Browsing by Author "Celentano, Diego J."

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    A Microscale Model for Ausferritic Transformation of Austempered Ductile Irons
    (2017) Boccardo, Adrian D.; Dardati, Patricia M.; Celentano, Diego J.; Godoy, Luis A.
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    A surface remeshing technique for a Lagrangian description of 3D two-fluid flow problems
    (2010) Cruchaga, Marcela; Celentano, Diego J.; Breitkopf, Piotr; Villon, Pierre; Rassineux, Alain
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    Accurate analytical/numerical solution of the heat conduction equation
    (2014) Campo, A.; Salazar, A.; Celentano, Diego J.; Raydan, M.
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    An inverse fitting strategy to determine the constrained mixture model parameters: application in patient-specific aorta
    (2023) Navarrete, Alvaro; Utrera, Andres; Rivera, Eugenio; Latorre, Marcos; Celentano, Diego J.; Garcia-Herrera, Claudio M.
    The Constrained Mixture Model (CMM) is a novel approach to describe arterial wall mechanics, whose formulation is based on a referential physiological state. The CMM considers the arterial wall as a mixture of load-bearing constituents, each of them with characteristic mass fraction, material properties, and deposition stretch levels from its stress-free state to the in-vivo configuration. Although some reports of this model successfully assess its capabilities, they barely explore experimental approaches to model patient-specific scenarios. In this sense, we propose an iterative fitting procedure of numerical-experimental nature to determine material parameters and deposition stretch values. To this end, the model has been implemented in a finite element framework, and it is calibrated using reported experimental data of descending thoracic aorta. The main results obtained from the proposed procedure consist of a set of material parameters for each constituent. Moreover, a relationship between deposition stretches and residual strain measurements (opening angle and axial stretch) has been numerically proved, establishing a strong consistency between the model and experimental data.
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    Análisis del conformado láser por multipasada en aleaciones metálicas avanzadas
    (2021) Hoffmann Bouchon, Joaquín; Celentano, Diego J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El objetivo de este trabajo fue analizar el proceso de conformado láser aplicado a dos materiales relevantes para la industria del transporte: Acero IF de alta resistencia y la aleación de aluminio AA 6013. El estudio incorporó trabajo experimental y simulaciones numéricas, considerando dos escenarios distintos de operación, conseguidos al variar la velocidad en el escaneo lineal del haz. Se incorporaron ensayos metalográficos, de GDOES y de difracción de rayos X para la caracterización microestructural. Además, el comportamiento del material durante el proceso se describió usando una formulación termomecánica-plástica. El objetivo final de los resultados numéricos y experimentales es establecer correlaciones entre el ingreso de energía, la microestructura resultante y el ángulo final de conformado. En este espíritu, para poder validar primero los resultados numéricos se realizaron simulaciones de conformado láser en AISI 304, un material que fue adoptado como referencia en este trabajo debido a su extensivo uso en operaciones de plegado láser; mediante la comparación de los resultados numéricos con los correspondientes resultados experimentales y correlacionando además los perfiles de temperatura y microestructura a lo largo del espesor de la placa. Luego, la misma metodología se usó para las muestras de acero IF y AA 6013. Los resultados obtenidos destacan el uso de nuevos enfoques de modelación para tratamientos de conformado láser en aleaciones metálicas avanzadas.
