técnicas avanzadas de modelado y caracterización de ... · ejemplo: utilización del principio de...

Técnicas avanzadas de modelado y caracterización Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material aplicadas a plásticos técnicos

Foro tecnológico y empresarial: el plástico en el automóvil

Zaragoza, 30 de Septiembre de 2010Zaragoza, 30 de Septiembre de 2010

11Presentación del Instituto Tecnológico de Aragón:

Objetivos y actividad científico-tecnológica.Objetivos y actividad científico-tecnológica.

Objetivos del ITAObjetivos del ITA

La misión del ITA es promover la competitividad del tejido empresarial y apoyar el desarrollo de los sectores empresariales empresarial y apoyar el desarrollo de los sectores empresariales

mediante la generación, captación, adaptación, transferencia y difusión de tecnologías innovadoras dentro un marco de

colaboración con otros agentescolaboración con otros agentes

Sus funciones son:

• Ofrecer servicios de investigación y desarrollo tecnológico a • Ofrecer servicios de investigación y desarrollo tecnológico a

las empresas

• Proporcionar asesoramiento técnico y servicios tecnológicos • Proporcionar asesoramiento técnico y servicios tecnológicos

• Identificar y atender las necesidades de innovación de los sectores actuales y emergentes

• Colaborar en la actualización técnica del personal de las empresas y su especialización en nuevas tecnologías.

• Cooperar con otros Agentes del Sistema de Innovación.• Cooperar con otros Agentes del Sistema de Innovación.

• Promover la participación de las empresas en programas de

innovación tecnológica.

Indicadores

• Centro tecnológico fundado en 1985

• Instalaciones con una extensión de más de 15.000 m2

•• 213 personas

• Aprox. 1100 clientes / año

• Inversión media en equipamiento : 1.5 Meuro• Inversión media en equipamiento : 1.5 Meuro

• Presupuesto de explotación anual : 13 Meuro

Indicadores de personal

Cualificación del personal. Año 2009Evolución del Personal

160

180200220

Plantilla

Becarios

Cualificación del personal. Año 200952%

4060

80100120140160

20%8%

040

2005 2006 2007 2008 200920%

8%

Doctores Técnicos SuperioresTécnicos Medios Personal de soporte

Modelo de funcionamiento

ÁREAS DE CONOCIMIENTO

MaterialesMecatrónica y Nuevas

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA

I+D bajo contratoMecatrónica y Nuevas Tecnologías de DiseñoE-Logística: TIC’s aplicadas a logísticaTecnologías Multimedia y

I+D bajo contratoServicios Tecnológicos y Asistencia TécnicaPromoción de la I+D+i

Tecnologías Multimedia y Audiovisuales

Promoción de la I+D+iFormación y Difusión

SECTORIZACIÓNSECTORIZACIÓN

Maquinaria y bienes de equipoTransporte verticalTransporte verticalAutomoción y transporteTIC’s

MaterialesÁreas de conocimiento

Sub-línea 1A. Caracterización y modelización avanzada de comportamiento funcional,predicción de vida y análisis de fallo de materiales en condiciones de servicio

Materiales

predicción de vida y análisis de fallo de materiales en condiciones de servicio

Sub- línea 1B. Desarrollo de nuevos materiales multifuncionales Simulationmultifuncionales

Simulación

25-onda doble-pegado-ext-int-e1-video

Test

SimulationPP

0 1 2 3 4 5

25-onda doble-pegado-ext-int-e1-video

25-doble onda-pegado ext-int-e4-video

dispdisp..

Nuevas tecnologías de diseñoÁreas de conocimiento

Sub-línea 2A. Análisis y simulación de componentes y sistemas

Producto

Nuevas tecnologías de diseño

( )xfF r =

Neumática

Producto

2••

+= VCVC∆P Sl

8 0

1 0 0

1 2 0

1 4 0

1 6 0

Ou

tpu

t p

ress

ure

(b

ar)

S im u la tion

E xp e rim en ta l),( xPfC D ∆∆=

Integración

Neumática

Mecánica no lineal

+= VCVC∆P Sl

0

2 0

4 0

6 0

0 4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 6 0 0 2 0 0 0 2 4 0 0

In p u t fo rc e (N )

Ou

tpu

t p

ress

ure

(b

ar)

