El objetivo general de presente trabajo de título es modelar por medio de lógica difusa el comportamiento de barras de CuZnAl ensayadas a tracción dinámica, usando sistemas de inferencia difusa, basados en redes adaptables, implementado dentro de las herramientas de MATLAB. Para alcanzar el objetivo planteado se trabajó con dos set de datos distintos, los cuales fueron obtenidos de ensayos dinámicos a tracción realizados a dos tipos distintos de barras (laminadas y extruidas). Las barras provienen de la misma colada pero el proceso de preparación de las probetas fue distinto. Los ensayos se realizaron variando distintos parámetros que influyen en el comportamiento dinámico de las barras. Para el caso de las barras laminadas se varió la deformación máxima, diámetro de la probeta y la frecuencia de ensayo. En el caso de las barras extruidas, los parámetros que se variaron fueron: La temperatura ambiente, frecuencia de ensayo y el número de ciclos. Estos dos tipos de barras se comportaron de manera distintas en los ensayos de laboratorio, por lo que se plantearon dos modelos difusos distintos. Como son muchas las variables que influyen en un modelo difuso, se realizó un análisis de sensibilidad en donde se determinó la influencia que tienen algunas variables en la obtención de un buen modelo difuso. Identificadas las variables y parámetros que más influyen y que determinan un buen modelo difuso se pudo obtener un modelo para cada tipo de barra. El principal resultado del análisis de sensibilidad fue que la frecuencia de ensayo no influyó en la realización de un buen modelo difuso, es importante considerar datos de chequeo que sean representativos del fenómeno que se está estudiando, una buena medida es considerar datos intermedios de los datos de entrenamiento. Finalmente, la principal conclusión del trabajo de título es que para generar un buen modelo difuso que represente el comportamiento de algún fenómeno, es necesario contar con una importante cantidad de datos y que estos deben ser representativos del fenómeno estudiado. Además, la mejor forma de generar un buen modelo es únicamente con muchos ensayos de prueba y error.

No description available.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El efecto de superelasticidad y memoria de forma presentada por las aleaciones con memoria de forma está relacionado con una transformación martensítica inducida por esfuerzo. Por otro parte, la aleación utilizada Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be policristalina (producida por Trefimetaux, Francia), la cual presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente, se ha observado que tal comportamiento se extiende hasta aproximadamente 3-4% de elongación, para deformaciones mayores, en el llamado rango post-superelástico (RPSE) se tiene, al retirar la carga, martensita retenida y deformaciones permanentes. El objetivo general de esta tesis es estudiar el mecanismo microestructural que controla el amortiguamiento interno en el rango post-superelástico de esta aleación, sometida a tracción cíclica a temperatura ambiente. Se emplearon unas muestras cilíndricas de 3,5 mm de diámetro y probetas planas de 3 mm de espesor. Con estas se realizaron ensayos de tracción (carga-descarga), hasta distintas deformaciones (ε_i^m= 0 - 13,9 %) a temperatura ambiente y a dos velocidades de deformación de 2,5 mm/min y 10 mm/min. Para las cilíndricas durante los ensayos se midió la temperatura superficial de las probetas, Tp. Se determinaron curvas esfuerzo-deformación σ-ε y temperatura-deformación Tp-ε para un único ciclo de carga-descarga por probeta. Mientras que paras las planas durante los ensayos se tomaron micrografías in-situ. A muestras deformadas se les aplicó metalografía óptica. En las curvas σ-ε se observaron los habituales rangos para estas aleaciones: elástico, superelástico, y post-superelástico. De esas curvas, se determinaron los siguientes valores de propiedades, valores que en general son concordantes con resultados previos: módulo de Young E= 80,4 GPa, esfuerzo de transformación σ_T = 258 MPa, y esfuerzo de fractura σ_UTS= 858 MPa para una elongación de 13,9%, aproximadamente. Se estableció que la deformación asociada al inicio del RPSE corresponde a ε_LSE= 4,16%, aproximadamente a 440 [MPa]. El análisis metalográfico reveló que las probetas deformadas en el RPSE presentaron martensita retenida en una matriz de austenita. Así, al aumentar la deformación impuesta, se verificó que, después de descargar, la fracción en volumen de la austenita (fvA) es decreciente y la de martensita retenida (fvM) es creciente. La nanoindentación reflejó que la martensita tiene un módulo elástico y dureza inferiores a los de la austenita, lo que se traduce en un comportamiento más dúctil que ésta última, lo que sirve para explicar varios fenómenos observados en la fractura. También se observó que el amortiguamiento interno aumenta con la ε_i^m en el RPSE, hasta llegar a un máximo a mediados de este rango. Esto se puede explicar porque, a mayor ε_i^m habrá más martensita y menos austenita, lo que reflejaría una gran influencia en el amortiguamiento interno, dada por la recuperación desde martensita reversible a austenita. Sin embargo, gracias a las observaciones in-situ en muestras cargadas con esfuerzos fue posible observar que siempre se mantiene un 30% de martensita reversible, lo que explicaría la existencia de amortiguamiento interno hasta niveles de 14% de deformación.

