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Este congreso, organizado en conjunto por AMCA (Asociación Argentina de Mecánica Computacional) y FIUBA (Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires), se desarrollará del 11 al 14 de noviembre de 2025 en la Ciudad de Buenos Aires, en Av. Las Heras 2214.
Los objetivos del congreso son promover la difusión de información científica y tecnológica en el área de Mecánica Computacional; favorecer el intercambio científico y profesional del uso de los métodos numéricos y las técnicas computacionales tanto a nivel de investigación como en transferencia al sector industrial; estimular la investigación y el aprendizaje de las teorías básicas relacionadas, a nivel universitario y de posgrado. Motiva la realización de este evento la transversalidad que significa la aplicación de métodos numérico-computacionales a infinidad de ramas del conocimiento, abarcando entre otras, las distintas ramas de la ingeniería, la medicina y las ciencias básicas.
Este evento, se suma a una larga serie de reuniones científicas sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones que tuvo sus orígenes en 1983. Esta edición es la número 41°. Estos eventos que se realizan cada año en una ciudad diferente de Argentina, tienen características únicas. Por un lado, reúnen a científicos y profesionales de distintas ramas de la ingeniería, medicina, ciencias básicas y otras áreas. Por otro lado, tienen reconocimiento y participación internacional. Además, los trabajos que se presentan que son aprobados por pares revisores, son recopilados en una publicación denominada "Mecánica Computacional" que posee en la actualidad 40 volúmenes.
Las disciplinas abarcadas incluyen, entre otras: Ingeniería (todas las ramas: civil, mecánica, informática, petróleo, nuclear, industrial, química, alimentos, bioingeniería, etc.); Ciencias exactas; Ciencias físico-naturales; Arquitectura; Medicina y Geología.
Habrá alrededor de 280 exposiciones, agrupadas en 22 sesiones temáticas y en conferencias plenarias a ser dictadas por destacados invitados especiales. Además, se realizará un concurso de posters para estudiantes de grado. Las sesiones son
- S2501-Acústica y Vibraciones "Homenaje al Ing. Mario René Serra"
- S2502-Análisis Estructural
- S2503-Mecánica de Fluidos Computacional
- S2504-Dinámica Estructural
- S2505-Flujo y Transporte Multifásico en Medios Porosos y Microescala
- S2506-Mecánica Computacional de Sólidos
- S2507-Modelado de Sistemas Multicuerpo
- S2508 - Modelado Multiescala de la Mecánica y la Física de Materiales Complejos
- S2509 - Multifísica
- S2510 - Fundamentos Matemáticos de los Métodos Numéricos
- S2511 - Optimización y Control: Teoría y Aplicaciones
- S2512 - Ingeniería de Reactores Nucleares
- S2513 - Aplicaciones Industriales
- S2514 - Modelado de Superficies e Interfaces
- S2515 - Computación de Alto Desempeño
- S2516 - Enseñanza de Métodos Numéricos
- S2517 - Hidrodinámica y Transporte en Ingeniería Hidráulica
- S2518 - Cooperación Europa-Argentina
- S2519 - Modelado Computacional en Bioingeniería, Biomecánica y Sistemas Biomédicos
- S2520 - Cuantificación de Incertidumbre y Modelado Estocástico
- S2521 – Transferencia de Calor y Masa
- HOM - Homenaje al Dr. Gustavo Buscaglia
- Sesión de posters para estudiantes de grado
Comité organizador
Dra. Paula Folino (Presidente)
Dra. Marcela Goldschmit (Vicepresidente)
Dr. Antonio Caggiano
Dra. Marianela Ripani
Dr. Pablo Cobelli
Ing. Lucas Macías
Ing. Hernán Xargay
Ing. Sebastián Etienot
Dr. Hernán Svoboda
Secretaría: Sra. Sandra Sarano
Comité científico
Dr. Pablo Mininni (Presidente)
Dr. Guillermo Etse
Dr. Mario Storti
Autoridades AMCA
Presidente
Dr. Pablo Kler
Secretaria
Dra. Laura Battaglia
Tesorero
Dr. Gerardo Franck
Vocales
Dr. Santiado Urquiza
Dr. Sebastián Giusti
Dr. Martín Idiart
Dr. Sebastián Machado
Dr. Juan Manuel Podestá
Dr. Juan Ramos Nervi
Dra. Sonia Vrech
Comisión revisora de cuentas
Dr. Oscar Moller
Dr. Miguel Cousirat
El modelado de la dinámica multicuerpo con impacto y fricción exige tratar contactos esencialmente discontinuos y restricciones. En este trabajo se adopta explícitamente el enfoque de métodos no suaves, formulado como problemas de complementariedad (LCP/NCP) o como inclusiones diferenciales con medida, y resuelto mediante esquemas time-stepping tipo Moreau–Jean, acoplados a un algoritmo alpha-generalizado para las partes suaves del movimiento. Las restricciones se imponen a nivel de velocidad, con corrección en posición para verificación exacta de restricciones. En cada paso con discontinuidades se calculan los impulsos de contacto y la fricción de Coulomb, capturando los regímenes stick–slip. Se emplean leyes de restitución de tipo Newton, evitando regularizaciones que suavicen artificialmente el choque. Se contemplan impactos múltiples y simultáneos, resolviendo indeterminaciones y propagación de choques con reglas coherentes con la no penetración y la disipación de energía. También se consideran problemas con lubricación, mediante leyes de fricción dependientes de velocidad y viscosidad, manteniendo la estructura no suave del contacto. Las fuerzas de impacto se reconstruyen a partir de los impulsos y de tiempos de contacto efectivos, con regularizaciones locales opcionales para obtener trazas físicamente plausibles. Los desarrollos incluyen estabilización de restricciones y verificación por estudios de convergencia y comparación con soluciones de referencia cuando existan.
S2503 | Part 1 / 6
Computational Fluid Mechanics
Mecánica de Fluidos Computacional
Chairs | Directores:
Ana Scarabino, Sofía S. Sarraf, Hugo G. Castro, Miguel Coussirat, Rodrigo R. Paz, Laura Battaglia
La intermitencia caótica es una ruta por medio de la cual un sistema evoluciona hacia comportamientos caóticos. Este fenómeno ha sido observado en varias ramas de la ciencia como la ingeniería, física, química, economía, biología, neurociencias, etc. En la mecánica de fluidos, particularmente en flujos turbulentos, la intermitencia es un rasgo característico. En los últimos años se ha desarrollado una teoría nueva de intermitencia caótica que permite comprender mejor la misma aplicada en mapas unidimensionales. Este trabajo continúa un esfuerzo por ampliar el estudio y la teoría a mapas de dos dimensiones. Se trabaja sobre un mapa bidimensional que presenta intermitencia tipo I para sus mapas de retorno 10 y 14. Se describen las metodologías empleadas para tratar con intermitencia en atractores de múltiples puntos fijos. Se presenta la estrategia utilizada para calcular numéricamente las funciones características de la intermitencia, la RPD y la densidad de probabilidad de las longitudes laminares. Se comparan los resultados numéricos con los obtenidos en mapas de una dimensión.
This work explores the generation of non-mixing islands in fluid flows—regions where particles remain grouped and resist mixing with the surrounding chaotic motion. Understanding such structures is essential in industrial mixing processes and in geophysical contexts, such as the dispersion of contaminants or nutrients in oceans. Traditional visualization using instantaneous Eulerian fields may misrepresent transport properties, motivating the use of Lagrangian Coherent Structures (LCS) to identify dynamically distinct regions. Building on principles of Chaos Topology [Gilmore & Lefranc, 2002; Sciamarella & Charó, 2024], we classify particles according to their dynamic traits to detect these regions from advection data, including both physical drifters and virtual particles in simulations. The method applied here extracts topological information from time series, following a delay embedding reconstruction of the dynamics and an approximation of the branched manifold underlying the attractor [Sciamarella & Mindlin, 2001]. This framework has been successfully applied to incompressible flow models such as the Driven Double Gyre, the Bickley Jet, and CFD simulations of cylinder wakes [Charó et al., 2020, 2021]. In this study, we analyze flow past a backward-facing step, using both 2D numerical simulations and wind tunnel experiments at matched Reynolds numbers. The region of interest is the downstream recirculating zone, influenced by the oscillatory dynamics of the reattachment point. Time series of particle positions are embedded to reconstruct phase-space dynamics, from which cell complexes are constructed. Topological coloring is used to label particles according to their finite-time dynamical class. The results distinguish regions of distinct Lagrangian behavior and allow for a comparison of the lifetime of non-mixing islands across experimental and numerical data, highlighting the robustness of the approach.
Se investiga numéricamente la evolución de una gota cuando es depositada en el centro de un sustrato sólido, circular y plano cuya temperatura disminuye logarítmicamente con el radio. El gradiente térmico sobre el sustrato induce un gradiente de temperatura sobre la superficie del líquido, por lo que sobre esta se genera un esfuerzo de Marangoni. Dicho esfuerzo impulsa al líquido hacia la periferia del sustrato. Resultados experimentales publicados muestran que la línea de contacto avanza manteniendo inicialmente la simetría axial, pero a partir de cierto punto se desestabiliza y presenta ondulaciones que crecen con el tiempo. Con el objetivo de estudiar dicha inestabilidad, se obtienen soluciones numéricas tridimensionales de la ecuación que gobierna al fenómeno para diferentes condiciones iniciales, se detecta en cada caso la posición de la línea de contacto, y por medio de un análisis espectral se determina la evolución de cada modo normal azimutal, sus tasas de crecimiento y la posible interacción entre ellos. Para resolver numéricamente la ecuación se usó el método de elementos finitos y un esquema de diferenciación inversa con paso temporal adaptativo. Se utilizó un solver iterativo (Generalized Minimal Residuals - GMRES), preacondicionado por medio de un algoritmo multigrilla estándar MUMPS. Se utilizó un criterio de convergencia de 10−3 para el error relativo definido por una norma Euclidiana ponderada para dos iteraciones sucesivas. El dominio se discretizó con elementos triangulares no estructurados, con tamaños máximo y mínimo de 0,01 y 0,0008, respectivamente.
Estudios experimentales han revelado que una gota que se apoya en el centro de un sustrato circular horizontal cuya temperatura decrece con el radio, evoluciona inicialmente en forma axisimétrica, formando un anillo líquido cuyo radio aumenta con el tiempo. Sin embargo, una vez que se alcanza un radio crítico, la línea de contacto rompe su simetría desarrollando oscilaciones. En este estudio analizamos numéricamente el flujo bidimensional de la gota y la estabilidad del frente de avance. Modelamos el flujo bajo la hipótesis de lubricación, estrictamente válida para condiciones de ángulo de contacto nulo, para obtener el perfil de altura del líquido a lo largo del radio. Sobre este flujo base, analizamos la estabilidad lineal de esta línea de contacto. Las ecuaciones se discretizan en el espacio mediante diferencias finitas centradas y se evolucionan en el tiempo utilizando un esquema de avance temporal sincronizado de Crank-Nicholson. Encontramos que las amplitudes de los modos inicialmente disminuyen hasta alcanzar un radio crítico, para luego crecer con velocidades que dependen del número de onda.
En un trabajo previo (“Simulación numérica del flujo a bajo número de Reynolds en un microresonador del tipo placa. Parte 4: placas cuadradas con M × M perforaciones”, Mecánica Computacional, Vol XL, págs. 481-490) se presentó una modelización numérica del flujo oscilatorio tridimensional de un fluido viscoso newtoniano alrededor de un microresonador utilizado en sistemas microelectromecánicos (MEMS). El microresonador consistía en una placa de oro cuadrada, de muy bajo espesor, perforada con M × M orificios cuadrados equiespaciados. Se calculó el factor de calidad del dispositivo, empleando Galerkin BEM (Galerkin Boundary Element Method) y verificado con OpenFOAM. En este trabajo se presentan algunas mejoras y detalles en Galerkin BEM en su codificación con OpenMP.
S2521 | Part 1 / 4
Heat and Mass Transfer
Transferencia de Calor y Masa
Chairs | Directores:
Guillermo F. Umbricht, Juan Carlos Álvarez Hostos, César Venier, Ester Sonia Esteban
En este trabajo se estudia una técnica para la estimación del término fuente en una ecuación bidimensional de reacción-advección-difusión-fuente. La identificación de este término constituye un problema inverso mal planteado en el sentido de Hadamard, dado que el operador inverso no es acota- do, lo que provoca una alta sensibilidad frente a perturbaciones en los datos. Se propone una estrategia de regularización basada en la Descomposición Modal Empírica Bidimensional (BEMD) para atenuar la variabilidad no deseada, inducida por el ruido presente en las mediciones experimentales o simuladas. Se presenta un ejemplo numérico que ilustra la efectividad de la metodología propuesta, y se comparan los resultados obtenidos con los reportados en la literatura, en los que se emplean otras técnicas de regularización clásicas. Además, se realiza un análisis sobre las distribuciones y las propiedades estadísticas de los errores relativos de aproximación, a fin de evaluar la robustez y estabilidad del enfoque desarrollado.
En este trabajo se estudia un problema 2D de transferencia de calor transitoria de un cuerpo bicapa embebido en un fluido en movimiento. Se considera un proceso de transferencia completo teniendo en cuenta la difusión, la disipación convectiva, las pérdidas de flujo lateral, la generación interna de calor y la resistencia térmica que ofrece la interfaz, en la cual se cumple la continuidad del flujo y se presenta un salto de temperatura. La situación de interés se modela matemáticamente, se encuentran soluciones analíticas explícitas utilizando técnicas de Fourier y se formula un esquema convergente en diferencias finitas para simular casos particulares. La solución es consistente con resultados anteriores. Se incluye un ejemplo numérico que muestra coherencia entre los resultados obtenidos y la física del problema.
Este trabajo presenta un análisis numérico de la convección natural en cavidades trapezoidales, caracterizadas por dos paredes verticales aisladas y dos paredes activas inclinadas simétricamente. La diferencia de temperatura varía entre 1ºC y 30ºC, mientras que la base menor del trapecio entre 0,03 m y 0,07 m. Para cada valor de la base menor, las paredes inferior y superior se inclinan de 0º a 30º, lo que provoca un incremento en la base mayor a medida que aumenta el ángulo de inclinación. En un estudio previo, se analizó esta configuración con una base menor fija de 0,05 m. En el presente trabajo, se exploran distintos valores de la base menor para evaluar el efecto de la separación de las paredes activas en la transferencia de calor. Los resultados muestran que, a medida que aumenta el ángulo de inclinación, el número de celdas convectivas disminuye. Además, según el valor de la base menor, se pueden distinguir dos tipos de flujo: multicelular y unicelular, este cambio de flujo ocurre a un ángulo crítico. Por otro lado, se han obtenido dos correlaciones de tipo potencial entre los números de Nusselt y Rayleigh, cada una empleando diferentes longitudes características y mostrando un ajuste satisfactorio.
Este trabajo estudia el fenómeno de convección natural transitoria en el interior de cavidades cilíndricas sometidas a flujo de calor constante y variable por la pared lateral, mientras que la base y tapa se consideran adiabáticas. La motivación surge del análisis térmico de tanques de gran volumen expuestos a las condiciones climáticas. Las simulaciones se realizan con el software OpenFOAM v.9, considerando la aproximación de Boussinesq. Para un flujo de calor constante, se analiza la influencia de distintos esquemas numéricos sobre los términos convectivos (QUICK, Linear, LinearUpwind) y re- finamiento de mallas, evaluando la fidelidad de las soluciones. Se trabaja en configuraciones de 2 y 3 dimensiones, comparando los resultados de temperatura con datos experimentales reportados, mostrando una buena concordancia en el régimen transitorio. Finalmente, se considera un flujo de calor variable, definido en función de la temperatura ambiente, para aproximarse a condiciones reales. Este estudio constituye una base sólida para el análisis térmico de tanques de almacenamiento expuestos al ambiente.
Con el fin de analizar las pérdidas de peso por evaporación de agua durante el enfriamiento de carne vacuna, se realiza un modelo transitorio de transferencia de calor y masa sobre una pieza de carne de geometría cilíndrica, dentro de un recinto en el que se tiene una circulación de aire. El modelado se realiza utilizando el software COMSOL Multiphysics. La difusión de calor y masa de agua dentro de la carne son modeladas, incorporando la variación de la actividad del agua superficial. Se considera el enfriamiento de la carne por convección, radiación y evaporación de agua. El coeficiente de convección utilizado en el modelo, asumido constante y uniforme, es estimado a partir de mediciones experimenta- les. Se utiliza el modelo de intercambio de radiación entre superficies de un recinto para determinar el enfriamiento radiativo. El modelo es validado con mediciones experimentales de temperatura de la carne y la masa de agua evaporada acumulada durante el período de enfriamiento. Los resultados obtenidos del modelo y del experimento son muy similares, con un error relativo máximo para la masa evaporada menor al 1 %. El modelo resulta una herramienta útil para evaluar el uso de enfriamiento radiativo para minimizar las pérdidas evaporativas en cámaras frigoríficas.
S2509 | Part 1 / 4
Multiphysics
Multifísica
Chairs | Directores:
Marcela Cruchaga, Ezequiel López, Gustavo Ríos Rodríguez, Mario Storti, Luciano Garelli
Choosing an appropriate computational domain for moving vehicles with strong fluid-structure inter- action (FSI) is a challenging task. Typically, the vehicle follows a very long trajectory (compared to its size) in the longitudinal direction, but it can also experience significant lateral displacements, or even changes in direction, due to the fluid’s action. If a fixed, earth-bound domain is used, it would need to be excessively large, demanding substantial computational effort. In this article, we propose a strategy to have a computational domain that follows the body, while keeping the lateral boundaries as streamlines so that standard slip boundary conditions can be applied there. Standard Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) terms are added to account for the mesh movement. This approach allows for the consideration of very complex vehicle movements with a computational cost roughly similar to that of a standard FSI problem. Note that ALE terms must be included anyway due to the body’s movement caused by the FSI. Details of the numerical implementation of the streamlined boundaries are discussed, and several numerical examples are presented.
High-sided road vehicles are more susceptible to stability-related accidents than most other on-road designs due to distinctive design features—large wind-exposed side areas and an elevated center of gravity. Accurate prediction of aerodynamic loads and the resulting vehicle dynamics is essential for developing effective mitigation strategies. In this context, a fluid–structure interaction (FSI) framework is presented for the canonical high-sided Ground Transportation System (GTS) benchmark, specifically aimed at analyzing its behavior under crosswind gusts. The framework couples the CFD solver Code Saturne with a vehicle-dynamics module based on a particle-system formalism, integrated via user routines. Both one-way and two-way coupling approaches are employed. Mesh motion is handled through a two- stage strategy that effectively limits cell-quality degradation. The implementation is validated against published data, demonstrating good agreement in both aerodynamic loads and vehicle-dynamics responses. The framework allows for a quantitative assessment of how coupling strength affects lateral-stability metrics under crosswind excitation.
En este trabajo se llevó a cabo un análisis numérico tridimensional del comportamiento aerodinámico de una turbina eólica de eje horizontal mediante simulaciones transitorias con palas rígidas y malla dinámica de tipo overset. Se evaluaron tres configuraciones de complejidad creciente para cuantificar la incidencia de los componentes físicos en las cargas aerodinámicas no estacionarias, con énfasis en las señales de torque y potencia. El flujo se resolvió con el método de volúmenes finitos y la turbulencia se modeló mediante P-DNS, preservando alta fidelidad a un costo moderado. Los resultados evidenciaron el aporte diferencial de cada componente al comportamiento global. Además, se presentaron resultados preliminares de acoplamiento fluido-estructura con palas rígidas: la rotación libre quedó determinada por el balance aerodinámico-resistente y se reflejaron efectos de interacción rotor-torre en las señales de torque y potencia.
Este trabajo presenta la simulación de estanques de sección circular sometidos a condiciones de sloshing. El modelo se construye en el marco del método de partículas combinado con elementos finitos PFEM. La evolución de la superficie libre ante distintas condiciones de llenado y de agitación impuesta externa se compara con reportes analíticos y experimentales de la literatura con la finalidad de validar la metodología para el análisis de este tipo de estanques contenedores.
Presentamos una comparación sistemática de tres enfoques de modelado —modelos de orden reducido (lineal y no lineal) y simulaciones CFD–FEM— para predecir inestabilidades de flutter en vigas flexibles sometidas a flujos internos en canales angostos. Nuestro análisis se centra en su capacidad para estimar el umbral de bifurcación y describir la dinámica estructural poscrítica. El modelo lineal per- mite predecir la velocidad crítica y el modo inestable mediante un análisis clásico de estabilidad, aunque exhibe limitaciones bajo confinamiento severo. La formulación no lineal incorpora no linealidades geo- métricas y efectos viscosos derivados del acoplamiento fluido–estructura, lo que nos permite capturar las oscilaciones auto-sostenidas características del régimen posbifurcación. Las simulaciones CFD–FEM y los datos experimentales reportados en la literatura se utilizan como referencia para validar cada enfoque. El estudio pone de manifiesto las fortalezas y limitaciones de cada estrategia de modelado, estableciendo criterios de aplicabilidad en función de la severidad del confinamiento.
S2519 | Part 1 / 2
Computational Modeling in Bioengineering, Biomechanics, and Biomedical Systems
Modelado Computacional en Bioingeniería, Biomecánica y Sistemas Biomédicos
Chairs | Directores:
B. Silvano Zanutto, Sergio Lew
La optimización en el procesado de la información es fundamental para la obtención de conclusiones relevantes. Presentamos un análisis alternativo de la estabilidad del sistema cardíaco haciendo uso de las herramientas de la Ingeniería de Control. Buscaremos determinar la Función de Lyapunov, la cual es un parámetro que indica el grado de estabilidad de un sistema dinámico. El modelo que se presenta en este trabajo está diseñado en el espacio de estados. La acción controladora que se busca determinará en el sistema una convergencia a un punto de equilibrio antes del inicio de cada latido. Conformamos la dinámica cardíaca utilizando un modelo de Windkessel de tres elementos. Este enfoque nos permite obtener resultados acerca de la consistencia del sistema. La utilización de la matriz de controlabilidad nos permite inferir parámetros indicativos acerca de la naturaleza dinámica del funcionamiento del modelo objeto de estudio. Estos parámetros, surgidos de diferentes variables como la compliancia y la diferencia de presiones en cada paciente, en un instante dado, aseguran la convergencia con menor trayectoria hacia un estado “estable”. Los resultados obtenidos mediante el uso de esta nueva aplicación ha sido la de encontrar una trayectoria más corta de un estado a otro, asegurando una mayor estabilidad y un gasto energético menor.
Este trabajo presenta una metodología experimental y computacional para caracterizar la respuesta biomecánica activa y pasiva de la arteria carótida bajo hipoxia hipobárica intermitente (HHI), utilizando miografía de presión ex vivo en ratas expuestas a normoxia y a 4 y 10 ciclos de HHI. Las respuestas activa y pasiva se evalúan en soluciones con KCI y sin calcio, respectivamente, registrando en tiempo real el diámetro y la fuerza axial para estimar tono miogénico, rigidez y distensibilidad. Con estos datos se ajusta un modelo constitutivo activo basado en la formulación químico-mecánica de Murtada, que descompone la energía de deformación en componentes pasiva y activa. El modelo se implementa mediante el método de elementos finitos (FEM), permitiendo simular de forma realista el comportamiento de arterias presurizadas y evaluar cómo la hipoxia altera la regulación mecánica del vaso. Dado el impacto de la hipoxia intermitente en la salud vascular de poblaciones expuestas a gran altitud, resulta fundamental comprender cómo esta condición altera la mecánica arterial a nivel funcional y estructural.
La hipoxia gestacional, caracterizada por una exposición crónica del feto a bajos niveles de oxígeno durante el embarazo, ha sido asociada a alteraciones estructurales y funcionales en distintos tejidos, incluyendo el sistema cardiovascular. Este trabajo implementa la caracterización biomecánica de arterias aórticas provenientes de cobayos en hipoxia gestacional, utilizando ensayos equibiaxiales y un protocolo de relajación por pasos múltiples (multi-step stress relaxation). Esta metodología permite desacoplar las componentes elásticas y viscoelásticas de la respuesta mecánica del tejido. La caracterización se realizará mediante el modelo anisotrópico de Holzapfel-Gasser-Ogden (2006) para la respuesta hiperelástica y el modelo de Latorre (2015) para la respuesta viscoelástica no lineal. Ambos modelos serán utilizados en simulaciones numéricas mediante el método de elementos finitos para analizar el comportamiento mecánico del tejido.
Este trabajo presenta un modelo computacional simplificado o modelo de juguete de una unidad funcional espinal (FSU) lumbar, centrado en el segmento L4-L5, con el objetivo de explorar parámetros relevantes para la planificación de cirugías mínimamente invasivas, como la discoplastía percutánea ósea. Al mismo tiempo la utilización de un "modelo de juguete" sirve para poder parametrizar la FSU. Utilizando herramientas de software libre, Gmsh, Dolfinx y Paraview, se creó un modelo simplificado por elementos finitos que permite simular condiciones fisiológicas y patológicas del disco intervertebral (DIV). En particular, se analiza cómo cambios en la altura del disco, el volumen del núcleo pulposo y la cantidad de cemento óseo inyectado afectan el comportamiento de la FSU. Este trabajo busca sentar las bases para, en el futuro, determinar de forma más precisa parámetros quirúrgicos como el volumen óptimo de cemento a utilizar en casos específicos.
S2510 | Part 1 / 1
Mathematical Foundations of Numerical Methods
Fundamentos Matemáticos de los Métodos Numéricos
Chairs | Directores:
Mariela Olguin, Ariel Lombardi, Ezequiel López
En este trabajo se emplean modelos PINO (siglas en inglés de “operadores neuronales de Fourier informados por física”) para aproximar el operador diferencial de la ecuación de conducción de calor unidimensional en régimen transiente. Basado en los modelos FNO (operadores neuronales de Fourier, arquitecturas de redes neuronales con capas tipo Fourier), los modelos PINO integran directamente las ecuaciones diferenciales del problema, lo que permite prescindir de datos rotulados. Una vez entre- nado, el modelo es capaz de predecir la solución para tiempos futuros y condiciones iniciales no vistas durante el entrenamiento. Este enfoque representa un avance en el modelado de fenómenos físicos, al habilitar la construcción de modelos sustitutos o de orden reducido aplicables en tareas de optimización o problemas multiescala en transferencia de calor.
El desarrollo de métodos numéricos para la simulación de flujos multifásicos es un tema de intensa investigación debido a sus numerosas aplicaciones industriales y medioambientales. En este trabajo se estudia el efecto de la existencia de discontinuidades en problemas de difusión estacionaria, particularmente en la resolución numérica de los sistemas algebraicos que resultan de la discretización del laplaciano. Se consideran casos bidimensionales con diferentes combinaciones de condiciones de contorno y distribuciones espaciales de la difusividad, incluyendo saltos abruptos entre regiones del do- minio. El estudio se enfoca en analizar la estabilidad numérica y la convergencia de métodos iterativos basados en espacios de Krylov evaluando su rendimiento ante discontinuidades en los coeficientes de difusión. Los resultados permiten identificar ventajas y limitaciones de cada enfoque, ofreciendo herramientas teóricas y prácticas para mejorar la simulación de flujos con propiedades físicas discontinuas.
En este trabajo se presenta un generador de mallas planas de triángulos basado en árboles cuaternarios (quadtrees). Los generadores de malla quadtree tienen la ventaja de adaptarse a la densidad de los datos, refinando la malla sólo donde es necesario conduciendo a mallas muy eficientes. Se asume un contorno poligonal y se seleccionan aquellas celdas cuadradas de la grilla que representan al con- torno y al interior del dominio. Luego se subdividen estas celdas por alguna de sus diagonales y queda conformada una malla de triángulos. Para seleccionar las celdas del contorno se utiliza el algoritmo de Bresenham. Este algoritmo se utiliza en computación gráfica para rasterizar líneas y existen variantes para diferentes tipos de curvas y también para quadtrees. Este algoritmo también permite seleccionar los nodos de la grilla que mejor aproximan cada recta de contorno.
