Innovación de Productos 1 - 2017

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Unidad: FACULTAD DE ARQUITECTURA

Asignatura: INNOVACION DE PRODUCTOS I (Materiales Inteligentes y Nuevas

Tecnologías: para arquitectos y profesionales del diseño) (00112)

Año lectivo: 2017 Cátedra A

Docente: SERGIO PREIDIKMAN

Oficina 109; Departamento de Estructuras; Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales;

Universidad Nacional de Córdoba;

TE: (0351) 433-4145 Interno 35;

e-mails:

y

Tipo: CURSO DE POSGRADO NIVEL MAESTRIA

Duración y Modalidad de Dictado: 30 horas.

El total del tiempo se dedicará a clases teórico-prácticas. El presente curso no requiere de trabajos

de campo, visitas o viajes de estudio. Se dictarán 3 clases teórico-prácticas de 10 (diez) horas de

duración. Las mismas se desarrollarán en aula, con exposición oral, uso de pizarrón y de proyector

multimedia.

Los alumnos deben llevar a cada clase una computadora personal con algún software (tipo

PowerPoint) que les permita realizar presentaciones para ser presentadas, al resto de los

participantes, durante la tarde del ultimo día del curso (esto es: el sábado 3 de junio de 2017).

Calendario de Actividades

01/06/2017: Bioinspiración y biomimética

02/06/2017: Estructuras y materiales inteligentes

03/06/2017: Estructuras y mecanismos “compliant”

Objetivos Generales

 Establecer, revisar e incorporar los modos de innovar en diseño y producción en

cuanto su realidad material y procedimental, en relación a los contenidos

instrumentados en la Maestría cursada y a los específicos de esta Asignatura.

 Lograr posicionar el diseño como herramienta (y no como fin) para cumplir los

objetivos proyectuales e institucionales.

 Cambiar el modelo de pensamiento proyectual. Pasar de un "enfoque en la

configuración de la materialidad" a enfocarse en los objetivos y el concepto de

proyecto.

Objetivos Específicos

 Desarrollar mecanismos que faciliten la actitud para innovar: nuevos procedimientos

creativos, nuevos productos, nuevas formas de gestionar la innovación.

 Formar una visión crítica del producto desarrollando métodos de observación de la

realidad que aseguren una visión compleja y profunda, y a la vez sintética de la

realidad que le es propia.

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 Lograr una visión sistémica de diseño. Ver cómo el diseño se inserta y articula en las

distintas realidades.

 Lograr formar una visión general de procesos, metodologías y herramientas de

Gestión de Diseño.

 Aproximarse al conocimiento mediante la práctica proyectual.

 Lograr la capacidad para generar metodologías y herramientas propias de análisis y

proyecto.

Síntesis Conceptual de la Asignatura (Abstract)

La innovación de productos es el área de estudio que atiende especialmente la materia como

componente esencial toda creación en Diseño y sus procedimientos de fabricación como el medio

por el cual es posible su transferencia productiva. Ambos factores constituyen el soporte de la

innovación en cuanto instrumento de evolución tecnológica y productiva. La innovación es en

esencia, una instancia del conocimiento y la cultura, en tanto que provoca una superación en las

variables de diseño y la producción. La innovación permanece adherida a la tecnología en tanto

evolución de los sistemas de producción. La innovación, en el campo de la producción de bienes y

servicios relacionados al Diseño, actúa como el motor en la evolución de la cultura de la

producción.

Programa Analítico Resumido:

1. Bioinspiración y biomimética

2. Estructuras y materiales inteligentes

3. Estructuras y mecanismos “compliant”

Condiciones para Obtener la Regularidad

De acuerdo al Reglamento de la Maestría, el maestrando obtiene la regularidad de los cursos

cumpliendo los siguientes requisitos:

 Asistencia al 80% de las clases.

 Aprobación del 100% de los trabajos prácticos y/o parciales.

 Los cursos deberán estar aprobados con una calificación no inferior a 7 (siete) puntos

sobre 10 (diez) puntos.

Programa Analítico Desarrollado:

Parte I –

BIOINSPIRACIÓN Y BIOMIMÉTICA

¿Qué es la bioinspiración? ¿Qué es la biomimética? Diferencias. Motivación. Definiciones.

Ejemplos. Algunas preguntas que “ya” tienen respuesta. Micro-vehículos aéreos. Cyborg Insects.

Bioinspiración versus copia directa. Adaptación. Complejidad. Propiedades emergentes. Lógica

difusa. Dinámica caótica. Auto-organización. Reconfiguración. Auto-ensamblado. Redundancia.

MEMS/NEMS. Procesamiento en paralelo. Adaptive Morphing Systems (Metamorphic

Mechanisms). Optimización topológica. Foldable/erectable mechanisms. Kinematotrophic

mechanisms. Deployable structures. Simetrías. Design Thinking (DT). Theory of Inventive

Problem Solving (TRIZ). Ventajas de “mirar” a la naturaleza como fuente de inspiración en el

diseño. Multidisciplinariedad. ¿Cuáles son los desafíos? Simulaciones numéricas versus

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experimentos de laboratorio. Sensado y actuación inspirados en la biología. Algunas preguntas que

“aún no” tienen respuesta: ¿en qué se diferencia una maquina/mecanismo/ estructura de un

organismo? ¿cuál es la diferencia “fundamental” entre los sistemas construidos por el hombre y

aquellos construidos por la naturaleza? ¿Por qué el todo es más que la suma de las partes?

Conclusiones. Materiales biomiméticos: auto-reparables, auto-lubricantes, y auto-limpiantes.

Parte II –

ESTRUCTURAS Y MATERIALES INTELIGENTES

¿Qué son las estructuras y los materiales inteligentes compliant? Definiciones. Inteligencia a loop

abierto e inteligencia a loop cerrado. Atributos de una estructura inteligente. El concepto de

jerarquía. Componentes de una estructura inteligente. Sensado, procesado, diagnostico, y actuación.

Ejemplos de estructuras inteligentes. Capacidades “extraordinarias” de las estructuras inteligentes.

Criterios para un diseño estructural inteligente. Materiales inteligentes. Materiales utilizados para

construir estructuras inteligentes. Materiales inteligentes. Propiedades. Materiales cerámicos

piezoeléctricos (PZT y PLZT). Materiales cerámicos ferroeléctricos. Aleaciones con memoria de

forma (SMA). Materiales electro- y/o magneto-activos (PMN). Metales, plásticos, vidrios,

polímeros, compuestos (graphite fiber composites, fiberglass, and glass-reinforced plastics),

elastómeros, etc.

Parte III – ESTRUCTURAS Y MECANISMOS “COMPLIANT”

¿Qué son las estructuras y los mecanismos compliant? Introducción. Mecanismos. Movimiento,

fuerza, y energía. Estructuras. Ejemplos. Ventajas y desventajas de los mecanismos compliant.

Uniones flexibles. Aplicaciones. Concepto monolítico de fabricación. Limitaciones. Mecanismos

emergentes de una lámina (Lamina Emergent Mechanisms, LEMS). Centro de rotación y ejes

(compliant) de flexión. Aplicaciones de estructuras/mecanismos compliant en la industria

aeronáutica, automotriz, biomédica, de computadoras, telecomunicaciones, de MEMS

(Microelectromechanical systems), etc. Criterios de performance. Métodos de diseño y análisis:

modelos seudo-rígidos, modelos flexibles. El método de los elementos finitos. Medios de actuación

y de sensado. Macro- y micro-actuación. Actuadores térmicos. Actuación clásica: hidráulica,

neumática, magnética, electromagnética. Actuación con MEMS. Actuación electroestática. Otros

métodos de micro-actuación (carbon nanotubes). Rigidez y resistencia. Flexibilidad.

