics que simulen l'inici i creixement de la corrugació poden ajudar a entendre les causes que la produeixen. En aquesta Tesi, es presenta un model matemàtic no lineal per predir el creixement de la corrugació en carrils ferroviaris. La ferramenta desenvolupada es basa en un procés realimentat en el qual intervenen, d'una banda, la interacció dinàmica vehicle-via, i per l'altra, una metodologia per a l'estimació del desgast en el carril. El model d'interacció considera la hipòtesi de via cíclica, així com la flexibilitat i els efectes inercials associats al gir de l'eix muntat. Tant en el càlcul de la dinàmica com en l'estimació del desgast, es fa ús de la mateixa teoria de contacte roda-carril, que adopta hipòtesis no hertzianes i no estacionàries. En el model de contacte desenvolupat, basat en la Teoria Variacional de Kalker, es discretitza l'àrea potencial de contacte en elements triangulars en què les tensions varien de forma lineal. Amb això es pretén aconseguir una millor representació de les distribucions de tensions respecte al mètode original. Mitjançant simulacions, s'analitza la influència en el càlcul de la profunditat del desgast al carril dels efectes no estacionaris i dels efectes no hertzians al contacte. Així mateix, s'estudia la influència de la flexibilitat i els efectes inercials de l'eix muntat en l'estimació del desgast i el creixement de la corrugació, per tal d'identificar possibles mecanismes de fixació de la longitud d'ona associats a la dinàmica de l'eix muntat. / Vila Tortosa, MP. (2015). Modelado del crecimiento del desgaste ondulatorio en carriles ferroviarios [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57949

[EN] The rapid evolution of materials and manufacturing processes, driven by global competition and new safety and environmental regulations has had an impact on the automotive structures (BIW) manufacturing. The need for lighter vehicles, whit more equipment, safer and at the same time friendly to the environment, covers the entire life cycle of the car. Carmakers and steelmakers agree that weight reduction is possible, and the solution go through the new Advanced High-Strength Steels. Thinner and stronger materials lead to higher demands on stamping, the manufacturing system most used manufacturing BIW parts. In this context of persistent innovation the lubrication of surfaces is a problem associated with the change. After the question about the best lubricant to form these new materials, it was researched about characteristics and performance of known simulation equipment. An edges of punch and die drawing simulator was used. Two materials have been selected of AISI portfolio. DP600 for being one of most used in BIW frames, and TWIP is a new steel to evaluate, and with an extraordinary strain. They are designed and manufactured tools for the manufacture of the specimens. It has defined a simplified deformation model. It was developed a measurement protocol with twelve parameters that compare the behaviour of lubricants in the simulator. It was selected the best for each type of material by Factorial Experiments Design and efficiency parameters have been used to select the best one. The model has been applied to the formed specimens and is able to answer the initial question. Simultaneously it has been able to make the technological evolution of system simulation and measurement protocol / [ES] La rápida evolución de los materiales y procedimientos de fabricación, impulsada por una competencia globalizada y nuevas regulaciones de seguridad y medio ambiente ha tenido un fuerte impacto en la fabricación de estructuras de automóviles (BIW). La necesidad de vehículos con menos peso, con más equipamiento, más seguros y al mismo tiempo, respetuosos con el medio ambiente, abarca todo el ciclo de vida del vehículo. Constructores y fabricantes de acero están de acuerdo en que todavía hay margen para para la reducción, y la solución pasa por los nuevos Aceros Avanzados de Alta Resistencia. Materiales más delgados y más resistentes llevan a mayores exigencias en el conformado por estampación, que es el sistema de fabricación que abarca una mayor propor-ción de piezas y peso del chasis de vehículos ligeros. En este contexto de innovación persistente la lubricación de las superficies rozantes es un problema asociado al cambio. Tras formular la cuestión sobre el lubricante más adecuado para conformar estos nuevos materiales, se ha realizado una investigación sobre los equipos de simulación co-nocidos, sus características y prestaciones. Se ha utilizado un simulador del proceso de estampación referido a los bordes de punzón y matriz. Se han seleccionado dos materiales dentro de la propuesta de AISI. El DP600 por ser uno de los más utilizados en la construcción de la estructura, y el TWIP que es una novedad a evaluar, y con un extraordinario comportamiento en su deformación. Se han diseñado y construido útiles para la fabricación de las probetas. Se ha definido un modelo de deformación simplificado para la evaluación del comportamiento. Se ha desarrollado un protocolo de medición con doce parámetros que permiten comparar el comportamiento de los lubricantes en el simulador. Se han seleccionado los mejores para cada tipo de material mediante un Diseño de Experimentos Factorial y se han definido parámetros de eficiencia para tomar los mejores candidatos. Se ha aplicado el modelo a los materiales conformados y se ha podido responder a la cuestión inicial. Al mismo tiempo se ha podido realizar la evolución tecnológica del sistema de simulación y el protocolo de medida. / [CA] La ràpida evolució dels materials i procediments de fabricació, impulsada per una competència globalitzada i noves regulacions de seguretat i medi ambient ha tingut un fort impacte el la fabricació d'estructures d'automòbils (BIW) La necessitat de vehicles amb menys pes, amb més equipament, més segurs i al mateix temps respectuosos amb el medi ambient, comprén el procés integral del vehicle. Constructors i fabricants d'acer estan d'acord en què encara hi ha marge para per a la reducció, i la solució panses pels nous Acers Avançats d'Alta Resistència. Materials més prims i més resistents porten a majors exigències en el conformat per estampació, que és el sistema de fabricació que comprén una major proporció de peces i pes del xassís de vehicles lleugers. En este context d'innovació persistent la lubricació de les superfícies rozantes és un problema associat al canvi. Després de formular la qüestió sobre el lubricant més adequat per a conformar estos nous materials, s'ha realitzat una investigació sobre els equips de simulació coneguts, les seues característiques i prestacions. S'ha utilitzat un simulador del procés d'estam-pació referit als bords de punxó i matriu. S'han