El presente trabajo sintetiza una investigación matemática y algorítmica del autor. En el mismo se resumirán descubrimientos relacionados al mapeo de polinomios trigonométricos restringidos, los cuales se han denominado Funciones Asincrónica Senoidales (FAS), mapeados en matrices reales de dimensión afín, denominadas Matrices Asincrónicas Senoidales (MAS). Del análisis de esos mapeos, surgirán una serie de propiedades y aplicaciones, las cuales se presentarán y ejemplificarán a lo largo del presente. Dada la naturaleza necesariamente resumida del presente trabajo, se ha balanceado su contenido, de tal modo que las bases matemáticas mencionadas sean claras y suficientes, pero dejando espacio para los ejemplos y aplicaciones. Las aplicaciones brindarán la posibilidad – inédita, a juicio del autor – de identificar las frecuencias componentes de una señal basada en polinomios trigonométricos por métodos algebraicos, distintos y novedosos respecto a las Series de Fourier, y con mayor flexibilidad algorítmica para el tratamiento y reconstrucción con respecto a señales ponderadas y/o definidas en intervalos (picewise).
S2518 | Part 1 / 2
Europe-Argentina Cooperation
Cooperación Europa-Argentina
Chairs | Directores:
Umberto Berardi, Paula Folino, Silvana Flores Larsen, Davide Borelli, Antonio Caggiano
The strengthening of existing Reinforced Concrete (RC) beams by adding a thin jacket made of Fiber Reinforced Concrete (FRC) appears to be an effective method for increasing the flexural and shear capacity. However, the mechanical interaction between the original substrate and the new concrete layer introduces complex behaviors, being the interface susceptible to partial debonding, slippage, or cracking. Based on an exhaustive parametric analysis already performed by analyzing experimental data, this work is aimed at better understanding the key parameters that could affect the composite behavior of a strengthened beam section. For this purpose, a computational modeling of the problem in a FE environment is presented. The three phases composite beam system is represented by a RC core, a FRC jacket and the interface between them. Different approaches for the constitutive modeling of the interface as well as the parameters defining the bond strength are explored. Finally, the comparison between experimental and numerical results is performed and a sensitivity analysis of the involved parameters is presented.
On the Ligurian coast (Italy), 3D-printed concrete units were deployed to promote the attachment and growth of Ericaria amentacea, a habitat-forming macroalga essential for biodiversity and carbon sequestration. Although these structures were succesfully colonized in both laboratory and field settings, their mechanical resistance proved insufficient under marine loading conditions, limiting their long-term applicability. In this context, the study developed alternative mortars using conventional fabrication methods, incorporating crushed seashells as a partial replacement for natural fine aggregate. The results show that shell-based mixtures maintain flexural strength while exhibiting lower air permeability and reduced capillary absorption coefficients—properties favorable for durability in marine environments. A computational design stage was also introduced to optimize the geometry of the units with respect to linear-elastic stiffness, while enforcing the biologically inspired surface inclination for algal settlement. This approach integrates biological and mechanical criteria and points toward more resilient designs under marine stresses, offering a scalable pathway for restoring E. amentacea habitats in the Mediterranean.
This study assesses the moisture transport phenomena of 3D printing lime-cement mortars with Phase Change Materials (PCM) and Cellulose Fibers (F) for architectural applications comparing experimental results and numerical analyses. A lime-cement control mortar was designed and cellulose fibers and different percentages of PCM (i.e., 10, 20 and 30%) were added, leading to a total of eight different mixtures. Physical and mechanical characterization tests were performed on mortar samples and capillary water absorption tests were carried out over 24h. Based on the experimental results, a computational nonlinear FE-based Moisture Diffusion model was calibrated to simulate the data.
Structural integrity assessment of concrete infrastructures is increasingly reliant on non- destructive testing (NDT) techniques capable of delivering real-time, in-situ information about damage evolution. Among these, Acoustic Emission (AE) stands out as a passive monitoring method that captures stress-induced ultrasonic wave emissions generated by internal material changes, such as microcracking. AE offers a unique advantage: it allows volumetric, continuous monitoring of structural elements without invasive procedures. However, a critical challenge in AE-based monitoring is the vast volume of signal data generated during structural loading, which complicates manual interpretation and reduces the practicality of the technique in operational settings. To address this, Machine Learning (ML) methods have been introduced to support automated signal classification and pattern recognition. In this work, we present experimental results from reinforced concrete beams subjected to four-point bending until failure under controlled conditions. AE signals were continuously recorded using a sensor array, and parameters such as amplitude, energy, and duration were extracted. These signals were then analyzed through a trained Multilayer Perceptron (MLP) neural network model to classify AE events into “cracking” and “non-cracking” categories. The approach was specifically designed to enhance real-time interpretation of AE data in structural applications. The results show a strong correlation between AE signal characteristics and the evolution of damage in concrete elements. The ML approach significantly enhanced the detection accuracy, enabling automated, real-time identification of crack initiation and propagation. These findings highlight the combined power of AE and AI for effective structural health monitoring and early warning systems in aging concrete infrastructure.
This study is aimed at covering all aspects of the evaluation, certification, and reduction of the energy and carbon footprint of the built environment across the globe. The study investigates the topic from the scale of the city and its neighbourhoods, to the building level and finally to the level of single building materials and components. Many protocols, tools, and labels proposed in recent years, both at international and local levels, are compared. The study aim is to classify, describe, and discuss all the different approaches and options. The chapters offer a comprehensive, up-to-date, and critical review of all the different certification methods that have been proposed at different levels in the building sector. Tools and protocols for cities and neighbourhood sustainability assessment for buildings sustainability assessment and certification, and for building materials and components are compared. Finally, the study includes an overview of the legislation and standards in the field and case studies to exemplify the application of the different tools and labels.
S2501 | Part 1 of 1
Acoustics and Vibrations "Tribute to Eng. Mario René Serra"
Acústica y Vibraciones "Homenaje al Ing. Mario René Serra"
Chairs | Directores:
Leonardo Molisani, Sebastián Ferreyra, Ronald O’Brien, Martin Sequeira, Juan Fontana
Se presenta una metodología híbrida que combina redes neuronales artificiales con el modelo semiempírico de propagación acústica de la norma ISO 9613-2, con el objetivo de estimar el nivel sonoro en un receptor considerando la influencia de variables meteorológicas locales. Se distinguen dos escenarios: en calma (sin viento), donde el modelo ISO se utiliza como referencia, y con viento, donde se emplean mediciones reales. La red se entrena mediante una función de pérdida mixta que combina el ajuste de mediciones con viento y un término que penaliza las desviaciones respecto de la estructura del modelo de referencia. Además, se incorporan condiciones funcionales sobre la dependencia con el viento para valores extremos de velocidad, adoptando una forma similar a una sigmoide según lo reportado en la bibliografía. El enfoque permite balancear el poder predictivo de los modelos basados en datos experimentales con una estructura de referencia guiada por principios físicos, generando un modelo sustituto regularizado con menor dependencia de grandes volúmenes de datos.
Los adhesivos estructurales son una alternativa a las uniones tradicionales, pero su integridad puede verse afectada por defectos en la aplicación o el curado. Para garantizar su fiabilidad, es esencial aplicar técnicas de evaluación no destructiva (END), donde los métodos acústico-ultrasónicos resultan especialmente útiles. Este trabajo propone un enfoque basado en la descomposición wavelet de señales acústicas para extraer características que permitan, mediante algoritmos de inteligencia artificial, la detección automática de daños en uniones adhesivas. La metodología busca mejorar la precisión en la identificación de fallas y aportar una herramienta eficiente para el monitoreo estructural.
Los implantes dentales se utilizan para la reconstrucción de piezas dentales perdidas. Si bien tienen altas tasas de éxito, todavía se producen fallas. El aspecto difícil de controlar es la interfaz entre el implante y el hueso en el que se inserta. Tradicionalmente se ha utilizado como material para implantes, el titanio y sus aleaciones, y más recientemente se ha propuesto la utilización de materiales poliméricos como el PEEK (Polyether Ether Ketone). El presente trabajo propone la utilización de la técnica de Emisión Acústica, para monitorear la estabilidad primaria de la interfase hueso-implante dental, y fundamentalmente, realizar la comparación de las señales obtenidas cuando se pierde la estabilidad primaria de la interfase hueso-implante dental. Para alcanzar el objetivo, primeramente, se realizó la inserción de diversos implantes en un maxilar de material sintético; y seguidamente, se efectuó la comprobación de la estabilidad primaria de la interfase de dicho material sintético con cada implante, mediante la técnica de Emisión Acústica, aplicando para ello, una carga de compresión al conjunto. Los ensayos realizados permitieron destacar las enormes ventajas de la utilización de Emisión Acústica, puesto que se permite determinar la existencia de una mala integración hueso-implante dental.
Se propone comparar las respuestas modales obtenidas para diversos materiales en un puente Francés y otro Belga de violonchelo mediante la simulación por elementos finitos. Se determina la influencia del agregado de la masa de los sensores en la respuesta de la estructura. Se comparan resultados de las frecuencias naturales obtenidos mediante mediciones en laboratorio. Se analiza la influencia de la masa y las densidades de los materiales propuestos en la respuesta de los puentes. Se relacionan todos los resultados obtenidos del puente Francés y Belga, dos puentes emblemáticos de la Lutheria tradicional, con los cambios encontrados como respuesta de cada material.
En el presente trabajo se formula un problema termo-mecánico con condiciones iniciales y de borde adecuadas, y se construyen soluciones semi-analíticas asociadas al denominado Problema de Danilovskaya según dos tipos de condiciones: a) Condiciones de borde Neumann, b) Condiciones inicia- les no locales impulsivas, en el marco del Modelo balístico difusivo para la ecuación de conducción del calor, considerando, para las ecuaciones de movimiento del sector elástico, la formulación de Mindlin- Aifantis de segundo gradiente. El problema referido anteriormente, fue formulado aproximadamente, por V.I. Danilovskaya en 1950, y consiste en la determinación de las distribuciones de temperatura y campos elastodinámicos, que surgen en un medio elástico semi-infinito, en 2+1-dimensiones, debido a un pulso térmico dispuesto en sus fronteras. Este fenómeno es de fundamental importancia en la comprensión de la propagación de ondas termo-elásticas en solidos sometidos a impactos térmicos de gran intensidad.
Después de una breve revisión de los conceptos principales de la teoría de elasticidad no local, se derivan las ecuaciones constitutivas del medio no local, conteniendo microestructuras. A continuación, se analiza la propagación de ondas elásticas no locales, con condiciones iniciales periódicas en medios conteniendo microestructuras. Se construye la representación de la solución semi-analítica, utilizando los teoremas de Representación de Green-Lagrange.
S2503 | Part 2 / 6
Computational Fluid Mechanics
Mecánica de Fluidos Computacional
Chairs | Directores:
Ana Scarabino, Sofía S. Sarraf, Hugo G. Castro, Miguel Coussirat, Rodrigo R. Paz, Laura Battaglia
Accurate prediction of the laminar-to-turbulent transition remains one of the most significant challenges in flow simulations using turbulence models. This work focuses on the analysis of currently available transition models and their main limitations, particularly in flat plate and airfoil configurations. Boundary layer transition strongly influences the distribution of skin friction coefficient on flat plates, as well as pressure and lift coefficients on airfoils, playing a key role in predicting drag, losses, and aero- dynamic efficiency. Various modeling approaches are reviewed, including correlation-based methods and modified versions of the k–omega SST model tailored to capture transition mechanisms. Despite their progress, many of these models show limitations when dealing with non-ideal boundary conditions, adverse pressure gradients, or varying levels of incoming turbulence. This study presents a numerical evaluation of transition models applied to flat plate flows, comparing the resulting skin friction distributions with experimental correlations. The work is then extended to airfoil simulations, analyzing the behavior of pressure and lift coefficients and their sensitivity to transition location and flow separation. This enables the analysis of boundary layer development and the effects of early or delayed transition on surface pressure distribution. The results indicate that while current models offer reasonable approximations under specific conditions, their generalization capability is still limited. It is concluded that further improvement is needed in the physical representation of transition mechanisms, along with more robust calibration under varied conditions, particularly for aerodynamic engineering applications.
Turbidity currents are sediment-laden gravity flows that travel along the seafloor, driven by the excess density of suspended particles. They play a central role in shaping submarine landscapes and transporting sediment into the deep ocean, with significant implications for geology, ecology, and offshore oil prospecting. The dynamics of these flows depend critically on the interaction between turbulence, sediment suspension, and particle settling. This study investigates the role of particle settling velocity in modulating the structure and evolution of turbidity currents using direct numerical simulations (DNS) with approximately 100 million grid points and large eddy simulations (LES) of spatially evolving currents in extended domains (up to 1500 times the inlet height), solved via the spectral element method using the open-source solver Nek5000. We analyze a wide range of settling velocities on a shallow slope to isolate its impact on key flow properties such as velocity, concentration profiles, turbulent mixing, and entrainment. The results show that for sufficiently low values the flow behaves like a subcritical current. However, higher settling velocities lead to near-bed stratification and flow instabilities that manifest as internal hydraulic jumps with cyclic transitions between subcritical and supercritical regimes. For sufficiently high settling velocities, the flow permanently transitions to a supercritical state marked by persistent interfacial turbulence. The findings highlight the importance of settling velocity not only in controlling sediment deposition but also in governing the internal turbulence structure and entrainment of turbidity currents.
El modelo vehicular DrivAer constituye un paradigma consolidado en el ámbito internacional para la validación de simulaciones CFD en aerodinámica automotriz. Su configuración geométrica realista permite superar las limitaciones prácticas inherentes a modelos simplificados clásicos como el cuerpo de Ahmed, ofreciendo además una amplia disponibilidad de datos experimentales y numéricos. En este trabajo se presenta la aplicación del método de turbulencia P-DNS en la simulación de las tres configuraciones posteriores del DrivAer: notchback, fastback y estate back, bajo condiciones de piso y ruedas móviles y fijas. Los resultados se evalúan mediante coeficientes aerodinámicos globales y distribuciones de presión sobre grillas lineales ubicadas en las superficies inferior y superior de cada vehículo. Se compara el desempeño del método P-DNS frente a modelos tradicionales como k-omega SST, k-omega SST IDDES y realizable k-epsilon. Los resultados demuestran que el método P-DNS es una alternativa eficiente y robusta para el análisis aerodinámico automotriz, obteniendo resultados fiables sin requerir mallas excesivamente grandes.
Para prescribir condiciones de entrada en la simulación numérica de flujos turbulentos usando LES (Large Eddy Simulation), no basta con especificar estadísticas de segundo orden, como en RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), ya que parte de las estructuras turbulentas deben resolverse explícitamente. Usualmente se recurre a DNS (Direct Numerical Simulation) o a simulaciones precursoras para obtener e inyectar campos realistas, lo que implica un alto costo computacional. La generación de turbulencia sintética, en cambio, evita la resolución directa de las ecuaciones de Navier–Stokes, pero su rápida disipación, debida a la falta de correlaciones espaciales, así como a la ausencia de mecanismos de autodeformación y de transferencia de energía cinética interescalas, exige una extensa región de redesarrollo y un dominio de simulación mucho mayor que la zona de interés. En este trabajo se extiende el MTLM (Multiscale Turnover Lagrangian Map), que genera campos sintéticos con características estadísticas, geométricas y estructurales de la turbulencia homogénea e isotrópica, para generar campos anisotrópicos y no homogéneos, y se imponen como condición de entrada en un canal modelado con LES. Los resultados muestran una reducción de la longitud de la región de adaptación en comparación con otros métodos, reduciendo el costo computacional y manteniendo la precisión de la simulación.
Los datos obtenidos a partir de mediciones experimentales suelen contener una gran cantidad de ruido y/o ser de baja resolución, impidiendo muchas veces una buena calibración con las técnicas computacionales. Las técnicas de aprendizaje automático han demostrado que los enfoques del aprendizaje profundo son potencialmente adecuados para mejorar la resolución de imágenes, pero su eficacia suele estar limitada a la necesidad de grandes volúmenes de datos de alta resolución. Además, las predicciones generadas por estas redes neuronales pueden carecer de la coherencia física necesaria, violando principios fundamentales como la conservación de masa y cantidad de movimiento. En este sentido, la incorporación de Redes Neuronales Informadas por Física (PINNs) en el esquema típico de trabajo de la Fluidodinámica Computacional (CFD) parece ser útil. Dado que las PINNs permiten incorporar leyes físicas (ecuaciones de gobierno) en los datos disponibles, pueden aprender soluciones que son intrínsecamente coherentes con la física del problema analizado. En este trabajo, las PINNs se utilizan para mejorar la resolución de un campo de velocidades provenientes de un conjunto limitado de mediciones ruidosas y sin la incorporación de datos de alta resolución como referencia.
Plasma actuators (PA) generate an electrohydrodynamic force density in the air near an electrically insulating surface where electrodes are located. This actuation produces a spatiotemporal force distribution that induces mean and fluctuating velocity fields in the surrounding fluid media. To obtain these force fields, it appears beneficial to develop tools that can utilize experimental velocity field data. To this end, we propose a new force estimation process based on a data assimilation technique implemented with a Direct Numerical Simulation (DNS) code. The proposed method is tested using synthetic velocity flow field data produced by a computational fluid dynamics code. The proposed optimization method starts with an initial estimate of the force field derived from velocity data and an approximation of the Navier-Stokes equations. Through an iterative process, the considered strategy reduces the discrepancy between experimental and simulated vorticity data. The results obtained demonstrate that the data assimilation approach proves to be a quite satisfactory tool for recovering the dynamics of the force density produced by the actuator.
S2521 | Part 2 / 4
Heat and Mass Transfer
Transferencia de Calor y Masa
Chairs | Directores:
Guillermo F. Umbricht, Juan Carlos Álvarez Hostos, César Venier, Ester Sonia Esteban
In the electronics industry, microchannel heat sinks have emerged as an efficient solution for removing large amounts of heat from small surface areas using minimal amounts of cooling fluid. Compared to a traditional base fluid such as water or ethanol, nanofluids, both simple and hybrid, substantially improve the thermal properties of the coolant. In this study, we used the finite volume method through OpenFOAM software to simulate a microchannel heat sink developed by LabSthermat. This heat sink uses different nanofluids as the working fluid: Ag/H2O, ZnO/H2O, and Ag-ZnO/H2O at different concentrations. We calculate the convective heat transfer coefficient h, at a constant flow rate for various injected power densities at the base of the multi-microchannel diffuser device. We simulate the nanofluid using an effective method with experimentally characterized, temperature-dependent thermo- physical properties. To capture the complexity of the device’s conjugate heat transfer, we simulate all solid materials of the heat exchanger architecture (diffuser, heater, and insulating plate). Our objective is to understand how the different heat transfer mechanisms (conduction, convection, and radiation) con- tribute to the heat exchanger’s performance. This will allow us to optimize its design to maximize the heat flux evacuated at the outlet by forced convection of the fluid while minimizing heat losses by free air convection, between the external walls of the device, and radiation.
Un sistema advectivo-difusivo-reactivo puede dar lugar a la aparición de inestabilidades en la interfase gas-líquido o líquido-líquido, compuesto por una o varias especies que pueden reaccionar químicamente en un entorno isotérmico. La dinámica de estas inestabilidades, del tipo Rayleigh-Taylor o Saffman-Taylor, se conoce como patrones de digitación. La incorporación de gradientes térmicos en este tipo de sistemas permite investigar el rol de la temperatura como parámetro de control para estas inestabilidades. En este trabajo, se muestra, en escenarios simples para un dominio 2D, cómo se modifican estos patrones frente a la presencia de efectos térmicos.
A verified hydrodynamic–thermal baseline for laminar channel flow is established as a foundation for future wax-transport and wall-deposition modeling. The OpenFOAM 12 setup (meshing, numerics) is documented and a concise post-processing protocol is provided to ensure reproducibility. Convergence to a statistically steady regime is quantified via relative l2 norms of velocity and temperature referenced to time tref = 35 s. Local heat transfer is obtained from wall temperature gradients and bulk definitions, reporting streamwise Nusselt number |N ux| as temporal medians with inter-quartile ranges over the time interval t ∈ [30, 35] s. The curve of the streamwise Nusselt number shows a short thermal-entry peak and approaches an asymptote |N ux| ≈ 9.0–9.2 by x/Dh ≈ 13. Latent effects and deposition kinetics are not included. The resulting dataset provides a verified reference upon which dissolved-wax transport and wall-layer growth will be coupled and validated.
Thermal diodes are devices that play a key role in many industries due to their capacity to control and manage heat flows in several scenarios. There are two types of thermal diodes, active and passive. The first group needs an external agent to operate. On the other hand, the passive diodes control the heat flows due to their intrinsic build up. In this work we propose a passive two-phase thermal diode. Liquid droplets can evaporate/condensate, and eventually giving rise to liquid bridges that can be used to enable/block the heat transfer. In particular we characterize the formation of liquid bridges depending on the hidrophobicity of the facing surfaces, computing the diodicity of this setup. We show that our setup presents a larger diodicity than other passive diodes. The study is carried out using the finite volume method with OpenFOAM software.
This work focuses on the study of heat transfer mechanisms in a fluid confined within a nanocavity subjected to a temperature gradient through non-equilibrium molecular dynamics in steady states. Heat fluxes, temperature, and density profiles generated by a temperature difference between the two solid faces of the nanocavity, which have hydrophobic/hydrophilic coatings, will be analyzed. By introducing asymmetries in the system, we will analyze its ability to rectify thermal fluxes.
S2509 | Part 2 / 4
Multiphysics
Multifísica
Chairs | Directores:
Marcela Cruchaga, Ezequiel López, Gustavo Ríos Rodríguez, Mario Storti, Luciano Garelli
La caracterización de la dispersión y reactividad química de contaminantes en ambientes urbanos requiere herramientas de simulación que integren la fluidodinámica atmosférica, la geometría urbana y los procesos químicos asociados. Este trabajo aborda el análisis del transporte y transformación química de especies contaminantes emitidas por vehículos en un entorno urbano. empleando el solver reactingFoam de OpenFOAM®. Este enfoque numérico permite abordar configuraciones donde el trans- porte y la cinética química están fuertemente acoplados, particularmente en reacciones fotoquímicas in- ducidas por radiación solar y en la formación de contaminantes secundarios. El caso de estudio se basa en un dominio tipo "street canyon" o callejón urbano, bajo condiciones fotoestacionarias, lo cual representa una configuración típica de entorno urbano. En este escenario se analiza la distribución espacio-temporal de especies clave como óxidos de nitrógeno (NO y NO2) y ozono (O3), evaluando la capacidad del mo- delo para reproducir tanto los patrones de flujo como la evolución química de los contaminantes. Los resultados muestran que el modelo numérico representa adecuadamente el acoplamiento entre el transporte convectivo-difusivo y las reacciones químicas, habilitando su aplicación al estudio de calidad de aire en entornos urbanos más complejos.
En los últimos años, la inteligencia artificial y, en particular, las redes neuronales profundas han experimentado avances significativos, permitiendo abordar problemas que anteriormente resultaban computacionalmente inviables. Entre las aplicaciones más prometedoras se encuentran las redes neurona- les guiadas por la física (PINNs), que son un tipo de aproximadores de funciones universales que pueden incorporar el conocimiento de cualquier ley física descripta mediante ecuaciones diferenciales que rija un conjunto de datos determinado en el proceso de aprendizaje. En este trabajo se propone evaluar el desempeño de las PINNS de base finita (FBPINNs), para resolver la ecuación de onda unidimensional bajo distintas condiciones de contorno. Los resultados obtenidos son comparados con simulaciones numéricas generadas mediante el software k-Wave. El presente trabajo constituye un primer paso y la perspectiva a futuro es sentar las bases para una futura extensión a dos y tres dimensiones y su aplicación al problema directo de tomografía optoacústica y ultrasónica. Se pueden encontrar las simulaciones utilizadas y ejemplos extra en https://github.com/mdl99-github/FBPINNs-for-Wave-Equation.
Se presenta un modelo matemático simplificado formulado mediante el enfoque lagrangiano, destinado a describir el comportamiento de un sistema oscilatorio bidimensional sometido a forzamientos externos. El modelo busca reproducir ciertos patrones observados en mediciones de campo realizadas en el estuario de Bahía Blanca, adoptando una calibración cualitativa como criterio de ajuste. Se describen apropiadamente la teoría y las hipótesis del modelo, las cuales se basan en observaciones e información estadística del propio estuario. Se valida cualitativamente el modelo teórico frente a los resultados de las mediciones, en términos de espectros de potencia e historias temporales. Los resultados obtenidos representan un aporte a una línea de investigación sobre convertidores undimotrices desarrollada por los autores.
La difusión es un proceso físico-químico que se manifiesta en campos tan variados como la física, la química, la biología y diversas ingenierías. Su alcance abarca fenómenos ambientales esencia- les - la formación de gotas en las nubes, la lluvia ácida o la dispersión de contaminantes en aire, suelo y agua - y también interviene en tecnologías industriales, como la conservación de frutas en salmuera o almíbar y la degradación de materiales de construcción por agentes corrosivos. Por estas razones, la determinación precisa de los coeficientes de difusión, ya sean aparentes o relativos, exige hoy en día la convergencia de mediciones experimentales, modelos teóricos sólidos y simulaciones numéricas avanza- das. Esta integración metodológica refleja la evolución de la ciencia desde una postura escéptica hacia el uso de las matemáticas en química, hasta la consolidación de herramientas teóricas - incluida la ecuación de Schrödinger - que ofrecen un marco riguroso para describir y predecir los procesos de difusión. La estrecha analogía formal entre la ecuación de Schrödinger en estado estacionario y la ecuación de Fick permite aprovechar el rico andamiaje matemático de la Mecánica Cuántica para describir procesos de transporte clásico. En este estudio teórico, partimos de esa semejanza para derivar expresiones analíticas del coeficiente de difusión (D) y la barra de energía potencial U0 que debe superarse para que una partícula penetre en el medio difusor. Mediante el tratamiento cuántico de la función de onda estacionaria - análogo al perfil de concentración en difusión - se obtiene una relación directa entre las soluciones de Schrödinger y las soluciones de la ecuación de difusión unidimensional de Fick, estableciendo así un puente riguroso entre ambos formalismos. Como complemento conceptual, el modelo de random walk en una red bidimensional ilustra de manera intuitiva el desplazamiento aleatorio de partículas, reforzando la pertinencia del formalismo cuántico para estudiar difusión, adsorción y transporte superficial.
Se presenta una técnica de superposición del método de Galerkin libre de elementos y el Método de elementos Finitos (Sup-MGLE-MEF) de tres niveles para la modelización termo- fluidodinámica de problemas transitorios de transferencia de calor con fuentes móviles concentradas. El dominio global se discretiza mediante una malla gruesa de elementos finitos. Superpuestos a esta malla se utiliza un conjunto de nodos que se desplazan solidariamente con la fuente de calor para realizar aproximaciones con MGLE mejorado (MGLEM). Dentro de esta región MGLEM térmica, se define una subregión más fina de nodos móviles, dedicada a resolver simultáneamente los problemas térmico y fluidodinámico en la zona fundida usando el MGLEM. La transferencia de información se realiza desde la subregión interna hacia la región térmica, y esta última intercambia datos térmicos con la malla de elementos finitos de fondo. Esta estrategia de acoplamiento permite resolver con eficiencia y precisión los efectos térmicos y fluidodinámicos localizados inducidos por fuentes de calor móviles.
Este trabajo analiza el efecto del refuerzo con fibra de carbono en estructuras piezoeléctricas impresas en 3D sobre la eficiencia de recolección de energía. Se fabrican vigas tipo cantilever mediante impresión FDM (modelado por deposición fundida), utilizando filamentos de PLA puro y PLA con fibra de carbono, y se estudian distintas orientaciones de impresión (0° y 90°). Se desarrolla un modelo matemático basado en teoría de vigas de Euler-Bernoulli para predecir la respuesta dinámica del sistema y estimar la energía recolectada en condiciones resonantes. La caracterización experimental se realiza mediante ensayos de vibración forzada, midiendo la frecuencia de resonancia y la tensión generada por elementos piezoeléctricos adheridos. Se observa el incremento en la rigidez del prototipo cuando se utiliza la fibra de carbono impresa en dirección longitudinal. Los resultados experimentales permiten validar el enfoque propuesto, con miras al desarrollo de recolectores de energía más eficientes para sensores autónomos.