Consideraciones finales acerca de los materiales usados para construir estructuras/mecanismos

compliant. Ejemplos de aplicaciones macroscópicas y microscópicas (macro- and microcompliant

mechanisms).

Bibliografía:

1) Notas de clase relativas a parte del material a cubrir en el curso serán provistas en

formato electrónico (.pdf) por el profesor responsable

2) La mayor parte de los libros mencionados en este documento serán provistas en

soporte electrónico (DVD) por el profesor responsable

3) Petra Gruber, Biomimetics in Architecture: Architecture of Life and Buildings,

Springer-Verlag/Wien, 2011

4) Amitava Mukherjee, Biomimetics, Learning from Nature, InTech, 2010

5) Philip Steadman, The Evolution of Designs: Biological analogy in architecture and the applied

arts, A revised edition, Routledge, 2008

6) Yoseph Bar-Cohen, BIOMIMETICS: Biologically Inspired Technologies, CRC Press LLC,

2006

(5)

7) Larry L. Howell, Spencer P. Magleby, and Brian M. Olsen, Handbook of Compliant

Mechanisms, John Wiley & Sons Ltd., 2013

8) Nicolae Lobontiu, COMPLIANT MECHANISMS: Design of Flexure Hinges, CRC

Press LLC, 2003

9) You-Lin Xu and Jia He, Smart Civil Structures, Taylor & Francis Group, LLC, 2017

10) Vinod K. Wadhawan, Smart Structures: Blurring the Distinction Between the Living and the

Nonliving, Oxford University Press, USA, 2007

11) Axel Ritter, Smart materials in architecture, interior architecture and design, Birkhäuser, 2007

12) Peter L. Reece, Smart Materials and Structures: New Research, Nova Science Publishers,

2007

13) Michelle Addington and Daniel L. Schodek, Smart materials and new technologies: for the

architecture and design professions, Architectural Press, 2005

Referencias para Lectura Adicional:

Bioinspiración y biomimética

1) Hermann Ehrlich, Extreme Biomimetics, Springer International Publishing AG, 2017

2) Bharat Bhushan, Biomimetics: Bioinspired Hierarchical-Structured Surfaces for Green Science

and Technology, 2

nd

_{Edition, Springer International Publishing Switzerland 2016}

3) Iain A. Anderson, Julian F. V. Vincent, and John C. Montgomery, Ocean Innovation:

Biomimetics Beneath the Waves, Taylor & Francis Group, LLC, 2016

4) Göran Pohl and Werner Nachtigall, Biomimetics for Architecture & Design: Nature—

Analogies—Technology, pringer International Publishing Switzerland, 2015

5) F. Pacheco Torgal, J.A. Labrincha, M.V. Diamanti, C.-P. Yu, and H.K. Lee, Editors,

Biotechnologies and Biomimetics for Civil Engineering, Springer International Publishing

Switzerland, 2015

6) Havazelet Bianco-Peled and Maya Davidovich-Pinhas, Editors, Bioadhesion

7) and Biomimetics: From Nature to Applications, Taylor & Francis Group, LLC, 2015

8) Hermann Ehrlich, Biological Materials of Marine Origin: Vertebrates, Springer

Netherlands, 2015

9) Marc André Meyers and Po-Yu Chen, Biological Materials Science: Biological Materials,

Bioinspired Materials, and Biomaterials, Cambridge University Press, 2014

10) Ashok K. Goel, Daniel A. McAdams, and Robert B. Stone, Biologically Inspired Design:

Computational Methods and Tools, Springer-Verlag London, 2014

11) Akhlesh Lakhtakia and Raúl J. Martín-Palma, Engineered Biomimicry, Elsevier Inc., 2013

12) Xiang Yang Liu, Bioinspiration: From Nano to Micro Scales, Springer New York

Heidelberg Dordrecht London, 2012

13) Bharat Bhushan, Biomimetics: Bioinspired Hierarchical-Structured Surfaces for Green Science

and Technology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012

14) Daniela Dragoman and Mircea Dragoman, Bionanoelectronics: Bioinquiring and Bioinspired

Devices, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012

(6)

15) Michael Nosonovsky and Pradeep K. Rohatgi, Biomimetics in Materials Science:

Self-Healing, Self-Lubricating, and Self-Cleaning Materials, Springer Science+Business Media,

2012

16) P. Gruber, D. Bruckner, C. Hellmich, H.-B. Schmiedmayer, H. Stachelberger, and I.

C. Gebeshuber, Biomimetics – Materials, Structures and Processes: Examples, Ideas and Case

Studies, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011

17) Anne George, Advances in Biomimetics, InTech, 2011

18) Biomimicry Resource Handbook: a seed bank of knowledge and best practices, a

joint effort of The Biomimicry Institute and the Biomimicry Guild, 2011

19) P. Gruber, D. Bruckner, C. Hellmich, H.-B. Schmiedmayer, H. Stachelberger, and

I.C. Gebeshuber, Editors, Biomimetics – Materials, Structures and Processes: Examples, Ideas

and Case Studies, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011

20) Hermann Ehrlich, Biological Materials of Marine Origin: Invertebrates, Springer

Science+Business Media B.V., 2010

21) Arnim von Gleich, Christian Pade, Ulrich Petschow, Eugen Pissarskoi, Potentials and

Trends in Biomimetics, The Institute for Ecological Economy Research, 2009

22) Ranjan Vepa, Biomimetic Robotics: Mechanisms and Control, Cambridge University Press,

2009

23) R. J. Narayan, P. N. Kumta and W.R. Wagner, Advances in Biomedical and Biomimetic

Materials, John Wiley & Sons, Inc., 2009

24) Oded Shoseyov and Ilan Levy, NANOBIOTECHNOLOGY: BioInspired Devices and

Materials of the Future, Humana Press Inc., 2008

25) Naomi Kato and Shinji Kamimura, Bio-mechanisms of Swimming and Flying: Fluid

Dynamics, Biomimetic Robots, and Sports Science, Springer 2008

26) Maki K. Habib, Bioinspiration and Robotics: Walking and Climbing Robots, I-Tech

Education and Publishing, 2007

27) Theodore W. Berger and Dennis L. Glanzman, Toward Replacement Parts for the Brain:

Implantable Biomimetic Electronics as Neural Prostheses, The MIT Press, 2005

28) Kiyoshi Toko, Biomimetic Sensor Technology, Cambridge University Press, 2004

29) Angela K. Dillow and Anthony M. Lowman, Biomimetic Materials and Design:

Biointerfacial Strategies, Tissue Engineering, and Targeted Drug Delivery, Marcel Dekker, Inc.,

2002

Design Thinking

1) Michael A. Orloff, ABC-TRIZ: Introduction to Creative Design Thinking with Modern TRIZ

Modeling, Springer International Publishing Switzerland, 2017

2) Walter Brenner and Falk Uebernickel, Editors, Design Thinking for Innovation: Research

and Practice, Springer International Publishing Switzerland, 2016

3) Hasso Plattner, Christoph Meinel, and Larry Leifer, Editors, Design Thinking Research:

Making Design Thinking Foundational, Springer International Publishing Switzerland,

2016

(7)

4) Hasso Plattner, Christoph Meinel, and Larry Leifer, Editors, Design Thinking Research:

Taking Breakthrough Innovation Home, Springer International Publishing Switzerland,

2016

5) Hasso Plattner, Christoph Meinel, and Larry Leifer, Editors, Design Thinking Research:

Building Innovators, Springer International Publishing Switzerland, 2015

6) Joyce Hwee Ling Koh, Ching Sing Chai, Benjamin Wong, and Huang-Yao Hong,

Design Thinking for Education: Conceptions and Applications in Teaching and Learning,

Springer Science+Business Media, Singapore, 2015

7) Jamshid Gharajedaghi, Systems Thinking: Managing Chaos and Complexity - A Platform for

Designing Business Architecture, 3

rd

_{Edition, Elsevier, Inc., 2011}

8) Thomas Binder, Giorgio De Michelis, Pelle Ehn, Giulio Jacucci, Per Linde, and Ina

Wagner, Design Thinking, Design Theory, The MIT Press, Boston, 2011

9) Hasso Plattner, Christoph Meinel, Larry Leifer, Editors, Design Thinking: Understand –

Improve – Apply, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011.