seleccionat dos materials dins de la proposta d'AISI. El DP600 per ser un dels més utilitzats en la construcció de l'estruc-tura, i el TWIP que és una novetat a avaluar, i amb un extraordinari comportament en la seua deformació. S'han dissenyat i fabricat útils per a la fabricació de les provetes. S'ha definit un model de deformació simplificat. S'ha desenrotllat un protocol de me-surament amb dotze paràmetres que permeten comparar el comportament dels lubricants en el simulador. S'han seleccionat els millors per a cada tipus de material per mitjà d'un Disseny d'Experiments Factorial i s'han definit paràmetres d'eficiència per a prendre els millors candidats i el model de simular. S'ha aplicat el model als materials conformats i s'ha pogut respondre a la qüestió inicial. Al mateix temps s'ha podi realitzar l'evolució tecnològica del sistema de simulació i el protocol de mesura. / Plá Ferrando, R. (2015). Investigación de las condiciones tribológicas en el conformado de elementos estructurales de Aceros Avanzados de Alta Resistencia en vehículos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59222

[EN] This work's objective is to demonstrate the existence of positive relationships between social media usage, crowdsourcing tools and organizational learning and performance. The premise that motivates the investigation, proposes that usage of new technologies as the ones included in social media has direct influence on organizational efforts to capture and use knowledge in ways that make a positive difference on their results and performance. This premise is supported by a theoretical framework presented in chapters 1, 2 and 3 of this thesis, where we identified the relations among the variables from the point of view considered in previous works by different authors. Effects of organizational learning are analyzed from a mediating variable perspective. That is, over the idea that organizational learning works as a catalysis agent that allows transforming organizational strategies to leverage information obtained from social media and crowdsourcing projects and activities. An empirical study was done over a group of companies from Biotech and Telecom sectors in Spain. This study included a number of questionnaires whose measurement scales were confirmed by validity and fidelity parameters and their results also validated. Conclusions of this work add new knowledge to the study of social media tools and the way to use them in order to gain useful information and learning to positively impact organizational performance. / [ES] Este trabajo de investigación persigue el objetivo de demostrar la existencia de relaciones positivas entre el uso de las redes sociales, las herramientas de crowdsourcing, el aprendizaje organizativo y el desempeño organizativo. La premisa que mueve a la investigación considera que el uso de tecnologías emergentes como las mencionadas arriba tiene una influencia directa sobre los esfuerzos para capturar conocimiento y utilizarlo de forma que mejore los resultados en las organizaciones. Esta premisa se sustenta en un marco teórico que ha sido revisado en los capítulos 1, 2 y 3 de esta tesis, donde además se identifican las relaciones entre las variables que han sido estudiadas en trabajos previos. Los efectos del aprendizaje organizativo se analizan desde el punto de vista de una variable mediadora, esto es bajo la idea de que el aprendizaje organizativo funge como un catalizador que permite convertir los esfuerzos realizados por la estrategia de la organización en el aprovechamiento de la información generada en redes sociales y los resultados obtenidos en los trabajos y proyectos de crowdsourcing. Se realizó un estudio empírico aplicado sobre un grupo de empresas de los sectores de la Biotecnología y las Telecomunicaciones en España, el estudio consideró la aplicación de escalas de medida que fueron confirmadas bajo los parámetros de validez y fiabilidad y los resultados obtenidos fueron a su vez validados. Se cuenta con un grupo de conclusiones que abonan al estudio de herramientas y medios de allegarse información para la generación de aprendizajes útiles para las organizaciones que buscan mejorar sus resultados. / [CA] Este treball d'investigació perseguix l'objectiu de demostrar l'existència de relacions positives entre l'ús de les xarxes socials, les ferramentes de crowdsourcing, l'aprenentatge organitzatiu i l'exercici organitzatiu. La premissa que mou a la investigació considera que l'ús de tecnologies emergents com les mencionades dalt té una influència directa sobre els esforços per a capturar coneixement i utilitzar-ho de manera que millore els resultats en les organitzacions. Esta premissa se sustenta en un marc teòric que ha sigut revisat en els capítols 1, 2 i 3 d'esta tesi, on a més s'identifiquen les relacions entre les variables que han sigut estudiades en treballs previs. Els efectes de l'aprenentatge organitzatiu s'analitzen des del punt de vista d'una variable mediadora, açò és davall la idea que l'aprenentatge organitzatiu exercix com un catalitzador que permet convertir els esforços realitzats per l'estratègia de l'organització en l'aprofitament de la informació generada en xarxes socials i els resultats obtinguts en els treballs i projectes de crowdsourcing. Es va realitzar un estudi empíric aplicat sobre un grup d'empreses dels sectors de la Biotecnologia i les Telecomunicacions a Espanya, l'estudi va considerar l'aplicació d'escales de mesura que van ser confirmades davall els paràmetres de validesa i fiabilitat i els resultats obtinguts van ser al seu torn validats. Es compta amb un grup de conclusions que abonen a l'estudi de ferramentes i mitjans d'arreplegar-se informació per a la generació d'aprenentatges útils per a les organitzacions que busquen millorar els seus resultats. / López Maciel, GT. (2016). Redes Sociales, Crowdsourcing, Aprendizaje y Desempeño Organizativo en las industrias de Biotecnología y Telecomunicaciones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61445