S2519 | Part 2 / 2
Computational Modeling in Bioengineering, Biomechanics, and Biomedical Systems
Modelado Computacional en Bioingeniería, Biomecánica y Sistemas Biomédicos
Chairs | Directores:
B. Silvano Zanutto, Sergio Lew
El presente trabajo se encuadra en el área de desarrollo de tejidos artificiales (scaffolds) para reemplazo de tejido vivo. Se analizan variaciones de la geometría respecto del diseño original a partir de probetas físicas de poly-caprolactona (PCL) obtenidas por mediante impresión 3D. Se realiza el modelado computacional de los ensayos uniaxiales utilizando las geometrías relevadas de probetas físicas y comparando con los resultados de geometrías ideales. Se presentan los resultados obtenidos analizando y discusión en relación con las variables estudiadas.
Cerebral aneurysms are a pathology of particular interest due to their association with stroke, one of the main causes of death and disability in adults. Their biomechanical characterization is believed to be a key factor in understanding and preventing aneurysm rupture. However, developing biomechanical models of the arterial wall and aneurysms poses a significant challenge due to the intricate biological phenomena and processes involved. In previous studies we modeled the effect of localized loads near the aneurysm neck, aimed to identify mechanically sensitive regions. Deformation kinematics were described using a geometrically nonlinear thin-shell model of non-uniform thickness based on Kirchhoff–Love assumptions, combined with a Saint-Venant hyperelastic constitutive formulation. Since we focused on developing a pipeline for biomechanical analysis we considered an initial stress-free configuration without taking into account the effect of blood pressure, a key factor in arterial wall behavior. In this work, we develop a thin-shell formulation of the Modified Updated Lagrangian Formulation—a method for estimating the prestressed state—for the analysis of patient-specific aneurysm geometries retrieved from the AneuriskWeb open database.
La caracterización biomecánica del esófago es esencial para comprender su función y ex- plorar alternativas terapéuticas ante daño o disfunción. En este estudio se evaluó la respuesta mecánica pasiva del esófago de corderos recién nacidos, con énfasis en los efectos de la melatonina. Las mues- tras se dividieron en dos grupos: control y tratados con melatonina. Se realizaron ensayos de tracción uniaxial in vitro en direcciones longitudinal y circunferencial, observándose un comportamiento anisó- tropo, típico de tejidos blandos. A partir de las curvas esfuerzo-alargamiento se extrajeron parámetros mecánicos comparables entre grupos. La respuesta global fue ajustada mediante modelos constitutivos hiperelásticos, adecuados para tejidos reforzados con fibras. Simulaciones numéricas y análisis estadísticos permitieron describir el comportamiento mecánico en ambos grupos. Aunque no se identificaron diferencias significativas entre grupos, los resultados constituyen una base útil para futuras investigaciones sobre el impacto de fármacos en la biomecánica esofágica y su aplicación en ingeniería de tejidos.
Este trabajo presenta una herramienta de interfaz gráfica orientada a la configuración de archivos de simulación para el programa Elvira, desarrollada e integrada dentro del entorno de preprocesado SALOME. El módulo permite realizar de forma sistemática y validada cada sección del archivo, incluyendo la importación de mallas, la definición de materiales, la creación de propiedades especificas tanto para nodos como para elementos, las cuales pueden ser asignadas a grupos definidos por el usuario. Además, permite la configuración intuitiva de los modos de reinicio, la incorporación de máscaras para parámetros nodales, la selección del esquema de integración y del solucionador numérico (solver), así como la definición de estímulos aplicados sobre grupos específicos. El sistema permite establecer las diversas modalidades de escritura sobre nodos y elementos, así como exportar el archivo de única o múltiple organizado en un directorio. De este modo, la herramienta permite optimizar sustancialmente los tiempos y minimizar la necesidad de recursos adicionales en la preparación de archivos de simulación.
Este estudio propone un nuevo enfoque para la detección temprana de diabetes mellitus tipo 2 mediante el análisis automatizado de señales fisiológicas. El método desarrollado se basa en la construcción de un espacio de características geométricas generado a partir de parámetros extraídos de las señales de pacientes, y la aplicación posterior de algoritmos de aprendizaje automático sobre dicho espacio. Los resultados experimentales demuestran una elevada eficacia diagnóstica, con valores de F1-score que alcanzan 1.000 en las mejores configuraciones, respaldados por métricas complementarias de sensibilidad (en el rango [0.960–1.000]), especificidad (igual o superior a 0.984) y precisión balanceada (igual o mayor a 0.983). Estos resultados confirman que la técnica propuesta ofrece un sistema novedoso a la vez que computacionalmente eficiente para la identificación de patrones asociados a la diabetes mellitus tipo 2.
S2507 | Part 1 / 1
Modeling of Multibody Systems
Modelado de Sistemas Multicuerpo
Chairs | Directores:
Alberto Cardona, Federico Cavalieri, Martín Pucheta
En este trabajo se presenta un estudio computacional del fenómeno de sincronización entre dos péndulos compuestos de masas múltiples montados sobre una plataforma móvil sujeta a forzamiento periódico externo. La plataforma cumple un rol dual: actúa como fuente de suministro energético y como medio de acoplamiento ente los péndulos, posibilitando el intercambio de energía entre péndulos y facilitando la sincronización. Se formula el modelo matemático del sistema considerando la interacción entre los péndulos y la estructura de soporte. A partir de simulaciones numéricas se analizan diferentes configuraciones de los péndulos, donde sobre uno de ellos se aplica una acción de control con el propósito de inducir su rotación estable. Se evalúa entonces si, mediante la sincronización, dicha condición puede transmitirse al otro péndulo. El uso de diagramas de cuencas de atracción y respuestas temporales permite comprobar la interacción entre péndulos a través de la estructura de soporte, y una acción de control electromagnética afecta la posibilidad de obtener respuestas sincronizadas entre los péndulos.
Cuando una junta posee juego y está sujeta a un contacto seco, es decir, en ausencia de lubricación, se producen impactos entre los cuerpos contactores que generan un desgaste prematuro que afecta el funcionamiento global del sistema. Por el contrario, cuando existe una película lubricante, se evita el contacto directo, lo que aumenta la vida útil de los componentes y por consiguiente la de todo el sistema. En este trabajo se propone un modelo de junta esférica tridimensional lubricada en el marco de la dinámica no suave. Para el modelo de lubricación, la presión del lubricante se calcula resolviendo analíticamente las ecuaciones de Reynolds, teniendo en cuenta el apriete de la película de fluido considerado como Newtoniano y efectos de cavitación. Por último, para evaluar la robustez y la eficiencia numérica de la metodología propuesta, se presentan dos ejemplos numéricos de mecanismos.
La prohibición del uso de plomo en componentes electrónicos ha incentivado el desarrollo de materiales piezoeléctricos alternativos libres de este elemento. Las cerámicas de niobato de sodio y potasio se perfilan como una opción prometedora frente al zirconato titanato de plomo. Las cerámicas libre de plomo ofrece buenas propiedades para sensores, sin embargo, su baja dureza limita su uso en motores piezoeléctricos. Por ello, es necesario optimizar su desempeño incrementando la densidad y la eficiencia eléctrica mediante la adición de diferentes elemento dopante. En este estudio, se propuso un modelo numérico de un motor lineal piezoeléctrico utilizando el método de elementos finitos, con el propósito de comparar la respuesta en frecuencia de las cerámicas libres de plomo puras y dopadas con un 0,25 % de Cu. Se observó que, tanto los resultados experimentales como las soluciones numéricas evidenciaron mejoras en la respuesta dinámica de las cerámicas dopadas frente al sistema puro.
Los sistemas Lagrangianos mecánicos tiempo dependiente son de gran interés en diversas ramas de la ingeniería y la física. En particular, en robótica, se consideran numerosos sistemas no autónomos, es decir, dependientes del tiempo. En este trabajo presentamos la dinámica de tales sistemas en grupos de Lie, considerando tanto variables temporales continuas como discretas. En este marco, abordamos el problema de integrar sus ecuaciones de movimiento mediante técnicas variacionales discretas. Ilustramos el enfoque con ejemplos sencillos cuyo espacio de configuración es el grupo euclidiano y proponemos sus versiones discretas. Asimismo, estudiamos un ejemplo en el grupo de rotaciones espaciales y, finalmente, discutimos posibles líneas de investigación futura orientadas al desarrollo de integradores variacionales para sistemas más generales.
S2518 | Part 2 / 2
Europe-Argentina Cooperation
Cooperación Europa-Argentina
Chairs | Directores:
Umberto Berardi, Paula Folino, Silvana Flores Larsen, Davide Borelli, Antonio Caggiano
S2506 | Part 1 / 4
Computational Mechanics of Solids
Mecánica Computacional de Sólidos
Chairs | Directores:
Marianela Ripani, Paula Folino, Sonia Vrech
This paper presents a finite element modelling (FEM)-based approach to simulate the thermal performance and latent heat behaviour of sustainable cementitious mortars incorporating Phase Change Material–Vermiculite Aggregates (PCM-VAs). These advanced composites are designed to enhance thermal energy storage capabilities within building materials using porous vermiculite as a carrier medium for bio-based PCMs. An enthalpy-porosity formulation was adopted to solve the Stefan problem within the framework of coupled transient heat transfer, allowing for phase-change phenomena to be accurately captured across multi-scale domains. The FEM model was calibrated and validated using experimental data from an in-house testing program focused on optimized PCM impregnation techniques for vermiculite. The simulation results demonstrated good agreement with experimental measurements, effectively capturing the temperature evolution and storage-release cycles. This work supports the potential of PCM-VAs as a functional aggregate for low-carbon thermal regulation in cement-based construction systems.
El Método de Elementos Finitos de Frontera Escalada (SBFEM, por sus siglas en inglés) ha demostrado importantes ventajas para modelar fenómenos como la elasticidad lineal y la mecánica de fractura, al tratar de forma inherente las singularidades de tensión y reducir el orden de la malla. No obstante, la evaluación directa de la calidad de los resultados mediante estimadores de error por discretización ha sido escasamente abordada en la literatura. Este trabajo presenta la implementación de un estimador de error basado en recuperación para el SBFEM, utilizando la técnica de Recuperación de Parches Superconvergente (SPR, por sus siglas en inglés). Se realiza un estudio de casos de referencia, aplicado a placas con agujero central sometidas a tracción unidireccional (problema de Kirsch) y cilindros de pared gruesa bajo presión interna. Los resultados demuestran la precisión del estimador propuesto, con índices de efectividad mejorados en el cálculo del error de esfuerzos, tanto a nivel global como local. Estos hallazgos validan la robustez del enfoque propuesto, y ofrecen una herramienta confiable para simulaciones SBFEM, en posibles investigaciones de malla adaptativa. El estudio establece un vínculo entre la teoría de estimación de errores y las aplicaciones del SBFEM, contribuyendo al avance de la mecánica computacional en la evaluación de la integridad estructural.
This work presents a comparative study between two numerical approaches for modeling fracture in quasi-brittle materials: the truss-based Discrete Element Method (DEM) and the Phase Field Method (PFM), formulated within the Finite Element Method (FEM) framework. In the version of the Discrete Element Method used here (referred to as DEM), the spatial discretization is performed using a regular arrangement of pinned bars with masses concentrated at the nodes. The equivalent cross sectional area of the diagonal and normal bars allows the representation of an equivalent elastic solid. To capture the nonlinear mechanical behaviour produced for the evolution of the material damage, a bilinear constitutive law is applied to each bar. This formulation enables the definition of a motion equation that must be integrated in time using an explicit scheme, such as the central difference finite difference method. An important feature of the present model is its ability to incorporate material properties as random fields. In contrast, the phase field model introduces a scalar damage field to describe fracture as a continuous transition in the medium, and in this work, it is implemented based on the Principle of Virtual Work. To compare the performance of both methods, three examples are presented. A Single Edge Notch Bending (SENB) performed in epoxy resin, a Notched Plate with Hole (NPWH) also built in cement mortar, and finally a parametric study where the influence of the material parameters of a specimen composed of a substrate, and an interface orthogonal to the crack propagation direction is analyzed. The comparison of the two approaches through these three examples allows the identification of the strengths and weaknesses of each method.
Si bien muchas estructuras de acero comunmente utilizadas en la ingenieria civil no experimentan tensiones ciclicas ni un numero de ciclos suficiente como para generar problemas de fatiga, este fenomeno no siempre puede ser ignorado o subestimado, especialmente en los elementos de union. Esto ocurre en estructuras offshore, soportes de maquinaria industrial, aerogeneradores, entre otras. Las uniones abulonadas son ampliamente utilizadas por su facilidad de montaje y desmontaje. Sin embargo, cuando estan sometidas a cargas ciclicas, tienden a aflojarse con el tiempo durante su vida util en servicio. Dependiendo del tipo de solicitacion, las uniones abulonadas pueden estar sometidas a cargas axiales de traccion, corte, torsion o a momentos de palanca. La perdida de sujecion incrementa los requerimientos de mantenimiento y puede derivar en fallas, en ocasiones con consecuencias graves. En este trabajo se estudia, mediante un modelo de elementos finitos, la respuesta tensional ciclica como paso previo al analisis
In this study, a mesoscale model of Recycled Aggregate Concrete (RAC) is implemented using the Finite Element software ABAQUS. RAC is characterized by the partial or complete replacement of natural coarse aggregates with recycled aggregates obtained from crushed hardened concrete. Due to its composition, RAC exhibits a heterogeneous composite structure consisting of multiple phases: new cement paste, natural aggregates, and recycled aggregates partially or completely covered by a layer of old cement paste. In this approach each phase is modeled based on a different constitutive theory. A key objective of this work is to investigate the mechanical response of RAC, with particular focus on the degradation of the paste–aggregate interfaces. Numerical results from the mesoscale model are compared with those obtained using a macroscopic constitutive approach, the Performance Dependent Model (PDM), to evaluate the predictive capabilities and advantages of each modeling strategy.
S2516 | Part 1 / 3
Teaching of Numerical Methods
Enseñanza de Métodos Numéricos
Chairs | Directores:
Luciano Ponzellini Marinelli, César Pairetti
El desarrollo y uso de modelos es una práctica central en las disciplinas científicas. En los trayectos formativos de ingenieros, sin embargo, es usual que no se discuta en profundidad sobre los alcances y limitaciones de los modelos aplicados. Este es un problema particularmente importante para el estudio de fenómenos complejos como, por ejemplo, la turbulencia. En este trabajo proponemos un enfoque pedagógico implementado en la asignatura de Mecánica de Fluidos de la carrera de Ingeniería Mecánica, en el que los estudiantes primero desarrollan simulaciones de flujo interno mediante DNS sobre mallas estructuradas y posteriormente abordan un problema de aerodinámica de perfil alar empleando RANS con mallas no estructuradas. A lo largo de estas experiencias, se pro- mueve la reflexión crítica acerca de las hipótesis físicas que sustentan el modelo, las aproximaciones matemáticas utilizadas para el cierre de las ecuaciones y las decisiones de mallado que afectan la resolución numérica. Los resultados muestran que los alumnos pasan de concebir el CFD como una caja negra a considerarlo una herramienta formativa, adquiriendo a su vez una comprensión más profunda de la interrelación entre fenómeno, modelo y método de resolución para problemas cerrados.
La creciente demanda tecnológica resalta la importancia de una sólida formación en matemática aplicada dentro de las carreras de ingeniería. En particular, la enseñanza de ecuaciones diferenciales y métodos numéricos en la carrera de Ingeniería Mecatrónica resulta fundamental, dado que brinda herramientas clave para abordar problemas complejos vinculados al control de sistemas automatizados y a la optimización de dispositivos mecatrónicos. En este trabajo se presenta una propuesta de enseñanza- aprendizaje basada en proyectos, en la que el abordaje de un problema real permite introducir y desarrollar los conceptos matemáticos necesarios para su modelado y resolución. Como parte del proceso, se utiliza software de cálculo matricial tipo GNU Octave para implementar esquemas de diferencias finitas, favoreciendo la conexión entre teoría y práctica. La incorporación de herramientas computacionales y métodos numéricos fomenta el desarrollo de habilidades aplicadas, tales como la simulación y el ajuste de modelos en tiempo real, fortaleciendo la formación integral del estudiante de ingeniería.
En este trabajo se estudian los modos y las frecuencias de vibración de una cuerda elástica tensada mediante modelos analíticos, métodos numéricos y, experimentos a través de un dispositivo de construcción propia. El dispositivo emplea un generador de frecuencias variable acoplado a un amplificador de audio encargado de accionar un parlante cuya vibración se transmite a la cuerda generando ondas transversales estacionarias. Los resultados experimentales obtenidos se contrastan primero con el modelo matemático clásico de la cuerda vibrante resuelto a partir de series de Fourier y luego con simulaciones realizadas mediante el método de los elementos finitos. A partir de las soluciones obtenidas, los estudiantes pudieron evidenciar: i) la concordancia y las limitaciones de los modelos analíticos y numéricos; ii) la integración interdisciplinaria entre las asignaturas de tercer y cuarto año de la carrera de Ingeniería Mecánica de la UTN y iii) la motivación que despierta el abordaje de un problema de matemática aplicado a un caso real.
El propósito de esta comunicación es reflexionar sobre la enseñanza de la asignatura Álgebra Lineal Numérica desarrollada para el Doctorado de Ingeniería en la Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura de la Universidad Nacional de Rosario. A partir de la experiencia docente de su dictado, constatamos que el curso, destinado a graduados de las distintas ingenierías, invita no sólo a enfocar la asignatura desde su aplicación, sino también a ubicarse para su enseñanza desde una perspectiva interdisciplinaria. Los temas, que no se tratan habitualmente en las carreras de grado, permiten vincularse con problemas profundos de la disciplina desde una perspectiva teórica y práctica haciendo énfasis en implementaciones algorítmicas. Su interés se ha intensificado con las nuevas aplicaciones (ciencia de datos, inteligencia artificial, aprendizaje automatizado), impactando en aspectos centrales del Álgebra Lineal y en la aplicación de estrategias didácticas en los ciclos básicos. Así, este trabajo se propone, a partir de la experiencia, reflexionar sobre posibles aplicaciones y la necesidad de revisar los enfoques.
En este trabajo se describe brevemente la evolución y las sucesivas transformaciones que dieron lugar al trayecto curricular destinado a articular el desarrollo de habilidades y competencias computacionales en la carrera de Licenciatura en Física de la Universidad Nacional de Rosario. Luego, se presenta el diseño curricular de la asignatura electiva Física Computacional, que se dicta en el último año de la carrera y completa dicho trayecto formativo. Esta propuesta establece vínculos con espacios formativos previos y simultáneos, así como con los requerimientos del actual mundo del trabajo. Finalmente, se describen las principales estrategias y recursos didácticos utilizados en el desarrollo curricular de Física Computacional y se evalúa su implementación, alcances y limitaciones, a partir de la propia palabra de los participantes de la actividad, mediante el análisis de diversos testimonios recabados oportunamente.
El diseño aeronáutico enfrenta incertidumbres y contradicciones derivadas de restricciones técnicas y no técnicas. Su proceso requiere una integración iterativa de análisis, evaluación y síntesis, con numerosas instancias de decisión sobre componentes como alas, fuselaje o sistemas. Esta organización suele seguir metodologías de ingeniería de sistemas y normas de calidad como AS9100 y NADCAP. Este trabajo aplica dicha metodología al diseño de una aeronave no tripulada para el despacho de cargas pequeñas y frágiles, dentro de un ámbito universitario. Abarca las etapas de diseño conceptual, preliminar y detallado, detallando la planificación, estructura de trabajo, herramientas empleadas y soluciones a los problemas de ingeniería encontrados durante el proyecto.
The development of 3D-printable concrete is a multifaceted challenge, requiring careful tuning of both material and process parameters to ensure successful fabrication. This study proposes an integrated methodology that combines experimental testing, numerical modeling, and data-driven techniques to systematically optimize the printability of cementitious composites, with a focus on improving control and quality of the layer geometry. The process begins with an initial rheological assessment of the selected mix, performed in the laboratory using the flow table test, a rapid and practical method for estimating key rheological properties, particularly static yield stress. To investigate how key rheological properties, such as static yield stress and plastic viscosity, interact with process parameters including nozzle diameter, nozzle height, printing speed, and extrusion velocity, a series of numerical simulations were carried out using an in-house developed code. The tool is based on the Particle Finite Element Method (PFEM) and has been previously validated across various 3D printing scenarios, demonstrating both accuracy and computational efficiency in simulating extrusion and layer deposition processes. The code enables systematic variation of both material and process parameters to predict the resulting filament geometry with high fidelity. Simulation results have been consolidated into a prototype design chart and a generalized, dimensionless map that classifies possible filament cross-sections into five distinct printing regimes: quasi-Newtonian flow, round deposition, spread deposition, filament tearing, and layer-pressing. Once the optimal material and printing parameters are identified, a carefully designed Artificial Neural Network (ANN), trained on diverse datasets compiled from existing literature and encompassing a wide range of concrete mixtures, is employed to bridge the gap between rheological performance and potential mix design constituents and dosages.
Renewable energy sources suffer from intermittent availability. Adding a latent heat thermal energy storage (TES) is often proposed as an efficient solution to address their stability. This paper explores the computational modeling of transient heat conduction in thermal energy storage (TES) systems for buildings made of cementitious composites with microencapsulated phase change materials (PCMs). Discussion spans both numerical and analytical homogenization models, followed by a comprehensive exploration of approaches to incorporate phase change effects into the numerical solution of transient heat conduction problems. Challenges such as enthalpy-temperature hysteresis and supercooling phenomena are addressed, proposing alternative formulations for stable solutions and improved convergence. The study highlights the complexities of phase change phenomena and emphasizes the need for ongoing research to enhance modeling techniques for practical applications.
A research area that has garnered significant attention across various engineering fields is the use of noninvasive tools to detect defects in materials, as well as devices for monitoring the structural health of materials and structures. Most current methods for focusing and defocusing acoustic waves—primarily based on linear acoustic effects—are limited by narrow tunability ranges and poorly scalable dimensions. However, the use of highly nonlinear systems, which allow for greater control over acoustic speed, could lead to the development of revolutionary devices with advanced impact-protection and wave-focusing capabilities. This lecture explores the wave dynamics of systems created by combining lumped masses with tensegrity units to form novel mechanical metamaterials. The tensegrity units behave like elastic springs, with mechanical responses that can be finely tuned by applying an initial state of self-stress to the system. In the linear dynamic regime, monoatomic, diatomic, and Maxwell-time mass-spring chains with tensegrity architecture exhibit a tunable frequency bandgap response under small amplitude compression loading. In contrast, the nonlinear response of tensegrity mass-spring systems supports the propagation of solitary waves under impact loading. These waves range from compact compression waves to rarefaction solitary waves, depending on whether the unit response transitions from stiffening to softening, respectively. The final part of the talk discusses the peculiar wave dynamics of 2D and 3D tensegrity beams and plates with a stiffening-type response (acting as phononic crystals). The findings reveal that the dynamics of such systems are characterized by the thermalization of the lattice near the impacted regions of the boundary. The absorbed energy that moves along the longitudinal direction is transported by compression waves with compact support. These waves emerge at nearly constant speed, with only slight modifications to their spatial shape and amplitude after colliding with compression waves traveling in the opposite direction.
S2502 | Part 1 / 6
Structural Analysis
Análisis Estructural
Chairs | Directores:
Rossana Jaca, Daniel H. Felix, Jorge Ballaben
Understanding the dynamic behavior of transmission conductors under rupture conditions is a critical factor in ensuring the reliability and safety of power transmission systems. This is commonly studied by analyzing the dynamic load factor (DLF), which is a measure of the loads experienced by the system. This study investigates the impact of conductor properties on DLF through extensive finite element modeling and sensitivity analyses using the ADINA software by Bentley Studios. These finite element models carefully consider both internal (i.e. axial and lateral) and aerodynamic damping in the form of damping parameters, as these greatly influence the dynamic behavior of the models. Initially, simple models with a single conductor span were analyzed to understand the effects of span length, conductor stiffness, and catenary constants on DLF. Two examples are shown, which mimic full-scale tests conducted at the Dynamic Impact Test Line at the EPRI High Voltage Laboratory. After calibrating the FEM modeling parameters, the FEM results show high agreement with the full-scale test results. Following additional tests, a comparison of DLF vs. suspension structure stiffness is made, which indicates that higher suspension structure stiffness generally increases the DLF of both suspension and strain structures with less impact at higher stiffnesses. Subsequently, the scope was expanded to include multi-span configurations containing multiple suspension structures. An example is shown where the number of suspension structures ranges from 1 to 20. These results indicate that the effect of multiple suspension structures on DLF is complicated, likely due to the reflection of shockwaves between structures. This study provides valuable insight into the relationship between broken conductors and the resulting transmission line behavior, allowing engineers to mitigate risks when designing power transmission networks.
En este trabajo se presenta el análisis del comportamiento estructural de un tanque de acero con techo cónico soportado sometido a explosiones externas. El problema se modela con un programa multifísica explícito y se realiza un análisis acoplado considerando la interacción entre la onda de presión proveniente de la explosión y el tanque. Por un lado, se estudia la respuesta estructural para distintas masas de explosivo ubicadas a la misma distancia del tanque. Se analizan los desplazamientos y el trabajo plástico del tanque como una medida del daño del material. A partir de estos resultados, se establecen pautas que pueden ser útiles para determinar criterios de seguridad a la rotura de tanques de esta tipología frente a explosiones externas. Por otro lado, se analiza la alternativa de simplificar el modelo simulando la estructura de la cubierta mediante el aumento del espesor de la chapa de la misma. A partir de este análisis, se establece un criterio para la determinación del espesor equivalente frente a explosiones y se compara con los presentados por otros autores para este mismo tanque bajo otras cargas.
Una de las formas de colapso de las estructuras es la falla por fluencia en secciones críticas. El método clásico de la carga última de colapso, considera que, una vez alcanzado el límite plástico en una sección, la capacidad resistente en la rótula se mantiene constante mientras se desarrolla la plastificación en otras secciones. Se puede mostrar que este método sobrestima la carga de colapso. Una alternativa, es considerar la pérdida de resistencia a través de la formación de rótulas con ablandamiento mientras se van alcanzando ciertos valores límites. En este trabajo, se describe un método numérico que aplica el elemento finito de Euler-Bernoulli con discontinuidad fuerte de rotación, en el modelado de rótulas plásticas de ablandamiento, en vigas y pórticos planos, usando control de desplazamientos. La formulación descrita fue implementada en código abierto como extensión del software ONSAS (www.onsas.org). Se resuelven ejemplos numéricos de la literatura, cuyos resultados permiten validar la implementación y mostrar el potencial de su aplicación.
En este trabajo se presenta la simulación numérica de ensayos de flexión a cuatro puntos de vigas híbridas de hormigón celular espumado reforzado con fibras de polipropileno en combinación con hormigón normal en la capa superior y armadura tradicional de acero. La metodología de simulación empleada ha sido desarrollada por el grupo de investigación y difundida en trabajos previos, en los que ha sido validada comparando los resultados de la simulación con ensayos realizados sobre vigas construidas con las mismas características. Se implementó en un código de elementos finitos no lineal que considera el acoplamiento entre daño y plasticidad. Utilizando el modelo computacional validado, se realiza un estudio paramétrico, en el que se varían los diámetros de las armaduras longitudinales inferiores aplicadas a las vigas.
En los sistemas de losas armadas en dos direcciones que apoyan directamente sobre las columnas, las cargas transferidas a las mismas, inducen tensiones elevadas que pueden producir el colapso de la estructura. Este tipo de falla conocido como punzonado es un modo de rotura frágil que podría ser catastrófico. Por ello, algunas estrategias que pueden adoptarse para mejorar la resistencia al punzonado son: utilizar ábacos, refuerzos adicionales al corte, hormigones de alta resistencia o fibras discretas. En este trabajo se presentan la simulación numérica de ensayos de punzonado realizados en prototipos a escala de losas de hormigón armado reforzado con fibras de acero (LHARFA). Para representar el comportamiento en régimen no lineal del hormigón se adoptó un modelo de daño y plasticidad acoplados y en el caso de las LHARFA se consideró a las fibras de acero discretas aleatoriamente distribuidas en la masa de hormigón. El problema se resolvió mediante un código de elementos finitos no lineal. Los resultados obtenidos se compararon con datos de una campaña experimental y con predicciones analíticas de modelos existentes. Finalmente se realizó un estudio paramétrico tomando como variables la resistencia del hormigón, la dosificación de las fibras y su orientación.