[pt] Motivado por aplicações na àrea de materiais e estruturas inteligentes, este trabalho apresenta resultados de um estudo sobre a resposta dinâmica de sistemas mecânicos contendo elementos com memória de forma Inicialmente é realizada uma revisão crítica de algumas teorias formenológicas que procuram descrever os efeitos de memória de forma e pseudoelasticidade associados a transformações martensíticas tamoelásticas. Duas destas teorias são utilizadas na modelagem de uma mola helicoidal. O comportamento dinâmico de um oscilador com memória de forma é investigado. Verifica-se que o sistema pode responder caoticamente sob determinadas condições. É também apresentado um método, baseado na técnica dos Elementos Finitos, para a análise estática e dinâmica não-linear de estruturas reticuladas com memória de forma. Resultados de simulações numéricas ilustram a complexidade do comportamento destas estruturas. / [en] Motivated by recent developments in the field of intelligent structures and materials, the present work reports results from an investigation on the dynamical behavior of mechanical systems containing elements with shape memory. Initially, three phenomenologieal theories that attempt to describe shape memory and pseudoelastic effects in metallic alloys that undergo thermoelastic martensitic transfomations are reviewed. Two of these theories are used to model and helical spring. The dynamic response of an oscillator with shape memory spring is investigated. It is shown tlm the system may behave chaotically under certain conditions. A method based on the Finite Element techinique, which can be applied to model the non-linear static and dynamic behavior of adaptive trusses with shape memory elements is also presented. Results of numerical simulations illustrate the complex behavior of these structures.

Se ha observado que frente a eventos sísmicos de magnitud considerable, las uniones vigacolumna en estructuras de acero pueden presentar fallas, debido a fracturas en la soldadura o deformación plástica de la unión. Esto genera la posibilidad de estudiar sistemas de disipación de energía en las conexiones viga columna. Una alternativa es la incorporación de disipadores en base a SMA (Shape Memory Alloys). Este estudio es de carácter teórico-experimental, donde se describe el comportamiento de un modelo a escala reducida de una estructura de acero de un piso, en cuyas conexiones vigacolumna se usan barras SMA. Previo a la ejecución de ensayos, se modeló la estructura y las acciones en ella, utilizando un programa de análisis no lineal, para tener una estimación en el orden de magnitud de la respuesta del modelo experimental. Las conexiones viga-columna están formadas por 4 barras SMA, y el marco se sometió a ensayos tipo pull-back y registros sinusoidales y de sismos reales en una mesa vibradora de un grado de libertad. Se usan dos tipos de barras: de Nitinol de 2,5 mm de diámetro y de CuAlBe de 3,3 mm de diámetro. Ambos materiales se encuentran en fase austenita a temperatura ambiente y han sido caracterizados con anterioridad en ensayos cíclicos de tracción. La instrumentación incluye acelerógrafos a nivel de losa y de techo, un potenciómetro para medir desplazamiento de techo, y celdas de carga y potenciómetros para medir fuerzas y deformaciones en las barras SMA de cada conexión. A partir de los ensayos tipo pullback se obtiene el período fundamental y el amortiguamiento por decremento logarítmico, resultando 0.52 [seg] y un 2.3% para el marco con barras de Nitinol y 0.47 [seg] y 1.4% para el marco con barras de CuAlBe. Al aplicar el registro de Llolleo N10E escalado en un 25% y 50% al marco con conexiones de Nitinol, se observa reducciones en la aceleración del techo, comparada con la aceleración espectral, del orden del 24% para el registro escalado a un 25% y del 49% para el registro escalado a un 50%. Para el marco con conexiones de CuAlBe, la reducción de la aceleración es de un 14% para el registro de Llolleo escalado en un 25%.