Integración

Comportamiento

FuncionalCortesía de TRW

Hidráulica

Sub-línea 2B. Seguridad Funcional Sub-línea 2C. Mecatrónica

Diseñosimulación y

Infrared thermography

simulación ycontrol

Semianechoic chamber

Prototipado del sistema

Prototipado rápidoSemianechoic chamber

6 D.O.F.

shaking table

Prototipado rápidode control

Áreas de conocimiento

e-LogísticaSub-línea 3A. Integración de sistemas

Sub-línea 3B. Procesos logísticos eficientesSimulación de plataforma logística

e-Logística

Sub-línea 3B. Procesos logísticos eficientes

Sub-línea 3C. Ingeniería del Software

Análisis de cadena de suministro

Simulación de planta de ensamblaje de vehículos

Previsión

Áreas de conocimiento

Tecnologías MultimediaSub-línea 4A. Plataformas, servicios y contenidos multimedia avanzados

Sub-línea 4B. Interfaces Multimedia Avanzados

Tecnologías Multimedia

Sub-línea 4B. Interfaces Multimedia Avanzados

GenesisX: next generation services Plataforma de TDT interactiva

Indexación de contenidos de contenidos de

audio

Quar2: Quality of Real-time Applications Quar2: Quality of Real-time Applications

Endto-End over Heterogeneous Domain

22Técnicas avanzadas de modelado y caracterización

de material aplicadas a plásticos técnicosde material aplicadas a plásticos técnicos

Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material

Análisis de proceso

Selección de materiales /Nuevos materiales

Pro

toti

po

s

Análisis de producto

Análisis de proceso

Validación

Pro

toti

po

s

DISEÑOINICIAL

PRODUCTO

Análisis de producto

REDISEÑO

Validación

I+D de desarrollo de producto

INICIAL FINALREDISEÑO

desarrollo y validación de modelos de simulación

I+D de desarrollo de producto

relaciones proceso-producto

caracterización en condiciones funcionales representativas

aceleración de ensayos

caracterización en condiciones funcionales representativas

desarrollo de materiales multifuncionalesdesarrollo de materiales multifuncionales

Análisis tensional (MEF)


Ejemplo: diseño de rodete para bomba de refrigeración

Desarrollo y validación de modelos de simulación

Análisis tensional (MEF)Ejemplo: diseño de rodete para bomba de refrigeración

Determinación de solicitaciones en los álabes (CFD)

CargasCargas

Validación

Cortesia de AIRTEX

Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material Relaciones proceso-producto

Ejemplo: Modelo de conformado térmico de tubería termoplástica

Doblado en frío

Ejemplo: Modelo de conformado térmico de tubería termoplástica

Calentamiento

Reversión

Calentamiento

Enfriamiento

La validación resulta clave tanto en lo referente al comportamiento y propiedades del material, como en cuanto a las condiciones funcionales o de proceso.

Cortesia de KongsbergAutomotive


Ejemplo: ensayos de durabilidad

Verificación experimental en condiciones funcionales representativas

Ensayo de fatiga mediante pulsos de presión en tubos de aceite

Ejemplo: ensayos de durabilidad

presión en tubos de aceite Ejemplo de verificación de la funcionalidad del sistema sometido a vibración

Configuración de ensayoConfiguración de ensayo

Configuración de ensayo y ciclo de carga

2.6

2.8

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

Pre

ssu

re (

bar

)

Pmax 1,8 bar

Pmax 2,6 bar

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Time (sec)

Pre

ssu

re (

bar

)

Time (sec)

Cortesia de MANN-HUMMEL Cortesia de CEFA

Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material Verificación experimental en condiciones funcionales representativas

Ejemplo: ensayos NVHEjemplo: ensayos NVH

Mesa de vibración multiaxial (MAST - Multi Axis Shaking Table) 6 DOF

Aplicaciones

• Ensayos de durabilidad

• Evaluación de ruido de squeak & • Evaluación de ruido de squeak & rattle

• Evaluación funcional y del comportamiento vibroacústicocomportamiento vibroacústico

• Simulación de transporte

• Evaluación de confort

Características

� Dimensiones mesa 1500x1700mm

� Carga máxima 450Kg

� Carreras máximas 150mm

Características

� Carreras máximas 150mm

� Aceleración máxima 6g en vertical y 3g en horizontal

� Máxima frecuencia 80Hz

Aceleración de ensayos

Ejemplo: utilización de la termografía para acortar la caracterización de la vida a fatiga


Ejemplo: utilización de la termografía para acortar la caracterización de la vida a fatiga

Características de la técnica:

• Determinación del limite de vida a fatiga a partir • Determinación del limite de vida a fatiga a partir del análisis gráfico de la curva ∆T vs. Carga

monitorizada mediante mapas térmicos durante un aumento secuencial de la carga sinusoidal

Ventajas sobre los métodos tradicionales:

• Número mínimo de especímenes: 1 ó 2

• Número total de ciclos muy pequeño, incluso • Número total de ciclos muy pequeño, incluso por debajo de 50.000.