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    Análisis del efecto del tratamiento superficial por láser en la microestructura, dureza y desgaste del hierro nodular ferrítico
    (2020) Catalán Salas, Néstor Andrés; Celentano, Diego J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Las fundiciones de hierro son aleaciones metálicas con carbono precipitado en forma de grafito. Tratamientos térmicos son empleados con frecuencia para alterar sus propiedades mecánicas, según las solicitaciones del sistema en que se emplean. Entre estos, actualmente ha cobrado importancia el tratamiento térmico superficial por láser (LSE), debido a la alta localización y rápida solidificación de la zona irradiada. El objetivo de esta tesis es determinar experimentalmente los alcances del tratamiento de LSE sobre muestras de fundiciones de hierro nodular (NCI) de matriz ferrítica, a partir de distintos parámetros de potencia y velocidad de escaneo del láser. Para este fin, se realiza una caracterización de la microestructura, la composición, la dureza y la resistencia al desgaste de una muestra sin alterar (as – cast), y se compara con los resultados obtenidos sobre ejemplares modificados por 4 tratamientos diferentes de LSE. Se aprecian cambios significativos en la microestructura en los casos de LSE a bajas velocidades. La matriz se transforma en una red de dendritas de ledeburita/martensita con placas de cementita. El contenido de carbono (C) aumenta por la difusión de este elemento hacia la superficie, mientras que el porcentaje de silicio (Si) disminuye, lo cual se explica como la reducción del principal elemento estabilizador de la fase de grafito. Con respecto a las propiedades mecánicas, las fases constituyentes de la estructura dendrítica incrementan la dureza a nivel superficial y en una profundidad correlativa al tamaño de la zona transformada por el láser (HAZ). Sin embargo, la resistencia al desgaste se ve disminuida, probablemente por el efecto de la oxidación de la superficie al ser sometida a una transformación a altas temperaturas. Finalmente, se sugiere un tratamiento a potencia de 3 kW y velocidad de 570 mm/min para asegurar una estructura homogénea y de alta dureza, además de pulir las superficies para disminuir la rugosidad y eliminar residuos en su superficie, o utilizar un gas protector para prevenir la oxidación. Como futuras líneas de investigación, se puede realizar un análisis económico de la implementación del LSE, y desarrollar un modelo térmico – microestructural que pueda ser calibrado a partir de estos resultados.
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    Análisis del proceso de trefilado de tubos
    (2008) Peña Martínez, Jorge; Celentano, Diego J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El presente trabajo consiste en la definición y descripción de un proceso particular de trefilación realizado por la empresa TREFIMET. Se realizó un conjunto de análisis con variaciones del proceso, de manera de poder exponer distintas opciones de estudio y resultados útiles para definir y explicar completamente dicho proceso. La metodología constó de 3 etapas. La primera de definición del material mediante distintos ensayos de laboratorio, una segunda de análisis del proceso mediante una simulación realizada utilizando elementos finitos y, en paralelo, una tercera que consistió en una trefilación controlada en laboratorio, de manera de poder usarla como comparación y a la vez validación de la simulación anteriormente descrita. Los resultados fueron satisfactorios, logrando una excelente validación que permitió identificar distintos factores que podrían ayudar a mejorar el proceso actual o bien servir para predecir el comportamiento de otros procesos sin la necesidad de realizarlos físicamente.
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    Análisis experimental y numérico del proceso de doblado de chapas mediante la aplicación de un haz láser con patrones circulares de escaneo
    (2015) Navarrete Rosales, Álvaro Andrés; Celentano, Diego J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En este trabajo se presenta un análisis experimental y numérico del conformado láser en chapas metálicas donde se ha determinado la influencia de la geometría, tanto en las placas como en el camino láser recorrido sobre éstas, en relación a las características finales obtenidas luego del conformado. En la etapa experimental se doblaron, bajo parámetros constantes del haz láser, placas de acero AISI 304 con geometrías y caminos de irradiación curvos, donde el comportamiento de éstas se comparó con la configuración de chapas rectangulares sujetas a escaneos lineales. En todos los casos se analizó el ángulo de doblado generado, variando parámetros tales como la cantidad de escaneos, las dimensiones de cada chapa y la distribución del material adyacente al camino de irradiación. Los resultados obtenidos con potencia de 27 W, diámetro del láser de 1,2 mm y velocidad de escaneo de 10 mm/s mostraron diferencias de comportamiento entre las distintas geometrías, las que se hicieron más visibles cuando el número de irradiaciones fue mayor y cuando el tamaño de las chapas aumentó, mientras que cuando el material adyacente al camino de irradiación disminuyó los valores de doblado alcanzados fueron mayores.