10) Marc Stickdorn and Jacob Schneider, This is Service Design Thinking: Basics – Tools –

Cases, BIS Publishers, Amsterdam, 2011

11) C. Ware, Visual Thinking for Design, Morgan Kaufmann, 2010

12) Gavin Ambrose and Paul Harris, DESIGN TH!NKING: The act or practice of using your

mind to consider design, AVA Book Production Pte. Ltd., Singapore, 2010

13) Tim Brown with Barry Katz, Change by Design: How Design Thinking Transforms

Organizations and Inspires Innovation, Harper Collins, 2009

Estructuras y mecanismos adaptivos

1) David Wagg and Simon Neild, Nonlinear Vibration with Control: For Flexible and

Adaptive Structures, 2

nd

_{Edition, Springer International Publishing Switzerland, 2015}

2) Esther Rivas Adrover, Deployable Structures, Laurence King Publishing Ltd, 2015

3) Martin Wiedemann and Michael Sinapius, Editors, Adaptive, Tolerant and Efficient

Composite Structures, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013

4) John Valasek, Morphing Aerospace Vehicles and Structures, John Wiley & Sons, Ltd, 2012

5) Zhong You and Yan Chen, Motion Structures: Deployable structural assemblies of mechanisms,

Spon Press, 2012

6) Tobias H. Brockmann, Theory of Adaptive Fiber Composites: From Piezoelectric Material

Behavior to Dynamics of Rotating Structures, Springer Science+Business Media B.V., 2009

7) David Wagg, Ian Bond, Paul Weaver and Michael Friswell, Adaptive Structures:

Engineering Applications, John Wiley & Sons Ltd, 2007

Estructuras y mecanismos “compliant”

1) Qingsong Xu, Design and Implementation of Large-Range Compliant Micropositioning Systems,

John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., 2016

(8)

3) Dai, J. S., and Jones, J. R., “Mobility in Metamorphic Mechanisms of

Foldable/Erectable Kinds,” Journal of Mechanical Design, Vol. 121, No. 3, pp. 375–382,

1999

Lamina Emergent Mechanisms

1) Zhongtian Xie, Lifang Qiu, and Debin Yang, “Design and analysis of

Outside-Deployed Lamina Emergent Joint (OD-LEJ),” Mechanism and Machine Theory, 114, pp.

111–124, 2017

2) Todd G. Nelson, Robert J. Lang, Nathan A. Pehrson, Spencer P. Magleby and Larry

L. Howell, “Facilitating Deployable Mechanisms and Structures Via Developable

Lamina Emergent Arrays,” Journal of Mechanisms and Robotics, Vol. 8, June 2016,

doi:

10.1115/1.4031901

3) Samuel E. Wilding, Larry L. Howell, and Spencer P. Magleby, “Introduction of

planar compliant joints designed for combined bending and axial loading conditions

in lamina emergent mechanisms,” Mechanism and Machine Theory, 56, pp 1–15, 2012

4) Samuel E. Wilding, Larry L. Howell, and Spencer P. Magleby, “Spherical lamina

emergent mechanisms,” Mechanism and Machine Theory, 49, pp. 187–197, 2012

5) Holly C. Greenberg, Using Lamina Emergent Mechanisms to address needs for a Space

Environment, April 2011

6) Paul S. Gollnick, Spencer P. Magleby and Larry L. Howell, “An Introduction to

Multilayer Lamina Emergent Mechanisms,” Journal of Mechanical Design, 133(8), 11

pages, Aug 10, 2011,

doi:10.1115/1.4004542

7) Devin B. Ferrell, Yanal F. Isaac, Spencer P. Magleby, and Larry L. Howell,

“Development of Criteria for Lamina Emergent Mechanism Flexures with Specific

Application to Metals,” Journal of Mechanical Design, Vol. 133, March 2011,

doi:

10.1115/1.4003538

8) Joseph O. Jacobsen, Brian G. Winder, Larry L. Howell and Spencer P. Magleby,

“Lamina Emergent Mechanisms and Their Basic Elements,” Journal of Mechanisms and

Robotics, Volume 2, Issue 1, 9 pages, February 2010, doi:10.1115/1.4000523

9) Joseph O. Jacobsen, Guimin Chen, Larry L. Howell, and Spencer P. Magleby,

“Lamina Emergent Torsional (LET) Joint,” Mechanism and Machine Theory, 44, pp.

2098–2109, 2009

Estructuras y materiales inteligentes

1) Aurelio L. Araujo, Carlos A. Mota Soares, Editors, Smart Structures and Materials,

Selected Papers from the 7th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures

and Materials, Springer International Publishing Switzerland, 2017

2) Piet Christof Wölcken and Michael Papadopoulos, Smart Intelligent Aircraft Structures

(SARISTU): Proceedings of the Final Project Conference, Springer International Publishing,

2016

3) Baoguo Han, Xun Yu, and Jinping Ou, Self-sensing concrete in smart structures, Elsevier,

Butterworth-Heinemann, 2015

4) Gheshmi, Siavash and Shahinpoor, Mohsen, Robotic surgery: smart materials, robotic

structures, and artificial muscles, Pan Stanford Publishing, 2015

(9)

5) Giuliana Iannaccone, Marco Imperadori, and Gabriele Masera, Smart-ECO Buildings

towards 2020/2030: Innovative Technologies for Resource Efficient Buildings,

Springer International Publishing, 2014

6) Chopra I. and Sirohi J., Smart Structures Theory, Cambridge University Press, 2013

7) James Sinopoli, Smart Buildings Systems for Architects, Owners and Builders,

Butterworth-Heinemann, 2010

8) Paolo Gaudenzi, Smart Structures: Physical Behaviour, Mathematical Modelling and

Applications, John Wiley & Sons, Ltd., 2009

9) Franklin Y. Cheng, Hongping Jiang, and Kangyu Lou, Smart Structures Innovative

Systems for Seismic Response Control, CRC Press, 2008

10) Hartmut Janocha, Adaptronics and Smart Structures: Basics, Materials, Design, and

Applications, Second, revised edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007

11) Donald J. Leo, Engineering Analysis of Smart Material Systems, John Wiley & Sons, Inc.,

2007

12) Mohammad Ilyas and Imad Mahgoub, Smart Dust: Sensor Network Applications,

Architecture and Design, CRC Press, 2006

13) Afzal Suleman, Smart Structures: Applications and Related Technologies, Springer-Verlag

Wien, 2001

14) L. Bakule, Smart Structures: Requirements and Potential Applications in Mechanical and Civil

Engineering, Springer Netherlands, 1999

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Curriculum Vitae Sergio Preidikman

Rango

Profesor Titular por Concurso, 23 de abril 2008

Departamento de Estructuras – Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Universidad Nacional de Córdoba

Avenida Vélez Sarsfield 1611, (5000) Córdoba, Argentina

Datos Personales

Nombre y Apellido: Sergio PREIDIKMAN Fecha de Nacimiento: 2 de agosto de 1962

Lugar de Nacimiento: Coronel Moldes, Provincia de Córdoba, Argentina Estado Civil: Casado

Documento: DNI 14.864.991 CUIT: 20-14864991-0

Domicilio Particular: Lote 20, Manzana 20 – Barrio Tejas II, (5016) Córdoba, Argentina Teléfono Particular: (+54) 351 485-5564

Teléfono Universidad: (+54) 351 433-4145 Interno 35 (+54) 351 535-3800 Interno 29730

E-mail: [email protected] [email protected]

Estudios Universitarios y de Postgrado

Institución: Universidad Nacional de Córdoba, Argentina Título: Ingeniero Mecánico Aeronáutico

Fecha: Marzo, 1988

Institución: University of Puerto Rico at Mayagüez, Puerto Rico Título: Master of Science in Civil Engineering

Fecha: Junio, 1992

Tesis: “A Toroidal Finite Strip Element for Elastic Stability Analysis of Diaphragm Supported Doubly Curved Shells”

Major: Structures. Minor: Mathematics

Institución: Virginia Polytechnic Institute and State University (VPI & SU), USA Título: Ph.D. in Engineering Mechanics

Fecha: Octubre, 1998

Tesis: “Numerical Simulations of Interactions Among Aerodynamics, Structural Dynamics, and Control Systems.”

