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 2010
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)
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
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
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
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
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
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
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
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
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
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
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
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
Ejemplo: Desarrollo de TPE reforzados con nanotubos para conseguir
Técnicas avanzadas de modelado y caracterización de material
2.4
2.6 104
2.010
4
Ejemplo: Desarrollo de TPE reforzados con nanotubos para conseguir
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
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
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