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    Análisis experimental y simulación numérica del proceso de conformado de láminas metálicas delgadas mediante la aplicación de un láser de baja potencia
    (2011) Stevens Castro, Vicente Orlando; Celentano, Diego J.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En este trabajo se realizó un análisis experimental y numérico del conformado de chapas de acero inoxidable mediante un láser de baja potencia. En una primera etapa se realizó en el laboratorio el conformado de chapas de acero inoxidable AISI 302 para distintas configuraciones de potencia, de 20 a 67 W, y velocidad de avance del haz láser, 30 y 5 mm/s. Se obtuvieron ángulos de doblado de 0.2 a 10.3º.
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    Analysis of Flow Past Oscillatory Cylinders Using a Finite Element Fixed Mesh Formulation
    (2017) González, Felipe A.; Cruchaga, Marcela A.; Celentano, Diego J.
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    Analysis of Strain Inhomogeneity in Extruded Al 6061-T6 Processed by ECAE
    (2022) Carazo, Fernando D.; Pastor Alés, Juan J.; Signorelli, Javier; Celentano, Diego J.; Guevara, Carlos M.; Lucci, Roberto
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    Analysis of the geometrical influence of ring-opening samples on arterial circumferential residual stress reconstruction
    (2023) Inostroza, Matias; Utrera, Andres; Garcia-Herrera, Claudio M.; Rivera, Eugenio; Celentano, Diego J.; Herrera, Emilio A.
    This work consists of analyzing the impact of geometrical features (thickness and curvature) on the estimation of circumferential residual stresses in arteries. For this purpose, a specific sample of lamb abdominal artery is chosen for analysis and, through computational tools based on Python libraries, the stress-free geometry is captured after the ring opening test. Numerical simulations are then used to reconstruct the sample in order to estimate the circumferential residual stresses. Then, four stress-free geometry models are analyzed: an ideal geometry, i.e., constant curvature and thickness; a constant curvature and variable thickness geometry; a variable curvature and constant thickness geometry; and a variable curvature and thickness geometry. The numerical results show that models perform well from a geometric point of view, where the most different feature was the closed outer perimeter that differs about 14% from the closed real sample. As far as residual stress is concerned, differences up to 198% were found in more realistic models taking a constant curvature and thickness model as reference. Thus, the analysis of a realistic geometry with highly variable curvature and thickness can introduce, compared to an idealized geometry, significant differences in the estimation of residual stresses. This could indicate that the characterization of arterial residual stresses is not sufficient when considering only the opening angle and, therefore, it is also necessary to incorporate more geometrical variables.
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    Analysis of the passive biomechanical behavior of a sheep-specific aortic artery in pulsatile flow conditions
    (2021) Garcia-Herrera, Claudio M.; Cuevas, Alvaro A.; Celentano, Diego J.; Navarrete, Alvaro; Aranda, Pedro; Herrera, Emilio; Uribe, Sergio
    In this work, a novel numerical-experimental procedure is proposed, through the use of the Cardiac Simulation Test (CST), device that allows the exposure of the arterial tissue to in-vitro conditions, mimicking cardiac cycles generated by the heart. The main goal is to describe mechanical response of the arterial wall under physiological conditions, when it is subjected to a variable pressure wave over time, which causes a stress state affecting the biomechanical behavior of the artery wall. In order to get information related to stress and strain states, numerical simulation via finite element method, is performed under a condition of systolic and diastolic pressure. The description of this methodological procedure is performed with a sample corresponding to a sheep aorta without cardiovascular pathologies. There are two major findings: the evaluation of the mechanical properties of the sheep aorta through the above-mentioned tests and, the numerical simulation of the mechanical response under the conditions present in the CST. The results state that differences between numerical and experimental circumferential stretch in diastole and systole to distinct zones studied do not exceed 1%. However, greater discrepancies can be seen in the distensibility and incremental modulus, two main indicators, which are in the order of 30%. In addition, numerical results determine an increase of the principal maximum stress and strain between the case of systolic and diastolic pressure, corresponding to 31.1% and 14.9% for the stress and strain measurement respectively; where maximum values of these variables are located in the zone of the ascending aorta and the aortic arch.