Major: Structures/Vibrations. Minor: Fluids

Institución: Virginia Polytechnic Institute and State University (VPI & SU), USA Título: Post Doctoral Fellow

Fecha: July 1, 1999 – August 31, 1999

Fecha: January 1, 2000 – February 17, 2000

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Título: Post Doctoral Fellow

Institución: University of Maryland at College Park, USA Título: Post Doctoral Fellow

Fecha: May 1, 2003 – April 30, 2004

CONICET

Categoría: INVESTIGADOR INDEPENDIENTE.

Promovido, a partir del 1 de noviembre del 2015, por el Directorio del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas mediante la Resolución Nº 4383 de fecha 11/11/15.

Categorización-Programa de Incentivos para Docentes-Investigadores

CATEGORIA I, otorgada por la Comisión Regional de Categorización el 15 de junio de 2011.

Anteriormente CATEGORIA II, otorgada por la Comisión Regional de Categorización el 18 de marzo de 2005.

Artículos Publicados en Revistas Internacionales

1) AUTORES: S. Preidikman and D. T. Mook

TITULO: A new method for actively suppressing flutter of suspension bridges FUENTE: Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics

VOLUMEN: 69/71 PAGINAS: 955-974

EDITORIAL: Elsevier Science Ltd.

LUGAR: Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA ISSN: 0167-6105

FECHA: July–October, 1997

DOI: 10.1016/S0167-6105(97)00220-1

URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610597002201

Abstract: A method for suppressing the wind-excited vibrations of suspension bridges is described. The approach is to attach a light-weight wing below the roadbed and to use a feedback-control system to regulate its angle of attack. The aerodynamic loads acting on the wing are transmitted to the roadbed through the supporting structure and, when the control system is properly tuned, interfere with the aerodynamic loads acting directly on the roadbed. The result can be a substantial increase in the wind speed at which the bridge becomes unstable. The present analysis is based on a numerical model that treats the bridge, flowing air, and control system as elements of a single dynamic system; and all the governing equations are integrated numerically, simultaneously, and interactively.

2) AUTORES: S. Preidikman and D. T. Mook

TITULO: Numerical simulation of flutter of suspension bridges FUENTE: Applied Mechanics Reviews

VOLUMEN: 50 NUMERO: 11S PAGINAS: 174-179

EDITORIAL: The American Society of Mechanical Engineering LUGAR: 1622 Adriel Circle, Fort Collins, CO 80524, USA ISSN: 0003-6900

FECHA: November, 1997 DOI: 10.1115/1.3101831

URL: http://appliedmechanicsreviews.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1396163

Abstract: A method for simulating the spontaneous, wind-excited vibrations of suspension bridges is described. The approach is based on a numerical model that treats the bridge and flowing air as elements of a single dynamic system; and all of the governing equations are integrated numerically, simultaneously, and interactively. It is shown that the present simulation predicts the same onset of flutter as the analysis of Fung. Unlike Fung’s

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analysis, the present analysis provides the solution in the time domain, is not restricted to periodic motions or linear equations of motion, and provides post-onset behavior as long as the effective angles of attack are not large enough to produce stall. As a consequence, the present analysis can be a very effective tool for the design of flutter-suppressing control systems. Because the equations are solved numerically, nonlinear supports do not present a problem. In the present work, it is shown how the nonlinear springs lead to limit-cycle responses. 3) AUTORES: S. Preidikman and D. T. Mook

TITULO: On the development of a passive-damping system for wind-excited oscillations of long span bridges FUENTE: Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics

VOLUMEN: 77/78 PAGINAS: 443-456

EDITORIAL: Elsevier Science Ltd.

LUGAR: Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA ISSN: 0167-6105

FECHA: September, 1998

DOI: 10.1016/S0167-6105(98)00163-9

Abstract: A novel approach to modeling the wind-excited oscillations of long-span bridges is described. The method uses a discrete-vortex, time-accurate aerodynamic model of the bridge and attached wings and integrates all the equations of motion numerically, interactively, and simultaneously in the time domain. It is shown that model accurately simulates the flutter of a bridge alone. Then the governing equations for the bridge and wing are derived. Currently, results are being calculated.

4) AUTORES: B. Hall, S. Preidikman, D.T. Mook, and A.H. Nayfeh

TITULO: A Novel Strategy for Suppressing the Flutter Oscillations of Aircraft Wings FUENTE: AIAA Paper 2000-0904

PAGINAS: 443-456

EDITORIAL: American Institute of Aeronautics and Astronautics LUGAR: Reston, VA 20191, USA

FECHA: 1999 DOI: 10.2514/2.1190

URL: http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/2.1190?journalCode=aiaaj

Abstract: A new strategy, based on the nonlinear phenomenon of saturation, is proposed for controlling the flutter of a wing. The concept is illustrated by means of an example with a rather flexible, high-aspect wing of the type found on such vehicles as HALE aircraft and sailplanes. The wing is modeled structurally as an Euler-Bernoulli beam with inertially coupled bending and twisting motions. A general unsteady nonlinear vortex-lattice technique is used to model the flow around the wing and provide the aerodynamic loads. The structure, the flowing air, and the controller arc considered the elements of a single dynamic system, and all of the coupled equations of motion are simultaneously and interactively integrated numerically in the time domain. The results indicate that the aerodynamic nonlinearities alone can be responsible for limit-cycle oscillations and that the saturation controller can effectively suppress the flutter oscillations of the wing when the controller frequency is actively tuned.

5) AUTORES: S. Preidikman and D.T. Mook

TITULO: Time-Domain Simulations of Linear and Non-Linear Aeroelastic Behavior FUENTE: Journal of Vibration and Control

VOLUMEN: 6 NUMERO: 8

PAGINAS: 1135-1176

EDITORIAL: SAGE Publications

LUGAR: Thousand Oaks, CA 91320, USA Print ISSN: 1077-5463; Online ISSN: 1741-2986 FECHA: November, 2000

DOI: 10.1177/107754630000600802

URL: http://jvc.sagepub.com/content/6/8/1135

Abstract: A method for simulating unsteady, nonlinear, subsonic aeroelastic behavior of an aircraft wing is described. The flowing air and deforming structure are treated as the elements of a single dynamic system, and all of the governing equations are integrated numerically, simultaneously, and interactively in the time domain. The

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authors’ version of the general nonlinear, unsteady, vortex-lattice method is used to predict the aerodynamic forces; a linear finite-element model of the wing, which is derived from MSC/NASTRAN, is used to predict the deformations of the wing; and the models are coupled in such a way that the structural and aerodynamic grids can be chosen arbitrarily. The deformation of the wing is expressed as an expansion in terms of the linear free-vibration modes obtained from the finite-element model, and the time-dependent coefficients in the expansion serve as the generalized coordinates for the entire dynamic system. A predictor-corrector method is adapted to solve for the generalized coordinates and the flowfield. The results clearly show that when the speed is low, the responses to initial disturbances contain many frequencies and decay, but that the responses become more organized (energy concentrates around a few frequencies) as the speed and/or the angle of attack increases. Finally, at the onset of flutter, all of the modes, after an initial transient period, respond at the same frequency. It appears that the flutter-causing instability is a supercritical Hopf bifurcation. At and above the critical speed, the amplitudes of the responses appear to grow linearly with time initially, but then become limit cycles. The amplitudes of the limit cycles grow as the speed increases, and eventually it appears that the limit cycles experience a secondary supercritical Hopf bifurcation and become unstable; their amplitudes and phases modulate. At this point, the response can be described as motion on a torus.