[ES] Las cargas de impacto son la fuente primaria de lesiones en la cabeza y pueden resultar en un rango de traumatismo desde leve hasta severo. Debido a la existencia de múltiples entornos en los que se pueden desencadenar lesiones por impacto (accidentes automovilísticos, deportes, caídas accidentales, violencia), éstas pueden afectar potencialmente a toda la población independientemente de su estado de salud. Pese al creciente esfuerzo en investigación para comprender la biomecánica de las lesiones por traumatismo en la cabeza, todavía no es del todo posible realizar predicciones precisas ni prevenir estos eventos. En esta Tesis, se han estudiado algunos aspectos del comportamiento ante impacto de los diferentes tejidos biológicos involucrados mediante el desarrollo de un modelo numérico de cabeza humana a partir de imágenes de tomografía computerizada (TAC). Se han realizado simulaciones en elementos finitos (EF) de ensayos experimentales de la literatura con el fin de validar el modelo numérico desarrollado, estableciendo unas propiedades mecánicas adecuadas para cada uno de sus constituyentes. De esta manera se puede adquirir una predicción adecuada del riesgo de sufrir daños. Parte de esta Tesis se centra en el entorno balístico, específicamente en cascos de combate antibalas, los cuales son susceptibles de causar traumatismo craneoencefálico debido a la elevada deformación que sufren durante el impacto. Previamente al estudio de estos fenómenos de alta velocidad, se han realizado ensayos experimentales y numéricos para caracterizar la respuesta mecánica de algunos materiales compuestos ante impacto de baja velocidad. Al principio de esta Tesis se ha realizado una revisión del estado del arte acerca de los criterios existentes para cuantificar el trauma craneoencefálico.Este es un aspecto clave para las simulaciones numéricas, ya que la idoneidad de algunos de estos criterios para la predicción de lesiones cerebrales todavía es un debate abierto. Mediante EF se han realizado simulaciones de impactos balísticos en una cabeza protegida con un casco de combate. Mediante la posterior aplicación de diferentes criterios de daño sobre los resultados obtenidos se ha evaluado el nivel de protección que aseguran los protocolos de aceptación de cascos de combate, así como las estrategias para determinar su tallaje. Se ha demostrado que las normativas existentes para cascos de combate son capaces de mitigar algunos mecanismos de trauma pero no logran prevenir otros como los gradientes de presión intracraneales. Además, se ha demostrado que algunas de las estrategias de tallaje más comúnmente adoptadas por los fabricantes, como producir un solo tamaño de calota, deberían ser reconsideradas ya que existe un mayor riesgo de traumatismo cuando la distancia entre la cabeza y la calota del casco no es suficiente. Siguiendo la línea de protecciones personales, algunos de los materiales compuestos comúnmente empleados en la industria armamentística se han combinado para crear distintas configuraciones de calota para optimizar la relación entre peso del casco y protección para la cabeza. Materiales ligeros como el UHMWPE han resultado en un comportamiento menos eficiente que el de los apilados de tejido de aramida a la hora de limitar la BFD (deformación máxima en la calota del casco en la zona de impacto). Hacia el final de la Tesis se presenta un modelo numérico de cabeza humana detallado, que incluye treinta y tres de las estructuras anatómicas principales. Dicho modelo se ha desarrollado para la simulación de un accidente ecuestre en el que aparecen múltiples lesiones craneoencefálicas. Principalmente, se pretende establecer un criterio mecánico para predecir el hematoma subdural (HS) basado en la ruptura de los vasos sanguíneos intracraneales. Se ha propuesto un valor umbral de ruptura en tensiones de 3.5 MPa, pero tanto este límite como la localización del vaso dañado son altamen / [CA] Les càrregues d'impacte son la font primària de lesions al cap i poden resultar en un rang de severitat des de lleu a greu. Degut als múltiples entorns en que poden desencadenar-se lesions per impacte (accidents automobilístics, esports, caigudes accidentals, violència), aquestes poden afectar potencialment a tota la població independentment del seu estat de salut. Malgrat el creixent esforç en investigació per comprendre la biomecànica de les lesions per traumatisme al cap, encara no és del tot possible realitzar prediccions precises ni prevenir aquestos esdeveniments. En aquesta Tesi, s'han estudiat alguns aspectes del comportament a impacte dels diferents teixits biològics involucrats mitjançant el desenvolupament d'un model numèric de cap humà a partir d'imatges de tomografia computeritzada (TAC). S'han realitzat simulacions en elements finits (EF) d'assajos experimentals de la literatura amb la finalitat de validar el model numèric desenvolupat, establint unes propietats mecàniques adequades per a cadascun dels seus constituents. D'aquesta manera es pot aconseguir una predicció del risc de sofrir danys traumàtics. Part d'aquesta Tesi es centra en l'entorn balístic, específicament en cascs de combat antibales, els quals són susceptibles de causar traumatisme degut a l'elevada deformació que sofrixen durant l'impacte. Previament a l'estudi d'aquests fenòmens d'alta velocitat, s'han realitzat assajos experimentals i numèrics per a caracteritzar la resposta mecànica d'alguns materials compostos en condicions d'impacte a baixa velocitat. Al començament d'aquesta Tesi s'ha realitzat una revisió de l'estat de l'art sobre els criteris existents per quantificar el trauma cranioencefàlic. Aquest és un aspecte clau per a les simulacions numèriques, ja que l'utilitat d'alguns d'aquestos criteris per a la predicció de lesions cerebrals és encara un debat obert. Mitjançant EF s'han realitzat simulacions numèriques d'impactes balístics en un cap protegit amb un casc de combat. Gràcies a la posterior aplicació de diferents criteris de dany sobre els resultats obtinguts s'ha evaluat el nivell de protecció que asseguren els protocols d'acceptació de cascs de combat, així com les estratègies per a determinar les seues talles. S'ha demostrat que les normatives existents són capaces de mitigar alguns mecanismes de trauma però no aconseguixen prevenir altres com els gradients de pressions intracranials. A més, s'ha demostrat que algunes estratègies per determinar les talles més comunament adoptades pels fabricants (com produir només un tamany de calota i adaptar el gruix de les escumes interiors a les diferents dimensions dels subjectes) haurien de ser reconsiderades ja que existeix un major risc de traumatisme quan la distància entre el cap i la calota del casc no és suficient. Seguint la línia de proteccions personals, alguns dels materials compostos comunament utilitzats en la indústria de l'armament s'han combinat per a crear distintes possibles configuracions de calota amb la finalitat d'optimitzar la relació entre pes i protecció. Materials lleugers com l'UHMWPE han resultat en un comportament menys eficient que el d'apilats de teixit d'aramida a l'hora de limitar la BFD (deformació màxima a la calota del casc a la zona d'impacte). Cap al final de la Tesi es presenta un model numèric detallat de cap humà, que inclou trenta-tres de les estructures anatòmiques principals. Aquest model s'ha desenvolupat per a la simulació d'un accident eqüestre en el qual apareixen múltiples lesions cranioencefàliques. Principalment, es pretén establir