Se ha visto que después de ocurrido algunos eventos sísmicos, las uniones viga columna soldadas fallan, debido a fracturas en la soldadura ó a la deformación plástica de la unión. Surge así la posibilidad de examinar una alternativa a las uniones comunes viga columna, usando elementos disipadores en base a SMA. Este estudio es de carácter teórico y tiene por meta reproducir los ensayos experimentales hechos por J.R. Sepúlveda en 2006. Estos ensayos involucraron una conexión viga columna de acero con 4 barras SMA de CuAlBe de 3 [mm] de diámetro y 182 [mm] de largo útil trabajando como disipadores de energía. Se impusieron giros a la conexión, según el protocolo del SAC del 97, a frecuencias de 0.25 [Hz] y 1 [Hz]. Para el desarrollo de este trabajo se determinó en un comienzo que sólo se utilizará el programa ANSYS, teniendo presente todas las limitaciones que esto conlleva. Con el programa de elementos finitos ANSYS, se calibró un modelo que reprodujo el ensayo de una barra y luego se usó la geometría de la conexión, se le impusieron las mismas solicitaciones para verificar el comportamiento de las barras y de la conexión en general. El modelo de la conexión se comportó de manera similar a la conexión ensayada. De la comparación de los resultados se concluye que lo que produjo las mayores diferencias es la modelación de la curva tensión-deformación del material SMA. La comparación teórica de la misma conexión con barras de acero muestra que la deformación remanente debida a la fluencia de las barras, hace que la viga tenga una resistencia al corte casi nula, lo que induce el colapso de la estructura. Aunque en el caso del acero la disipación de energía de la conexión es mayor, la solución de ocupar un material superelástico se recomienda por la ausencia de deformaciones remanentes.

Existe una familia de aleaciones que presentan un comportamiento llamado Memoria de Forma, las cuales después de una deformación plástica, recuperan su forma original. La recuperación se da tras un tratamiento térmico calentando el material produciéndose el Efecto de memoria de forma o EMF o al retirar la carga que produce la deformación al material dentro de un rango de temperatura, fenómeno llamado generalmente súper elasticidad o SE. Ambos tipos de recuperación de la forma tienen origen en la Transformación Martensítica, un cambio de fase que ocurre por efectos de la temperatura o la deformación. La aleación Cu-11,8 %p. Al-0,5 %p. Be presenta el comportamiento de memoria de forma mencionado anteriormente, es por esto que el estudio de esta aleación es interesante debido al amplio campo probable de aplicaciones. El objetivo de esta memoria es estu- diar el efecto de distintos niveles de deformación impuesta por compresión a distintas temperaturas, en el rango superelástico y post-superelástico, y de tratamiento térmicos postdeformación, sobre la microestructura de una aleación superelástica Cu-11,8 %p.Al-0,5 %p.Be. Así, se realizaron ensayos de compresión hasta diferentes valores de deformación (10 valores diferentes) a distintas temper- aturas (5, 20, y 50◦C) y aplicaron tratamientos térmicos a algunas de las probetas deformadas, para evaluar la recuperación en longitud por estos tratamientos. Se analizó por DSC probetas altamente deformadas (15 %), para avanzar en el estudio e interpretación de peaks de transformación encon- trados fuera de las zonas típicas en recientes ensayos de tracción de alta deformación. Además se analizó por microscopia óptica probetas altamente deformadas (12 %), y se determinó la fracción y comportamiento de fases en función de la temperatura del ensayo de compresión. Finalmente se re- alizó un análisis fractográfico utilizando un microscopio óptico estereoscópico. Una vez realizados los ensayos y análisis, se logró concluir una dependencia de la temperatura del ensayo de compre- sión en el comportamiento mecánico y microestructural. Se determinó que el nivel de deformación post-descarga es mayor en los casos que la temperatura del ensayo es menor. Asimismo la concentración de martensita retenida, tiende a aumentar con el aumento de la temperatura del ensayo, debido al aumento de la concentración de dislocaciones a menores temperaturas de deformación. Se determinó que para grandes deformaciones la acumulación de dislocaciones produce que la energía necesaria para lograr la transformación de martensita a austenita aumente considerablemente, además de impedir la transformación de ambas fases a las temperaturas típicas de transformación.

No description available.