S2503 | Part 3 / 6
Computational Fluid Mechanics
Mecánica de Fluidos Computacional
Chairs | Directores:
Ana Scarabino, Sofía S. Sarraf, Hugo G. Castro, Miguel Coussirat, Rodrigo R. Paz, Laura Battaglia
En este trabajo se presentan avances en el estudio numérico de la turbulencia mediante simulaciones utilizando el software Basilisk, con el objetivo de establecer una base de referencia para el análisis de modelos de turbulencia multinivel. Se trabaja sobre una simulación de flujo turbulento en condiciones periódicas, permitiendo la caracterización estadística de sus propiedades. Se utilizan técnicas de refinamiento adaptativo con el objetivo de optimizar el costo computacional sin perder resolución de las escalas relevantes del flujo. Se evalúan las fluctuaciones de las componentes de la velocidad y se calculan las correlaciones del flujo y el tensor de Reynolds. La caracterización costo-precisión de las estrategias de refinamiento en función de la precisión con la que se capturan las propiedades del flujo permite definir criterios para el modelado multinivel de flujos turbulentos.
Turbulence modeling remains one of the primary sources of uncertainty in CFD, particularly in naval hydrodynamics. To avoid the high computational cost of directly resolving turbulent fluctuations, it is common practice to apply averaging methods and focus on the behavior of the mean flow. This introduces a closure problem in the fluid dynamic equations, which is typically addressed using two- equation models based on turbulent viscosity. In this study, three widely used turbulence models—k-ε, k-ω, and k-ω SST—were employed to perform single-phase simulations, evaluating their influence on the determination of the form factor of ship hulls. Each model was applied to the same set of case studies to assess the sensitivity of the form factor to turbulence modeling and to analyze how this sensitivity varies with Reynolds number in low length-to-beam ratio fishing vessels. This work is part of a broader study on scale effects in power prediction for fishing vessels.
La tecnología eólica se cataloga como una de las más importantes en el camino a la transición energética en Colombia, por lo tanto, se están realizando diversas investigaciones sobre las diferentes zonas con gran potencial eólico aprovechable en varios departamentos del país, con la intención de establecer estudios base para futuros proyectos de implementación de parques eólicos. A partir de los aspectos mencionados, se realizó un estudio de implementación de un aerogenerador de eje vertical en las condiciones de alta montaña en el departamento de Santander, en la zona comprendida entre Berlín y el páramo de Santurbán, para lo cual se tomaron medidas de referencia de aerogeneradores comerciales y fabricados en Colombia, luego se generó un diseño CAD para posteriormente realizar las simulaciones con CFD en 2D y 3D bajo un entorno en las condiciones del flujo de viento en la zona de interés, los datos de la velocidad del viento fueron tomados de las estaciones meteorológicas que se encuentran cercanas a la zona de interés, y se evaluó el rendimiento de distintos perfiles aerodinámicos recomendados en la literatura. Como resultado se obtuvo un prototipo de álabes rectos tipo Darrieus, con un perfil NACA 0021, con un ángulo de ataque de 5°, la altura de los álabes es de 2 metros y el diámetro del rotor es de 1 metro, con lo cual se generó un coeficiente de potencial del 17%.
Este trabajo presenta la evaluación de una turbina hidrocinética (THC) mediante simulaciones tridimensionales no estacionarias de dinámica de fluidos computacional (CFD). El estudio se centra en el análisis del desempeño de la turbina en condiciones representativas de canales de riego, consideran- do la influencia de las paredes laterales e inferior y de la superficie libre superior del canal. Se emplea un modelo de turbulencia del tipo Eddy Viscosity Models para simular el comportamiento del flujo alrededor de un rodete de 3 palas, previamente diseñado con teoría Blade Element Momentum (BEM) para una velocidad de entrada de 1.5 m/s y un diámetro de rotor de 1 m. Se analiza el impacto del confinamiento de las paredes laterales e inferior del canal y la superficie libre superior, comparando el desempeño de la THC en flujo confinado versus flujo libre. Se reportan las variaciones en la eficiencia y el comportamiento del flujo detrás de la THC. Este estudio constituye una etapa preliminar en el desarrollo de un prototipo de THC y busca establecer criterios de diseño aplicables a contextos reales con infraestructura hidráulica existente.
La instalación en Uruguay de una planta de producción industrial aguas abajo de una central hidroeléctrica ha generado nuevos desafíos en la operación de esta central. En particular, para cumplir con requerimientos de la operación de la planta, es necesario asegurar el pasaje ininterrumpido de un caudal mínimo de agua a través de la represa, aún en condiciones de salto reducido. Por este motivo, el operador de la central hidroeléctrica manifestó su interés en estudiar los efectos de la operación de las turbinas, con saltos menores al mínimo de diseño. Las turbinas de la central son de tipo Kaplan, de potencia máxima 38 MW y saltos entre 16m y 28m. Para realizar este estudio, se propuso la modelación numérica de la operación de una de estas turbinas, utilizando un software comercial de CFD basado en OpenFOAM (TCAE de la empresa CFDSupport). Como instancia previa, se propuso desarrollar y validar la metodología mediante el modelado numérico de un banco de ensayos de turbinas de bajo salto, con rotores axiales similares a los de las turbinas Kaplan. Este banco, instalado en el IMFIA (Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental), permite reproducir de forma controlada fenómenos similares a los que ocurren en la operación a carga parcial de turbinas Kaplan. El objetivo de este trabajo es presentar los principales resultados de dicha etapa de validación, los cuales constituyen un paso fundamental para garantizar la confiabilidad de las simulaciones numéricas a realizar en la turbina Kaplan a escala real bajo condiciones atípicas de operación.
S2521 | Part 3 / 4
Heat and Mass Transfer
Transferencia de Calor y Masa
Chairs | Directores:
Guillermo F. Umbricht, Juan Carlos Álvarez Hostos, César Venier, Ester Sonia Esteban
Los materiales con cambio de fase (PCM) permiten almacenar y liberar grandes cantidades de energía en forma de calor latente durante las transiciones sólido–líquido, y su incorporación en envolventes edilicias se ha convertido progresivamente en una alternativa muy útil para moderar las fluctuaciones térmicas interiores y mantener condiciones de confort con una reducida dependencia de sistemas de climatización activos. Para analizar rigurosamente el rendimiento energético de estos materiales y avanzar hacia el diseño óptimo de envolventes con PCM, es necesario desarrollar modelos numéricos robustos que permitan resolver con precisión y estabilidad los fenómenos de transferencia de calor asociados. Este trabajo presenta un modelo dinámico acoplado para simular la evolución térmica transitoria de recintos con envolventes compuestas por PCM que exhiben histéresis de entalpía. El modelo acopla el comportamiento térmico del aire interior con la conducción de calor a través de la envolvente y la transferencia de calor con el ambiente circundante, resolviendo simultáneamente la temperatura del recinto y la distribución térmica en muros, techo y piso. La transferencia de calor en los elementos de la envolvente se resuelve mediante el método de elementos finitos (FEM), bajo una formulación mixta entalpía–temperatura, mientras que la temperatura del aire interior se obtiene a partir de un balance energético integral. Las condiciones de contorno externas se definen en función de variables meteorológicas horarias obtenidas de archivos climáticos estándar, incorporando los efectos de la radiación solar, la radiación de onda larga atmosférica y la convección exterior sobre las superficies de la envolvente.
This study explores the use of computational simulations to analyze the reduction processes of iron oxide powders in fluidized beds. Iron powders are employed as energy carriers; that is, they can be oxidized to release energy and subsequently reduced using renewable energy sources, enabling a closed- loop, carbon-free energy cycle—a clean alternative to fossil fuels. To simulate this process, the Two- Fluid Model (TFM) with the Kinetic Theory of Granular Flow (KTGF) for closure is adopted. This work presents the initial steps in scaling up the computational modeling of such systems, which are typically studied using Lagrangian techniques to capture particle interactions and reaction details. To achieve this, a multiphase (gas-solid) flow involving multiple reacting species is modeled and solved using the OpenFOAM suite. Among the challenges of the study are the complex temperature-dependent reactive dynamics between hydrogen and iron oxides, as well as particle sintering at elevated temperatures. The results demonstrate the capability of the TFM-KTGF approach to capture complex thermochemical phenomena. This represents an initial step toward developing an efficient computational tool for modeling pilot-scale metal fuel fluidization units within a reasonable computational time. Such tools can support the design and optimization of these processes, leading to improved efficiency and reduced operational costs.
En este trabajo se utiliza una implementación propia en OpenFOAM® de una condición de contorno para la radiación solar incidente, basada en factores de visión y en el modelado de la trayectoria solar diaria y estacional. Esto permite representar con mayor precisión la irradiancia sobre colectores solares planos y analizar su comportamiento térmico y eficiencia bajo condiciones meteorológicas del litoral centro de Argentina. Se evalúan la variación estacional y horaria de la temperatura de salida, las pérdidas térmicas y el rendimiento global, aportando información útil para el diseño y operación de sistemas solares térmicos adaptados a climas locales.
Este trabajo aborda un problema unidimensional de tipo Stefan a dos fases en un dominio semi-infinito, que modela la fusión de un material sometido a una condición de frontera convectiva (tipo Robin) en el borde fijo y a una fuente de calor interna de tipo exponencial. Esta formulación permite representar de manera realista el intercambio térmico con el entorno, incorporando un mecanismo de calentamiento adicional a través de una fuente dependiente de una variable de similaridad. Dicha fuente, de tipo exponencial autosimilar, facilita la obtención de soluciones analíticas. Se establece la existencia y unicidad de soluciones de tipo similaridad bajo ciertas condiciones sobre los parámetros del problema. Como aplicación, se presenta un ejemplo computacional que simula la fusión de parafina, mostrando buena concordancia con el comportamiento físico esperado.
Se considera un problema unidimensional de Stefan multifase que modela los cambios de fase de un material semi-infinito, bajo una condición convectiva o de tipo Robin en el borde fijo. Se establecen condiciones suficientes sobre el parámetro que caracteriza la transferencia de calor en este borde para garantizar la existencia y unicidad de solución de tipo similaridad. En el caso en que dicho parámetro tiende a infinito, la solución de este problema converge a la del caso con condición de tipo Dirichlet en el borde fijo.
S2509 | Part 3 / 4
Multiphysics
Multifísica
Chairs | Directores:
Marcela Cruchaga, Ezequiel López, Gustavo Ríos Rodríguez, Mario Storti, Luciano Garelli
Los reactores agitados son ampliamente utilizados en diversas industrias, como la química y la farmacéutica. Una de las principales preocupaciones asociadas a estos equipos es el tiempo de mezclado en el fluido requerido por una sustancia determinada. Este parámetro es un indicador clave del rendimiento del mezclador, y se han definido diversas metodologías para evaluarlo. Las mediciones experimentales destinadas a caracterizar el desempeño de los agitadores, tanto existentes como nuevos, implican el uso de recursos costosos y especializados; por ello, las simulaciones mediante dinámica de fluidos computacional surgen como una alternativa para llevar a cabo dicho análisis. Sin embargo, se deben tomar ciertas precauciones, ya que existen distintas estrategias para abordar el problema. Entre el- las, el método de marcos de referencia múltiples (MRF, por sus siglas en inglés) ha ganado popularidad, ya que el proceso de generación de la malla es más sencillo y el cálculo de la solución requiere menos recursos computacionales en comparación con las estrategias de malla móvil. No obstante, las soluciones obtenidas mediante MRF presentan una dependencia del tamaño (e.g, el diámetro) de la zona en la que se añaden los términos no inerciales a la ecuación de momento, con el fin de considerar la rotación del flu- ido. En este trabajo se demuestra que, si bien las simulaciones con MRF proporcionan resultados precisos en lo que respecta a índices globales del agitador, tales como el número de potencia, el tiempo de mezclado es sobreestimado y el campo de flujo calculado resulta incorrecto. Para llegar a esta conclusión, se comparan los resultados obtenidos mediante esta estrategia, aplicados a un mezclador de referencia equipado con una única turbina Rushton, con resultados experimentales, así como con simulaciones numéricas realizadas mediante el método de malla móvil en OpenFOAM, las cuales también fueron veri- ficadas con StarCCM.
Se presenta un modelo no lineal para recolectores piezoeléctricos de placas circulares cuya dinámica está basada en la teoría clásica de placas de Von – Karman que captura fenómenos no lineales asociados a grandes desplazamientos. El modelo incorpora la no linealidad del acoplamiento electromecánico constitutivo, la no linealidad constitutiva del material piezoeléctrico y no linealidad de disipación. El recolector tiene adosada una masa de oscilación que permite mejorar la obtención de energía y la sintonización para una frecuencia de resonancia indicada. La no linealidad geométrica se plantea a partir de la función de tensión conocida como Función de Airy, y se resuelve analíticamente para incorporarse a la ecuación de equilibrio transversal de la placa. El objetivo del presente artículo es analizar para grandes aceleraciones la influencia de la no linealidad geométrica determinada mediante esta formulación. Se comparan resultados entre formulaciones aproximadas y exactas con resultados de ensayos experimentales. El estudio se realiza sobre un recolector de energía cuya frecuencia de resonancia es de 141 Hz.
Un absorbedor dinámico de vibraciones disipa la energía mecánica del sistema sobre el cual se adosa (sistema primario). Un recolector de energía convierte las vibraciones desarrolladas por dicho sistema en energía eléctrica. Un dispositivo recolector-absorbedor (DRA), cumple con el doble propósito de reducir la respuesta vibratoria del sistema primario y generar energía. En este trabajo se presenta un modelo continuo de un DRA formado por una placa de material piezoeléctrico bimorfo (modelo Q220- H4BR-2513YB), una lámina viscoelástica de goma butílica (modelo C1002-01PSA) y una lámina de acero inoxidable que actúa como capa restrictora. El modelo del compuesto conduce a obtener las ecuaciones de movimiento del DRA a partir del principio de Hamilton y utilizando un modelo de derivadas fraccionarias para el material viscoelástico. Aplicando una descomposición modal y en virtud del análisis de Fourier, es posible determinar la frecuencia natural del sistema, su desplazamiento y el voltaje generado, tanto en el dominio temporal como en el de la frecuencia. La validez de estos resultados se compara con un modelo de parámetros concentrados desarrollado previamente y una simulación por elementos finitos implementada en un programa comercial.
La complejidad de los fenómenos físicos implicados en la generación y aceleración del plasma, dificultan la implementación de modelos predictivos de alta fidelidad. La estadística bayesiana ofrece un marco poderoso para la interpretación de datos, basándose en datos experimentales y en conocimientos previos disponibles. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos con una herramienta numérica basada en la estadística, la cual es aplicada al estudio del plasma que evoluciona en la cámara de aceleración de un propulsor de plasma pulsante ablativo de sección variable.
Se presenta un desarrollo según el Método de Volúmenes Finitos para resolver problemas magnetostáticos en mallas no ortogonales. El esquema conserva de forma el flujo magnético en interfaces, alcanza segundo orden de precisión en mallas distorsionadas y asegura convergencia estable en me- dios de alta permeabilidad. Las comparaciones con elementos finitos muestran similar exactitud con menor costo computacional. Estudios de convergencia y pruebas con soluciones manufacturadas confirman la robustez del enfoque, que se plantea como una alternativa a los métodos clásicos en aplicaciones industriales.
S2504 | Part 1 / 2
Structural dynamics
Dinámica Estructural
Chairs | Directores:
Oscar Moller, Víctor Cortínez, José Inaudi
This paper critically evaluates the use of lumped-parameter models in drill-string dynamics, showing that they fail to accurately reflect the continuous nature of the system. Simulations across various levels of complexity, from basic axial models to fully coupled 3D continuous representations, demonstrate that lumped models often produce misleading results, especially when the Bottom Hole Assembly (BHA) is simplified as a single concentrated mass. Theoretical considerations involving wave reflections further highlight the conceptual flaws in such simplifications. Additionally, the practice of validating these models through laboratory experiments is questioned, as these setups often disregard fundamental similitude requirements. The results indicate that lumped models are not suitable for realistic drill-string analysis, while continuous models provide a far more faithful and robust representation of the system’s dynamics.
Unas de las tipologías estructurales para el soporte de antenas de telecomunicaciones más utilizadas, son los mástiles arriostrados. Estas estructuras están conformadas por un mástil vertical, en general de secciones triangulares o cuadradas y reticulados, arriostrados mediante cables a diferentes alturas (niveles de riostras). Para el estudio de la respuesta frente a cargas dinámicas, como pueden serlo las cargas de viento o las cargas sísmicas, uno de los parámetros básicos e imprescindible es el periodo fundamental del conjunto (mástil-riostras). En este trabajo presentamos un estado del arte de las ecuaciones existentes en la bibliografía (normativas, tesis y trabajos de investigación). Por otro lado, se realizó una recopilación de periodos fundamentales de mástiles existentes medidos por medio de técnicas de medición de vibraciones ambientales, como así también una recopilación de periodos fundamentales obtenidos a partir de modelos computacionales realizados por diversos autores. En las conclusiones presentamos nuevas ecuaciones a partir de los datos encontrados, las cuales tiene como objetivo final, poder ser consideradas para su incorporación en el Reglamento INPRES-CIRSOC en su futura versión revisada.
Se presenta un modelo matemático para el estudio de la dinámica de una estructura espacial tipo domo, construido a partir de barras rectas conectadas en una configuración geodésica. La formulación se basa en un enfoque lagrangiano, en el cual se considera la masa concentrada en los nodos a la hora de definir la energía cinética, mientras que la energía de deformación elástica de las barras representa la fuente de energía potencial. Se analiza la respuesta del sistema ante excitaciones armónicas, modeladas como cargas aplicadas sobre los nodos. Se muestra evidencia de comportamiento no lineal cuando la estructura se aparta de una configuración simétrica. Si bien el estudio se encuentra en una etapa preliminar, los resultados numéricos sugieren la posibilidad de una dinámica rica y compleja, que se explora mediante herramientas clásicas del análisis no lineal, como planos de fase y puntos de Poincaré. Se discute el potencial de este tipo de modelos reducidos para el estudio de identificación de daño estructural localizado.
La modelación de la interacción dinámica suelo-estructura presenta el desafío de representar de forma adecuada la característica ilimitada del medio físico a través de condiciones de borde absorbentes. En años recientes, las capas perfectamente acopladas (Perfectly Matched Layer, PML) han representado un gran avance en este campo. Si bien estas condiciones de bordes son altamente efectivas, suelen presentar inestabilidades numéricas que dificultan la integración de las ecuaciones de movimiento en el dominio del tiempo, y restringen su uso a sistemas lineales. Por otro lado, los bordes viscosos representan una alternativa simple y completamente estable, aunque presentan deficiencias en la absorción de ondas de baja frecuencia, típicas de los eventos sísmicos. En este trabajo se propone una técnica que combina las ventajas de ambos enfoques: la constante del borde viscoso se distribuye en una determinada longitud, formando una capa absorbente. El resultado es una condición de borde precisa, estable y de fácil implementación. La propuesta se introduce mediante un caso unidimensional. Los resultados numéricos se verifican mediante comparaciones con soluciones analíticas de referencia.
The interaction between vehicles moving on a continuous elastic medium and underlying support layers generates induced vibrations that may affect surrounding structures. In environmental impact studies for proposed and planned new railway lines, it is frequently necessary to characterize vibration intensities for different track support structural packages. For train systems, in addition to the mechanical properties of the foundation package, both rail roughness and wheel roughness (flat- wheel conditions) become particularly relevant. This work develops a modeling approach for parametric analysis of such systems, employing a matrix assembly methodology in generalized coordinates along with global interpolation functions for the rail (modeled as a constant-section Euler-Bernoulli beam) and discrete coordinates to represent sleeper kinematics and elastic support medium deformation. Rail deformation is approximated through superposition of a Fourier basis with interpolation functions ac- counting for rigid body displacements of the rail. The implementation of global interpolation functions and the orthogonality properties of the rail deformation interpolation functions enable efficient assembly of the system’s motion equations matrices (some being time-variant) for the coupled vehicle-track model incorporating rail, sleepers, and elastic foundation support. Through numerical integration of the linear time-variant model, rail vibrations are analyzed under the assumption of rigid wheel-rail contact. Results from this primary model are compared with a mass-mass coupling model using a time-domain metric.
Moving one-dimensional Bernoulli beam elements in the frequency domain are presented in this paper for applications on induced vibrations due to moving loads or vehicles in contact with a rail or road supported by elastic homogeneous media. The model can be used for dynamic response estimation of trains on railroad tracks or vehicles on roads. A conventional motionless finite-element strategy requires very large meshes to allow the estimation of induced vibration of a moving vehicle, because a large portion of the mesh is required to model the distance travelled by the vehicle during simulation, in addition to domains at both sides of the model to develop adequate boundary conditions. An alternative approach is the use of a moving mesh so that the vehicle does not approach the boundaries of the model; this determines a significant reduction of the mesh size. The moving mesh moves at the speed of the vehicle, maintaining fixed the contact-points locations in the moving reference frame. This approach leads to a time-invariant model for constant velocity vehicle or load analysis in the case of a homogeneous foundation. In this paper, the moving beam and foundation model is developed in the frequency domain, computing the dynamic stiffness matrix of moving beam elements on visco-elastic foundation. In addition, random process modelling of roughness of the rails or road allows the assessment of its effect on induced vibration of moving vehicles on infinite media. Different vehicle models can be connected the moving mesh model, including different number of wheel axes by defining nodes of the mesh bellow each wheel, making the formulation very practical. Some application examples of the proposed modelling technique are presented and limitations of the technique are mentioned.
S2513 | Part 1 / 2
Industrial Applications
Aplicaciones Industriales
Chairs | Directores:
Damián Ramajo, Darío Godino, Horacio P Burbridge
La eficiencia propulsiva de un buque está intrínsecamente ligada a la interacción entre el casco y la hélice. Un factor determinante en esta interacción es la estela nominal, definida como el perfil de velocidades que el casco genera en la zona donde operará la hélice, antes de su instalación. Una caracterización precisa de esta estela es fundamental para el diseño y la selección de hélices que puedan operar de manera óptima en las condiciones de flujo inducidas por el casco. En este trabajo, se emplean simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) utilizando OpenFOAM y el modelo RANS con el enfoque de volumen de fluidos (VOF) para analizar el flujo alrededor del casco y obtener la estela nominal. Los resultados obtenidos se comparan con un caso de estudio de referencia, permitiendo evaluar la precisión del modelo CFD en la predicción del comportamiento del flujo generado por el casco sin la influencia de la hélice.
El presente artículo tiene como objetivo examinar el comportamiento estructural de un caso paradigmático en la industria cementera: una Torre de Precalentamiento (TP) existente de hormigón armado (HR). Se evalúa la degradación inducida por condiciones operativas severas y su impacto en la seguridad estructural. Las TPs presentan grandes alturas, cargas vivas sustanciales en las plataformas, y una exposición prolongada a altas temperaturas, lo que plantea desafíos relevantes para su integridad a largo plazo. En contraste con investigaciones previas, en este trabajo se realiza un análisis más exhaustivo considerando escenarios probables a lo largo de su ciclo de vida. Se describe una metodología que combina ensayos dinámicos no destructivos in situ y modelado por elementos finitos, calibrando frecuencias medidas y propiedades mecánicas del hormigón degradado. Los resultados evidencian una degradación significativa, especialmente crítica en zonas sísmicas con mantenimiento deficiente y pérdida de aislamiento térmico, destacando la vulnerabilidad de la plataforma sobre el horno. Este estudio propone una metodología fiable para evaluar la seguridad de las TPs mediante la integración de análisis de vibraciones in situ, modelado estructural FE y modelado predictivo en eventos sísmicos frecuentes.
La gestión de residuos sólidos orgánicos enfrenta limitaciones por su disposición en rellenos sanitarios, generando impactos ambientales y desaprovechando su potencial energético. La pirólisis, como proceso de descomposición térmica en ausencia de oxígeno, surgió como una alternativa para valorizar estos residuos mediante la producción de Biocarbón. Este trabajo presenta el estudio experimental y computacional de un sistema de producción de Biocarbón, abordando el análisis de transferencia de calor y masa, la eficiencia termoenergética y su integración en un modelo de economía circular. Se caracterizó la biomasa mediante análisis próximo, evaluando humedad, volátiles y carbono fijo. Posteriormente, se realizaron análisis termogravimétricos (TGA) para identificar las temperaturas críticas de descomposición térmica y definir condiciones óptimas de pirólisis. Con esta información, se llevaron a cabo pruebas en un reactor tubular de lecho fijo, operando entre 200–350 °C y tiempos de residencia de 30–90 minutos. Las muestras resultantes fueron analizadas mediante ensayos próximo y elemental, evaluando su poder calorífico superior y los rendimientos de conversión de sólidos, líquidos y gases. Con base en los datos experimentales, se desarrolló en MATLAB un modelo termoenergético aplicando balances de energía (primera ley) y análisis exergético (segunda ley), permitiendo simular distintos escenarios operativos, identificar puntos críticos de consumo energético y explorar diferentes escalas de producción. Se propuso un sistema con capacidad de 1 tonelada/día, optimizado mediante algoritmos metaheurísticos. Conclusiones: el proyecto permitió establecer condiciones técnicas óptimas para la producción de biocarbón a partir de residuos orgánicos compostados, demostrando su potencial energético y su viabilidad operativa. El análisis económico realizado, basado en costos de capital y operación, permitió estimar indicadores financieros que respaldan la rentabilidad y factibilidad del sistema, posicionándolo como una solución tecnológica replicable en el contexto de la economía circular.
Las fallas en tanques atmosféricos son un problema crítico en la industria petrolera, frecuentemente causadas por sobrepresiones debido a su vulnerabilidad estructural. Aunque raramente provocan lesiones, generan importantes pérdidas materiales e interrupciones operativas. Este trabajo analiza la interacción entre ondas de explosión y tanques, enfocándose en el efecto de la altura de detonación. Mediante simulaciones con rhoCentralFoam en OpenFOAM, se modelaron explosiones esféricas a diferentes alturas (distancia horizontal constante), considerando la energía liberada como puntual/lineal e instantánea. Se omitieron reacciones químicas para eficiencia computacional, usando aire como único fluido. Los resultados muestran que explosiones elevadas producen dinámicas complejas (ej. formación de pierna de Mach) y sobrepresiones localizadas, revelando limitaciones en los métodos de diseño actuales. El estudio provee bases para mejorar normas de seguridad y estrategias de refuerzo estructural, ofreciendo una metodología innovadora para analizar interacciones explosión-estructura en la industria.
S2506 | Part 2 / 4
Computational Mechanics of Solids
Mecánica Computacional de Sólidos
Chairs | Directores:
Marianela Ripani, Paula Folino, Sonia Vrech
Se deriva un modelo variacional phase-field de procesos termomecánicos de fisuración en el hormigón en edad temprana que integra los fenómenos de hidratación y envejecimiento durante la etapa de curado. La formulación propuesta define una solución discreta del problema termomecánico, que toma en consideración la producción de calor inducida por la hidratación del cemento y la evolución de las propiedades mecánicas del hormigón durante esta reacción. Se asume que la propagación químico-termomecánica de la fisura se obtiene de la evolución cuasi estática de los mínimos globales de un functional energético de tipo mixto que tiene en cuenta la energía de deformación elástica, la energía de disipación asociada a la evolución de la variable phase–field de fisuración y la energía de disipación termoquímica. Se presentan resultados numéricos donde el proceso de hidratación del hormigón induce fisuración debido a los gradientes térmicos propios de la reacción exotérmica.
