MECOM2022
Marcelo Savi es doctor en Ingeniería Mecánica y Profesor Titular de la Universidad Federal de Rio de Janeiro (COPPE – Departamento de Ingeniería Mecánica), donde desarrolla sus actividades de investigación y docencia, siendo el Director del Centro de Mecánica No Lineal. Ha publicado más de 450 artículos en revistas y congresos.
Marcelo savi
Dinámica caótica no lineal de sistemas inteligentes
La bioinspiración es un paradigma que extrae principios de diseño a partir de sistemas biológicos y naturales. En base a esto, es posible crear sistemas y estructuras con comportamiento adaptativo de acuerdo a su entorno. Los materiales inteligentes tienen una importancia esencial en esta idea, ya que pueden emplearse como sensores y actuadores que definen las características notables del sistema. Además de ello, los ritmos naturales están inspirando nuevas situaciones y, por tanto, la investigación de la dinámica no lineal, el caos y el control está estableciendo nuevos paradigmas de diseño. El uso de sistemas inteligentes bioinspirados está evolucionando en la actualidad hacia sistemas de origami basados en el antiguo arte japonés del plegado de papel. La idea principal del origami es crear una estructura tridimensional a partir de una fuente plana. Se han explorado sistemas de origami complejos para producir estructuras plegables y adaptables que se pueden aplicar en varias áreas del conocimiento humano. Esta presentación trata sobre una descripción general de la mecánica no lineal de sistemas y estructuras inteligentes bioinspirados. La rica y compleja respuesta dinámica de este tipo de sistemas es motivo de especial atención. Sistemas de aleación con memoria de forma, sistemas de origami, recolección de energía mecánica, el caos y el control del caos son algunos ítems que se presentan con el objeto de dar una idea general del tema.
Tim Colonius es Frank and Ora Lee Marble Professor of Mechanical Engineering; Cecil and Sally Drinkward Leadership Chair, Department of Mechanical and Civil Engineering; Executive Officer for Mechanical and Civil Engineering en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), Pasadena, California, USA. El prof. Colonius se doctoró en Stanford en 1994 y ha sido profesor en Caltech desde entonces.
Su trabajo se centra en el estudio teórico-computacional de flujos multiescala. Tim ha desarrollado modelos de orden reducido y descomposición modal para predecir flujos de fluidos y ha publicado diversos trabajos sobre flujos compresibles multifásicos, aeroacústica, control de flujos, inestabilidades, flow energy harvesting, ondas de choque, etc.
Tim colonius
UN ENFOQUE ADAPTABLE, ESCALABLE Y ROBUSTO PARA EL CÁLCULO DE FLUJOS EXTERNOS A TRAVÉS DEL MÉTODO DE LÍMITE INMERSO
El método de borde sumergido (IB) permite el cálculo de flujos en una amplia gama de geometrías complejas con un mallado mucho más fácil en comparación con la discretización tradicional ajustada al cuerpo, particularmente para cuerpos en movimiento/deformación. Retener una malla cartesiana subyacente también es muy favorable para desarrollar algoritmos robustos (conservadores, estables), eficientes y escalables que pueden preservar muchas de las simetrías e invariantes importantes de las ecuaciones de movimiento del continuo.
Por otro lado, una reticulado con resolución fija es ineficiente para resolver características de múltiples escalas, como capas límite delgadas. Describimos los esfuerzos recientes para equipar un método IB con dos características que alivian estas limitaciones mientras mantienen los beneficios de la malla cartesiana. Estos son el uso de un solucionador de función de Green de red (implementado con un método multipolar rápido escalable y de complejidad lineal) y el refinamiento de malla adaptativa por bloques. Destacamos las capacidades del solucionador mediante el cálculo de flujos sobre cuerpos aerodinámicos y bluff en un número de Reynolds alto.
Alper Erturk es Profesor Woodruff en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff en el Instituto de Tecnología de Georgia, Atlanta, Georgia, EE. UU. Obtuvo su doctorado en Virginia Tech en 2009 y ha sido profesor en Georgia Tech desde 2011.