6) AUTORES: Z. Wang, S. Magill, S. Preidikman, D. T. Mook, and J. Schetz

TITULO: A numerical and experimental aerodynamic analysis of an inboard-wing/twin-fuselage configuration FUENTE: AIAA Paper 2001-2432

NUMERO: 8

PAGINAS: 1135-1176

FECHA: June, 2001 DOI: 10.2514/6.2001-2432

URL: http://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2001-2432

Abstract: In this paper, we present and compare numerical and experimental studies of the flowfield around a configuration consisting of an inboard wing mounted between twin fuselages. The results of both studies show that behind the double fuselage configuration a "virtual wing-tip vortex system" forms. The trailing vortex system for the twin-fuselage configuration is shed from both the fuselages as well as the trailing edge of the wing. The vorticity shed from the fuselages combines with the vorticity from the trailing edge in a manner that is very similar to what happens in a conventional single-fuselage configuration. The numerical and experimental results are in qualitative agreement.

7) AUTORES: B. D. Hall, S. Preidikman, D. T. Mook, and A. H. Nayfeh

TITULO: Novel Strategy for Suppressing the Flutter Oscillations of Aircraft Wings FUENTE: AIAA Journal

VOLUMEN: 39 NUMERO: 10

PAGINAS: 1843-1850

ISSN: 0001-1452 FECHA: October, 2001 DOI: 10.2514/2.1190

URL: http://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/2.1190

Abstract: A new strategy, based on the nonlinear phenomenon of saturation, is proposed for controlling the flutter of a wing. The concept is illustrated by means of an example with a rather flexible, high-aspect wing of the type found on such vehicles as high-altitude long-endurance aircraft and sailplanes. The wing is modeled structurally as an Euler–Bernoulli beam with coupled bending and twisting motions. A general unsteady nonlinear vortex-lattice technique is used to model the flow around the wing and provide the aerodynamic loads. The structure, the flowing air, and the controller are considered the elements of a single dynamic system, and all of the coupled equations of motion are simultaneously and interactively integrated numerically in the time domain. The results indicate that the aerodynamic nonlinearities alone can be responsible for limit-cycle oscillations and that the saturation controller can effectively suppress the flutter oscillations of the wing when the controller frequency is actively tuned.

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8) AUTORES: A. H. Nayfeh, S. A. Emam, S. Preidikman, and D. T. Mook

TITULO: An Exact Solution for the Fundamental Natural Frequencies of Flexible Beams Undergoing Overall

Motion

FUENTE: Journal of Vibration and Control VOLUMEN: 9

NUMERO: 11

PAGINAS: 1221-1229

EDITORIAL: SAGE Publications

LUGAR: Thousand Oaks, CA 91320, USA Print ISSN: 1077-5463; Online ISSN: 1741-2986 FECHA: Novembrer, 2003

DOI: 10.1177/1077546304030692

URL: http://jvc.sagepub.com/content/9/11/1221

Abstract: We investigate the free vibrations of a flexible beam undergoing an overall two-dimensional motion. The beam is modeled using the Euler-Bernoulli beam theory. An exact solution for the natural frequencies and corresponding mode shapes is obtained. The model can be extended to beams undergoing three-dimensional motions.

9) AUTORES: P. A. Ravetta, y S. Preidikman

TITULO: Desarrollo de simulaciones numéricas para el estudio aeroelástico del control de actitud de

generadores eólicos medianos

FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL VOLUMEN: XXI

PAGINAS: 203-222

EDITORIAL: Asociación Argentina de Mecánica Computacional LUGAR: Buenos Aires

FECHA: October, 2002

URL: http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/viewFile/895/851

Resumen: En este trabajo se presentan simulaciones numéricas del comportamiento aeroelástico del control de actitud de un generador eólico mediano. Para llevar a cabo estas simulaciones se consideran dos modelos del sistema de control: uno constituido por un ala delta en posición vertical, y otro que consiste en un arreglo de dos alas delta en posición vertical, también conocido como doble deriva. En ambos casos se consideran los efectos producidos por la separación del flujo en el borde de ataque. Esto hace al problema inherentemente lineal y no-estacionario. Mediante el desarrollo de estas simulaciones se pretende determinar cual es la configuración que reduce el tiempo que necesita el sistema para llegar a la posición de equilibrio. Con esta finalidad se realizan simulaciones numéricas variando los parámetros característicos de cada modelo. Las cargas aerodinámicas se obtienen utilizando el método de red de vórtices inestacionario. Las ecuaciones de movimiento se obtienen a partir de las ecuaciones de Lagrange. Para determinar la posición del sistema en cada instante de tiempo se utilizan ángulos de Euler. Las ecuaciones que gobiernan los modelos se integran en el dominio del tiempo mediante una implementación de un método predictor-corrector de cuarto orden desarrollado por Hamming.

10) AUTORES: A. W. B. Castelló, S. Preidikman, and J. C. Massa

TITULO: Simulaciones numéricas de “buffeting” en puentes arriostrados causado por flujos vorticosos 2-D FUENTE: Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil

VOLUMEN: 4 NUMERO: 1 PAGINAS: 27-40

EDITORIAL: Universidad de Puerto Rico

LUGAR: Mayagüez, PR 00681-9041, Puerto Rico ISSN: 1535-0088

FECHA: May, 2004

URL: http://academic.uprm.edu/laccei/index.php/RIDNAIC/article/viewFile/74/73

Resumen: El desarrollo de nuevos materiales y de métodos de cálculo cada vez más sofisticados permite diseñar construcciones donde se maximiza la resistencia y se minimiza el peso. Bajo estas hipótesis de diseño, las estructuras resultan muy flexibles y altamente susceptibles de presentar problemas aeroelásticos. En este trabajo se estudia la posibilidad de “buffeting” causada por la interacción aerodinámica presente en el caso de dos puentes arriostrados o colgantes ubicados uno paralelo al otro. Para simular de una manera simple el fenómeno

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de buffeting, ambos puentes son modelados estructuralmente como un par de placas planas. Para el puente “2”, ubicado corriente de aire abajo, se utilizó un modelo estructural que consiste en una placa móvil embestida por un flujo altamente vorticoso. Este flujo es producido por la presencia del puente “1”, ubicado corriente arriba de la placa móvil, que es modelado como una placa plana inmóvil inmersa en una corriente de aire inicialmente uniforme. Las placas se consideran rígidas. La móvil tiene dos grados de libertad: desplazamiento vertical y rotación alrededor de su centro elástico. La rigidez de los cables es modelada mediante dos resortes, asociados a cada uno de los grados de libertad. Se induce la trepidación a través de un cambio brusco del ángulo de inclinación del puente “1” en el instante inicial. Para determinar las cargas de origen aerodinámico se utilizó un método de red de vórtices inestacionario y no-lineal. Se desarrolló un algoritmo que permite integrar numéricamente e interactivamente en el dominio del tiempo el sistema de ecuaciones diferenciales que describe al sistema dinámico unificado estructura-corriente de aire. Se estudió la influencia de la velocidad del aire y de la posición relativa de los puentes en la amplitud y frecuencia de las vibraciones inducidas por el flujo vorticoso y en la velocidad de “flutter”.