El aumento de la resistencia residual y control de fisuración producido por el agregado de fibras de acero al hormigón se debe al deslizamiento de las fibras que actúan cosiendo las fisuras y depende, en gran medida, del tipo de fibra, contenido, distribución y orientación dentro del volumen de hormigón. Los dos últimos factores dependen, a su vez, de los dos primeros y adicionalmente, del tamaño y forma de llenado del molde, de la fluidez de la matriz, entre otros factores, y resultan difíciles de predecir. El objetivo de este trabajo es evaluar numéricamente el efecto de la distribución y orientación de las fibras en la respuesta a flexión a los efectos analizar la validez las simplificaciones que normalmente se hacen el análisis. Se utiliza para ello un meso-modelo para hormigón reforzado con fibras de acero que tiene en cuenta la orientación inicial y la reorientación de las fibras en la dirección de la apertura de fisura.
En este trabajo se presenta un estudio realizado como etapa preliminar en el proceso de diseño de un bulto para transporte de Co-60 desarrollado por IMPSA S.A. para la firma Dioxitek S.A., con el objetivo general de verificar las herramientas y modelos numéricos a utilizar en el diseño del bulto. El trabajo tiene como objetivo particular estudiar el asentamiento de la plataforma de impacto usada en los ensayos de caída libre del bulto. Esto implica una adecuada modelación del suelo, del cual se dispone de resultados de estudios geofísicos y propiedades mecánicas. Se analizan y comparan los resultados de un modelo de Mohr Coulomb con un modelo elastoplástico de superficies anidadas. Se estudia el efecto de la variación de las propiedades del suelo en profundidad y de las distintas formas de aplicar la aceleración de la gravedad en el asentamiento de la plataforma. Finalmente se compara con resultados experimentales.
O uso de materiais com comportamento anisotrópico tem crescido nas últimas décadas, impulsionado pela busca por soluções estruturais mais eficientes. O reforço com fibras destaca-se como estratégia eficaz para melhorar o desempenho mecânico em direções de menor resistência. A modelagem de falhas desses materiais, contudo, ainda representa um desafio relevante. Este trabalho emprega a Mecânica do Dano Concentrado Expandida (XLDM) para descrever o comportamento fisicamente não linear de materiais anisotrópicos reforçado por fibras. A abordagem tem se mostrado robusta na análise de processos de degradação estrutural. Adota-se uma técnica de embutimento para representar os efeitos dos reforços sem introduzir novos graus de liberdade. A formulação foi implementada em um código computacional baseado no método dos elementos finitos com estrutura baseada em posições, permitindo considerar os efeitos da não linearidade geométrica na evolução do dano.
High-performance concretes are cementitious composites developed for particular structural or construction needs. They can include high-strength, fiber-reinforced and ultra-high-performance concretes. Those concrete types have different compositions and mechanical properties, leading to variable failure properties under given load scenarios. The focus of this work is to explore if diffuse and localized failure modes can be mathematically predicted taking as a basis the non-linear Performance Dependent Model (PDM), that has been proved to appropriately capture failure conditions for plain concretes of variable compressive strengths. The numerical results in terms of characteristic failure modes and critical directions are compared against experimental evidences.
S2516 | Part 2 / 3
Teaching of Numerical Methods
Enseñanza de Métodos Numéricos
Chairs | Directores:
Luciano Ponzellini Marinelli, César Pairetti
En investigación de ciencias e ingeniería el paradigma dominante es aquel que busca medir y cuantificar, es el llamado enfoque positivista. No es el único enfoque, por otra parte, existe el paradigma fenomenológico que es aquel que intenta comprender un sentido profundo, rescata las experiencias y es cualitativo; en lugar de medir busca comprender. En este trabajo usamos el paradigma fenomenológico para comprender las prácticas pedagógicas que proponemos los docentes que enseñamos métodos numéricos para que los estudiantes aprendan. Entendemos por prácticas al conjunto amplio de actividades que proponemos los docentes, no es un concepto restrictivo a los trabajos prácticos. Metodológicamente seguimos un enfoque heurístico-fenomenológico realizando una entrevista semi estructurada mediante formulario que consta de dos partes. La parte formal releva los datos duros mientras que la entrevista semiestructurada hace preguntas con respuestas breves. El resultado que se presenta es un conjunto de reflexiones referidas a las actividades, concepción del aprendizaje por parte de los docentes y evolución temporal de las prácticas.
En el marco de la incorporación de nuevas tecnologías en la enseñanza de las ingenierías del subsuelo, se desarrolló un entorno educativo basado en Realidad Virtual Inmersiva (RVI), orientado al aprendizaje activo de conceptos geológicos y petrofísicos complejos. Este desarrollo, implementado en las carreras de Ingeniería en Petróleo e Ingeniería Geodesta-Geofísica de la Facultad de Ingeniería de la UBA, permite a los estudiantes explorar y analizar virtualmente modelos tridimensionales de cuencas sedimentarias tipo rift, con foco en la caracterización de reservorios. La herramienta utiliza modelos estáticos construidos a partir de datos reales (registros de pozos, sísmica, núcleos, gravedad relativa, etc.), integrando visualización geológica, análisis petrofísico y navegación interactiva mediante joysticks. A través de cortes oblicuos, recorridos por pozos virtuales y visualización de propiedades como porosidad, saturación y propiedades mecánicas, los estudiantes pueden correlacionar vertical y lateralmente las unidades litológicas y construir modelos geológicos estáticos. Desde lo pedagógico, el software “Reservorios – Cuencas” opera como entorno exploratorio, basado en el descubrimiento guiado y la resolución de problemas. El software utiliza la técnica de renderizado denominada Raymarching, basada en funciones SDF (Signed Distance Functions) que usa métodos numéricos para encontrar por aproximación, las superficies implícitas resultantes de operaciones booleanas entre primitivas geométricas. Esto permite al usuario eliminar porciones del volumen en tiempo real. En línea con los desafíos actuales que plantea la integración de tecnologías como la inteligencia artificial en la enseñanza de la ingeniería, esta experiencia promueve una alfabetización digital crítica y aplicada, mediante el uso de entornos inmersivos para fortalecer la comprensión conceptual y el análisis de datos geocientíficos.
Se presenta una experiencia de enseñanza integrada entre Física y Matemática, desarrollada en colaboración entre el Centro Universitario Regional - Litoral Norte de la Universidad de la República y dos Centros Regionales de Profesores — Profesorado de Física de Uruguay. Esta iniciativa se enfoca en la enseñanza de métodos numéricos aplicados a la resolución de problemas físicos en mecánica clásica y electromagnetismo, con especial énfasis en ecuaciones diferenciales lineales y no lineales. El proyecto combina métodos tradicionales, como Euler y Runge-Kutta de cuarto orden, con técnicas modernas, entre ellas las Redes Neuronales Artificiales. Asimismo, incorpora herramientas de inteligencia artificial, como modelos de lenguaje generativos (ChatGPT) para la creación automática de códigos, fomentando la reflexión crítica sobre las diferencias entre soluciones manuales y automatizadas.
Este trabajo presenta un breve taller para la enseñanza de métodos numéricos en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República (UdelaR) que integra redes neuronales profundas y, en particular, PINNs como complemento de los enfoques tradicionales. La propuesta combina módulos semanales con clases y notebooks interactivos, guiando desde una red neuronal básica hasta aplicaciones de PINNs a problemas gobernados por ecuaciones diferenciales. Los casos abarcan: ecuación de un sistema físico clásico con solución analítica, transferencia de calor 1D, mecánica de sólidos lineal 2D y fluido-dinámica incompresible 2D. Se enfatizan conceptos como normalización y adimensionalización de datos, ponderación adaptativa de funciones de pérdida y diseño de condiciones de frontera. La evaluación consiste en un proyecto grupal que resuelve un benchmark y se contrasta con resultados obtenidos por simulación numérica. El taller articula modelado físico y aprendizaje automático, fortaleciendo la programación científica, el análisis crítico y el trabajo colaborativo, ofreciendo simultáneamente lineamientos transferibles para la enseñanza de la ingeniería.
En muchos cursos de ingeniería, los estudiantes utilizan software de Elementos Finitos (FEM) sin conocer sus fundamentos, asumiendo los resultados como válidos aun cuando carecen de sentido físico. De modo análogo, los Grandes Modelos de Lenguaje (LLM) como GPT o Deepseek permiten generar código para Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), pero sin garantizar la comprensión de la lógica algorítmica ni de los fundamentos matemáticos. Si bien estas herramientas facilitan la obtención de fragmentos básicos de código, su uso acrítico incrementa el riesgo de errores de modelado e implementación. Este trabajo propone un enfoque pedagógico en el cual los estudiantes producen, traducen y optimizan código con apoyo de LLM, a partir de referencias bibliográficas tradicionales. La revisión línea a línea favorece la comprensión de la estructura de los programas, de la lógica de implementación y de los criterios de validación de resultados. La metodología se evaluó en dos ediciones de la electiva de CFD en Ingeniería Mecánica. Los estudiantes mostraron una comprensión más sólida de los métodos numéricos respecto a cohortes previas, y en entrevistas finales manifestaron una mirada más crítica sobre el uso de herramientas de Inteligencia Artificial en el aprendizaje.
Las oportunidades que presenta la Inteligencia Artificial, en contextos educativos universitarios masivos y como asistente a la labor docente evaluativa, motivan el desarrollo de un proyecto de investigación al interior de la Cátedra de Computación y Cálculo Numérico, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Córdoba. Actualmente se desarrolla la segunda fase cuyo fin es responder a la pregunta: ¿Las herramientas de Inteligencia Artificial preseleccionadas son capaces de emular el criterio del cuerpo docente en términos de las evaluaciones prácticas? La prueba se realizó sobre un universo de 51 evaluaciones prácticas, cada una basada en la resolución de tres problemas de ingeniería, con programas en lenguaje Python 3.x y herramientas del cálculo numérico. Las evaluaciones fueron calificadas por dos docentes de la cátedra y por seis chatbot. El instrumento de evaluación es la rúbrica, conformada por diez criterios en total y dos niveles de logro por cada uno. El análisis comparativo se realizó principalmente con la herramienta Matriz de Confusión. Los resultados exitosos impulsan al equipo a la tercera fase del proyecto para realizar fine tuning sobre un modelo pre entrenado y ejecución local. El cuerpo de conocimiento, experiencias y metodologías desarrolladas se transferirán a cátedras afines y a otras de la unidad académica.
S2502 | Part 2 / 6
Structural Analysis
Análisis Estructural
Chairs | Directores:
Rossana Jaca, Daniel H. Felix, Jorge Ballaben
El hormigón armado con dos o más tipos de fibra combinadas racionalmente (hormigón reforzado con fibras híbridas, HFRH) puede ofrecer propiedades mejoradas al compuesto, especialmente en términos de ductilidad y control de fisuras. Por lo tanto, el uso de estos hormigones especiales con una combinación híbrida de fibras como reemplazo parcial del refuerzo convencional a cortante en vigas de gran altura podría generar resultados beneficiosos, especialmente en términos de reducción de la congestión del refuerzo de barras de acero y del tiempo de construcción. Sin embargo, aun los ensayos a escala de estos elementos estructurales son costosos y de compleja realización. En este sentido, se necesita una herramienta numérica que permita predecir con razonable aproximación la respuesta mecánica de vigas de gran altura de HFRH. En el presente trabajo se ha estudiado la capacidad a cortante de vigas de gran altura reforzadas con una combinación de fibras de acero y polipropileno en reemplazo parcial del refuerzo convencional de corte. Para ello, se realizó la simulación del ensayo de flexión en tres puntos mediante un modelo tridimensional utilizando el software ABAQUS©. El HFRH se modeló considerando el hormigón con fibras de polipropileno como un material homogéneo con propiedades equivalentes por un lado y las fibras de acero como elementos discretos distribuidos en el volumen del hormigón. Dicho estudio se complementó con un estudio paramétrico considerando como variable la orientación de las fibras y un análisis de imágenes obtenidas por tomografía computada a los fines de evaluar la distribución y orientación real de dichas fibras en las VGA. Finalmente, los resultados numéricos se comparan con los datos experimentales obtenidos por los propios autores.
El hormigón reforzado con dos o más tipos diferentes de fibras, racionalmente combinadas, se denomina Hormigón Reforzado con Fibras Híbridas (HRFH). Este material compuesto ofrece propiedades mejoradas, especialmente en términos de ductilidad y control de fisuración. Su aplicación en tubos de drenaje, como sustituto parcial o total del refuerzo tradicional, puede generar un impacto favorable en la industria del prefabricado, tanto desde el punto de vista técnico como económico. En este trabajo se presenta la simulación numérica del Ensayo de Compresión Diametral de Tres Aristas (ECD) para evaluar el comportamiento mecánico de tubos de hormigón armado (THA) y de tubos de hormigón reforzado con fibras híbridas (THRFH). El hormigón reforzado con la combinación de fibras de acero y polipropileno, se modela como un material homogéneo equivalente, con propiedades promedio (modelo macroscópico). El problema se resuelve mediante un código de elementos finitos no lineal, que incorpora un modelo constitutivo con daño y plasticidad acoplados. Finalmente, los resultados numéricos se contrastan con datos experimentales obtenidos por la elaboración y ensayo de nueve tubos.
El objetivo de este trabajo es presentar un modelo probabilístico para el análisis de secciones rectangulares de hormigón armado sometidas a flexo-compresión oblicua en el estado límite último. Se emplea el diagrama parábola-rectángulo para el hormigón y un diagrama bilineal para el acero, transformando las integrales de superficie en integrales de línea. La configuración deformada que corresponde al equilibrio en la rotura se determina mediante el método de Newton-Raphson. Las principales propiedades mecánicas, geométricas y de carga se consideran variables aleatorias. Mediante el método FORM se obtiene la capacidad resistente de la sección y se estima el índice de confiabilidad. Finalmente, se presentan ábacos de diseño y de confiabilidad desarrollados de acuerdo con la norma brasileña NBR-6118/2023.
Los perfiles de pared delgada y abierta conformados en frío son ampliamente utilizados en la industria civil y mecánica entre otros, por su elevada eficiencia en la relación resistencia/peso. Sin embargo, uno de los aspectos delicados desde el punto de vista estructural, es la posibilidad de inestabilidad elástica bajo una combinación de cargas de compresión, flexionales y/o torsionales, que pueden provocar tanto pandeo global, distorsional y/o local. En este estudio numérico se analiza la influencia en dicha inestabilidad que tienen las diferentes condiciones de borde clásicas, abordando el análisis tanto en forma integral mediante el método de elementos finitos, como por medio de la teoría de descomposición modal que permite un entendimiento más profundo y detallado de las deformaciones que se producen en el perfil cuando se alcanza la carga crítica.
Los durmientes constituyen uno de los elementos más relevantes de la superestructura ferroviaria. A nivel mundial, los de hormigón pretensado son los más utilizados; sin embargo, este tipo de durmientes es susceptible a diversos modos de falla, siendo las fisuras longitudinales una de las más frecuentes. Estudios internacionales, indican que la resistencia alcanzada por el hormigón durante la fabricación del durmiente influye de manera significativa en la aparición de dichas fisuras. El presente trabajo aborda esta problemática mediante un estudio computacional que considera geometrías de durmientes y normativas aplicables en Argentina. Los resultados confirman que la fisuración puede producirse cuando los esfuerzos de tracción inducidos por el pretensado superan la resistencia a tracción del material, observándose además que este valor umbral varía según las características geométricas del durmiente y la magnitud de la fuerza de pretensado de diseño. En este sentido, el modelo numérico desarrollado constituye una herramienta útil para identificar, en la etapa de diseño, las condiciones específicas necesarias para prevenir este tipo de daño.
Plastic hinge in beams is a mechanism framed within the structural collapse of complex 3D lattice structures: car tubular chassis, buses, cranes, etc.; in this mechanism, the plasticity phenomenon (material nonlinearity) is mainly coupled with the local buckling phenomenon (structural nonlinearity). In this work, it is analyzed the extent to which the combination of these nonlinearities in finite element models is representative of the curves studied analytically and experimentally in the article "Bending collapse of rectangular and square Section Tubes" (Kecman, 1982) and Torsion (Trahair, 1997). The coupling is analyzed. The developed numerical models cover shell elements and beam element formulations, both implicit and explicit time integration schemes. The results show a high degree of correlation between the numerical models and the analytical-experimental results, which drastically reduces the need for physical testing. The work also extends the analysis to other types of nonsymmetric general sections, which are specific to the tubular structure of an electric vehicle. These tests show the limits of hybrid model technology (several types of elements combined), since it requires a load-discharge curve with hysteresis and does not allow for negative slopes, which are characteristic of the previously mentioned physical tests.
S2503 | Part 4 / 6
Computational Fluid Mechanics
Mecánica de Fluidos Computacional
Chairs | Directores:
Ana Scarabino, Sofía S. Sarraf, Hugo G. Castro, Miguel Coussirat, Rodrigo R. Paz, Laura Battaglia
El presente trabajo aborda el estudio de la condensación de vapor de agua en un domo a alta presión mediante simulaciones de Mecánica de Fluidos Computacionales. La condensación de va- por es un fenómeno ampliamente utilizado en ciclos térmicos, pero también se aplica en otros contextos industriales, como el control de presión. En este estudio se analiza un arreglo de tubos alineados en forma toroidal. Dispuesto en un seno de vapor saturado, en su interior circula agua subenfriada con la capacidad de controlar el caudal y por tanto controlar presión en el domo. En este estudio se evalúa la capacidad de condensación bajo distintas condiciones de flujo, con especial atención a la formación de la película líquida y el desprendimiento de gotas. Este último fenómeno, al tratarse de tubos dispuestos verticalmente, influye significativamente en la transferencia de energía hacia los tubos inferiores. Para la simulación se empleó el método de Volumen de Fluido (VOF) y se realizaron estudios de convergencia de malla y sensibilidad respecto a los modelos de turbulencia. Finalmente, se analizó la capacidad del dispositivo para controlar la presión mediante este mecanismo de condensación.
Este trabajo presenta y evalúa una nueva funcionalidad incorporada en la versión 12 de la distribución oficial de OpenFOAM.org, que permite la generación automatizada de mallas dinámicas para la simulación de motores de combustión interna. Se propone un flujo de trabajo integral que combina el procesamiento de geometrías STL, el mallado con SnappyHexMesh y la reciente estrategia de malla dinámica, con el objetivo de reproducir un ciclo completo de operación del motor. La metodología se aplica a la simulación de un motor óptico experimental AVL perteneciente al Instituto Aeronáutico de Brasil, modelado bajo condiciones motorizadas (sin combustión). El trabajo detalla los pasos necesarios para implementar esta técnica en OpenFOAM y analiza su estabilidad y precisión a partir de la evolución de la presión en cilindros y puertos. Los resultados obtenidos demuestran que la estrategia propuesta per- mite abordar eficazmente la simulación de motores con movimientos complejos, conservando una malla de alta calidad a lo largo del ciclo sin incurrir en costos computacionales excesivos.
En esta etapa del desarrollo, se presenta una extensión tridimensional de la estrategia de malla dinámica previamente desarrollada, capaz de resolver movimientos con seis grados de libertad (6DoF). La metodología combina el uso de interfaces deslizantes (sliding interfaces) con técnicas de deformación de malla basadas en el enfoque Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE). Esta combinación resulta particularmente efectiva para modelar movimientos complejos sin comprometer la calidad de la malla ni introducir errores por distorsión de celdas.
As part of a broader study aimed at investigating the hydrodynamic and density-related effects within the Panama Canal locks, several Computational Fluid Dynamics (CFD) models of the Miraflores Lock complex have been developed using OpenFOAM. These models incorporate multiple moving components—including vessels, miter gates, and variable free surface levels—as well as the interaction between saltwater and freshwater, which generates stratified density currents. To accurately capture the buoyancy-driven effects associated with the salt-water – fresh-water mixing, a custom flow solver was developed to handle two miscible phases with dynamic mesh support. Modifications to the turbulence model were also implemented to incorporate buoyancy effects Several dynamic mesh techniques were evaluated to accurately simulate flow conditions inside the lock chambers during different lockage stages. The advantages and limitations of these techniques are discussed, and the implementation of a hybrid approach—combining mesh deformation with periodic remeshing—is presented. This method was found to be the most effective in terms of flexibility and ease-of-use.
El gas natural que ingresa a una planta de bombeo contiene mezcladas pequeñas proporciones de agua y gas condensado (LNG), que deben ser separadas mediante la utilización en paralelo de tres tanques separadores conectados por un manifold. Sin embargo, se ha detectado una distribución desigual de fases hacia los separadores, que reduce la eficiencia operativa. Con el objetivo de diagnosticar esta situación y evaluar posibles medidas de remediación, se desarrolló un modelo numérico multifásico basado en dinámica de fluidos computacional (CFD) utilizando OpenFOAM. El modelo, de tipo Euler-Euler, representa un flujo trifásico no estratificado (gas, agua y LNG) en condiciones de operación realistas, resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes bajo formulación Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS), con un tratamiento adecuado de la turbulencia y la interacción entre fases dispersas. La simulación permitió reproducir la segregación de fases observada: la fracción gaseosa se concentra en la parte superior del conducto principal, mientras que las fases líquidas tienden a acumularse en la parte inferior. Como consecuencia, los primeros conductos de salida capturan predominantemente gas, mientras que la última salida recibe una mayor proporción de líquido. Se definió un indicador de sesgo en la distribución de caudales, que alcanza ±80% entre la primera y la última salida en condiciones normales de operación. Finalmente, se exploraron y evaluaron tres alternativas de remediación: modificación de la toma hacia los separadores (lateral en vez de superior), incorporación de un colector aguas abajo de las derivaciones, e instalación de un mezclador estático. Todas mostraron una reducción significativa del sesgo sin necesidad de intervención mecánica compleja. La metodología desarrollada se muestra eficaz para el diagnóstico y diseño conceptual de mejoras en sistemas multifásicos de distribución.
La energía eólica experimentó un gran desarrollo en Uruguay durante la pasada década. Su participación actual en la generación de energía eléctrica es de aproximadamente un 30 % de la energía anual. Este desarrollo ha impulsado la generación de conocimiento y herramientas a nivel académico que permiten un mejor entendimiento de los fenómenos físicos involucrados en el proceso de transformación de la energía cinética del viento en energía eléctrica. Particularmente, durante los últimos años ha surgido interés por el uso de estas herramientas en estudios como la viabilidad de que la energía eólica aporte servicios auxiliares a la red eléctrica, el impacto en la vida útil de desbalances de pitch y yaw, y la optimización de la producción de energía de parques a través de la mitigación del efecto de las estelas. Este trabajo tiene como objetivo presentar una herramienta de alta fidelidad desarrollada por el Grupo de Mecánica de los Fluidos Computacional (UdelaR) basada en un programa CFD, que ha sido utilizada en estudios vinculados a la energía eólica. Este programa es capaz que ejecutarse en arquitecturas computacionales de alta performance híbridas, compuestas por CPUs y GPUs. Recientemente, ha sido dotado con la capacidad de acoplarse con modelos aeroelásticos de aerogeneradores que, junto con el Modelo de Actuador Lineal, permite resolver la interacción fluido -estructura con un nivel de fidelidad suficiente para su campo de aplicación. En el trabajo se presentará un caso de validación del modelo, así como un caso de aplicación vinculado a la optimización de energía eólica mediante el desvío de estelas usando el yaw.
S2521 | Part 4 / 4
Heat and Mass Transfer
Transferencia de Calor y Masa
Chairs | Directores:
Guillermo F. Umbricht, Juan Carlos Álvarez Hostos, César Venier, Ester Sonia Esteban
El trabajo se trata de una simulación computacional para determinar la distribución de velocidades y temperaturas de un fluido en una matriz de microcanales, la que es adherida a una celda fotovoltaica para regularla térmicamente. Esta última está sometida a condiciones meteorológicas locales y estacionales típicas de tres ciudades de Chile, ubicadas en las zonas norte, centro y sur. La metodología de trabajo considera para el fluido que transita por la matriz en la red compleja de microcanales: (i) construcción de un modelo físico-matemático transiente conjugado de fluidos y energía; (ii) utilización del Método Matricial de ecuaciones de balance de masa y energía (C.A. Brebbia y A.J. Ferrante, Computational hydraulics. Butterworth-Heinemann (2013)); (iii) implementación de un procedimiento de teselación que promueve una mejor distribución de microcanales para la disipación de calor; (iv) optimización del sistema diseñado base, de acuerdo con la ubicación en una ciudad del norte de Chile; (v) estudio comparativo de los resultados obtenidos en las tres ciudades empleando el sistema optimizado. El diseño de sistema de gestión térmica permite mejorar la eficiencia energética de una celda fotovoltaica siempre que su temperatura fluctúe en el intervalo de operación indicado. El diseño del sistema de microcanales optimizado, favorece una distribución más uniforme de velocidades y temperaturas del fluido.
La desorción térmica es una tecnología de remediación de suelos que emplea calor para separar contaminantes volátiles y semivolátiles presentes en suelos, lodos y sedimentos. Se clasifica como un proceso de separación física, no destructivo. El procedimiento consiste en calentar el material contaminado en un desorbedor térmico, provocando la evaporación de los contaminantes. Estos vapores son posteriormente capturados y tratados, mientras que el suelo descontaminado puede reutilizarse, comúnmente como material de relleno. Para optimizar este proceso, es fundamental que el modelo térmico represente con precisión los mecanismos de transferencia de calor, permitiendo predecir la distribución de temperatura en el suelo y la eficiencia de la vaporización de los contaminantes. En este estudio se analizan las dimensiones características del equipo con el fin de estimar el tiempo requerido para el tratamiento. Se obtienen curvas de diseño que permiten dimensionar adecuadamente las resistencias térmicas y determinar su disposición óptima.
Se presenta una nueva solución analítica para problemas térmicos unidimensionales en estado estacionario de advección-conducción, para sustancias con cambios de fase sólido↔líquido no isotérmico. La solución propuesta permite considerar fases sólidas y líquidas con propiedades físicas y de transporte contrastantes, y el manejo matemático en la zona pastosa (bifásica) se garantiza mediante técnicas de promediado basadas en la derivada de la fracción de fase sólida con respecto a la temperatura. La validez del enfoque se demuestra mediante comparación con soluciones numéricas basadas en el método de Galerkin libre de elementos (MGLE), y se prueba para números de Péclet (Pe) en el rango de 0,1 a 20. La solución es aplicable a diferentes modelos microscópicos de cambio de fase sólido↔líquido, es decir, reglas de equilibrio y no equilibrio. Este enfoque puede encontrar aplicaciones en el análisis de procesos de fabricación aditiva por arco (FAA) y metalurgia secundaria. El modelo desarrollado ha exhibido una excelente concordancia con las soluciones numéricas para todo el rango de números de Péclet considerados, independientemente tanto del rango de temperatura de cambio de fase (diferencia entre las temperaturas de sólidus y líquidus) como del modelo microscópico considerado.
En este trabajo se aborda la pirólisis rápida de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos forestales de Bariloche, Argentina, mediante un enfoque combinado de caracterización experimental y modelado numérico. Se determinó la composición estructural (celulosa, hemicelulosa y lignina) y el análisis próximo de los residuos, datos utilizados para desarrollar un modelo CFD en ANSYS Fluent con un enfoque multifluido cinético. El modelo considera a cada componente estructural reaccionando de forma independiente a través de dos rutas: formación de tar y producción de char y biogás, incluyendo la conversión secundaria de tar en biogás. La validación se realizó con datos experimentales de la literatura. Las simulaciones 2D mostraron buena concordancia con tendencias reportadas para la pirólisis rápida en lechos fluidizados. La metodología propuesta resulta aplicable al estudio de otros residuos lignocelulósicos, a la optimización de unidades experimentales y al análisis a mayor escala.