Los intereses de investigación teóricos y experimentales del Dr. Erturk se centran en el estudio de estructuras inteligentes y sistemas dinámicos para abordar problemas de investigación de vanguardia, incluida la generación de electricidad de baja potencia a través de la recolección de energía (por ejemplo, de vibraciones, ondas elásticas/acústicas, flujo de aire/agua , etc.), actuación no lineal bioinspirada y generación de empuje hidrodinámico utilizando materiales piezoeléctricos flexibles, atenuación de vibraciones en estructuras lineales/no lineales flexibles a través de metamateriales pasivos y activos, transferencia de energía acústica inalámbrica (ultrasonido), guía de ondas elásticas/acústicas basadas en cristales fonónicos , explotando la polarización inducida por el gradiente de deformación y los efectos de tamaño en dieléctricos elásticos, entre otros. La investigación más reciente en el Laboratorio de Estructuras Inteligentes y Sistemas Dinámicos (SSDSL) del Dr. Erturk también involucra el aprovechamiento de los comportamientos acústicos y de vibración en sistemas biomecánicos (por ejemplo, cráneo-cerebro como un sistema dinámico).
Alper Erturk
Aprovechamiento de los fenómenos de ondas y vibraciones: desde la recolección de energía y la robótica bioinspirada hasta metamateriales y ultrasonido transcraneal
Esta charla expondrá nuestros recientes trabajos en vibraciones y los fenómenos de ondas elásticas/acústicas en campos emergentes y a través de disciplinas para diversas aplicaciones. La primera parte discutirá ejemplos de la recolección de energía de vibración para pequeños componentes electrónicos mediante el uso de transducción piezoeléctrica en conjunción con conceptos de dinámica no lineal e interacción fluido-estructura. Los escenarios multifuncionales también se presentarán, como por ejemplo combinar la recolección de energía y la actuación bioinspirada en la misma plataforma robótica, así como la recolección de energía y la atenuación de vibraciones basada en metamateriales. En la segunda parte, el primer enfoque se centrará en la manipulación basada en cristales fonónicos de ondas elásticas 2D y acústicas 3D.
Específicamente, el enfoque de ondas de sonido en el aire y el enfoque de ondas ultrasónicas bajo el agua utilizando impresoras 3D. Los cristales fonónicos con microestructura personalizada se presentarán para aplicaciones que incluyen recolección de energía inalámbrica. Luego, se abordará la transferencia de energía/datos ultrasónicos a componentes inalámbricos en gabinetes metálicos junto con el uso de cristales fonónicos para la minimización de la diafonía a través de la formación de banda prohibida entre canales piezoeléctricos. También se darán ejemplos sobre metamateriales piezoeléctricos programables con circuitos de impedancia sintética. Finalmente, se estudiará el aprovechamiento de vibraciones y ondas guiadas en el cráneo humano discutiendo brevemente aplicaciones para propósitos que van desde el modelado de alta fidelidad y la identificación de parámetros a través de vibroacústica hasta experimentos para investigar el papel y el uso potencial de las ondas guiadas en la ecografía craneal/transcraneal.
Marian Wiercigroch es Ingeniero Mecánico por la Universidad Politécnica de Silesia (Polonia), y Doctor en Ingeniería por la Universidad de Aberdeen (Escocia). Es titular de la cátedra Sixth Century Chair en Dinámica Aplicada de la Universidad de Aberdeen. Es fundador y director del Centre for Applied Dynamics Research y ha sido Director de Internacionalización de la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad de Abeerden y del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Aberdeen.
Su área de investigación es la dinámica de sistemas mecánicos aplicada a problemas de ingeniería, como perforaciones petrolíferas, procesos de mecanizado, equipos rotantes, acústica submarina, fatiga de materiales, energías renovables, energy harvesting y control de estructuras inteligentes. Ha publicado más de 300 artículos científicos y es autor de 8 patentes, incluida la revolucionaria tecnología de perforación Resonance Enhanced Drilling. Es miembro de ocho comités editoriales de revistas internacionales, y editor en jefe de la revista International Journal of Mechanical Sciences. Ha recibido múltiples premios y distinciones, incluyendo un Doctorado Honoris-Causa de la Universidad Politécnica de Lodz.
prof. marian wiercigroch
Modelos de Baja Dimensión Calibrados en Dinámica No Suave
Descubrir comportamientos complejos en sistemas dinámicos a menudo se basa en un análisis en profundidad mediante modelos robustos de baja dimensión, que pueden usarse de manera efectiva para estudios computacionales paramétricos. La forma más efectiva de obtener nuevos conocimientos es calibrar estos modelos de baja dimensión con experimentos de alta fidelidad.