11) AUTORES: J. F. Cárdenas-García and S. Preidikman

TITULO: Consideration of a biaxially loaded photoelastic plate with an elliptical discontinuity using an

inverse problem methodology

FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL VOLUMEN: XXIV

PAGINAS: 2917-2939

ISSN 1666-6070

FECHA: Noviembre, 2005

Abstract: The direct problem of an elliptical hole in a uniaxially and biaxially loaded, homogeneous, isotropic infinite plate in plane stress is a classical result that has been extensively studied, especially in relation to the assessment of cracks in plates. This theoretical formulation leads naturally into consideration of relevant inverse problems based on using full field stress data, in the form of photoelastic fringes or lines of maximum shear stress. The resulting inverse problems are twofold: (a) from known geometry, biaxial loading and photoelastic response around the elliptical hole determine the material stress fringe value; and, (b) from known geometry, stress fringe value and photoelastic response around the elliptical hole determine the applied far-field loads. Modeling of the elliptical hole in a plate is approached analytically and using finite elements (FE). The inverse problem methodology used relies on least-squares optimization. Initial comparison between the analytical and FE approaches shows that for the experimental results of interest the FE approach should yield better comparisons. Application of the inverse problem methodology allows seamless integration between the FE model results and experimental photoelastic results. The robustness of this approach is tested using noisy data.

TITULO: On systems of circular wedges for serpentine robots applications FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL

VOLUMEN: XXIV PAGINAS: 2119-2130

ISSN 1666-6070

Abstract: Previous work showed that duplicate circular wedges might be used to achieve repeatable, accurate, precise and versatile alignment of mechanical components. This paper further explores the versatility and application of circular wedges in robotics. Of particular interest are dissimilar circular wedges, i.e., circular wedges that differ in wedge angle, in the number of circumferential divisions, and in offset angle. Several applications are highlighted: the use of circular wedges as the basis for a new robotic joint; the utilization of circular wedges in implementing a robotic end-effector; and, the configuration of a serpentine robot from circular wedges.

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TITULO: A strong coupling scheme for fluid-structure interaction problems with dynamically moving

boundaries in viscous incompressible flows

PAGINAS: 2131-2148

ISSN 1666-6070

Abstract: In the present paper an embedded-boundary formulation that is applicable to fluid structure interaction problems is presented. The Navier-Stokes equations for incomprensible flow are solved on a fixed grid which is not aligned with the body. A corotational formulation is used to describe the dynamics of a body that moves through the fixed grid undergoing large-angle/large-displacement rigid body motions. A strong coupling scheme is adopted, where the fluid and the structure are treated as elements of a single dynamical system, and all of the governing equations are integrated simultaneously and interactively in the time domain. A demonstration of the accuracy and efficiency of the method will be given for a variety of fluid/structure interaction problems.

14) AUTORES: M. Vanella, S. Preidikman y J. Massa

TITULO: Estudio de la dinámica no-lineal de micro-vehículos aéreos de alas batientes mediante un

modelo híbrido de cuerpos rígidos y flexibles

PAGINAS: 2161-2179

ISSN 1666-6070

Resumen: Se presenta el desarrollo de un modelo híbrido compuesto por un sistema cuerpoalas que permite la representación (imitación), del estado correspondiente a distintas configuraciones (despegue, ascenso, descenso, maniobras y aterrizaje, entre otras), observadas en el vuelo de pequeñas aves e insectos. El cuerpo del micro-vehículo es modelado como un conjunto de cuerpos rígidos interconectados. Para capturar el incremento de eficiencia aerodinámica proveniente de la deformación elástica de las alas, se considera para ellas un modelo estructural flexible acoplado elástica e inercialmente con la dinámica de grandes desplazamientos y grandes rotaciones características del conjunto. Se derivan las ecuaciones de movimiento asociadas a las coordenadas generalizadas del modelo de alas batientes haciendo uso del Principio de Hamilton Extendido. Las alas flexibles se modelan como vigas de Euler-Bernoulli y se dircretizan las variables continuas mediante el Método de Elementos Finitos. El presente trabajo forma parte de un esfuerzo mucho mayor que se está llevando a cabo en la Universidad de Maryland en College Park, USA. El objetivo general del proyecto es estudiar como sistemas físicos, espaciales y temporalmente distribuidos, pueden ser integrados con datos de biología experimental y con computación de alta performance para lograr diseños eficientes.

15) AUTORES: B. A. Roccia, S. Preidikman y J. C. Massa

TITULO: Análisis dinámico de mástiles arriostrados mediante integración numérica en el dominio del

tiempo

PAGINAS: 619-638

ISSN 1666-6070

Resumen: En este trabajo se estudia la respuesta dinámica de mástiles arriostrados comúnmente utilizados en comunicaciones. Para llevar a cabo simulaciones numéricas de una manera simple se modela el mástil como una viga-columna apoyada sobre un conjunto de soportes no-lineales y sin masa que representan el sistema de

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riendas. El efecto de segundo orden de las fuerzas de compresión en la dirección del mástil se tiene en cuenta mediante el uso de la matriz de rigidez geométrica. Los cables que representan el conjunto de apoyos elásticos se idealizan usando el modelo parabólico clásico, válido para cables con flecha pequeña. El sistema estructural aquí presentado tiene dos grados de libertad por nudo: el desplazamiento transversal y la rotación de los nudos en los cuales se ha discretizado el sistema. Primero se estudia estáticamente la variación de la rigidez horizontal de los nudos arriostrados en función de la pretensión de montaje y del desplazamiento horizontal del nudo. Para tener en cuenta el valor instantáneo de la rigidez, que es función de la deformación, se desarrolló un algoritmo que permite integrar numéricamente e interactivamente en el dominio del tiempo el sistema de ecuaciones diferenciales que describe al sistema dinámico no lineal. Finalmente, se comparan resultados provistos por el modelo totalmente no lineal de los cables con aquellos provistos por linealizaciones habitualmente utilizadas en la práctica.

16) AUTORES: H. Li, S. Preidikman, B. Balachandran and C. D. Mote Jr.

TITULO: Nonlinear free and forced oscillations of piezoelectric microresonators FUENTE: Journal of Micromechanics and Microengineering

EDITORIAL: Institute of Physics Publishing

LUGAR: Dirac House, Temple Back, Bristol BS1 6BE, United Kingdom ISSN: 0960-1317 (Print); 1361-6439 (Online)

FECHA: February 2006

DOI:10.1088/0960-1317/16/2/021

URL: http://iopscience.iop.org/0960-1317/16/2/021

Abstract: Free and forced oscillations of piezoelectric, microelectromechanical resonators fabricated as clamped– clamped composite structures are studied in this effort. Piezoelectric actuation is used to excite these structures on the input side and piezoelectric sensing is carried out on the output side. A refined integro-partial differential model is developed for a clamped–clamped composite beam structure and used for studying the nonlinear transverse vibrations of these resonators. This model accounts for the longitudinal extension due to transverse vibrations, distributed actuation and axially varying properties across the length of the structure. Free oscillations about a post-buckled position are studied, and for weak damping and weak forcing, the method of multiple scales is used to obtain an approximate solution for the response to a harmonic forcing. Analytical predictions are also compared with experimental observations. The model development and the analysis can serve as a basis for analysing the responses of other composite microresonators.