S2509 | Part 4 / 4
Multiphysics | Multifísica
Chairs | Directores:
Marcela Cruchaga, Ezequiel López, Gustavo Ríos Rodríguez, Mario Storti, Luciano Garelli
S2515 | Part 1 / 1
High Performance Computing | Computación de Alto Desempeño
Chairs | Directores:
Luciano Garelli, Juan M. Gimenez
El análisis de la estabilidad dinámica de tuberías que transportan flujo es fundamental para prevenir fallas estructurales. En el caso de transporte de flujo bifásico, las investigaciones apuntan desafíos debido a su complejidad física y numérica debido a la interacción fluido-estructura. En este trabajo se utiliza una formulación matemática acoplada para analizar la estabilidad dinámica de tuberías horizontales bi-empotradas que transportan flujo bifásico gas-líquido. Se parte de elementos diferenciales deformados de tubería y fluido a los cuales se aplican leyes de conservación y condiciones de compatibilidad. El fluido se modela mediante el enfoque de modelo homogéneo; la interacción se incorpora mediante términos de masa añadida y fuerzas no conservativas asociadas al flujo. La ecuación resultante se discretiza en espacio mediante el método de Galerkin modal y se integra temporalmente. El algoritmo se implementa y resuelve numéricamente usando Wolfram Mathematica®. Se realiza un estudio de convergencia frente al truncamiento modal y al paso temporal para garantizar independencia numérica de las predicciones. Mediante análisis espectral se identifican las condiciones críticas de pérdida de estabilidad: la inestabilidad se manifiesta primero en el modo fundamental y su umbral crítico depende fuertemente de la velocidad del flujo. Los resultados se contrastan con referencias de la literatura, mostrando buena concordancia y validando la formulación e implementación numérica. Este trabajo contribuye con una herramienta de simulación teórica y computacional para el análisis de fenómenos de inestabilidad en tuberías con flujo bifásico, y constituye una base para estudios posteriores que busquen incorporar modelos de mayor complejidad, como no homogéneos para el fluido y efectos no lineales para la tubería.
Climate change has pushed researchers to seek alternatives to standard fossil fuel technologies. Fuel cells have grown in popularity as a way to convert fuels such as hydrogen, ammonia or methane into electricity, with solid oxide fuel cells (SOFCs) being noted for their potential to achieve high efficiency and power output. Direct ammonia SOFCs (DA-SOFCs) operate at high temperatures to crack ammonia into hydrogen at the anode, and use it on electrochemical reactions that produce energy and water. Improving the performance of these devices is an active area of research: from material design, to geometric configuration and operational parameters. In this context, mathematical modeling is an extremely useful tool once validated, as a given setup can be simulated and analyzed reducing the number of experimental measurements. This work uses a multiphysics model to study the effect of three different parameters related to electrode materials on the cell’s performance: exchange current density and ionic conductivity at the cathode, and exchange current density at the anode. The model itself consists of algebraic and differential equations describing chemical reactions; ionic and electronic cur- rent; heat flow across gas, solid and porous domains; species transport, and fluid flow in porous media. The model is implemented in COMSOL Multiphysics® and solved using finite element methods. Polarization voltage sweeps for three different furnace temperatures are employed to capture performance under a variety of circumstances. For each temperature, polarization and power versus current curves are compared to experimental results with the goal to analyze the behavior of the studied parameters as well as the cell’s response. Results show that the endothermic nature of ammonia cracking reactions affect temperature at the anode, emphasizing the importance of dependency of parameters on said variable.
El recubrimiento en polvo es un proceso de acabado donde partículas electrostáticamente cargadas se pulverizan sobre superficies metálicas, formando una capa uniforme y resistente tras su curado térmico. En este trabajo, el modelado y optimización del proceso se aborda mediante simulación numérica de alta fidelidad, adoptando el método multiescala P-DNS (Pseudo-Direct Numerical Simulation) para describir el flujo turbulento de partículas cargadas en un campo electrostático. Se simulan partículas en volúmenes representativos (RVE) y se homogeniza su respuesta dinámica. La adimensionalización de parámetros, incluyendo fuerzas eléctricas y gravitatorias, permite reutilizar modelos reducidos al simular escenarios en escala gruesa. Se introduce además una condición de contorno que cuantifica el espesor de la capa. La herramienta se valida con resultados de la literatura y se aplica al recubrimiento de geometrías complejas, considerando distintos voltajes y trayectorias de una pistola de pulverización móvil. Los resultados confirman el potencial de la metodología como herramienta predictiva rápida y eficiente para esta tecnología.
Se presenta el diseño y análisis de un recolector de energía piezoeléctrico para entornos rotativos de baja frecuencia, orientado a sistemas de monitoreo autónomos. Para la caracterización de las condiciones reales de operación, se midieron vibraciones en la pala de un generador eólico, identificando las principales frecuencias de excitación presentes en la estructura. El dispositivo utiliza una configuración multiviga excitada por fuerzas gravitatorias durante la rotación. Con el fin de mejorar la eficiencia bajo condiciones de baja impedancia, se incorpora la técnica de conversión ascendente (up- converting) mediante impactos controlados, lo que permite activar frecuencias más altas. El estudio propone aprovechar dichas frecuencias de vibración para maximizar la conversión energética y evaluar el desempeño del prototipo. Los resultados preliminares muestran el potencial de esta estrategia para extender la vida útil de sensores embebidos en entornos de difícil acceso, reduciendo la dependencia de baterías convencionales.
La eficiencia energética es un objetivo estratégico en computación de alto rendimiento (HPC) y en la operación de centros de datos modernos. Este trabajo presenta un estudio para caracterizar el impacto de los gobernadores de frecuencia del procesador del kernel de Linux sobre el rendimiento, el consumo energético y el comportamiento térmico de una arquitectura multi-core. La evaluación se desarrolla en entornos nativos y contenerizados. Se analizan dos cargas, Sysbench-CPU (cálculo intensivo, CPU-bound) y ONNX Runtime / ResNet-50 (inferencia, memory-bound). Las métricas registradas incluyen latencia, throughput, potencia, temperatura, frecuencia y uso efectivo de CPU. Los resultados muestran overhead reducido de los contenedores y una influencia marcada del gobernador de frecuencia sobre rendimiento absoluto y eficiencia energética.
S2504 | Part 2 / 2
Structural dynamics
Dinámica Estructural
Chairs | Directores:
Oscar Moller, Víctor Cortínez, José Inaudi
En ensayos de identificación de parámetros dinámicos de estructuras es necesario generalmente determinar frecuencias naturales y formas modales detalladas utilizando un número limitado de sensores. Una estrategia consiste en realizar múltiples configuraciones de medición, donde cada uno cubre una parte de la estructura. Las formas modales identificadas en cada configuración se ensamblan posteriormente para obtener los modos de vibración de toda la estructura. En este trabajo se estudia una viga prefabricada de hormigón de 16 m de luz excitada con impactos controlados registrando la aceleración a lo largo del tiempo durante la etapa de vibración libre. Las mediciones se realizan con 3 acelerómetros. Se identifican las propiedades dinámicas con métodos en el dominio del tiempo y de la frecuencia. Posteriormente se ensamblan las componentes de cada configuración de medición obteniendo las formas modales de toda la estructura. Se pone en discusión en este trabajo las formas modales identificadas y combinaciones aleatorias entre distintos impactos contrastándolo con el índice MAC.
El diseño sísmico o la verificación de presas de escollera en la práctica convencional de ingeniería se lleva a cabo teniendo en cuenta las recomendaciones proporcionadas por las directrices del código, que suelen definir un terremoto máximo creíble en el sitio en términos de un espectro de respuesta de campo libre y registros sísmicos compatibles con el espectro. Sin embargo, se observa que los códigos de diseño no proporcionan directrices específicas sobre cómo definir otras características de la entrada sísmica; como la naturaleza de las ondas sísmicas entrantes, la variabilidad espacial de la acción sísmica, la topografía del sitio y los efectos de la presa en 3D. El presente estudio se centra en la evaluación de la influencia del ambiente sísmico en los asentamientos sísmicos de una presa de escollera, considerando escenarios constituidos por ondas de cuerpo (P y S) y ondas de superficie (Rayleigh). Los resultados muestran que un entorno sísmico formado por ondas de Rayleigh puede dar lugar a asentamientos significativamente mayores en la cresta de la presa que los producidos por un entorno sísmico formado únicamente por ondas de cuerpo. También se observa que el aumento de los asentamientos debido a las olas superficiales es más pronunciado cuando el aporte sísmico contiene una frecuencia dominante inferior a 1,2 veces la frecuencia fundamental de la presa. Estos resultados ilustran el impacto de tener en cuenta la influencia de diferentes escenarios sísmicos en el contexto del diseño o evaluación de presas de tierra o escollera.
This paper presents an analysis of the dynamic response of a metal support structure for photovoltaic modules. The main objective of this study was to identify the natural frequencies and vali- date a numerical model developed using finite element method. The structure was modeled using beam and shell elements, using commercial steel and aluminum profiles. The photovoltaic modules were considered as rigid bodies coupled to the structure. The experimental analysis was carried out using accelerometers positioned at strategic points on the structure. Excitations were applied by means of pulses. The Fast Fourier Transform (FFT) was applied to the signals obtained and processed. Furthermore, the four fundamental frequencies were compared with the results by numerical modal analysis. The correlation between the data showed a relative error of less than 5% and a Pearson coefficient of more than 94%, demonstrating high fidelity between the models. The results validate the numerical modeling of the structure and show its applicability in future analyses, such as optimizing structural profiles and evaluating performance under dynamic loads. The methodology employed proves to be effective for modal characterization of structural systems applied to photovoltaic plants.
Se presenta un enfoque para el diseño óptimo de un sistema de resonadores, distribuidos a lo largo de la altura, para el control de vibraciones laterales en edificios de planta asimétrica sometidos a carga sísmica. El modelo estructural del edificio con resonadores distribuidos se basa en una generalización de la teoría de Vlasov. Se obtiene un modelo reducido del sistema a partir de un análisis modal del edificio sin resonadores. Con dicho modelo simplificado se determina la función de respuesta compleja ante una aceleración basal armónica de módulo unitario. Esto permite obtener el desplazamiento cuadrático medio de la respuesta, conociendo la densidad de potencia espectral del sismo de diseño. Los parámetros óptimos del sistema de resonadores se determinan de manera tal de minimizar tal indicador. Se presenta la formulación teórica del modelo, así como ejemplos numéricos
This work investigates the use of Physics-Informed Neural Networks (PINNs) to address the inverse problem of identifying stiffness constants of elastic supports in Timoshenko beams under dynamic loading, using synthetically generated noisy data. At the same time, the approach enables the estimation of displacement and rotation fields. The results demonstrate the potential of PINNs as a flexible alternative, particularly in scenarios where data availability is limited. This strategy opens new opportunities for structural health monitoring and parameter identification in dynamic systems.
El viento constituye un factor crítico en la evaluación estructural de obras civiles, especialmente en estructuras livianas donde las cargas eólicas pueden ser el principal condicionante del diseño y la verificación estructural. En este trabajo se presentan estudios enfocados en el comportamiento frente al viento de paneles solares fotovoltaicos. El análisis se desarrolló en dos etapas complementarias: a) Una evaluación experimental en túnel de viento, donde se midieron presiones eólicas sobre dos modelos rígidos a escala (1:10 y 1:75), bajo condiciones de viento uniforme y de capa límite atmosférica; b) Un análisis numérico del desempeño estructural de los paneles solares, utilizando como carga las presiones estáticas equivalentes obtenidas de los ensayos experimentales. El enfoque experimental-numérico se presenta como una herramienta robusta para el diseño y verificación estructural de instalaciones solares sometidas a cargas de viento.
S2513 | Part 2 / 2
Industrial Applications
Aplicaciones Industriales
Chairs | Directores:
Damián Ramajo, Darío Godino, Horacio P Burbridge
El uso de restrictores de caudal en sistemas donde existen grandes gradientes de densidad es justificado debido a la presencia de inestabilidades termohidráulicas. Un ejemplo de ello, son los sistemas en ebullición en donde existe la posibilidad de aparición de ondas de densidad. Estas fluctuaciones son especialmente significativas en la zona de dos fases debido al cambio brusco de densidad producto de la ebullición, propagándose aguas abajo del sistema con una cierta demora de tiempo y en modo de ondas. Un método efectivo para estabilizar un flujo de dos fases consiste en incrementar la pérdida de carga donde el fluido se encuentra en estado líquido. En este trabajo se estudian dos diseños de restrictores, caracterizados por su coeficiente de pérdida de carga en régimen de flujo turbulento. En primera instancia se realizaron simulaciones de mecánica de fluidos computacional (CFD) para determinar el coeficiente de pérdida de carga en los rangos de interés. Posteriormente se construyó un modelo experimental para validar los resultados, explorando un rango de Reynolds más amplio tal que contuviera al intervalo de cálculo. La comparación de los resultados arrojó valores consistentes entre las mediciones y las simulaciones, registrándose desvíos inferiores al 5 % en promedio.
La eficiencia energética en viviendas es un tema de alta relevancia económica y ambiental. La necesidad de reducir el consumo energético está impulsando la creación de nuevos materiales, los cuales combinados con diseños constructivos más eficientes y el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía constituyen el nuevo paradigma de la construcción del futuro. En este sentido, existen dos abordajes principales, el primero busca generar balances globales de energía cero-dimensionales que permiten considerar ciclos temporales extensos y calcular eficiencias globales. Los segundos emplean la mecánica de fluidos computacional de detalle para verificar los sistemas de ventilación y acondicionamiento de aire y permiten generar información sobre perfiles de temperatura, zonas calientes o frías y circulación de aire natural o forzada. Estos cálculos, no obstante, requieren de una marcada potencia de cómputo y el uso de códigos muy específicos y no son normalmente empleados para la verificación de viviendas o edificios habitacionales. En este trabajo se muestra un primer abordaje del estudio CFD de una vivienda unifamiliar (Modelo Costera II procrear) empleando OpenFOAM.
La inyección de soluciones poliméricas en los proyectos de EOR se ha incrementado durante los últimos diez años en Argentina. La solución polimérica tiene una viscosidad más alta que el agua, lo que aumenta la eficiencia del proceso de recuperación de petróleo. Pero las moléculas de polímero pueden romperse debido a las altas tasas de deformación y a las tensiones extensionales y de cizallamiento generadas en tuberías y accesorios, lo que resulta en una pérdida de sus propiedades físicas y químicas, especialmente la viscosidad. La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una disciplina muy conocida para simular diferentes tipos de flujos. Sin embargo, el software disponible en el mercado (ya sea comercial o de código abierto) no contiene modelos incorporados para abordar la degradación mecánica de los polímeros. Y- TEC y el Laboratorio de Fluidodinámica UBA/CONICET (LFD) desarrollaron un modelo para simular la degradación mecánica de soluciones poliméricas típicamente utilizadas en pozos de inyección en proyectos EOR. En este trabajo se muestra una aplicación específica de este modelo para predecir la degradación mecánica en liners perforados utilizados en EOR.
La proliferación de algas en piletas de tratamiento de aguas residuales suele estar asociada a una circulación deficiente, que favorece la aparición de zonas muertas. Este fenómeno no solo reduce la eficiencia del sistema, sino que también retroalimenta el crecimiento de algas al generar condiciones propicias para su desarrollo, con el estancamiento. Con el objetivo de optimizar la operación del sistema de tratamiento de aguas de una planta, se evaluó mediante herramientas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) el diseño de un difusor de salida que favorezca una distribución uniforme del flujo dentro de la pileta. Se analizaron tres geometrías distintas de difusores utilizando ANSYS Fluent, bajo condiciones de flujo estacionario, iterando el diseño en función de la homogeneidad de los patrones de velocidad a la salida. El estudio identificó una configuración que mejora significativamente la uniformidad del flujo en la sección de salida, contribuyendo así a mitigar la formación de zonas estancas y, en consecuencia, a reducir las condiciones favorables para la proliferación de algas. Si bien la uniformidad en la salida no garantiza un comportamiento hidráulico óptimo en toda la pileta —ya que este depende también del difusor de entrada y de la geometría general del sistema—, los resultados representan un avance en la mejora de la eficiencia global del sistema de tratamiento.
S2506 | Part 3 / 4
Computational Mechanics of Solids
Mecánica Computacional de Sólidos
Chairs | Directores:
Marianela Ripani, Paula Folino, Sonia Vrech
El doblado por láser es un proceso de fabricación moderno que supera las limitaciones asociadas al doblado térmico tradicional y a los métodos convencionales de doblado mecánico. Este proceso aprovecha la energía de un haz láser para inducir deformaciones controladas en materiales metálicos. Al incidir sobre la superficie, el haz genera un gradiente térmico a lo largo del espesor de la lámina, provocando tensiones térmicas diferenciales. Estas tensiones superan el límite elástico del material, lo que produce una deformación plástica localizada y, en consecuencia, una curvatura permanente en la pieza. Se han tratado una gran variedad de materiales metálicos mediante doblado laser, por ejemplo, aceros al carbono, aceros inoxidables, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, entre otras. En el caso de las aleaciones de titanio, el doblado por láser es particularmente adecuado, dado que este tipo de materiales exhiben una pobre capacidad de embutición a temperatura ambiente. La aleación Ti-6Al-4V es un material distintivo gracias a sus excepcionales propiedades mecánicas, excelente biocompatibilidad y resistencia a la corrosión, lo que lo convierte en una opción dominante en aplicaciones aeroespaciales, marítimas y biomédicas. Por ello, resulta fundamental abordar en mayor profundidad los aspectos aún no resueltos relacionados con los fenómenos que intervienen en el proceso de doblado por láser de esta aleación. Este estudio tiene como objetivo principal investigar el doblado por láser multipasada en la aleación de titanio Ti-6Al-4V. Para ello, se analizará la influencia de parámetros clave del proceso, como la potencia y el tiempo de espera entre pasadas en la deformación inducida. Los análisis experimentales serán complementados con el desarrollo de un modelo termomecánico mediante el método de elementos finitos, que permita predecir el comportamiento de las láminas de Ti-6Al-4V procesadas por láser y contribuir así a una comprensión más profunda del proceso.
Los muros de albanileria confinada son ampliamente utilizados en la construccion de viviendas debido a su bajo costo y buena resistencia estructural. En este tipo de estructuras, el esfuerzo predominante es el cortante, que puede conducir a fallas fragiles, caracterizadas por la formacion subita de grietas diagonales que atraviesan el pano de albanileria. Esta condicion se torna mas critica cuando la estructura se encuentra sometida a cargas sismicas laterales. Tanto la albanileria como los elementos de acero y hormigon experimentan una marcada degradacion de sus propiedades mecanicas conforme aumenta la energia sismica. Este trabajo presenta un estudio numerico sobre la respuesta lateral de un muro de albanileria confinada frente a una excitacion sismica lateral. Para ello, se desarrolla un modelo computacional tridimensional no lineal mediante el metodo de elementos finitos utilizando el software comercial ABAQUS. El modelo considera el comportamiento del material mediante la calibracion del modelo de dano plastico para albanileria confinada, utilizando datos experimentales extraidos de la literatura cientifica. Los resultados obtenidos son validados comparandolos con ensayos numericos y experimentales disponibles en la bibliografia y con las disposiciones de la normativa vigente.
Los sistemas de entrepisos sin vigas de hormigon armado presentan una problematica critica vinculada al punzonamiento, especialmente bajo condiciones de incendio. Este estudio desarrolla un analisis parametrico para evaluar numericamente la respuesta de losas sometidas a altas temperaturas, mediante un modelo 3D de Elementos Finitos en ABAQUS, utilizando el modelo constitutivo Concrete Damage Plasticity (CDP). Para ello, se analizan variaciones en factores clave como la temperatura y las propiedades termo-mecanicas del hormigon y del acero, en distintos escenarios termicos. Los resultados numericos evidencian la influencia de cada parametro en la respuesta estructural, destacando su rol en el mecanismo de falla global en condiciones extremas.
Este trabalho tem como objetivo analisar a simulação do comportamento mecânico de concretos autoadensáveis (CAA) reforçados com microfibras de wollastonita e macrofibras de aço, utilizando o Método dos Elementos Discretos Formados por Barras (Lattice Discrete Element Method – LDEM). Foram estudadas seis composições distintas: a mistura de referência (C1), o concreto com wollastonita (C2) e formulações contendo fibras de aço em teores de 1,0% e 1,5%, aplicadas tanto à matriz simples quanto àquela com wollastonita e aditivo modificador de viscosidade. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de compressão axial e flexão em quatro pontos, sendo posteriormente simuladas numericamente pelo LDEM. Nos resultados experimentais, a resistência à compressão da mistura C1 foi de 75,9 MPa, aumentando para 78,4 MPa em C1.1.W e 77,2 MPa em C1.1,5W. As formulações C2.1.VMA e C2.1,5.VMA também mostraram incremento em relação às composições de referência, mantendo módulo de elasticidade próximo a 35 GPa. Nos ensaios de flexão, a tensão de primeira fissura variou de 11 a 13 MPa, enquanto a resistência última atingiu 21 a 24 MPa para as misturas reforçadas, contra aproximadamente 11 MPa da matriz. A adição de fibras promoveu maior deslocamento de pico e aumento da tenacidade, alterando significativamente a resposta pósfissuração. A simulação pelo LDEM apresentou excelente concordância com os dados experimentais, reproduzindo a evolução da curva tensão–deformação, o ganho de resistência e a absorção de energia decorrentes do acréscimo de fibras. As leis constitutivas bilinear e trilinear empregadas representaram adequadamente os efeitos da wollastonita e das fibras de aço, validando o modelo numérico. Concluise que o LDEM constitui ferramenta robusta para a análise de concretos autoadensáveis reforçados, com resultados próximos aos obtidos experimentalmente, reforçando sua aplicabilidade em estudos de materiais cimentícios de alto desempenho.
The application of polymeric materials is well established in engineering across various fields. Many of these materials exhibit behavior classified as quasi-brittle. The determination of notch sensitivity curves is essential to ensure safety in the design of projects based on such materials. In this study, the Discrete Element Method (DEM) is employed to analyze Expanded Polystyrene (EPS), enabling the representation of both global behavior and the fracture of the material. The model was calibrated using experimental curves obtained from tensile tests. The influence of increasing internal defects on the behavior of EPS under the effect of stress raisers is also investigated. The results indicate that DEM adequately represents the behavior of quasi-brittle materials. Furthermore, the simulations showed that EPS exhibits a predominantly notch-insensitive behavior.
Problems solved by computational mechanics are becoming increasingly complex, involving diverse geometries, boundary conditions, and materials. Recent studies show that combining different numerical methodologies is one of the most effective approaches for advancing fracture simulation. In this context, this work presents the implementation of Peridynamics (PD) theory in the ANSYS LSDYNA finite element software, enabling the creation of hybrid models called PD-DYNA. PD is a nonlocal theory in which particles are connected to one another, forming a continuum representation. Since the theory is not based on classical continuum mechanics, fracture simulation occurs naturally through bond breakage. To assess the results, comparisons with reference problems using the Finite Element Method are carried out to verify the implementation, while benchmark cases are employed to validate the fracture behavior of brittle materials. The results highlight the computational efficiency and applicability of the proposed implementation in structural analyses. This work emphasizes the potential of integrating PD and LS-DYNA as an advanced tool for fracture analysis in material engineering, pointing toward promising applications in new materials, varied loading conditions, and three-dimensional problems.
S2516 | Part 3 / 3
Round table: Challenges in the Teaching of Numerical Methods
Mesa redonda: Desafíos en la Enseñanza de Métodos Numéricos
Chairs | Directores:
Luciano Ponzellini Marinelli, César Pairetti
Throughout the life cycle of products, processes or patients parts may weaken (e.g. due to corrosion, radiation) or age (e.g. in humans). It is therefore important to infer the state of systems (products, processes or patients) from measurements and high-fidelity computational models. Recent advances in software environments (set-up times for realistic geometries and material parameters), computational mechanics (commercial, open- source and academic codes) and sensors have made the task of accurately infering the state of a system possible, opening the way to high-fidelity digital twins. The determination of weaknesses, material parameters or forces can be cast as as a high-dimensional optimization problem where on tries to minimize properly weighted differences of measured and computed values (displacements, strains, velocities, accelerations, etc.). The use of adjoints enables the relatively quick determination of the unknowns. The paper will report on the considerable progress that has been made over the last year in the field, in particular extension to nonlinear materials, transient problems, uncertainty quantification, improved optimization techniques, and the effect of thermal fields (multiphysics).
Actualmente el uso de herramientas de simulación computacional para el desarrollo de tecnologías es algo rutinario en la industria, ya sea usando programas comerciales o desarrollos ad hoc. En todos los casos es necesario que los modelistas, aunque usen un software “enlatado” no lo usen como “cajas negras” sino que realmente conozcan en detalle lo que hace el software. El uso de “cajas negras” normalmente produce resultados erróneos. En esta charla desarrollaremos tres temáticas relacionadas con el Método de los Elementos Finitos: (1) Modelado de problemas lineales y no lineales en mecánica del sólido, no linealidades geométricas y materiales, métodos iterativos y tolerancias de convergencia, (2) Modelado del satélite ARSAT y, (3) Modelado de fractura hidráulica en Vaca Muerta, interacción fluido estructura, formulación matemática y resultados.
I will report on our ongoing journey to decipher the role of brain mechanics at various scales. At the cellular scale, we strive to set up a continuum model for the interaction of cells and extracellular matrix in neuronal network formation. The resulting PDEs are of convection-diffusion/advection type and thus challenge their computational implementation. To this end, we develop novel approaches overcoming the computational difficulties inherent to this PDE type. At the tissue scale, we aim at unravelling spinal cord regeneration, a fascinating ability of, for example, Zebra fish but unfortunately absent in humans. As a prerequisite, we endeavour in accurately determining the mechanical properties of spinal cord by different test modalities, that is, indentation and rheometry, and set out to identify and calibrate corresponding continuum models. At the organ scale, we attempt the reconciliation of oftentimes contradictory experimental evidence from ex vivo and in vivo mechanical testing of brain. We hypothesize that a major contributor to these discrepancies is the vascularisation and corresponding blood pressure pulsation. In order to better understand magnetic resonance elastography of the brain we establish a protocol for virtual MRE testing. Key challenge is thereby the inversion of the wave equation for elastic and viscoelastic soft materials.
S2502 | Part 3 / 6
Structural Analysis
Análisis Estructural
Chairs | Directores:
Rossana Jaca, Daniel H. Felix, Jorge Ballaben
El análisis no lineal geométrico de estructuras permite evaluar la influencia que tienen las desviaciones accidentales de fabricación en la geometría, denominadas imperfecciones, sobre la carga límite de pandeo. En este trabajo se investiga la influencia que tienen las imperfecciones sobre la estructura de un tanque de 17,5 metros de altura y 50 metros de diámetro con pared cilíndrica de chapa y cubierta tipo domo constituida por una chapa reforzada con vigas y sin columnas interiores. El diseño se realizó bajo la norma API 650 y sus variables de diseño fueron optimizadas y publicadas en trabajos anteriores. Previo al análisis del tanque se presentan dos ejemplos clásicos, la columna articulada- articulada con carga de compresión centrada y un cilindro de pared delgada con carga de compresión longitudinal. La columna converge asintóticamente a la carga crítica de pandeo, mientras que el cilindro presenta disminución de la carga límite con respecto a la carga crítica. Se aplica el método de los elementos finitos con el programa comercial COMSOL Multiphysics. Finalmente se aborda la resolución del tanque buscando establecer la sensibilidad a imperfecciones de esta estructura. Se obtienen interesantes conclusiones aplicables al diseño de estos tanques industriales.
La teoría generalizada de vigas, conocida principalmente como GBT por su sigla en inglés, ha recibido un creciente interés en las últimas décadas. Dicho interés se debe principalmente a su capacidad de distinguir de manera clara y sistemática entre las deformaciones provocadas por pandeo local y global en perfiles de pared delgada y abierta conformados en frío. Esta capacidad se debe al hecho de que su base cinemática para analizar las deformaciones provocadas por las cargas críticas se fundamenta en la descomposición de los modos de deformación que intervienen en cada caso particular. Sin embargo, su difusión en los países de habla hispana resulta mucho más escasa. El propósito del presente trabajo busca colaborar con dicha difusión mediante el estudio de casos simples que muestren su potencial de aplicación.
En este trabajo se analiza un método analítico de detección de múltiples fisuras en vigas con distintas restricciones elásticas a partir de inducir un error en los coeficientes de frecuencia, que son datos de entrada al método, para analizar su robustez. El método utiliza una masa puntual para causar efectos favorables en la detección de fisuras. El modelo matemático consiste en masas puntuales y condiciones elásticas generales en sus extremos y puntos intermedios los cuales permiten modelar diferentes posiciones y profundidades de fisuras. Se utiliza el método de Ritz para la obtención de resultados numéricos.