un criteri mecànic per a la predicció de l'hematoma subdural (HS) basat en la ruptura dels vasos sanguinis intracranials. S'ha proposat un valor umbral de ruptura en tensions de 3.5 MPa, pero tant aquest límit com la ubicació del vas danyat són altament dependents de l'anatomia específica de cada subjecte. / [EN] Impact loading is the primary source of head injuries and can result in a range of trauma from mild to severe. Because of the multiple environments in which impact-related injuries can take place (automotive accidents, sports, accidental falls, violence), they can potentially affect the entire population regardless of their health conditions. Despite the increasing research effort on the understanding of head impact biomechanics, accurate prediction and prevention of traumatic injuries has not been completely achieved. In this Thesis, some aspects of the impact behaviour of the different biological tissues involved have been analysed through the development of a numerical human head model from Computed Tomography (CT) images. FE simulations of experimental tests from the literature have been performed and enhanced the validation of the head model through the establishment of proper material laws for its constituents, which enable adequate prediction of injury risks. Part of this Thesis focuses on the ballistic environment, especifically in bulletproof composite helmets, which are susceptible to cause blunt injuries to the head because of their large deformation during impact. Prior to the study of these high-speed impacts, experimental tests and finite element (FE) models have been performed to characterise the mechanical response of composite materials subjected to low velocity impact. The implementation of a continuum damage mechanics approach coupled to a Hashin failure criterion and surface-to-surface cohesive relations to the numerical model provided a good matching with the impact behaviour obtained experimentally, capturing the principal damage mechanisms. A review of the head injury criteria currently available in the literature has been performed at the beginning of this Thesis. This is a key issue for the numerical simulations, as the suitability of some criteria to predict head injuries is still an open question. Numerical simulation of ballistic impacts on a human head protected with a combat helmet has been conducted employing explicit FE analysis. The level of protection ensured by helmet acceptance protocols as well as their sizing strategies have been studied and discussed by means of the application of different mechanical-based head injury criteria. It has been demonstrated that current helmet testing standards do mitigate some specific forms of head trauma but fail to prevent other injury mechanisms such as the intracranial pressure gradients within the skull. Furthermore, it has been demonstrated that some well-established helmet sizing policies like manufacturing one single composite shell and adapting the thickness of the interior pads to the different head dimensions should be reconsidered, as there is a great risk of head injury when the distance between the head and the helmet shell (stand-off distance) is not sufficient. Following the line of personal protections, some composite materials commonly employed in the soft body armour industry have been combined into different helmet shells configurations to optimise the ratio of weight-to-head protection. Light materials like UHMWPE appear to be less efficient than integral woven-aramid lay-ups in the limitation of the backface deformation (BFD), the maximum deformation sustained by the helmet at the impact site. A detailed head numerical model including thirty-three of its main anatomical structures has been developed for the simulation of an equestrian accident that resulted in many head injuries. Above all, the establishment of a mechanical criterion for the prediction of subdural hematona (SDH) based on the rupture of the head blood vessels is intended. A stress threshold for vein rupture has been set on 3.5 MPa, but both this limit and the location of vessel failure are highly dependent on the specific anatomy of the subject's vascularity. / Palomar Toledano, M. (2019). Assessment of head injury risk caused by impact using finite element models [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135254

[EN] Bone fracture is a social health problem of increasing magnitude because of its prevalence in aged population due to osteoporosis. Bone quality is often characterized by bone mineral density (BMD) measured at cancellous bone regions using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). However, BMD alone cannot predict several cases because not only density is important, but also microstructure plays an important role in cancellous bone strength. The mechanical properties can be used as indicators of bone integrity as a function of age, disease or treatment. Therefore, cancellous bone fracture characterization and its relationship to microstructure has not been completely solved in the literature and is relevant to improve fracture prediction. In this thesis, we aim at characterizing cancellous bone morphometry and mechanical behavior. Morphometry is estimated through the analysis of micro-computed tomography (micro-CT) images of vertebral cancellous bone specimens. With regards to the mechanical behavior, we calculate elastic, yield and failure properties at the apparent and tissue levels. To determine them, we followed different approaches: compression tests, finite element models and micro-CT phantoms. We have developed finite element models that reproduce the elastic and failure response of cancellous bone under compression conditions. We modeled failure as a combination of continuum damage mechanics and the element deletion technique. The numerical models permitted to estimate elastic and failure properties. Failure properties were consistent with results reported in the literature. Specifically, our results revealed that yield strain is relatively constant (0.7 %) over a range of apparent densities, while failure strain presents a wider range of variation. A single strain parameter (equivalent strain) was found as an accurate descriptor of cancellous bone compression failure. Image-based numerical models usually need for the action of a technician to segment the images. Therefore, we studied the sensitivity to variations of the segmentation threshold on the morphometry and the elastic properties of vertebral cancellous bone specimens of different bone volume fractions. The apparent modulus is highly sensitive to the segmentation threshold. We report variations between 45 and 120 % for a ± 15 % threshold variation. Other parameters, such as BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D and fractal dimension were influenced significantly. Digital image correlation (DIC) was applied to images taken during compression testing to analyze displacement fields at failure and characterize them. Some variables were explored to describe failure and a study is done about how DIC parameters influence the strain field obtained. Facet and step sizes have a relevant effect on the failure strain estimation, and an increment of both parameters reduces the strain estimation up to 40 %. Besides, several parameters combination led to correct failure pattern detection, so values reported in the literature should be referred to the parameters used. Furthermore, we explored if cancellous bone microstructure acts (non-speckle/texture approach) as a proper pattern to calculate displacements using DIC technique. As regards relationships between microstructure and mechanics, single and multiple parameter analysis were performed to assess the morphometric variables that control the explanation of mechanical properties variation. Bone volume fraction (BV/TV), bone surface to volume ratio (BS/BV), mean trabecular thickness (Tb.Th) and fractal dimension (D) presented the best linear correlations to the elastic properties, while both the yield and failure strains did not show correlation to any morphometric parameter. The regressions obtained permit to estimate those mechanical properties that describe the state of a specimen. / [ES] Las fracturas óseas constituyen un problema social de salud con magnitud creciente por su prevalencia en la población de edad avanzada debido a la osteoporosis. La calidad del hueso suele caracterizarse mediante la estimación de la densidad mineral ósea (DMO) en regiones de hueso trabecular, utilizando absorciometría de rayos X de energía dual (DXA). No obstante, la DMO por si sola no es capaz de predecir numerosos casos de fractura porque no solo importa la pérdida de densidad, sino que la microestructura también tiene un papel principal en la resistencia del hueso. Las propiedades mecánicas del hueso pueden usarse como indicadores de su integridad en función de la edad, enfermedad o tratamiento. Por lo tanto, la caracterización de la fractura de hueso trabecular y su relación con la microestructura no se ha resuelto de forma completa en la literatura y es relevante para mejorar las predicciones de fractura. En esta tesis, nuestro principal objetivo es caracterizar la morfometría y el comportamiento mecánico del hueso trabecular. Estimamos la morfometría a través del análisis de imágenes obtenidas por micro tomografía computerizada (micro-CT) de muestras de hueso trabecular vertebral de cerdo. Respecto al comportamiento mecánico, calculamos propiedades elásticas, de plasticidad y fractura a escala aparente y de tejido. Para determinar esas propiedades, hemos seguido diferentes procedimientos: ensayos a compresión, modelos de elementos finitos y fantomas de calibración micro-CT. Los modelos de elementos finitos desarrollados reproducen la respuesta elástica y de fallo bajo condiciones de compresión en hueso trabecular, modelando el fallo como combinación de mecánica del daño contínuo y la técnica de eliminación de elementos. Los modelos numéricos desarrollados han permitido estimar propiedades elásticas y de fallo. En concreto, las deformaciones de inicio de fallo estimadas son relativamente constantes para las muestras analizadas (0.7 %), mientras que las deformaciones últimas de fallo presentan un rango de variación mayor. Por otro lado, encontramos que la deformación equivalente es el descriptor más preciso del fallo a compresión del hueso trabecular. Normalmente, los modelos numéricos basados en imágenes suelen necesitar la acción de un técnico para segmentar las imágenes. En este sentido, estudiamos la sensibilidad de la morfometría y la estimación de propiedades elásticas ante variaciones en el umbral de segmentación en muestras con distinta fracción en volumen. Hemos obtenido que la rigidez aparente es muy sensible a cambios en el umbral de segmentación, con variaciones entre 45 y 120 % para una variación de ± 15 % del umbral de segmentación. Otros parámetros, como BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D y la dimensión fractal se ven afectados significativamente. Por otro lado, hemos aplicado la técnica correlación digital por imagen (DIC) para caracterizar campos de desplazamientos en el fallo a compresión del hueso trabecular, a partir del análisis de imágenes tomadas durante el ensayo de las muestras. Además, estudiamos la influencia de algunos parámetros de la técnica DIC en el campo de deformaciones obtenido. También, hemos explorado la aplicación DIC sin el uso de moteado, utilizando como patrón de reconocimiento la propia microestructura trabecular. En relación al estudio de la influencia de la microestructura en la respuesta mecánica, hemos calculado correlaciones de uno y varios parámetros para analizar qué variables morfométricas explican la variación de las propiedades mecánicas. La fracción en volumen de hueso (BV/TV), la relación entre el área y el volumen de hueso (BS/BV), el espesor trabecular medio (Tb.Th) y la dimensión fractal (D) presentan las mejores correlaciones lineales respecto a las propiedades elásticas, mientras que las deformaciones de inicio de plasticidad y fractura no mostraron correlación con ningún parámetro morfométrico. / [CA] Les fractures òssies constitueixen un problema social de salut amb magnitud creixent per la seua prevalença en la població d'edat avançada a causa de l'osteoporosi. La qualitat de l'os sol caracteritzar-se mitjançant l'estimació de la densitat mineral òssia (DMO) en regions d'os trabecular, utilitzant absorciometria de raigs X d'energia dual (DXA). No obstant això, la DMO per si sola no és capaç de predir nombrosos casos de fractura perquè no sols importa la pèrdua de densitat, sinó que la microestructura també té un paper principal en la resistència de l'os. Les propietats mecàniques de l'os poden usar-se com a indicadors de la seua integritat en funció de l'edat, malaltia o tractament. Per tant, la caracterització de la fractura d'os trabecular i la seua relació amb la microestructura no s'ha resolt de manera completa en la literatura i és rellevant per a millorar les prediccions de fractura. En aquesta tesi, el nostre principal objectiu és caracteritzar la morfometria i el comportament mecànic de l'os trabecular. Estimem la morfometria a través de l'anàlisi d'imatges obtingudes per micro tomografia automatitzada (micro-CT) de mostres d'os trabecular vertebral de porc. Respecte al comportament mecànic, calculem propietats elàstiques, de plasticitat i fractura a escala aparent i de teixit. Per a determinar aqueixes propietats, hem seguit