17) AUTORES: S. Preidikman and B. Balachandran

TITULO: A semi-analytical tool based on geometric nonlinearities for microresonator design FUENTE: Journal of Micromechanics and Microengineering

EDITORIAL: Institute of Physics Publishing

LUGAR: Dirac House, Temple Back, Bristol BS1 6BE, United Kingdom ISSN: 0960-1317 (Print); 1361-6439 (Online)

FECHA: March 2006

DOI:10.1088/0960-1317/16/3/006

URL: http://iopscience.iop.org/0960-1317/16/3/006

Abstract: In this paper, a computational mechanics model specifically tailored for composite microresonators with piezoelectric actuation and piezoelectric sensing is developed and used as a design tool for these microresonators. The developed model accounts for the structural properties and the electromechanical coupling effect through finite-element analysis. It is assumed that the deflection is large and that the geometric nonlinearity must be included. The dynamic admittance model is derived by combining the linear piezoelectric constitutive equations with the modal transfer function of the multi-layered microresonator structure. The resonator receptance matrix is constructed through modal summation by considering a limited number of dominant modes. The electromechanical coupling determination at the input and output ports makes use of converse and direct piezoelectric effects. In the development of the finite-element models, the boundary conditions, the shapes of electrodes and distributed parameters such as varying elastic modulus across the length of the structure have

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been taken into account. The developed semi-analytical tool can be used to carry out parametric studies with respect to the following: (i) the resonator beam thickness and length, (ii) the influence of constant axial forces on the transverse vibrations of clamped–clamped microresonators, (iii) the geometry of the drive and sense electrodes, and (iv) imperfect boundary conditions due to mask imperfections and fabrication procedure. The semi-analytical development has been validated by comparing model predictions with prior results available in the literature for clamped–clamped resonators and experimental measurements. A detailed discussion of modeling considerations is also presented.

18) AUTORES: S. Preidikman, J. C. Massa y B. A. Roccia TITULO: Dynamic analysis of guyed towers

FUENTE: Revista Internacional de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura Civil VOLUMEN: 6

NUMERO: 1 PAGINAS: 27-40

EDITORIAL: Universidad de Puerto Rico,

LUGAR: Mayagüez, PR 00681-9041, Puerto Rico ISSN: 1535-0088

FECHA: May, 2006

URL: http://academic.uprm.edu/laccei/index.php/RIDNAIC/article/viewFile/110/109

Abstract: A numerical approach capable of predicting the dynamic behavior of guyed towers commonly used for wireless communication, meteorological measurements, and recently, even for power transmission, is presented in this paper. In order to carry out numerical simulations in a simple way, the three/four-legged latticed mast is modeled as a beam-column standing on a set of massless, non-lineal springs which represent the guys. The base of the mast is modeled as a hinge preventing the displacements. The equations of motion are discretized in the space domain using the finite element method. Because the inherent non-linear behavior of tall guyed masts, geometrics nonlinearities are included in the finite element procedure. A geometrical stiffness matrix is included to account for the influence of the axial force acting on the mast on the transverse vibrations of the guyed tower; this matrix is obtained from the nonlinear component of the strain-displacement relation. The cables are idealized using the classic parabolic model, valid for small strain elastic catenaries. Self weight and inertia of the cables are neglected. The legs, diagonals and horizontal members of the mast are modeled as a two-node, bi-dimensional elastic beam-column element with two degrees-of-freedom at each node. Nonlinear dynamic response is computed in the time domain using a predictor-corrector method to perform a step-by-step integration of the governing equations of motion. The results provided by the non-lineal model were compared with those obtained from the linearization commonly used in practice. It is shown that the model can predict reasonably well the response of cable-supported towers even with fewer degrees-of-freedom, compared to more elaborate analyses, involving finite element discretization of cables.

TITULO: Solution of the Moiré Hole Drilling Method Using a Finite-Element-Method-Based Approach FUENTE: International Journal of Solids and Structures

VOLUMEN: 43 NUMERO: 22-23 PAGINAS: 6751–6766 EDITORIAL: Elsevier

LUGAR: 525 B Street, Suite, San Diego, CA 92101, USA ISSN: 0020-7683

FECHA: November, 2006

Abstract: The moiré hole drilling method in a biaxially loaded infinite plate in plane stress is an inverse problem that exhibits a dual nature: The first problem results from first drilling the circular hole and then applying the biaxial loads, while the other problem arises from doing the opposite, i.e., first applying the biaxial load and then drilling the circular hole. The first problem is hardly ever addressed in the literature but implies that either separation of stresses or material property identification may be achieved from interpreting the moiré signature around the hole. The second is the well known problem of determination of residual stresses from interpreting the moiré fringe orders around the hole. This paper addresses these inverse problem solutions using the finite element method as the means to model the plate with a hole, rather than the typical approach using the Kirsch solution, and a least-squares optimization approach to resolve for the quantities of interest. To test the viability of the proposed method

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three numerical simulations and one experimental result in a finite width plate are used to illustrate the techniques. The results are found to be in excellent agreement. The simulations employ noisy data to test the robustness of this approach. The finite-element-method-based inverse problem approach employed in this paper has the potential for use in applications where the specimen shape and boundary conditions do not conform to symmetric or well-used shapes. Also, it is a first step in testing similar procedures in three-dimensional samples to assess the residual stresses in materials.

20) AUTORES: J. C. Massa, S. Preidikman y M. F. Bandi

TITULO: Relaciones cinemáticas entre el modelo estructural y el modelo aerodinámico del ala flexible de

un micro-vehículo aéreo de alas batientes

FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL VOLUMEN: XXV

PAGINAS: 2311-2331

EDITORIAL: Asociación Argentina de Mecánica Computacional LUGAR: Santa Fe, Argentina

ISSN: 1666-6070

Resumen: Para estudiar la dinámica del vuelo de micro-vehículos aéreos súper-maniobrables de alas batientes inspirados en la biología, se utiliza un modelo conformado por dos cuerpos rígidos interconectados y por dos alas flexibles acopladas elástica e inercialmente con la dinámica de grandes desplazamientos y grandes rotaciones del conjunto multi-cuerpo. Para poder imitar las deformaciones elásticas características de las alas de insectos y aves pequeñas se utiliza un modelo de ala flexible. La superficie alar se modela aerodinámicamente como una sábana vorticosa y estructuralmente mediante el uso de un modelo de viga con actuadores piezoeléctricos. La discretización espacial de la sábana vorticosa (red de vórtices) depende de consideraciones puramente aerodinámicas y es independiente de la discretización de la viga (malla de elementos finitos) que obedece únicamente a consideraciones del cálculo estructural. En este trabajo se desarrolla una técnica general de interpolación que permite relacionar los desplazamientos de los puntos nodales que definen la red de vórtices asociada a la superficie sustentadora flexible (modelo aerodinámico) con los desplazamientos de los nudos de la malla del modelo de elementos finitos (modelo estructural). Las técnicas presentadas en este trabajo amplían y complementan el modelo numérico desarrollado en un trabajo anterior de los mismos autores, para el análisis estático y dinámico del comportamiento flexional de una viga accionada mediante actuadores piezo-eléctricos del tipo PZT, posibilitando la conexión entre el modelo de viga con actuadores y el modelo aerodinámico de la superficie sustentadora. Además, le agregan capacidades gráficas que permiten modificar “on-line” el tipo de excitación aplicada a los actuadores, como así también su distribución a lo largo de la viga. Todo esto con el fin de obtener la deformación del ala que se desee y también de producir películas que muestran la evolución temporal de la deformación de la superficie sustentadora. El presente trabajo forma parte de un proyecto de mayor envergadura que se está llevando a cabo en forma conjunta con la Universidad de Maryland en College Park, USA.