El desempeño mecánico de los materiales fibrados, como el Hormigón Reforzado con Fibras de Acero (HRFA), depende principalmente de la orientación y distribución del refuerzo de fibras dentro de la masa cementicia. Este hecho despierta la necesidad de continuar con el estudio de este fenómeno para así comprender mejor el comportamiento del material maximizando su rendimiento. En este trabajo se lleva a cabo un estudio de la configuración espacial de las fibras de acero en paños de losa incluída la visualización y análisis de imágenes obtenidas mediante tomografía computada. Luego, a partir del uso de esta tecnología junto con algoritmos de segmentación y software de reconstrucción de imágenes 3D, se obtienen perfiles de orientación y distribución de manera detallada. Las imágenes muestran una leve segregación y cierta heterogeneidad en la distribución de fibras en las distintas secciones analizadas. Respecto a la orientación, se obtiene un marcado predominio de la posición de las fibras en un plano paralelo al eje de la losa.
O objetivo é avaliar o comportamento à flexão de lajes de Concreto de Alto Desempenho (CAD) com constituintes sustentáveis, caracterizado por alta resistência e durabilidade. O CAD apresentou resistência média à compressão de 91,47 MPa e à tração de 15,66 MPa. Sua durabilidade foi verificada por ensaios de absorção de água (1,39%), índice de vazios (3,03%) e capilaridade (0,16 g/cm²), após 28 dias de cura. Foram ensaiadas nove lajes (30x90x3 cm) em flexão a três pontos. A simulação numérica, realizada em software baseado no Método dos Elementos Finitos, modelou as lajes como elementos de placa, considerando os resultados experimentais para definir espessuras conforme cargas e vãos, verificando resistência e deflexão admissível. Os valores obtidos foram tabelados para aplicação no mercado da construção.
The virtual element method (VEM) is a recent extension of the finite element method that permits arbitrary polygonal element geometry in two dimensions. This mesh flexibility means that the VEM is well-suited to problems involving adaptive mesh remeshing. However, the VEM function spaces are defined such that quantities are only explicitly known on element edges. Thus, the well- known approaches to mesh adaptivity developed for finite elements cannot be directly applied to problems involving the VEM. In this work an energy error estimation has been implemented using a super-convergent patch recovery procedure. Using this error estimator elements are flagged for refinement or coarsening. The refinement and coarsening of the elements is performed using novel remeshings procedure that are suitable for the arbitrary polygonal element geometries permitted by the VEM. The remeshing procedure has been implemented for the case of two-dimensional elastic problems. Additionally, special consideration of the treatment of homogeneous and meso-heterogeneous bodies are presented. The adaptive procedure is motivated by seeking to achieve a user-defined accuracy target while simultaneously generating a quasi-even distribution of error across the elements. Thus, generating a quasi-optimal mesh. The efficacy of the proposed adaptive procedure is demonstrated through a set of numerical investigations.
S2503 | Part 5 / 6
Computational Fluid Mechanics
Mecánica de Fluidos Computacional
Chairs | Directores:
Ana Scarabino, Sofía S. Sarraf, Hugo G. Castro, Miguel Coussirat, Rodrigo R. Paz, Laura Battaglia
Las turbinas eólicas han emergido como una alternativa clave para la transición energética, pero los diseños comerciales eficaces suelen exigir velocidades de viento superiores a 10 [m/s] o presentan estructuras masivas poco compatibles con entornos urbanos o rurales. Para cubrir la brecha de velocidades moderadas, la academia ha propuesto conceptos innovadores que aún carecen de validación integral. Se identificaron, caracterizaron y compararon dos prototipos de turbina de eje vertical optimizados para una velocidad de 5 [m/s]: (i) una turbina híbrida Darrieus-Savonius y (ii) una turbina H-Darrieus con aletas tipo winglet. El estudio integró un acoplamiento fluido-estructura: las cargas aerodinámicas transitorias obtenidas mediante dinámica de fluidos computacional se aplicaron en un análisis estructural no lineal para evaluar tensiones equivalentes de von Mises, desplazamientos y frecuencias naturales durante el régimen estacionario y el arranque. Ambos modelos alcanzaron coeficientes aerodinámicos característicos (coeficiente de arrastre 0.88, coeficiente de sustentación 1.25 y coeficiente de potencia 0.31). Estructuralmente, las tensiones máximas fueron de aproximadamente 38 [MPa], menos de la mitad del límite elástico del aluminio 6061-T6 (95 [MPa]), lo que arroja factores de seguridad mayores que 2.1 y deformaciones angulares menores que 0.2 [°]. La primera frecuencia natural se mantuvo por encima de 11 [Hz], separada del rango operativo de 0 a 6 [Hz], evitando la resonancia. La configuración H-Darrieus con winglets mostró un 8 % menos de tensiones pico y un aumento del 12 % en el coeficiente de potencia respecto a la turbina híbrida. El análisis fluido-estructural confirma que la turbina H-Darrieus con winglets ofrece mejor desempeño aerodinámico y adecuada integridad mecánica para vientos bajos, constituyéndose en una opción prometedora para generación distribuida en entornos con recursos eólicos limitados.
El aprovechamiento de la energía eólica en zonas residenciales se ve limitado por la baja intensidad del viento, lo que ha impulsado el interés en turbinas de eje vertical (VAWT) debido a su capacidad de operar con mayor eficiencia bajo estas condiciones. En esta investigación se buscó mejorar el desempeño aerodinámico del perfil DU06-W-200, conocido por su buen comportamiento a bajos números de Reynolds, mediante una estrategia de optimización basada en algoritmos metaheurísticos. Se implementó un algoritmo de recocido simulado acoplado a una interfaz desarrollada en Python con XFOIL, empleando la parametrización PARSEC para modificar la geometría del perfil. El proceso de optimización se enfocó en maximizar la relación sustentación-resistencia (Cl/Cd) en un rango de ángulos de ataque entre 2° y 10°, obteniendo una mejora aproximada del 13.5% respecto al perfil original sin incrementar significativamente la resistencia aerodinámica. Estos resultados destacan el potencial del DU06-W-200 como una alternativa eficiente frente a perfiles tradicionales como el NACA 0015 en aplicaciones residenciales, y evidencian la eficacia de los algoritmos metaheurísticos combinados con herramientas de simulación para el diseño aerodinámico avanzado.
The design of hydraulic turbomachines operating at the so-called design point has advanced to a stage where further improvements can only be achieved through a detailed understanding of the internal flow behavior. As an alternative to physical experimentation, numerical methods have become a powerful tool for predicting internal flow characteristics. However, these predictions involve several complex challenges, including the rotating reference frame, the three-dimensional geometry of the im- peller, the unsteady and turbulent nature of the flow, and fluid–structure interactions, especially under off-design conditions, where strong interactions between the impeller and the stator or casing occur. These simulations are often computationally demanding due to the fine mesh resolution required and the inclusion of various sub-models, such as moving reference frames, turbulence modeling, and, in some cases, cavitation models when operating away from the design point. This work focuses on evaluating the interplay among different modeling strategies, particularly sub-models related to rotating frames and turbulence. Various combinations of these models are tested to achieve accurate predictions of the mean flow behavior in a radial pump, accounting for some of their important geometrical characteristics. Both open-source and commercial CFD solvers are employed. The simulation results are compared against a standard experimental dataset defined for benchmarking studies.
This work presents the development and validation of a hydrodynamic model for a point absorber-type wave energy converter (WEC) using computational fluid dynamics (CFD) within the OpenFOAM framework. The study is performed under monochromatic wave conditions and focuses on the heave response of a buoy. A custom Octree-like meshing strategy was implemented through a combination of polyhedral and hexahedral cells, which reduced computational cost while preserving ac- curacy in key flow regions. To minimize spurious reflections at the end of the computational domain, a numerical beach was introduced and calibrated using the three-point method, yielding a reflection index as low as 2.3%. The buoy dynamics were investigated under three control scenarios: without con- trol, with resistive, and reactive control strategies. Potential flow results obtained with the open-source solver Capytaine were used as reference to derive frequency-dependent hydrodynamic coefficients. The CFD outcomes were compared against WEC-Sim predictions, showing consistent agreement with normalized root mean squared errors (nRMSE) below 10% in most cases. These results confirm the robustness of the proposed CFD model and its potential as a complementary tool for the design and analysis of wave energy conversion devices.
S2517 | Part 1 / 3
Hydrodynamics and Transport in Hydraulic Engineering
Hidrodinámica y Transporte en Ingeniería Hidráulica
Chairs | Directores:
Lucas Domínguez, Pablo Santoro, Iván Ragessi
La modelación hidrodinámica bidimensional de flujos a escala geofísica ya está instalada como un paradigma para muchos estudios de ingeniería. En este trabajo se describe la modelación del sistema hídrico del Canal del Dique, en Colombia, constituido por ese extenso curso de agua artificial y una numerosa sucesión de ciénagas parcialmente interconectadas entre sí y con el canal, en el marco de los estudios para optimizar el diseño y la operación de obras de sistematización. La modelación planteó el desafío de combinar la pequeña escala espacial del flujo canalizado con la gran escala del flujo en las ciénagas. Además, incluyó la representación del régimen puramente fluvial en el tramo superior junto con el régimen mareal en el tramo inferior, y la interacción de flujo y reflujo entre canal y ciénagas, y entre las ciénagas. La calibración y validación del modelo se llevó a cabo en base a la comparación con mediciones de nivel de agua, velocidad de la corriente y caudales en distintas secciones, para diferentes condiciones hidrológicas. A continuación se ensayaron escenarios incluyendo las obras. Algunas simulaciones se extendieron sobre intervalos de tiempo de meses, debiéndose recurrir entonces a procesamiento de alta performance en la nube. El objetivo de la modelación fue contestar preguntas de diseño ingenieril y de gestión ambiental.
Las floraciones algales suponen un desafío creciente para la preservación de la calidad de las aguas continentales a nivel global, constituyendo al mismo tiempo un problema ambiental y sanitario de gran relevancia. Entre las tecnologías emergentes para su control, la aplicación de ultrasonido en medios acuáticos se plantea como una alternativa. El ajuste de la frecuencia y la potencia de emisión permite modificar su efecto sobre estructuras celulares específicas. En el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC), se estudia la aplicación de transductores ultrasónicos para el control de cianobacterias del género Microcystis en volúmenes reducidos a escala de laboratorio. Al mismo tiempo se pretende caracterizar en detalle el campo del flujo mediante modelos numéricos que aplican códigos disponibles de OpenFOAM®. En este trabajo se presentan resultados preliminares en proceso de validación de dos modelos numéricos: los resultados de uno se contrastaron con datos ya publicados; y el otro se comparó con datos experimentales de laboratorio.
Una alternativa relevante para generación de energía renovables es el potencial del oleaje en entornos marinos, por ejemplo, mediante elementos flotantes tipo boya. En este trabajo, se estudia la dinámica de una boya propuesta como soporte para un generador eléctrico pendular, con el propósito de establecer el régimen de desplazamientos a considerar para el diseño y análisis del dispositivo. A tal fin, se generarán dos modelos, el primero basado en las ecuaciones de aguas someras con capacidad de caracterizar amplitud y período de oleaje, y el segundo para estudiar en un canal numérico de olas el problema de interacción fluido-estructura de movimiento del cuerpo flotante, en ambos casos empleando software libre. Los modelos serán validados, para luego aplicarlos al estudio del generador pendular.
El uso de mallas adaptativas en CFD constituye una de las principales estrategias para optimizar recursos computacionales y reducir considerablemente los costos de simulación. Esta metodología es particularmente valiosa en el estudio de procesos fluviomorfológicos en ambientes naturales, donde la variabilidad de escalas espaciales y temporales representa un desafío constante. La capacidad de capturar fenómenos que evolucionan durante décadas confiere a estas técnicas ventajas tanto cuantitativas como cualitativas en la modelación. Este trabajo describe el diseño y la implementación de una estrategia de refinamiento adaptativo para el sistema openTelemac. Se detalla el criterio de remallado, los algoritmos geométricos utilizados y el funcionamiento general del sistema. La validación se efectúa con un ensayo de canal de laboratorio para el cual se dispone una gran cantidad de datos experimentales que permiten validar el modelo.
El territorio de la Provincia de Santa Fe se caracteriza, especialmente al este, por la presencia de sistemas que trasladan el agua de origen pluvial al Río Paraná. En este trabajo se propone el análisis de un tramo del Arroyo Monje, en las cercanías de su confluencia con el Río Coronda, a la altura de la localidad homónima, donde el cauce intercepta vías de comunicación troncales y eventualmente produce anegamientos en zonas bajas para eventos de lluvias intensas. El análisis se llevará a cabo empleando el software de código abierto Telemac-2D, que resuelve las ecuaciones de aguas someras transitorias a través del análisis por método de elementos finitos, con la capacidad de reproducir diferentes condiciones de contorno y considerar tanto la topografía como la heterogeneidad de los terrenos afectados. Se espera que los resultados obtenidos con la simulación hidrológica del cauce sean consistentes con los medidos en eventos recientes.
S2508 | Part 1 / 2
Multiscale Modeling of Mechanics and Physics of Complex Materials
Modelado Multiescala de la Mecánica y la Física de Materiales Complejos
Chairs | Directores:
Sebastián Giusti, Javier Mroginski, Pablo Sanchez
More often than not, mean-field descriptions for random composites neglect microscopic interactions between elastic and plastic processes. They do so by homogenizing purely elastic and purely plastic deformations separately to compound them additively. While appealing simplifications in the structure of macroscopic constitutive relations naturally ensue, discomforting complications in accompanying aspects of the descriptions unfortunately arise; macroscopic strain hardening and microscopic residual stresses being sensitive examples. When cast within the framework of generalized standard materials with internal variables, the problem is to seek approximate mean-field potentials based on reduced sets of effective internal variables that provide a partial but hopefully accurate characterization of the evolving microscopic state of the composite and that, at the same time, comply with the generalized standard structure. One of the simplest approximations compatible with this line of thinking consists in assuming intraphase plastic homogeneity and then identifying effective internal variables with the plastic deformation within each constituent phase. Experience has recurrently shown, however, that intraphase plastic heterogeneity is an ineludible ingredient of any worthy approximation. Against this state of affairs, a formalism leading to mean-field potentials for random composites that account for elastic and plastic deformations concomitantly is elaborated. For simplicity, multi-phase composites are considered broadly but only two-phase composites are considered thoroughly. Deformations within constituent phases are described by archetypical potentials for rate-dependent elastoplasticity with combined isotropic and kinematical hardening. Plastic deformation fields are then additively decomposed into irrotational and solenoidal fields in such a way that variational approximations available for purely elastic and purely plastic potentials become applicative to elastoplastic potentials. The resulting mean-field potentials exhibit a generalized standard structure with a finite set of effective internal variables containing the phase averages of the irrotational and solenoidal fields. Crucially, these potentials are sensitive to intraphase plastic heterogeneities. Illustrative results for particulate composites with isotropic phases are presented to highlight the role of these effective internal variables in elastoplastic transitions and residual stresses.
The knowledge of mechanical properties of materials is based on a precise analysis of their relaxation spectra. The development of methods to deconvolve spectra from measured data, and the assessment of their reliability, is therefore of paramount importance. We present a novel Bayesian deconvolution method based on a physically grounded parameterization of the spectra. We use a Metropolis- Hastings Markov-chain Monte Carlo fitting algorithm, with a full posterior analysis to obtain the best- fitting spectrum and its uncertainties. We test its performance on simulated data, finding that it is unbiased, reliable, and gives precise results even under strong noise.
Complex systems are characterized by self-organization, where interactions among constituent elements give rise to emergent patterns and critical transitions. In geophysics, earthquakes can be interpreted within this framework, where the analysis of precursor parameters provides critical insights into impending systemic instabilities. Among these, the temporal evolution of the b-value, derived from the Gutenberg-Richter frequency-magnitude scaling law, serves as a principal metric, with strong parallels drawn to Acoustic Emission (AE) studies in material failure. This work investigates critical-state precursors in two complementary case studies. The first employs AE time series generated from Fiber Bundle Model (FBM) simulations implemented via a Lattice Discrete Element Method (LDEM), enabling the characterization of progressive fracture and failure. The second examines the seismic sequence preceding the Mw 8.2 earthquake that struck Mexico in 2017. In both cases, the b- value and the Method of Critical Fluctuations (MCF-B) are applied to track the evolution of criticality. Results demonstrate that b-value variations consistently capture the transition to a critical regime, both in simulated and real seismic data. In contrast, MCF-B shows limited applicability in complex tectonic settings dominated by large, isolated events. These findings highlight the robustness of b-value analysis as a precursor, while also indicating the need for refining complementary approaches. The multiscale perspective adopted here contributes to advancing the identification of critical states in both acoustic and seismic domains, with implications for earthquake forecasting.
Los materiales funcionalmente graduados (FGM) son materiales compuestos no homogéneos en los que la composición del material y/o la microestructura cambian gradualmente a lo largo deuna o más direcciones, lo que conduce a una variación continua en las propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas del material. Este cambio gradual en las propiedades, tales como las características termo-mecánicas, o termo-eléctricas, se diseñan en términos de lograr un mayor rendimiento del material en aplicaciones específicas. En el presente trabajo se modela la conducción del calor en materiales funcionalmente graduados teniendo en cuenta las propiedades anteriormente enunciadas, y se proponen generalizaciones de los clásicos sistemas de G. Chen y G. Lebon (G. Lebon et al., Proc R Soc A,467(2135):3241–3256, (2011); G. Chen, J. Heat Transfer, 124(2):320–328, (2001)). Se formulan los problemas no locales de Cauchy de condiciones de borde, obteniéndose luego soluciones semi-analíticas generalizadas.
S2512 | Part 1 / 3
Nuclear Reactors Engineering
Ingeniería de Reactores Nucleares
Chairs | Directores:
Santiago Corzo, Juan Ramos Nervi
TRACE5 es un código de sistemas de planta diseñado para realizar simulaciones de transitorios operacionales y accidentes en reactores nucleares. El mismo tiene la capacidad de simular ciertas zonas de la central nuclear con una discretización 3D de forma monolítica. Esta herramienta se permite representar zonas geométricamente complejas. En el presente trabajo se utilizó la misma para analizar la distribución de temperatura en el downcomer y la entrada al lower plenum en la facilidad experimental ROCOM, la cual representa un reactor KONVOI 1:5, en la prueba 1.1 del proyecto PKL-2. Estas representan la etapa de enfriamiento súbito en el primario producto del accidente de rotura de la línea de vapor principal. Como parte de estudio se prevé analizar la sensibilidad respecto a distintos niveles de refinamiento geométrica, esquemas numéricos y la capacidad de reproducir los cambios de temperatura del refrigerante. A partir de los resultados obtenidos con TRACE se concluyó que los mismos muestran un buen acuerdo respecto a los valores experimentales.
Dentro del Programa de Extensión de Vida (PEV) de la Central Nuclear Atucha I (CNAI), se ha replanteado el layout del Sistema de Inyección de Boro (TB), de forma de reducir las dosis a personal en mantenimiento rutinario. Con este replanteo del layout ha surgido la necesidad del cálculo de las fuerzas desarrolladas en las cañerías y las uniones de las mismas, para posterior cálculo de los so- portes del conjunto. El sistema cuenta con una membrana de ruptura, la cual se rompe a partir de una cierta diferencia de presión, permitiendo el flujo de agua pesada con ácido bórico hacia el tanque del moderador. El transitorio de apertura de membrana y de inyección de la primera gota de boro tiene un tiempo menor a los 270ms, dando cambios de presión muy rápidos, con ondas de presión desarrollándose en la cañería. Para poder calcular estas fuerzas se ha re-pensado el software interno PWC basado en el Método de las Características, replanteado el modelado de la membrana de ruptura del sistema, y realizado simulaciones para dos casos de posible disparo del sistema: un accidente LOCA 2A y un disparo espurio. Se obtuvieron los campos de velocidades y presión para los casos simulados, y a partir de los mismos se calcularon las fuerzas desarrolladas en las cañerías y en sus uniones en función del tiempo.
This work investigates deformations and clearances in the internal coolant channels of the Atucha I Nuclear Power Plant (CNA I) reactor. Using three-dimensional simulations in Code-Aster, we implemented user material subroutines (UMATs) to model the in-service behavior of austenitic stainless steel and Zircaloy-4. The constitutive laws include irradiation-induced phenomena—radiation growth, time- dependent creep, and volumetric swelling—that alter material properties and mechanical response. Realistic boundary conditions and external loads were applied, including spatial temperature and pressure fields. Channel-level simulation results were combined with pre-existing displacements of the reactor pressure vessel (RPV) closure head to compute the resulting clearances. The study lays the groundwork for more reliable analysis and assessment of reactor internals—essential for safety and life-extension at CNA I—by integrating the coupled effects of irradiation into user-defined material models that capture the interplay between dimensional stability and mechanical integrity in operation.
Se presenta una extensión del marco multiescala VPSC–Code_Aster aplicada a tubos de Zircaloy-2. Se incorporan dos mecanismos térmicos clave: creep térmico y expansión térmica, formulados a nivel cristalográfico e integrados en el esquema autoconsistente. El modelo policristalino se acopla luego con Code_Aster mediante la interfaz CAFEM, habilitando el análisis multiescala con leyes de usuario. Los resultados preliminares muestran que el creep térmico presenta una marcada sensibilidad al estado tensional y, en el rango analizado, su efecto sobre la deformación plástica acumulada supera al de variaciones moderadas de temperatura. En cambio, la expansión térmica es puramente dependiente de la temperatura y se incorpora como una deformación libre de tensión en el esquema constitutivo. Este desarrollo constituye un paso hacia marcos predictivos más completos del comportamiento anisótropo de las aleaciones de circonio en servicio.
Continuando con el estudio en Separadores de Elementos Combustibles, se analiza la interacción entre la vaina combustible y el separador, aspecto clave para preservar la integridad estructural del conjunto. En esta etapa, se impone un flujo neutrónico derivado de datos reales de planta, considerando distintas historias de quemado. Esto requiere recalcular la deformación diametral de la vaina mediante un modelo viscoplástico anisotrópico auto-consistente (VPSC), validado con datos experimentales. Dicha deformación se utiliza como entrada en un modelo fenomenológico 1D de creep por irradiación, donde se reproduce la evolución del contacto hasta fin de vida. Posteriormente, se evalúa la interacción completa en un modelo 3D vaina-separador, empleando la misma formulación auto-consistente acoplada a elementos finitos. Finalmente, se comparan ambos enfoques —fenomenológico y viscoplástico— en términos de precisión, tiempo de simulación y capacidad predictiva.
S2511 | Part 1 / 2
Optimization and Control: Theory and Applications
Optimización y Control: Teoría y Aplicaciones
Chairs | Directores:
Sebastián Giusti, Juan Manuel Podestá
Frente al contexto actual de crisis energética y ambiental, el desarrollo de soluciones habitacionales sostenibles y eficientes adquiere un carácter urgente. Este trabajo aborda el análisis y la optimización de módulos funcionales prefabricados, pensados para su uso como viviendas u oficinas temporales. Fabricados en taller, estos módulos permiten un mayor control sobre la calidad constructiva, la gestión de residuos y la reducción de contaminantes, en comparación con los sistemas tradicionales de construcción in situ. Su principal ventaja radica en la adaptabilidad mediante la adecuada elección de dimensiones y materiales. En este sentido, se plantea una metodología basada en simulación computacional del rendimiento térmico y energético, acoplada a optimización multiobjetivo, para minimizar la demanda energética y maximizar el confort térmico interior, que permitan establecer lineamientos de diseño para una arquitectura modular eficiente, adaptable y sustentable.
La recolección de leche en la industria láctea argentina se gestiona mayormente de forma manual, pese a los avances tecnológicos. Este trabajo propone un modelo de optimización basado en el problema de enrutamiento de vehículos (VRP) con flota heterogénea, que incorpora no solo la distancia recorrida sino también la carga transportada, permitiendo estimar de manera más precisa las emisiones de dióxido de carbono. Mediante una variante del algoritmo de recocido simulado se generan recorridos eficientes bajo restricciones de capacidad y demandas variables. Se comparan las soluciones óptimas obtenidas al minimizar la distancia total con aquellas que minimizan las emisiones de dióxido de carbono. Los resultados muestran que minimizar la distancia no garantiza reducir las emisiones, lo que resalta la necesidad de soluciones que equilibren eficiencia logística e impacto ambiental, especialmente en la región pampeana, donde las distancias entre tambos y plantas procesadoras son extensas. La metodología propuesta constituye un avance respecto de estudios previos al integrar simultáneamente distancia, carga y emisiones, con un enfoque aplicable a la planificación diaria de industrias lácteas en Argentina.
En este trabajo se presenta una ley de control discontinua que permite obtener movimiento rotatorio en el péndulo paramétrico. Esta ley implementa un sistema conmutado, el cual cambia de un estado sin control a uno con control activo cuando la velocidad de rotación del sistema es menor a una velocidad umbral previamente establecida. Se propone un control del tipo bang-bang, que actúa para que la velocidad del sistema alcance una zona deseada. Las ganancias del controlador son calculadas a partir de la energía cinética del sistema pendular. La influencia en el sistema original de la ley propuesta se estudia mediante comparaciones entre respuestas con y sin control, explorando numéricamente distintas condiciones iniciales y forzamientos. Se demuestra que la implementación de la acción de control permite incrementar las capacidades de los sistemas de péndulo paramétrico en términos de lograr y mantener rotaciones, partiendo de otras respuestas no rotatorias.
La predicción precisa del consumo de agua potable constituye un desafío clave para las distribuidoras, especialmente en contextos donde la medición manual continúa siendo el método predominante. En muchas regiones de Argentina, las cooperativas aún dependen de estos registros, lo que introduce errores en la facturación, dificulta la planificación operativa y genera conflictos con los usuarios. Este trabajo aborda dicha problemática mediante la evaluación y comparación de tres metodologías de pronóstico: un método estadístico clásico (Medias Móviles), un modelo de aprendizaje automático de conjunto (Bosque Aleatorio o Random Forest) y un procedimiento de series temporales especializado (Prophet). Los resultados demuestran que los modelos basados en aprendizaje automático, como Bosque Aleatorio, reducen de manera significativa los errores de predicción respecto a los métodos tradicionales. Se concluye que la adopción de estas herramientas aporta información valiosa para optimizar la toma de decisiones estratégicas en la gestión cooperativa del agua.
This work addresses the problem of optimal topological design of beam cross-section based on the use of topological derivatives. The elastic axial, flexural, and torsional rigidities are defined as a cost functional. The geometric and material representation is accomplished using level-set curves. To minimize a cost function, the topological derivative value is used to guide the evolution of the level-set curve. A theoretical framework and case studies of academic and industrial applications are presented.
S2506 | Part 4 / 4
Computational Mechanics of Solids
Mecánica Computacional de Sólidos
Chairs | Directores:
Marianela Ripani, Paula Folino, Sonia Vrech
Post peak mechanical behavior of Fiber Reinforced Concrete (FRC) under tensile stress states depends not only on the fibers material, shape, content and slenderness but also, on the mechanical and physical properties of the cement paste. Being the improvement of ductility under tension, usually, the main purpose of adding fibers to the concrete composition, an accurate consideration of the resulting post peak behavior results a key parameter for an appropriate numerical simulation of the mechanical behavior of structural FRC elements. In this work, particularly focused on steel FRC, the suitability of cubic Bezier curves is analyzed, firstly, for determining Fracture Energy in mode I of FRC and then, for replacing the traditional exponential decay function usually used for characterizing the softening parameter in concrete constitutive formulations. The results show that the use of these parametric curves allows a flexible numerical approach that can be used for characterizing concretes with very different mechanical behaviors.