diferents procediments: assajos a compressió, models d'elements finits i fantomas de calibratge micro-CT. Hem desenvolupat models d'elements finits que reprodueixen la resposta elàstica i de fallada sota condicions de compressió en os trabecular, modelant la fallada com a combinació de mecànica del dany continu i la tècnica d'eliminació d'elements. Els models numèrics desenvolupats han permés estimar propietats elàstiques i de fallada. Les nostres estimacions respecte a propietats de fallada són consistents amb valors reportats en la literatura. En concret, les deformacions d'inici de fallada estimades són relativament constants per a les mostres analitzades (0.7 %), mentre que les deformacions últimes de fallada presenten un rang de variació major. D'altra banda, trobem que la deformació equivalent és el descriptor més precís de la fallada a compressió de l'os trabecular. Els models numèrics basats en imatges solen necessitar l'acció d'un tècnic per a segmentar les imatges. En aquest sentit, estudiem la sensibilitat de la morfometria i l'estimació de propietats elàstiques davant variacions en el llindar de segmentació en mostres amb diferent fracció en volum. Hem obtingut que la rigidesa aparent és molt sensible a canvis en el llindar de segmentació, amb variacions entre 45 i 120 % per a una variació de ± 15 % del llindar de segmentació. Altres paràmetres, com BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D i la dimensió fractal es veuen afectats significativament. D'altra banda, hem aplicat la tècnica correlació digital per imatge (DIC) per a caracteritzar camps de desplaçaments en la fallada a compressió de l'os trabecular, a partir de l'anàlisi d'imatges preses durant l'assaig de les mostres. A més, estudiem la influència d'alguns paràmetres de la tècnica DIC en el camp de deformacions obtingut. També, hem explorat l'aplicació DIC sense l'ús de clapejat, utilitzant com a patró de reconeixement la pròpia microestructura trabecular. En relació a l'estudi de la influència de la microestructura en la resposta mecànica, hem calculat correlacions d'un i diversos paràmetres per a analitzar quines variables morfomètriques expliquen la variació de les propietats mecàniques. La fracció en volum d'os (BV/TV), la relació entre l'àrea i el volum d'os (BS/BV), la espessor trabecular mitjà (Tb.th) i la dimensió fractal (D) presenten les millors correlacions lineals respecte a les propietats elàstiques, mentre que les deformacions d'inici de plasticitat i fractura no van mostrar correlació amb cap paràmetre morfomètric. / Belda González, R. (2020). Mechanical and morphometric characterization of cancellous bone [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149376

[EN] «Study of neural networks and quadrupole models for the solution of the inverse problem in non-destructive testing by eddy currents. Application control of thickness on metal surfaces with multilayer protection» Abstract Currently the use of test methods using eddy current testing has become widespread in the industry, not only in the field of non-destructive testing, to study the behavior of cracks in components subject to fatigue and to detect failures metal internal structure, but also as measuring instruments to obtain information from the characterization of materials, composition of the surface layers, surface oxidation extent of the thickness of the surface layers treated for hardening. However, the application of currents induced to meet sizing surface layers can be solved by direct problem but not the reverse, obtained from measurements of electromagnetic parameters, the dimensions of the laminated layers on the metal surface. This unique case is trying to solve this thesis so that replaces modeling using different physical layers of the material, quadrupole or quadrupole elements, whose behavior can set the parallel appearing in induced surface currents metal under real conditions. For this, they have taken several sets of plates with different known thicknesses are measured and their characteristic impedances by suitable sensors. The results obtained are used to train an artificial neural network, and therefore should allow its use to solve the inverse problem, i.e., from readings measured as input to the neural network to obtain the dimensions wanted to check out. The work begins with a detailed study of the solutions to equations and harmonic electromagnetic fields for the model proposed. The method of the magnetic vector potential vector with Coulomb contrast conditions used. Signal propagation near the surface and in the border region are studied. The basic formulation of the induced currents is established and studied in detail two specific problems and their models, the finite thickness plate and a cylinder. However, this method of solving the equations of the problem is proposed by using numerical series in replacing the integrals with infinite upper limit. Results to calculate the resulting model parameters based on the obtained test frequency and for a model settled down. We proposes a simulation model ANSYS two solutions, the first a plane model is used PLANE53 and second dimensional model SOLID236. From the latter assay sensitivity of currents induced by benchmarking the environmental conditions change, permeability and conductivity are studied. A model similar to the propagation of a transmission line in telecommunications models for that quadrupoles are set and are daisy-chained signal is also proposed theoretical results are obtained even different frequencies and are used to show a method of measuring or control of different thicknesses. / [ES] Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos, por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa Resumen En la actualidad el uso de métodos de prueba empleando ensayos de corrientes inducidas se ha generalizado en la industria, no sólo en el campo de los ensayos no destructivos, para estudiar el comportamiento de las grietas en elementos sujetos a fatiga así como para detectar fallas en la estructura interna metálica, sino también como instrumentos de medida para obtener información de la caracterización de los materiales, composición de las capas superficiales, magnitud de la oxidación superficial, espesor de las capas superficiales tratadas para su endurecimiento. Sin embargo, la aplicación de corrientes inducidas para conocer el dimensionado de capas superficiales puede resolverse mediante el problema directo pero no así el inverso, obtener a partir de las mediciones de parámetros electromagnéticos, las dimensiones de las capas estratificadas en la superficie del metal. Este caso singular es el que trata de resolver esta tesis de manera que empleando un modelado que sustituye las distintas capas físicas del