En esta charla, presentaré los avances recientes en el campo de la dinámica no lineal con un enfoque especial en los sistemas dinámicos no suaves, que es el área más nueva y en gran desarrollo, con nuevos fenómenos como las bifurcaciones grazing y un amplio conjunto de aplicaciones en la ciencia e ingeniería.
En la primera parte, definiré la no linealidad y la dinámica no lineal. Específicamente me enfocaré en una clase llamada sistemas dinámicos no suaves. Luego mostraré cómo tales problemas pueden ser modelados y analizados efectivamente por sistemas dinámicos de baja dimensión. La complejidad genérica de la dinámica no-suave se demostrará mediante un oscilador de impacto elástico, un modelo arquetípico para modelar la perforación de impacto vibratorio de alta frecuencia.
La segunda parte estará dedicada a lo que podríamos llamar Dinámica No Lineal para el Diseño en Ingeniería, donde presentaré los resultados de mis proyectos recientes, en los cuales se han utilizado interacciones dinámicas no lineales para mejorar el rendimiento de sistemas y estructuras reales. Pondré un énfasis especial en uno de los grandes proyectos de la industria energética, donde hemos desarrollado una revolucionaria tecnología de perforación de fondo de pozo probada en nuestros exclusivos laboratorios de perforación. Argumentaré que esto no sería posible sin modelos calibrados de baja dimensión.
Elbio Palma es Profesor Titular del Departamento de Física de la Universidad Nacional del Sur e Investigador Principal del CONICET en el Instituto Argentino de Oceanografía.
En los últimos 25 años ha dictado cursos de grado y posgrado sobre Mecánica del Continuo, Dinámica de Fluidos Geofísicos, Modelado Numérico, Oceanografía Física y Física de la Tierra.
Su trabajo de investigación se centra en la teoría y modelado computacional del océano y su relación con el clima y la productividad biológica con particular énfasis en la circulación del Océano Atlántico Sudoccidental y su plataforma continental.Sus temas de interés van de la circulación de gran escala a la costera, incluyendo dinámica de frentes, dinámica de descargas de agua de baja salinidad y modelos de conectividad biológica entre otros
prof. elbio palma
modelado numérico oceánico
El océano juega un papel central en la regulación del clima sobre la Tierra y es también un gran proveedor de recursos naturales. Comprender sus patrones de circulación, los procesos físicos involucrados y su relación con el resto de los componentes del sistema climático es de gran importancia para enfrentar problemas asociados al cambio climático y a posibles alteraciones futuras en los ecosistemas marinos.
Dadas las características físico-matemáticas del problema se hace imprescindible el empleo de modelos numéricos. Las limitaciones inherentes a las metodologías científicas alternativas más tradicionales de realizar mediciones in-situ o desarrollar teorías analíticas para sistemas dinámicos altamente no-lineales, sumado al incremento sostenido de la capacidad de cómputo han acelerado el crecimiento de esta disciplina en las últimas décadas.
En esta presentación introduciré algunos aspectos del modelado numérico oceánico y mostraré aplicaciones de estos modelos para estudiar aspectos dinámicos y físico-biológicos de la circulación oceánica con énfasis en el Atlántico Sur y la Plataforma Continental del Atlántico Sudoeste, uno de los ecosistemas marinos más productivos del océano global. Entre los ejemplos a considerar incluiré la dinámica y variabilidad de corrientes de plataforma y de borde de talud, surgencia generalizada y productividad biológica, e intercambios entre la plataforma y el océano profundo.
Ricardo Lebensohn (Doctor en Física, Universidad Nacional de Rosario (UNR), Argentina, 1993) se desempeña desde 2003 como investigador de la División Teórica (Grupo de Dinámica de Fluidos y Mecánica de Sólidos) del Laboratorio Nacional de Los Alamos (New Mexico, USA). Previamente ha sido profesor e investigador de la UNR. Ricardo es un experto en la relación entre microestructura y propiedades mecánicas de materiales policristalinos usando modelos de plasticidad cristalina. Sus contribuciones incluyen el modelo viscoplástico autoconsistente (VPSC), una herramienta de simulación basada en homogeneización para la predicción de la respuesta mecánica y evolución microstructural en agregados policristalinos, así como modelos basados en la transformada rápida de Fourier (FFT) para la predicción de campos micromecánicos en materiales policristalinos. Este último tipo de modelos es ideal para simulaciones numéricas con entrada y validación directa a partir de imágenes microestructurales, como aquéllas obtenidas por medio de métodos de caracterización emergentes en mecánica experimental.