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    Anisotropic Hyperelastic Material Characterization: Stability Criterion and Inverse Calibration with Evolutionary Strategies
    (2023) Canales Donoso, Claudio; García-Herrera, Claudio; Rivera Mancilla, Eugenio; Macias, Demetrio; Celentano, Diego J.
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    Bending and pressurisation test of the human aortic arch: experiments, modelling and simulation of a patient-specific case
    (2013) Garcia-Herrera, Claudio M.; Celentano, Diego J.; Cruchaga, Marcela A.
    This work presents experiments, modelling and simulation aimed at describing the mechanical behaviour of the human aortic arch during the bending and pressurisation test. The main motivation is to describe the material response of this artery when it is subjected to large quasi-static deformations in three different stages: bending, axial stretching and internal pressurisation. The sample corresponds to a young artery without cardiovascular pathologies. The pressure levels are within the normal and hypertension physiological ranges. The two principal findings of this work are firstly, the material characterisation performed via tensile test measurements that serve to derive the material parameters of a hyperelastic isotropic constitutive model and, secondly, the assessment of these material parameters in the simulation of the bending and pressurisation test. Overall, the reported material characterisation was found to provide a realistic description of the mechanical behaviour of the aortic arch under severe complex loading conditions considered in the bending and pressurisation test.
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    Bilinear damage evolution in AA2011 wire drawing processes
    (2022) Gonzalez, Alvaro A.; Cruchaga, Marcela A.; Celentano, Diego J.
    This paper presents an experimental and numerical analysis of damage evolution in AA2011 aluminum alloy wires drawn under different scenarios. To this end, load-unload tensile tests were firstly carried out in order to characterize the degradation of the mechanical response in every cycle where the experimental results show a bilinear damage relationship in terms of the effective plastic strain. Therefore, a modification of the classical Lemaitre model is proposed in this work in order to reproduce bilinear paths of damage with the addition of only two parameters that can be directly obtained from the material characterization. Then, the damage predictive capability of this new experimental-based model is assessed in numerical simulations of the drawing process in one and two passes (considering for this last case the sequential and tandem configurations) where the computed predictions are compared with the corresponding experimental data showing a good agreement between them.
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    Biomechanical Characterization of Scallop Shells Exposed to Ocean Acidification and Warming
    (2022) Abarca-Ortega, Aldo; Munoz-Moya, Estefano; Pacheco Alarcon, Matias; Garcia-Herrera, Claudio M.; Celentano, Diego J.; Lagos, Nelson A.; Lardies, Marco A.
    Increased carbon dioxide levels (CO2) in the atmosphere triggered a cascade of physical and chemical changes in the ocean surface. Marine organisms producing carbonate shells are regarded as vulnerable to these physical (warming), and chemical (acidification) changes occurring in the oceans. In the last decade, the aquaculture production of the bivalve scallop Argopecten purpuratus (AP) showed declined trends along the Chilean coast. These negative trends have been ascribed to ecophysiological and biomineralization constraints in shell carbonate production. This work experimentally characterizes the biomechanical response of AP scallop shells subjected to climate change scenarios (acidification and warming) via quasi-static tensile and bending tests. The experimental results indicate the adaptation of mechanical properties to hostile growth scenarios in terms of temperature and water acidification. In addition, the mechanical response of the AP subjected to control climate conditions was analyzed with finite element simulations including an anisotropic elastic constitutive model for a two-fold purpose: Firstly, to calibrate the material model parameters using the tensile test curves in two mutually perpendicular directions (representative of the mechanical behavior of the material). Secondly, to validate this characterization procedure in predicting the material's behavior in two mechanical tests.