material, por elementos cuadripolares o cuadripolos, de cuyo comportamiento se puede establecer el paralelismo con que aparecen las corrientes inducidas en la superficie del metal en condiciones reales. Para esto, se han tomado varios juegos de placas con distintos espesores conocidos y se han medido sus impedancias características mediante sensores adecuados. Los resultados obtenidos sirven para entrenar una red neuronal artificial, y por tanto deben de permitir su empleo para resolver el problema inverso, es decir, a partir de las lecturas de la medición como entrada de la red neuronal obtener las dimensiones buscadas a la salida. Los trabajos se inician con un estudio detallado de las soluciones a las ecuaciones de campos electromagnéticos armónicos y para el modelo que se propone. Se usa el método vectorial del potencial vector magnético con las condiciones de contraste de Coulomb. Se estudian la propagación de señales en las proximidades de la superficie y en la región frontera. Se establece la formulación básica de las corrientes inducidas y se estudian con detalle dos problemas concretos y sus modelos, el de una placa de espesor finito y el de un cilindro. Con todo ello se propone un método de resolución de las ecuaciones del problema mediante el empleo de series numéricas en la sustitución de las integrales con límite superior infinito. Se obtienen resultados para el cálculo de los parámetros resultantes en función de la frecuencia de ensayo y para un modelo establecido. Se propone un modelo de simulación ANSYS con dos soluciones, en la primera se emplea un modelo plano PLANE53 y en la segunda un modelo tridimensional SOLID236. A partir de este último se estudia la sensibilidad del ensayo de corrientes inducidas por comparación de resultados al modificar las condiciones del medio, permeabilidad y conductividad. También se propone un modelo de propagación de señal similar al de una línea de transmisión en telecomunicaciones, para ello se establecen modelos de cuadripolos y se conectan en cadena, los resultados teóricos se obtienen par las distintas frecuencias y sirven para mostrar un método de medida u control de los distintos espesores / [CA] «Estudi de xarxes neuronals i models de quadripols per a la solució del problema invers en assajos no destructius, per mitjà de corrents induïts. Aplicació per al control de gruixos en superfícies metàl·liques amb protecció multicapa» Resum En l'actualitat l'ús de mètodes de prova emprant assaigs de corrents induïts s'ha generalitzat en la indústria, no només en el camp dels assajos no destructius, per estudiar el comportament de les esquerdes en elements subjectes a fatiga així com per detectar falles en l'estructura interna metàl·lica, sinó també com a instruments de mesura per obtenir informació de la caracterització dels materials, composició de les capes superficials, magnitud de l'oxidació superficial, espessor de les capes superficials tractades per al seu enduriment. No obstant això, l'aplicació de corrents induïts per conèixer el dimensionament de capes superficials pot resoldre mitjançant el problema directe però no així l'invers, obtenir a partir dels mesuraments de paràmetres electromagnètics, les dimensions de les capes estratificades en la superfície del metall. Aquest cas singular és el que tracta de resoldre aquesta tesi de manera que emprant un modelatge que substitueix les diferents capes físiques del material, per elements quadrupolars o quadripols, del comportament es pot establir el paral·lelisme amb què apareixen els corrents induïdes en la superfície del metall en condicions reals. Per això, s'han pres diversos jocs de plaques amb diferents gruixos coneguts i s'han mesurat les seves impedàncies característiques mitjançant sensors adequats. Els resultats obtinguts serveixen per entrenar una xarxa neuronal artificial, i per tant han de permetre la seva ocupació per resoldre el problema invers, és a dir, a partir de les lectures del mesurament com a entrada de la xarxa neuronal obtenir les dimensions buscades a la sortida. Els treballs s'inicien amb un estudi detallat de les solucions a les equacions de camps electromagnètics harmònics i per al model que es proposa. Es fa servir el mètode vectorial del potencial vector magnètic amb les condicions de contrast de Coulomb. S'estudien la propagació de senyals en les proximitats de la superfície hi ha la regió frontera. S'estableix la formulació bàsica dels corrents induïts i s'estudien amb detall dos problemes concrets i els seus models, el d'una placa de gruix finit i el d'un cilindre. Amb tot això es proposa un mètode de resolució de les equacions del problema mitjançant l'ús de sèries numèriques en la substitució de les integrals amb límit superior infinit. S'obtenen resultats per al càlcul dels paràmetres resultants en funció de la freqüència d'assaig i per a un model establert. Se proposa un model de simulació ANSYS amb dues solucions, en la primera es fa servir un model pla PLANE53 i en la segona un model tridimensional SOLID236. A partir d'aquest últim s'estudia la sensibilitat de l'assaig de corrents induïts per comparació de resultats en modificar les condicions del medi, permeabilitat i conductivitat. També es proposa un model de propagació de senyal similar al d'una línia de transmissió en telecomunicacions, per això s'estableixen models de quadripols i es connecten en cadena, els resultats teòrics s'obtenen bat les diferents freqüències i serveixen per mostrar un mètode de mesura o control dels diferents gruixos. / Corbí Cabrera, A. (2016). Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/63448

[EN] Cortical bone tissue is the responsible of giving support and structure to vertebrates. For that reason, understanding and analyzing its behavior is needed from each different hierarchical level that composes it. The lower the structural scale is, the greater the complexity and scarcity of studies in literature. These studies are relevant for understanding, preventing and solving important health problems that affect human beings. From a mechanical point of view is interesting to evaluate and apply engineering numerical tools to analyze complex materials as biological tissues, increasing the state of the art in different disciplines that can be applied in numerous fields as material science, biomechanics, numerical methods, medicine and more. In this Thesis the mechanical behavior of cortical bone at microstructural level is analyzed, with finite element models of its basic structure, the osteon. The microstructure of osteons, composed of mineralized collagen fibrils in layers with different orientations disposed concentrically around blood vessels is considered in the models for the calculation of elastic properties and failure criteria definition. For