Entre otras distinciones, en 2010 Ricardo recibió en Alemania el premio Humboldt para investigadores principales norteamericanos, “por su trabajo pionero en modelos de plasticidad multiescala de materiales cristalinos” y en 2019 obtuvo el premio al investigador/ingeniero distinguido de la División de Materiales Estructurales de la Sociedad de Minerales, Metales y Materiales (TMS), “por su extensa contribución a la interpretación fundamental de microestructuras, propiedades y rendimiento de materiales estructurales en aplicaciones industriales”.
dr. Ricardo lebensohn
Modelos de plasticidad cristalina para la determinación de relaciones entre microstructura y propiedades mecánicas de materiales policristalinos
El uso en Ingeniería de modelos de plasticidad cristalina que permiten obtener relaciones entre la microestructura y las propiedades mecánicas de materiales policristalinos se ha incrementado recientemente. Estos modelos requieren una adecuada consideración de los mecanismos de deformación plástica a nivel del monocristal, una descripción representativa de la microestructura, y un esquema adecuado para conectar los estados microscópicos con la respuesta macroscópica del material. Dichos esquemas pueden estar basados en homogeneización, por ej. métodos autoconsistentes, que requieren una descripción estadística de la microestructura, o en soluciones de campo completo, que requieren una descripción espacial de la microstructura, por ej. métodos basados en la transformada rápida de Fourier). Estos últimos son ventajosos debido a su eficiencia comparados con soluciones de tipo Elementos Finitos combinados con plasticidad cristalina, así como su uso directo de imágenes microestructurales voxelizadas.
En general, los modelos de campo completo son numéricamente intensivos, lo cual dificulta su uso directo en cálculos multiescala. Como alternativa, dichos modelos pueden ser utilizados para generan soluciones de referencia para aproximaciones basadas en homogenización o expresiones semi-analíticas. En esta presentación revisaremos algunos los modelos de plasticidad cristalina más recientes, y su integración con métodos de caracterización emergentes en Mecánica Experimental, así como su implementación directa en Elementos Finitos, que permite soluciones con sensibilidad a la microestructura del material para geometrías y condiciones de contorno complejas.
Rainald Lohner es jefe del centro de Dinámica de Fluidos Computacional de la George Mason University in Fairfax, VA, Washingto DC. El prof. Lohner recibió su MSC en Ingeniería Mecánica en la Technische Universitaet Braunschweig, Alemania; y su PdD y DSc en Ingeniería Civil en University College of Swansea, Gales.
Sus areas de interés incluyendo método numéricos, solvers, generación de mallas, computación en paralelo, visualización, pre-proceso, interacción fluido-estructura, optimización de formas y procesos y dinámica computacional de multitudes. Sus códigos y métodos han sido aplicados en muchos campos, incluyendo la aerodinámica de aviones, autos y trenes, la hidrodinámica de barcos, submarinos, UUVs y UAVs, interacción shock-estructura, análisis de dispersión y propagación de patógenos en áreas urbanas, hemodinámica de enfermedades vasculares, y evaluaciones de seguridad peatonal.
El Prof. Lohner es autor de mas de 800 artículos en los campos mencionados, así como también un libro de texto en Técnicas de CFD Aplicadas.
dr. RAINALD LOHNER
Mitigación de riesgos en entornos construidos via simulaciones multi-físicas a gran escala
Los edificios y sus ocupantes están constantemente expuestos a una variedad de riesgos. Estos pueden ser en forma de cargas imprevistas o extremas (viento, nieve, explosión, peatones o cargas sísmicas, materiales peligrosos), dispersión de materiales peligrosos (fuego, humo, …) o patógenos transmisión (por ejemplo, a través de sistemas de aire acondicionado, tráfico de peatones).
En la última década, los avances en solvers multifísicos de alta fidelidad, junto a recursos informáticos de alto rendimiento y una sólida campaña experimental han producido importantes avances y descubrimientos en este campo.
La charla se centrará en algunos de estos avances, en particular cargas de viento, propagación de enfermedades tipo COV-19 en el entorno construido, simulación de peatones/multitudes, es decir, mitigación de riesgos de condiciones climáticas extremas, eventos de salud y cargas.