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Resistencia sísmica: modelo analiza las aleaciones con memoria de forma para su uso en estructuras resistentes a terremotos

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Resistencia sísmica: modelo analiza las aleaciones con memoria de forma para su uso en estructuras resistentes a terremotos

Mensaje por alan d el Vie Feb 10, 2012 7:51 am

ScienceDaily (9 de febrero de 2012) - los daños del terremoto reciente ha dejado al descubierto la vulnerabilidad de las estructuras existentes de movimiento fuerte. En el Instituto de Tecnología de Georgia, los investigadores están analizando las aleaciones con memoria de forma para su uso potencial en la construcción de estructuras sismorresistentes.



Investigadores de Georgia Tech utiliza una cámara térmica para registrar la variación de la temperatura superficial (parte superior) de una aleación con memoria de forma experimentando la carga y descarga. Al introducir esta información en su termo-mecánica del modelo, los investigadores fueron capaces de predecir con precisión las distribuciones de la temperatura interna y la tensión para el material, que está siendo investigado para su uso en la construcción de estructuras sismorresistentes. (Crédito: Reza Mirzaeifar)


"Aleaciones con memoria de forma poseen características singulares que le quieren para la construcción sismo-resistente y de diseño del puente y aplicaciones de modernización: tienen la capacidad para disipar la energía significativa sin una degradación significativa o deformación permanente", dijo Reginald Desroches, un profesor en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech.
Los investigadores de Georgia Tech han desarrollado un modelo que combina la termodinámica y ecuaciones de la mecánica para evaluar lo que sucede cuando las aleaciones con memoria de forma son sometidos a la carga con el movimiento fuerte. Los investigadores están utilizando el modelo para analizar cómo las aleaciones con memoria de forma en una variedad de componentes - los cables, barras, placas y resortes helicoidales - responder a las diferentes condiciones de carga. De esa información, se puede determinar las características óptimas del material para las aplicaciones del terremoto.
El modelo fue desarrollado por Desroches, la Escuela de Ingeniería Mecánica, el estudiante graduado Mirzaeifar Reza, Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental profesor asociado Arash Yavarí, y la Escuela de Ingeniería Mecánica y la Escuela de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Gall profesor Ken.
Un artículo que describe el modelo termo-mecánico fue publicado en línea 3 de febrero en el Diario Internacional de la No-lineales de Mecánica . Esta investigación fue apoyada por el programa de Investigación del Transporte de IDEA Junta.
Para mejorar el rendimiento de las estructuras durante los terremotos, los investigadores de todo el mundo han estado investigando el uso de materiales 'inteligentes', como las aleaciones con memoria de forma, que puede recuperarse después de sufrir grandes cargas. Los más comunes las aleaciones con memoria de forma están hechas de mezclas de metales que contienen cobre-zinc-aluminio-níquel, cobre-aluminio-níquel o titanio. Las aplicaciones potenciales de las aleaciones con memoria de forma en las estructuras de puentes y la construcción de incluir su uso en cojinetes, columnas y vigas, o elementos de conexión entre las vigas y columnas. Pero antes de esta clase de materiales se pueden utilizar, el efecto de cargas extremas y repetitivo sobre estos materiales debe ser examinado a fondo.
"Para los estándares materiales de ingeniería civil, puede utilizar la mecánica de ver la fuerza y ​​el desplazamiento para medir el estrés y la tensión, pero para esta clase de aleaciones con memoria de forma que cambia las propiedades cuando es sometido a carga y descarga, usted tiene que considerar la termodinámica y la mecánica, ", explicó el Yavarí.
El equipo de tecnología de Georgia encontró que la generación y absorción de calor durante la carga y descarga causado un gradiente de temperatura en aleaciones con memoria de forma, lo que causó una distribución de la tensión no uniforme en el material, incluso cuando la cepa era uniforme.
"Aleaciones con memoria de forma ya examinados en detalle los cables eran muy finas, que pueden intercambiar calor con el medio ambiente de forma rápida y sin cambio de temperatura se ve", dijo Mirzaeifar. "Cuando se empieza a examinar las aleaciones en componentes lo suficientemente grandes como para ser utilizado en aplicaciones de ingeniería civil, la temperatura interna ya no es uniforme y tiene que ser tenido en cuenta."
Para predecir la distribución de la temperatura interna de las aleaciones con memoria de forma en virtud de los ciclos de carga-descarga, que luego podrían ser utilizados para determinar la distribución de la tensión, los investigadores desarrollaron un modelo que utilizan las condiciones de la superficie térmicas extremas, diámetro y velocidad de carga de la aleación como entradas .
El equipo estaba integrado por las condiciones ambientales en el modelo, ya que las aleaciones con memoria de forma para aplicaciones sísmicas podría funcionar en una variedad de ambientes - como el agua si se utiliza en estructuras de puentes o de aire si se utiliza en la construcción de estructuras - que producen diferentes tasas de transferencia de calor . Los investigadores utilizaron una cámara térmica para registrar la variación de la temperatura superficial de las aleaciones con memoria de forma que sufren la carga y descarga.
Utilizando su modelo, los investigadores fueron capaces de predecir con precisión las distribuciones de la temperatura interna y el estrés para las aleaciones con memoria de forma. Los resultados del modelo se verificó con las pruebas experimentales. En una prueba, encontraron que una aleación con memoria de forma cargada a una velocidad muy lenta tenido tiempo para intercambiar el calor creado con el ambiente y exhibió tensión uniforme. Si se cargan muy rápidamente, no tienen tiempo suficiente para intercambiar el calor, dando lugar a una distribución de la tensión no uniforme.
"Nuestras soluciones de análisis son exactos, rápido y capaz de simular el acoplamiento complejo termo-mecánico de respuesta de las aleaciones con memoria de forma teniendo en cuenta los cambios de temperatura y la carga de dependencia de la tasa", dijo Mirzaeifar.
En el trabajo futuro, los investigadores planean estudiar las formas más complicadas y los efectos de la combinación de carga - tensión, flexión y torsión - para optimizar las aleaciones con memoria de forma para aplicaciones sísmicas.

fuente, sciencedaily.com

saludos

alan d
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