En este trabajo se ensayó un marco de acero de escala reducida de dimensiones 1,5mx1,5mx0,8m, con el objetivo de verificar la capacidad que tienen barras de NiTiNOL (aleación de Niquel y Titanio), para disipar energía sísmica. Las barras de NiTiNOL de 48cm de longitud y 2,46mm de diámetro se incluyen como parte del sistema de arriostramientos, en el centro del vano principal de la estructura, la cual se ensaya en la mesa vibradora del Laboratorio de Dinámica de Estructuras del Departamento de Ingeniería Civil, aplicando señales sinusoidales y registros sísmicos reales escalados. Como instrumentación se utilizan acelerómetros, celdas de carga y potenciómetros, con los cuales se obtienen aceleraciones a nivel de losa y sobre el marco, esfuerzo y deformación en barras y desplazamientos laterales del marco. La estructura sin arriostrar tiene un amortiguamiento de 1,55% y periodo de 0,44s. Al incorporar las diagonales el amortiguamiento aumenta a 2,5% y el periodo baja a 0,15s y 0,16s, dependiendo de la pretensión de las barras. Los desplazamientos y aceleraciones en el techo de la estructura se reducen con respecto al caso de la estructura sin diagonales cuando se aplica el registro de Llolleo en su componente N10E reducido al 50%. Con la utilización de diagonales en estructuras reales es posible disminuir la magnitud de los desplazamientos frente a solicitaciones sísmicas. Además, si éstas incorporan materiales SMA (Shape Memory Alloys), se pueden controlar las aceleraciones en la estructura. Los periodos obtenidos de manera experimental verifican analíticamente, al igual que la respuesta ante el registro sísmico escalado al 50%.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / En esta investigación se estudia experimental y analíticamente el comportamiento de placas tipo ADAS, fabricadas de una aleación en base a cobre, frente a desplazamientos perpendiculares a su plano. Estas placas son usadas en dispositivos de disipación de energía sísmica en estructuras civiles. La composición nominal de la aleación es 75.35%p.Cu - 16.90%p.Zn - 7.71%p.Al y corresponde a una de las llamadas Aleaciones con Memoria de Forma (SMA). Se fundieron dos aleaciones (Aleación A y Aleación B), las cuales se forjaron y mecanizaron dejando probetas para ensayar en tracción y placas tipo ADAS. Ambas aleaciones poseen composiciones sólo cercanas a la nominal, pues es difícil controlar la rápida evaporación del Zinc. El tratamiento térmico óptimo para obtener fase austenita o martensita sin aumento excesivo del tamaño de grano en las placas ADAS consistió en el calentamiento del material a 850°C durante 15 minutos para luego enfriarlo en agua a temperatura ambiente; sin embargo, el mismo tratamiento produjo mayor tamaño de grano en las probetas de tracción. En ambas aleaciones se encontró fase martensita a temperatura ambiente, con temperaturas de transformación Mf y Af de 270 y 400°C, respectivamente. Se realizaron ensayos a tracción y ensayos a flexión. En los ensayos a tracción a las probetas, se impusieron ciclos de deformación en tracción pura (evitando compresión) hasta alrededor del 4.0%. Las curvas tensión-deformación obtenidas son características de materiales SMA en fase martensítica. El Módulo de Young es alrededor de 50 [GPa] para la Aleación A y 55 [GPA] para la Aleación B, mientras que la tensión inicial del proceso de demaclado es alrededor de 190 [MPa] y 265 [MPa], respectivamente. En los ensayos a flexión a las placas ADAS, se usaron desplazamientos cíclicos de amplitud creciente entre 0.5 [mm] y 40 [mm], obteniendo ciclos histeréticos estables. A partir de éstos, se calculó la Fuerza Máxima, la Rigidez Secante, la Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Viscoso Equivalente. Al aumentar el desplazamiento, la Rigidez Secante disminuye asintóticamente hasta valores de alrededor un 40% del valor inicial. Por otro lado, la Fuerza Máxima, la Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Equivalente aumentan, llegando esta última a valores entre 10% y 15% en todos los casos. La curvatura a lo largo de cada placa ADAS se midió usando strain gauges en las fibras extremas, en 3 posiciones diferentes, resultando, para pequeñas deformaciones, curvaturas constantes tal como lo predice la teoría elástica. Finalmente se observó, con un microscopio óptico de bajo aumento, el tipo de fractura de probetas y placas ADAS, siendo éste intergranular en ambos casos. A partir de los datos obtenidos de los ensayos a tracción, se ajustó un modelo de ley constitutiva multilineal, que se incorporó a un modelo computacional de elementos finitos y fibras para predecir el comportamiento flexural de placas tipo ADAS. El modelo predice de buena forma tanto la Fuerza Máxima como la Rigidez Secante de los ciclos, con errores menores al 7.1% y 7.3%, respectivamente. La Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Equivalente son sobreestimadas por el modelo para desplazamientos más allá de la fluencia, debido principalmente a la diferencia de rigidez al descargar el material supuesta por la ley constitutiva respecto del resultado experimental. Finalmente, la Rigidez Elástica y la Fuerza de Fluencia calculadas a partir de los ensayos son correctamente predichas por el modelo con errores máximos del 12.5%$ y 22.7%, respectivamente, mientras que las fórmulas teóricas deducidas para placas ADAS estiman tales parámetros con errores máximos del 13.4% y 27.8%.