21) AUTORES: M. F. Valdez, S. Preidikman y J. C. Massa

TITULO: Aerodinámica de flujos bidimensionales e inestacionarios dominados por vorticidad FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL

VOLUMEN: XXV PAGINAS: 2333-2357

ISSN: 1666-6070

Resumen: En este trabajo se simulan numéricamente algunos de los mecanismos aerodinámicos inestacionarios que le permiten mantenerse en vuelo a algunos insectos y aves pequeñas. Estos mecanismos de vuelo son inherentemente no-lineales e inestacionarios y no pueden ser captados por una formulación basada en las hipótesis de la aerodinámica lineal y estacionaria. Si bien una característica de estos fenómenos es su relativamente bajo número de Reynolds, el mismo es lo suficientemente alto como para avalar la hipótesis de que los efectos viscosos están confinados, únicamente, a la capa límite y a las estelas vorticosas. Esta última hipótesis permite predecir las cargas aerodinámicas mediante el uso del método de red de vórtices no-lineal e

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inestacionario. El modelo aerodinámico desarrollado incluye la posibilidad de separación del flujo en el borde de ataque cuando el perfil alcanza un determinado ángulo de ataque efectivo y permite además incorporar variaciones, preestablecidas en el tiempo, de la combadura y de la cuerda de la sección alar en estudio. Para mejorar la representación de la evolución espacio-temporal de las estelas se realiza un suavizado (“splitting”) de la distribución espacial y de la intensidad de vorticidad en las mismas. Con el fin de cotejar los resultados provenientes de las simulaciones numéricas con resultados experimentales se desarrolla un algoritmo de pre-procesamiento de datos, y otro de visualización y post-pre-procesamiento de las variables que caracterizan la evolución espacial y temporal del flujo. Se estudian, entre otras, las características del vuelo conocido como “hovering”, en el cual el insecto se mantiene suspendido en el aire, aleteando y sin avanzar. El fin último de este trabajo es el desarrollo de una herramienta numérica que permita evaluar las cargas aerodinámicas asociadas a los diversos mecanismos empleados por algunos insectos para mantenerse en vuelo, con el objeto de inspirar el desarrollo de micro-vehículos aéreos súper-maniobrables, no tripulados de alas batientes.

22) AUTORES: S. Preidikman, J. C. Massa y M. F. Bandi

TITULO: Accionamiento mediante actuadores piezoeléctricos de alas flexibles para micro-vehículos

aéreos súper maniobrables inspirados en la biología

FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL VOLUMEN: XXV

PAGINAS: 2359-2381

ISSN: 1666-6070

Resumen: En este trabajo se desarrolla un modelo de ala flexible que permite imitar algunas deformaciones elásticas observadas en alas de insectos y aves pequeñas. Estas deformaciones son necesarias para inducir mecanismos aerodinámicos inestacionarios que les posibilitan maniobrar y volar. Con el modelo numérico desarrollado se puede analizar estática y dinámicamente el comportamiento flexional de una superficie alar (superficie sustentadora) cuya flexibilidad se concentra en una viga que va desde la raíz del ala hasta cubrir casi completamente la envergadura de la misma. Para inducir deformaciones elásticas en la viga asociada al ala, se distribuyen actuadores piezo-eléctricos del tipo PZT sobre las caras superior e inferior de la viga. Las deformaciones mecánicas se consiguen aplicando en los actuadores una diferencia de potencial variable en el tiempo. Las ecuaciones de movimiento y aquéllas que describen el acoplamiento electromecánico del conjunto viga-actuadores PZT son discretizadas mediante elementos finitos. La superficie alar se modela aerodinámicamente mediante un método de red de vórtices. El cambio de forma de la red de vórtices es descripto por el desplazamiento del conjunto de puntos nodales que definen la red. Como se muestra en otro trabajo de los mimos autores, estos desplazamientos se pueden obtener a partir de los desplazamientos y rotaciones de los nudos de la malla de elementos finitos utilizada para discretizar la viga. En este trabajo se presenta el desarrollo de un algoritmo numérico que permite integrar en el dominio del tiempo las ecuaciones de movimiento-acoplamiento electromecánico del sistema viga-actuadores. Este esfuerzo forma parte de un proyecto de mayor envergadura cuyo objetivo general es estudiar como integrar sistemas físicos, espacial y temporalmente distribuidos, con datos de la biología experimental y con computación de alta performance para lograr diseños innovadores de micro-vehículos aéreos súper-maniobrables, no tripulados, de alas batientes inspirados en la biología.

23) AUTORES: G. Jeandrevin, C. Sacco, C. Paoletti y S. Preidikman

TITULO: Simulación numérica utilizando CFD de los ensayos en túnel de viento de una pala de generador

eólico en condición de operación “stand still”

FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL VOLUMEN: XXVI

PAGINAS: 1272-1291

EDITORIAL: Asociación Argentina de Mecánica Computacional LUGAR: Córdoba, Argentina

ISSN: 1666-6070 FECHA: Octubre, 2007

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Resumen: En este trabajo se presentan las simulaciones numéricas y los ensayos experimentales realizados sobre una pala de un generador eólico en condición de operación Rotor Estático. En ambos casos, se obtuvieron las cargas, fuerzas y momentos a las cuales se encuentra solicitada la toma de la pala. Las simulaciones numéricas se realizaron utilizando CFD. En la comparación de los resultados el código reproduce aceptablemente las mediciones experimentales. Se muestran visualizaciones de flujo con óleos durante los ensayos en túnel de viento.

24) AUTORES: S. Preidikman, He Li, and B. Balachandran

TITULO: Computational multi-field mechanics model of piezoelectric micro-resonator arrays FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL

VOLUMEN: XXVI PAGINAS: 2800-2819

Abstract: Micromechanical systems (MEMS) that employ active piezoelectric materials, typically in thin-film form, show promise for a variety of applications and are currently the subject of research in a number of laboratories. The development of increasingly complex devices demands sophisticated simulation techniques for design and optimization. MEMS devices typically involve multiple coupled energy domains and media that can be modeled by using a set of partial differential equations, including spatial and time variables. In this work, a computational multi-field mechanics model of a micro-structure with piezoelectric actuation and piezoelectric sensing has been developed as a design tool for micro-resonators and micro-resonator arrays. Although linear models of electrostatically actuated microresonator arrays have been developed in the literature, such models have not been developed for piezoelectrically driven resonator arrays. The developed dynamic model of MEMS resonator array accounts for structural properties and electromechanical coupling effect through finite element analysis. In the simulations, a beam element was used for the structural modeling. We assume that the deflection is large and account for the geometric nonlinearity. The mechanical strain, however, is assumed to be small so that the linear constitutive relations are still valid. The admittance model is derived by combining the linear piezoelectric constitutive equations with the modal transfer function of the resonator structure. The overall transfer function describing the admittance between a driven input and a sense output of a micro-resonator array is obtained in the frequency domain. The resonator receptance matrix is constructed through modal summation by considering only a limited number of dominant modes. The electromechanical coupling determination at the input and output ports makes use of the converse and direct piezoelectric effects. The coupled model can be used to carry out sensitivity studies with respect to the following: (i) the resonator beam thickness and length; (ii) the influence of constant axial forces on the transverse vibrations of clamped-clamped microresonator arrays; (iii) geometry of the drive and sense electrodes; and (iv) imperfect boundary conditions due to mask imperfections and fabrication procedure. For micromechanical resonators, these modeling uncertainties come in large part from manufacturing tolerance, residual stresses, irregular surface topology, and material property variations, among others. The developed model has been validated by comparing with results available in the literature for single clamped-clamped resonators.

25) AUTORES: S. Preidikman, P. A. Ravetta, y R. A. Burdisso

TITULO: Dynamic stability analysis of isolated integrated motor propulsor FUENTE: MECANICA COMPUTACIONAL

VOLUMEN: XXVI PAGINAS: 2820-2831

Abstract: Integrated Motor Propulsors (IMP) are being considered for the propulsion system of future underwater vehicles. A key issue is the reduction of IMP mechanical vibration transmitted to the vehicle. To this end, vibration isolation of the IMP is a potential approach to reduce these vibrations. However, the isolation of the IMP from the vehicle body can potentially lead to a dynamic instability problem of the system. Coupled-mode flutter of aircraft