• Reducción muy significativa del coste respecto a una caracterización convencional

(ahorro aprox. del 75%)(ahorro aprox. del 75%)

Aplicación en acero estructuralAplicación en termoplástico reforzado

Aceleración de ensayosEjemplo: utilización del principio de superposición tiempo-temperatura para crear curvas


maestras de fluencia (creep) Curvas de creep a diferentes temperaturas

Ensayos en DMA

Modo: Flexión 3 puntosModo: Flexión 3 puntos

Estimación a partir de Estimación a partir de

ensayos de corta duración

(~1/2 hora) de la evolución de

la rigidez de los materiales

bajo cargas constantes en bajo cargas constantes en

períodos de tiempo de años

Aceleración de ensayosEjemplo: utilización del principio de superposición tiempo-temperatura para crear curvas


maestras del módulo dinámico en gomasEnsayos en DMA

Modo: Cizalla

Identificación Tg

del material

Ensayos en MUEConstrucción de curvas maestras

Ensayos en MUE

Modo: Tracción y

compresión uniaxial

Construcción de curvas maestras

de G*, G’ y G’’ a la temperatura de

estudio mediante WLF.

Ajuste y validación del modelo de material capaz de reproducir Prototipo virtual del componente real fabricado en simulación MEF la respuesta tensión-deformación obtenida

experimentalmente

Prototipo virtual del componente real fabricado

en el mismo material Casquillo

Correlación MEF-exp de ensayo de compresión a diferentes velocidades de deformación y temperaturas

Silent-block

Cortesia de Caucho Metal Productos

Desarrollo de materiales multifuncionales

Ejemplo: Desarrollo de TPE reforzados con nanotubos para conseguir



materiales piezo-resistivos bajo grandes deformaciones

+

10 10-5

G' melt-mixed

melt-mixed 2.9 wt%8

10-8

10-7

10-6

G' melt-mixed

σ

Procesado por extrusión 4

6

10-11

10-10

10-9

0.3

% ε (

MP

a)

σ' 1

Hz (

S/c

m)

Procesado por extrusión

2

4

10-13

10-12

10-11

G' 0

.3%

σ

�

0 1 2 3 40 10

-15

10-14

wt % MWCNT

� Nanocomposites con mejora módulo elástico hasta 380% (3.6 % CNTs) y prop.

Eléctricas (7 ord. magnit.), con umbral de percolación aprox. en 3% CNTs) 19

Proyecto nanoTPE. Coordinado con ICB-CSIC y financiado por el MICINN

Desarrollo de materiales multifuncionales



2.4

2.6 104

2.010

4


materiales piezo-resistivos bajo grandes deformaciones

Acomplamiento de video-extensometro

1.8

2.0

2.2

2.4∆R

1.4

1.6

1.8

∆Rvideo-extensometro y contactores

1.0

1.2

1.4

1.6

σ (

MP

a)

103 ∆

R

σ

0.8

1.0

1.2

1.4

σ (

MP

a)

103 ∆

R

σ

0.4

0.6

0.8

1.0

Kraton G1652+5wt NC7000

ε: 1,25%

ε: 2,75%σ

0.2

0.4

0.6

0.8

Kraton G1652+5wt NC7000 ε=1,25%

Repetición 1

Repetición 2

Repetición 3

σ

0 100 200 300 400 500 6000.0

0.2ε: 2,75%

Time (s)

102

0 100 200 300 400 500 6000.0

0.2 Repetición 3

Kraton G1652 puro

Time (s)

102

Time (s)

Ensayo de relajación bajo deformación constante

� Variaciones de resistencia relacionadas con deformaciones en la red de CNTs

Time (s)

deformaciones en la red de CNTs

� Cambio de la resistividad eléctrica en función de la deformación pero desacoplado de la tensión por el

comportamiento viscoelástico de la matrizcomportamiento viscoelástico de la matriz

� Muy buena reproducibilidad

Proyecto nanoTPE. Coordinado con ICB-CSIC y financiado por el MICINN

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