obtaining elastic properties, the use of micromechanical finite element models is considered, with heterogeneous composition for both mineralized collagen fibrils (at nanostructural level) and lamellar level (at sub-microstructural level). The failure analysis for realistic geometries is applied after comparing different models that involve, on one hand the growth of microcracks with contact conditions and on the other, degradation of elastic material properties by user subroutines of the finite element code, the latter being the one that brings better results from a computational cost viewpoint. Therefore an interesting alternative is here presented that can be used to evaluate the damage propagation at three-dimensional level, which with other methods as X-FEM can be computationally unaffordable. Composite materials failure criteria are applied to osteon analysis and the results are related with experimental tests from bibliography, showing the relevance of shear stresses between lamellae for failure initiation and propagation. In a two-dimensional study it is also shown the important role of osteocyte lacunae in the failure initiation, what is interesting from a cellular mechanotransduction approach. / [ES] El tejido óseo cortical es el encargado de dar soporte y estructura a los vertebrados. Existe por tanto una necesidad de conocer y analizar mecánicamente su comportamiento desde los distintos niveles jerárquicos que lo componen, siendo mayor la complejidad y más escasos los estudios disponibles en la literatura cuanto más pequeña es la escala estructural que se analiza. Estos estudios son relevantes para comprender, prevenir y solucionar problemas de salud importantes que afectan al ser humano. Desde el punto de vista mecánico es interesante evaluar y aplicar herramientas numéricas ingenieriles para el análisis de materiales más complejos como son los biológicos, incrementando el estado del arte en distintas disciplinas que pueden ser aplicadas en numerosos campos como la ciencia de los materiales, la biomecánica, los métodos numéricos o la medicina, entre otras. En esta Tesis se analiza el comportamiento mecánico del hueso cortical a nivel microestructural, donde se modela mediante el método de los elementos finitos su unidad básica, la osteona. Para la obtención de las propiedades elásticas se considera en los modelos la microestructura compuesta por capas de colágeno mineralizado con diferentes orientaciones, dispuestas de manera concéntrica alrededor de los canales vasculares. Se incluye además la utilización de modelos micromecánicos de elementos finitos que tienen en cuenta la composición heterogénea tanto para el nivel del fibrilo de colágeno mineralizado (nivel nanoestructural) como para el nivel de lamela (nivel sub microestructural). El análisis del fallo para geometrías realistas se aplica tras comparar varios modelos que involucran por un lado el crecimiento de grietas mediante condiciones de contacto y por otro, degradación de las propiedades elásticas del material mediante subrutinas de usuario del código de elementos finitos, siendo este último el que mejores resultados presenta desde el punto de vista del coste computacional. De esta manera se presenta una alternativa interesante que permite evaluar la propagación del daño a nivel tridimensional, lo que con otros métodos como el X-FEM puede ser computacionalmente inabordable. Se aplican criterios de fallo utilizados para materiales compuestos en ingeniería estructural a las osteonas y los resultados se relacionan con los de los ensayos experimentales disponibles en la bibliografía, mostrando la relevancia de las tensiones de cortadura entre lamelas para la iniciación y propagación del daño. En un estudio bidimensional, también se muestra la participación importante en la fase de inicio de daño de las lagunas de osteocitos lo que es interesante desde un enfoque de mecanotransducción celular. / [CA] El teixit ossi cortical és l'encarregat de donar suport i estructura als vertebrats. Existeix per tant una necessitat de conèixer i analitzar mecànicament el seu comportament des dels diferents nivells jeràrquics que ho componen, sent major la complexitat i més escassos els estudis disponibles en la literatura com més xicoteta és l'escala estructural que s'analitza. Aquests estudis són rellevants per a comprendre, prevenir i solucionar problemes de salut importants que afecten a l'ésser humà. Des del punt de vista mecànic és interessant avaluar i aplicar eines numèriques ingenieriles per a l'anàlisi de materials més complexos com són els biològics, incrementant l'estat de l'art en diferents disciplines que poden ser aplicades en nombrosos camps com la ciència dels materials, la biomecànica, els mètodes numèrics o la medicina, entre altres. En aquesta Tesi s'analitza el comportament mecànic de l'os cortical a nivell microestructural, on es modela mitjançant el mètode dels elements finits la seua unitat bàsica, la osteona. Per a l'obtenció de les propietats elàstiques es considera en els models la microestructura composta per capes de col·làgen mineralitzat amb diferents orientacions, disposades de manera concèntrica al voltant dels canals vasculars. S'inclou a més la utilització de models micromecànics d'elements finits que tenen en compte la composició heterogènia tant per al nivell del fibril de col·làgen mineralitzat (nivell nanoestructural) com per al nivell de lamela (nivell submicroestructural). L'anàlisi de la fallada per a geometries realistes s'aplica després de comparar diversos models que involucren d'una banda el creixement de clavills mitjançant condicions de contacte i per un altre, degradació de les propietats elàstiques del material mitjançant subrutines d'usuari del codi d'elements finits, sent aquest últim el que millors resultats presenta des del punt de vista del cost computacional. D'aquesta manera es presenta una alternativa interessant que permet avaluar la propagació del dany a nivell tridimensional, la qual cosa amb altres mètodes com el X-FEM pot ser computacionalment inabordable. S'apliquen criteris de fallada utilitzats per a materials compostos en enginyeria estructural a les osteones i els resultats es relacionen amb els de els assajos experimentals disponibles en la bibliografia, mostrant la rellevància de les tensions de cisallament entre lameles per a la iniciació i propagació del dany. En un estudi bidimensional, també es mostra la participació important en la fase d'inici de dany de les llacunes d'osteòcits el que és interessant des d'un enfocament de mecanotransducción cel·lular. / Arango Villegas, C. (2016). Study of the mechanical behavior of cortical bone microstructure by the finite element method [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/67570