No Método de Elementos Discretos formados por Barras (Lattice Discrete Element Method – LDEM), o sólido é representado por uma treliça espacial, com massas concentradas nos nós e rigidez definida pela relação constitutiva dos elementos de barra. Tradicionalmente, essa treliça é construída pela repetição de um módulo cúbico, o que exige que a geometria do sólido modelado seja um múltiplo do tamanho desse cubo elementar. Alterações pontuais nas posições dos nós também podem ser feitas para melhorar o ajuste, mas, mesmo combinando essas estratégias, nem sempre é viável representar geometrias mais complexas com tamanhos de módulo elementar razoáveis. Neste trabalho, é utilizada a versão do LDEM implementada no ambiente Abaqus/Explicit. No software, foi possível estabelecer a interação entre diferentes partes do modelo com tamanhos distintos de malha (módulos elementares). Na primeira etapa do estudo, foi modelada uma geometria simples com diferentes tamanhos de malhas conectadas por variadas técnicas de ligação. Em seguida, a resposta de uma viga em balanço com malhas distintas foi validada. Após essa validação, desenvolveu-se um modelo numérico mais complexo, representando a estrutura de uma tampa de bueiro de concreto reforçado com fibras de aço. Nesse modelo, aplicaram-se as estratégias previamente testadas, buscando representar com maior realismo as regiões de alta concentração de esforços e danos potenciais.
Este trabajo extiende un procedimiento estocástico de modelado de la falla frágil, mediante elementos virtuales (VEs) y elementos de interfaz no lineales (IEs), adaptado a materiales heterogeneos con inclusiones como es el hormigón. Basado en la ergodicidad del refinamiento de mallas poliédricas aleatorias, el enfoque simula la propagación tortuosa de grietas en hormigón con agregados bajo fractura de modo II. Se estudia la viga de tres puntos, variando sistemáticamente la densidad de malla y la disposición aleatoria de los agregados. También se analiza la sensibilidad a parámetros constitutivos como el módulo de elasticidad y la energía de fractura. Los resultados muestran que el promediado ergodico sobre mallas y configuraciones reproduce con precisión la respuesta estructural y que la interacción entre ambas fuentes de aleatoriedad mejora la robustez predictiva del modelo.
In this work, we propose evaluating the constitutive matrix of each element as the average of the nodal constitutive matrices computed at the element's nodes. The nodal constitutive matrix is calculated at each node of the finite element mesh by pre-averaging the strains at the nodes. The resulting stiffness matrix is shown to be convergent. This method achieves a considerable reduction in the computational effort required for evaluating the constitutive matrices. Furthermore, it allows the use of the same stiffness matrices as those used for elements with constant properties, thereby avoiding the need to reprogram these routines for nonlinear material problems. Examples on quadrilateral finite elements are shown.
This study presents an acoustic emission (AE) monitoring strategy based on MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) sensors applied to 3D-printed structures. AE data were analyzed using the b-value method to track damage development and Natural Time (NT) analysis to identify the onset of critical conditions. A comparison with a commercial piezoelectric sensor revealed similar performance, with both sensors detecting a reduction in the b-value preceding failure. MEMS sensors demonstrated an enhanced capacity to capture high-frequency signals. These results underline the potential of MEMS sensors as cost-effective tools for structural health monitoring in additive manufacturing contexts.
HOM | Part 1 / 2
Tribute session to Dr. Gustavo Buscaglia
Sesión homenaje al Dr. Gustavo Buscaglia
Organizes:
Roberto Ausas, Adrián Lew, Santiago Márquez Damián, Mario Storti
La industria nuclear argentina se destaca por muchos proyectos exitosos en el campo de los reactores nucleares de investigación. Estos reactores tienen la característica de ser diseños únicos, con especificaciones particulares que plantean desafíos diferentes en cada proyecto. En particular la termohidráulica interna de moderador y refrigerante debe lidiar con convección natural, geometrías complejas, y otros problemas que hacen difícil poder encontrar modelos simples para el diseño básico en sus primeras etapas. En esta presentación recordamos nuestra experiencia y la de otros colegas ante el desafío de enfrentar y resolver problemas de ingeniería de este tipo en el marco de proyectos reales en marcha. Se presentan ejemplos de uso de análisis detallado y fluidodinámica computacional en etapas tempranas del diseño termohidráulico de reactores de investigación, explicando los problemas a que se enfrenta este tipo de diseños.
Designing high-performance parts increasingly requires not just choosing a shape, but also tailoring what material goes where inside that shape. Additive manufacturing technologies are making such spatial control of material properties more and more feasible, opening the door to designs that were once impossible. Yet the palette of materials typically available to designers is limited and fixed, while the full range of conceivable materials is vast—and often uncertain. This raises a fundamental challenge: how do we optimize a part’s material distribution when many of the materials that might be ideal do not yet exist, or their feasibility is unknown? In this talk, we frame material properties themselves as design variables, co-optimizing their spatial distribution together with the part’s performance objectives. The key difficulty is constraining this search to materials that are actually possible. We address this through a feasibility function that quantifies the likelihood that a given combination of material properties can be realized, enabling designers to balance ambition against risk. This strategy makes it possible to explore ambitious design spaces—such as graded or hybrid materials—while still grounding the results in manufacturable reality. We illustrate the approach through examples in mechanical and thermal design, showing how feasibilityguided optimization produces new insights into “what material to place where.”
"In this presentation, we introduce a new framework for the data-driven simulation of electrical circuits based on discrete-continuous optimization. For this, we provide a formal derivation of the data-driven discrete forward-dynamics problem and for its recursive solution, we adopt a strategy relying on an alternating direction method. Even when we target capacitive elements and circuits of simple topology, the approach has great potential for its generalization. Finally, we study several examples of increasing complexity and show through their analysis, the very promising features of this novel approach. In particular, we investigate the precision of the resulting numerical method, the ability to deal with nonlinearities hidden by the data, the ability to handle data sets of varying size and the robustness with respect to noisy data. Where the last two, represent key features to establish data-driven digital twins.
In memoriam of Prof. Gustavo C. Buscaglia [1964-2025], a dear friend and inspiring colleague to Cristian G. Gebhardt"
In this work we consider the finite element approximation of two problems with a similar mathematical structure—Darcy’s problem and the problem of linear elasticity. Each of these problems is approximated with two finite element formulations. In the first one, inf-sup stable interpolations are assumed for the two variables in play, namely, velocity and pressure for Darcy’s problem and stress and displacement for the elasticity problem. The second formulation is a stabilised finite element method based on the variational multiscale concept that permits arbitrary interpolations for the unknowns. Both problems and both formulations admit two functional frameworks, the primal and the dual one, with a change in regularity of the unknowns that is reflected in a change in the rate of convergence. This collection of problems and formulations is analysed in conjunction with Nitsche’s method to prescribe Dirichlet boundary conditions. We explain the method for each case and provide stability and convergence results.
El campo de lo que se conoce como Hidráulica se caracteriza por números de Reynolds exorbitantes, dimensiones excelsas y, frecuentemente, grandes velocidades. Flujos pertenecientes a este campo incluyen el transporte de sedimentos en ríos, y la incorporación de aire en rápidas, entre otros. Simular estos escurrimientos es sumamente complejo porque a menudo se combinan condiciones no diluidas (grandes concentraciones e interacción entre partículas) con severos niveles de turbulencia. Esta presentación se centra en los desafíos numéricos de la simulación de plumas de burbujas, corrientes de densidad, rápidas con escalones, etc., con el uso de Modelos de Dos Fluidos (MDF) en diversas formas; se presentan resultados con varios códigos en elementos finitos y volúmenes finitos, en los cuales Gustavo participó. En particular, se focaliza en problemas donde se necesitan esquemas con poca difusión numérica para representar fenómenos transitorios, y se discute la necesidad de usar complejos modelos de MDF o variantes a través de modelos de mezcla completos o incompletos.
S2502 | Part 4 / 6
Structural Analysis
Análisis Estructural
Chairs | Directores:
Rossana Jaca, Daniel H. Felix, Jorge Ballaben
Las estructuras tensegríticas están formadas por elementos comprimidos aislados dentro de una red de componentes traccionados, habitualmente cables, que conforman un sistema estructural estable. El comportamiento es altamente no lineal con grandes desplazamientos, incluso a niveles bajos de tensión. El objetivo del trabajo es analizar una tipología estructural diseñada bajo el concepto de Tensegridad, y su aplicación conceptual a una cubierta de un proyecto arquitectónico. Se construye un modelo físico a escala reducida para analizar el proceso constructivo, y un modelo numérico que reproduce la metodología de tensado para la comparación de ambos modelos. Las propiedades mecánicas del material de los tensores del modelo físico fueron obtenidas mediante ensayos uniaxiales de tensión. La simulación numérica se realiza por elementos finitos a través de un código de propósitos generales (ABAQUS) mediante análisis dinámico implícito, cuasi estático y considerando no linealidad geométrica. Se comparan los resultados experimentales y numéricos con el objeto de ajustar la metodología numérica. Para un estado de carga definido se obtuvo semejanza en la deformación global de ambos modelos. La comparación de los desplazamientos presenta una diferencia menor al 10% que se considera aceptable para la escala y propósitos de este trabajo.
Uma análise numérica comparativa dos efeitos da interação solo-estrutura (ISE) sobre os esforços solicitantes foi realizada em uma edificação aporticada em concreto armado, com dupla simetria e configuração regular tanto em planta quanto em elevação. Os modelos numéricos serão criados e analisados usando um programa computacional comercial baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF). Quatro casos de estudos foram avaliados, os quais originam-se da combinação paramétrica de dois fatores controláveis, altura da edificação e tipo de solo. Dois níveis de altura (15m e 135m) e um solo de baixa rigidez formarão parte da análise, considerando constante a altura do pé direito em três metros, a configuração em planta e o uso de estacas para as fundações. Os resultados dos esforços solicitantes nos elementos estruturais considerando engastamento perfeito e molas com rigidezes equivalentes nas fundações foram comparados, para finalmente compara a existência de sobre ou sub dimensionamento estrutural em cada caso. Nos resultados para esforços solicitantes de carga permanente foi possível observar uma mudança de tração nas fibras das vigas de estremidade das estruturas, ocasionando um subdimensionamento da estrutura.
En un aprovechamiento Hidroeléctrico los elementos que conforman la estructura del Aliviadero son, quizás, los de mayor requerimiento del proyecto en relación a su performance durante el sismo máximo de verificación. En efecto, mientras en estructuras de cierre principales como la propia presa, se admiten deformaciones permanentes significativas durante el evento, las pilas del aliviadero deben asegurar un comportamiento casi elástico, de tal forma que no se afecte la operación de las compuertas en el escenario Post-Sismo. En este trabajo se describen las características del sistema de arriostramiento diseñado para el aliviadero de una presa de gravedad a construirse en República Dominicana y la valoración de su comportamiento mediante un análisis dinámico no lineal considerando la interacción de las pilas con los bloques de presa laterales durante la ocurrencia de un sismo con componente dominante en la dirección del eje de presa.
The gamma-Z coefficient is a widely utilised metric in Brazil for the assessment of global stability in large structures, particularly buildings with more than four floors, as stipulated in the Brazilian standard NBR 6118 - Design of concrete structures - Procedure (2023). The standard under discussion permits the use of stiffness reducers, with the objective of estimating the effects of physical non-linearity (PNL). The objective of this study was to analyse the effectiveness of the gamma-Z in estimating second-order effects in two- and three-storey structures, investigating how different stiffness reduction criteria impact the results. To this end, modelling and simulations were carried out using the commercial software TQS for two different structural models, discretised as space frames. Subsequent to the design of the structures, the average stiffness coefficients were obtained by processing them using the Nonlinear Physical-Geometric Frame (NLPGF). The iterative process was repeated until the coefficients converged. The gamma-Z results were then compared with those obtained using the P-delta calculation method. The research demonstrated that the adoption of more accurate stiffness reducers, replacing the conventional values of the Brazilian standard, results in a significant improvement in the estimation of second-order effects in buildings with less than four floors.
El análisis estructural de construcciones emplazadas en zonas sísmica ha tenido en las últimas décadas una permanente actualización debido a la adecuación de los reglamentos después de la ocurrencia de terremotos importantes. La ingeniería estructural cuenta con herramientas adecuadas para predecir las respuestas sísmicas a través de modelos mecánicos y numéricos, sin embargo, todavía se tienen incertidumbres sobre las características de los terremotos a utilizar como input para evaluar la respuesta sísmica. Los efectos de terremotos con características impulsivas son considerados de manera parcial en nuestros reglamentos. El presente trabajo estudia la respuesta de tres sistemas estructurales: un edificio de pórticos de diez pisos en altura y tres vanos, otro edificio de pórtico de diez vanos y un solo nivel y el un edificio de pórtico-tabique en altura de diez pisos, todos ellos sujetos a un set de registros sísmicos con características impulsivas y vibratorias. Las respuestas se avalúan mediante análisis estáticos y dinámicos lineales. Se observa que el método estático cubre las demanda por encima de los métodos dinámicos, que las estructuras bajas presentan menos sensibilidad a los terremotos impulsivos y aparecen diferencias en la respuesta de estructuras flexibles según el input sea impulsivo o vibratorio.
La ocurrencia de terremotos importantes en zonas sísmicas densamente pobladas del mundo y en especial las del oeste argentino, han puesto en evidencia grandes pérdidas económicas y de vidas humanas. Una de las estrategias actuales para mejorar las respuestas estructurales es el aislamiento sísmico. Este concepto se ha consolidado como una solución efectiva para reducir la vulnerabilidad de las edificaciones ante los efectos destructivos del movimiento sísmico, sin embargo, su uso en edificios con diseños arquitectónicos y estructurales que conducen a irregularidades estructurales que incrementan las demandas torsionales nos plantea un nuevo desafío. Actualmente dichas irregularidades son cuantificadas por los reglamentos de aplicación, imponiendo, para casos extremos, la revisión del diseño de la estructura con vistas a reducir dichas irregularidades y las demandas torsionales. El presente trabajo realiza un análisis de la respuesta sísmica de una estructura con un elevado grado de irregularidad torsional, no viable para un sistema tradicional de construcción. Se plantea como hipótesis que la incorporación de un sistema de aislamiento sísmico permitiría reducir el nivel de irregularidad torsional de tal manera que sea aceptada sus respuestas estructurales. El estudio compara el comportamiento de la estructura con base fija y la misma estructura con aisladores elastoméricos. Para ello se realizan análisis dinámicos del edificio con base fija, cuyos resultados se comparan con el edificio aislado, el cual se analiza con distintas configuraciones y ubicaciones de los aisladores dentro de la planta del edificio. Los resultados obtenidos muestran la efectividad de los sistemas de aislamiento sísmico para reducir irregularidades torsionales y mejorar las respuestas sísmicas del edificio original.
S2503 | Part 6 / 6
Computational Fluid Mechanics
Mecánica de Fluidos Computacional
Chairs | Directores:
Ana Scarabino, Sofía S. Sarraf, Hugo G. Castro, Miguel Coussirat, Rodrigo R. Paz, Laura Battaglia
En el análisis de flujos atmosféricos sobre zonas urbanas, el campo de velocidades del viento a la escala de las edificaciones resulta de importancia en múltiples aplicaciones. Los modelos numéricos meteorológicos son incapaces de entregar una descripción detallada de dicho campo porque consideran los procesos en la microescala por medio de parametrizaciones; sin embargo, el acoplamiento de modelos meteorológicos con simulaciones de CFD podría permitir alcanzar un mayor nivel de exactitud. En este trabajo, se llevaron a cabo múltiples simulaciones numéricas en OpenFOAM sobre un dominio urbano en las cuales las condiciones de borde se definieron a partir de los resultados del modelo WRF. Los resultados de las simulaciones fueron validados con las mediciones de velocidad y dirección del viento a 10 metros de altura tomadas por una estación meteorológica localizada dentro del dominio bajo estudio.
Una de las estrategias más difundidas para la protección de cultivos contra el clima adverso es mediante el uso de cortinas forestales. El presente trabajo analiza, mediante dinámica de fluidos computacional (CFD), la eficacia del escudo protector de las cortinas forestales frente al viento Zonda en cultivos de vid en Mendoza, Argentina. Para ello, se diseñó un modelo de plantación con cortinas de porosidad óptica óptima (PO 35 % a 50 %), identificada en trabajos previos como la más eficaz para atenuar este tipo de fenómenos naturales. Las simulaciones por CFD se realizaron en OpenFOAM, comparando escenarios con y sin capa límite atmosférica bajo un viento Zonda tipo 2 (25 m s−1). En los casos sin capa límite atmosférica, las cortinas forestales redujeron de forma predecible la velocidad del viento en su zona de influencia, confirmando que una PO entre 35 % y 50 % maximiza el efecto Shelter. Sin embargo, al incorporar la capa límite, las estructuras de flujo y los procesos de disipación de energía se volvieron significativamente más variables: la forma del escudo protector sufre alteraciones tanto en la extensión como en la intensidad de la zona de recirculación, lo que puede repercutir en la eficacia de la protección vegetal. Estos hallazgos permiten refinar las estrategias de diseño y disposición de cortinas forestales, optimizando su capacidad de defensa contra vientos extremos y mejorando la planificación agronómica en regiones expuestas al viento Zonda.
rhoCentralRfFoam es un solucionador desarrollado en la plataforma OpenFOAM, basado en rhoCentralFoam, diseñado para resolver las ecuaciones de Euler para flujos compresibles químicamente reactivos con modelos de reacción detallados. A diferencia del solver base, rhoCentralRfFoam incorpora la capacidad de resolver las ecuaciones de transporte de las especies químicas que conforman la mezcla reactiva. Dado que este solucionador emplea una formulación central-upwind explícita, la forma en que se calcula el flujo numérico en las ecuaciones de transporte de las especies resulta fundamental, ya que influye directamente en la estabilidad y precisión de las soluciones obtenidas. En este contexto, se presentan dos enfoques naturales para definir dicho flujo numérico: el primero consiste en multiplicar el flujo volumétrico por la variable conservada, es decir, la fracción másica ponderada por la densidad (rhoY), tratada como una sola magnitud; el segundo, en multiplicar el flujo volumétrico por las variables primitivas correspondientes, la densidad (rho) y la fracción másica (Y), consideradas de manera independiente. El objetivo principal de este trabajo es evaluar el impacto que tiene cada método de cálculo del flujo numérico sobre la solución final, con la finalidad de determinar cuál garantiza resultados estables y físicamente consistentes.
Este trabajo valida el uso del esquema numérico Kurganov-Noelle-Petrova (KNP) en el sol- ver rhoCentralFoam de OpenFOAM para simular ondas de explosión y su interacción con tanques de almacenamiento. El modelo emplea una aproximación simplificada de liberación instantánea de energía en geometrías esféricas o cilíndricas, prescindiendo de reacciones químicas y considerando solo aire. Esta simplificación ofrece grandes ventajas computacionales, reduciendo la complejidad numérica mientras mantiene la precisión en los parámetros clave de la onda de choque. La validación se realizó comparando los resultados con soluciones analíticas (teoría de Sedov), directrices empíricas y datos experimentales. Los resultados demuestran que el esquema captura con alta precisión las sobrepresiones (error <10 %), los tiempos de llegada (error <5 %) y fenómenos complejos como las reflexiones de Mach. El estudio confirma que el método KNP es una herramienta robusta y fiable para el análisis de riesgos y evaluaciones de seguridad en instalaciones industriales, destacando la crucial importancia de considerar los efectos tridimensionales para mejorar los estándares de protección.
S2517 | Part 2 / 3
Hydrodynamics and Transport in Hydraulic Engineering
Hidrodinámica y Transporte en Ingeniería Hidráulica
Chairs | Directores:
Lucas Domínguez, Pablo Santoro, Iván Ragessi
Se implementó el modelo numérico bidimensional OpenTelemac-Mascaret para simular el transporte térmico y su intercambio con el ambiente en un tramo de 182 km del río Uruguay, entre Concepción del Uruguay y Nueva Palmira. El modelo fue calibrado y validado con datos de campo, mostrando buena concordancia entre temperaturas simuladas y observadas. Los resultados permitieron caracterizar el régimen térmico del río y evaluar escenarios con temperaturas extremas, constituyendo una herramienta útil para predecir alteraciones térmicas y apoyar la gestión ambiental.
The development and maintenance of maritime waterways requires frequent dredging and dumping operations. In this work, we present the use of the TELEMAC-MASCARET system to model the dumping of cohesive sediments in the Río de la Plata. The system, which is based on the finite element method on unstructured meshes, was used to capture the estuary’s hydrodynamics (both currents and waves), as well as the erosion, deposition, and transport processes of cohesive sediments associated with the dumping activities. To achieve this, field samples were collected and in-situ measurement campaigns were carried out to study the dynamics of suspended sediments. In parallel, several improvements were made to the numerical model. The in-situ measurements included drone imagery and current measurements using an ADCP, which were used to estimate the horizontal dispersion coefficient. Additionally, a LISST was used in the laboratory to quantify the range of settling velocities. The numerical model improvements included enabling nodal sources to allow direct bottom deposition, incorporating the possibility of concentration-dependent settling velocity, and implementing a consolidation model for the deposited sediment. This consolidation model had been previously calibrated and validated for the Río de la Plata. The model was applied to study the dumping of dredged sediments along Montevideo’s coast under the influence of realistic forcing conditions (tide, waves, and wind), allowing for the analysis of both the suspended sediment dynamics and the evolution of the deposited sediment. The model improvements, together with the parameter specification based on field and laboratory measurements, resulted in a suitable tool for modelling the dynamics of dumped cohesive sediments in the estuary.
Con el crecimiento del comercio marítimo global, se han desarrollado embarcaciones con motores de alta potencia que generan chorros de propulsión de gran velocidad mediante hélices de gran diámetro. Estos chorros, acompañados de intensos niveles de turbulencia, pueden inducir procesos de erosión en el lecho, afectando tanto los canales de navegación como las infraestructuras portuarias. Una característica distintiva de estos chorros es su capacidad de extenderse a lo largo de varios diámetros de hélice. En zonas cercanas a la hélice, el material del fondo puede ser fácilmente removido, intensificándose este efecto en aguas someras y con escaso despeje de quilla. Este trabajo presenta un enfoque combinado numérico-experimental para estudiar el perfil y la topología de la erosión inducida por el chorro de una hélice similar al modelo Serie B (B4-70), correspondiente a un buque tipo Panamax a escala 1:75, actuando sobre sedimentos no cohesivos. Para la velocidad de rotación se aproximó el número de Reynolds real. Se analiza además, cómo varía la profundidad máxima de erosión en el tiempo en función del número de Froude densimétrico, una escala de tiempo de referencia, la altura de instalación relativa al diámetro de la hélice, el tamaño de grano, la velocidad de rotación y el coeficiente de avance. Los experimentos se realizaron con fines de calibración, por lo que tienen carácter preliminar y permiten la validación del modelo numérico, con vistas a su aplicación futura en condiciones reales.
Accurate Digital Terrain Models (DTMs) are essential for reliable two- and three-dimensional hydrodynamic and sediment transport modeling in rivers. These DTMs are typically derived from survey data, but full coverage of the modeling domain is rarely achieved. As a result, interpolation—or even extrapolation—of bathymetric data becomes necessary. Common interpolation methods, such as Inverse Distance Weighting (IDW) or Triangular Irregular Networks (TIN), are often used but can introduce unphysical artifacts that compromise model accuracy. This paper presents a novel physically-based interpolation technique for bathymetric data, called Velocity-Based Diffusion (VBD). The method involves solving the Shallow Water Equations (SWE) to obtain a tentative flow field, which is then used as input for a custom partial differential equation (PDE) solver implemented in OpenFOAM to propagate the surveyed bathymetric data. The process is applied iteratively: the flow field is updated using the latest bathymetry, and the bathymetry is updated using the new solution from the solver. Although computationally intensive, this approach produces artifact-free DTMs with minimal user intervention, making it particularly well-suited for river modeling applications.
S2508 | Part 2 / 2
Multiscale Modeling of Mechanics and Physics of Complex Materials
Modelado Multiescala de la Mecánica y la Física de Materiales Complejos
Chairs | Directores:
Sebastián Giusti, Javier Mroginski, Pablo Sanchez
Las aleaciones de circonio son ampliamente utilizadas en la industria nuclear por sus buenas propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y su baja captura neutrónica. La respuesta anisotrópica del material a procesos de conformado, obliga a ampliar los estudios de caracterización con ensayos y/o modelos que permitan un mayor entendimiento de la respuesta mecánica del material. La superficie de fluencia (Yield Surface, YS) es una herramienta útil para comprender y caracterizar el límite elástico y comienzo de la fluencia bajo diferentes estados de deformación, sin embargo, el esfuerzo requerido para su determinación experimental ocasiona que en determinadas aplicaciones no se logre obtener. En este trabajo se utilizaron ensayos de compresión y la textura cristalográfica del material para calibrar el modelo viscoplástico autoconsistente (VPSC) que permite calcular la YS. Este código utiliza una representación estadística de la textura del policristal, de los mecanismos de deformación y de la interacción entre el cristal y el policristal. Además, se realizaron ensayos de tracción para verificar la calibración. La predicción de la YS con VPSC es contrastada contra el modelo de Hill. Los resultados preliminares demuestran que es factible describir la YS de una aleación de circonio texturada en el marco del modelo VPSC.
The multiscale modeling has been consolidated as a fundamental tool for the study of heterogeneous materials and multiphysics phenomena in engineering. In particular, the computational homogenization technique based on the Representative Volume Element (RVE) has proven to be effective in the description of systems with complex behavior. However, the extension of these methods to transient thermal problems has revealed significant challenges, especially with the appearance of a thermal inertia or second order term that introduce an undesirable dependence on the size of the micro-scale, compromising the objectivity of the macroscopic response. Several investigations have addressed this problem in the context of transient heat conduction and thermomechanical problems. In most cases they highlight the importance of preserving the second-order term that emerges from the first-order computational homogenization process when dealing with these transient phenomena, by capturing the dynamic effects associated with the micro-structure. In this sense, the present work seeks to provide a better understanding of this term, showing in a clear and simple way which is the specific component that generates the undesired dependence with the size of the micro- scale. Once this detrimental effect has been identified, a solution is proposed that eliminates only the component responsible for the loss of objectivity in the macroscopic response, preserving the rest of the components of the inertial term, and therefore, the physical richness associated with the transient micro-structure. This proposal, using the Method of Multiscale Virtual Power (MMVP) as a theoretical framework and implemented by means of a squared finite element (FE2) computational scheme, offers a robust and coherent framework for the homogenization of transient phenomena, improving the reliability and applicability of multiscale modeling in engineering problems.
Embedding nanoparticles into host materials offers a powerful strategy for tailoring acoustic properties, with significant implications for non-destructive testing and acoustic engineering. Cryo-ultrasonics - a technique that employs ice as a couplant - has emerged as a promising approach for inspecting components with complex geometries. However, its performance is hindered when testing metallic parts due to the pronounced acoustic impedance mismatch between ice and metal. To address this challenge, we propose enhancing the ice matrix with nanoparticles composed of the same material as the target metal, thereby improving acoustic coupling and signal transmission. This study focuses on the role of solid alumina (Al₂O₃) nanoparticles in modifying the ultrasonic properties of ice composites, with particular attention to the effect of a nanometric interfacial water layer between the ice matrix and particles. We investigate this behavior across a temperature range from −5 °C to −60 °C using both 2D and 3D numerical homogenization simulations, and validate our results with experimental measurements. Our findings reveal that including the water layer is critical - especially at lower temperatures - for accurately predicting compressional wave velocities, significantly outperforming classical analytical models. Furthermore, we demonstrate that a 2D simulation framework provides excellent agreement with full 3D models, offering considerable computational efficiency without sacrificing accuracy.
The primary objective of this work is to evaluate configurational forces by leveraging the geometric structure of the material manifold and the projection of the actual deformation onto it. Two classes of problems are addressed: finite-strain elastoplasticity and pseudo-finite-strain micromechanics in non-saturated porous media. General conditions for the strain energy function are established, and a global balance of pseudomomentum is formulated within a fully material manifold described in terms of a K-configuration. A natural frame of reference is introduced, characterised by K-parallelism (in the sense of Cartan), whereby each point of the elastic solid is associated with a unique stress-free reference configuration via the transformation K−1. A Hencky-type form of the strain energy in the relaxed configuration is proposed, derived from general energetic and geometrical considerations. The resulting configurational forces are examined for two scenarios: (i) homogeneous elastoplastic solids with an arbitrary K-reference, and (ii) inhomogeneous porous media in the context of Biot-type formulations. A nonlinear expression for the configurational forces is obtained, which exhibits consistent convergence to the classical infinitesimal-strain formulation in the Biot case. The proposed framework provides a unified geometric basis for both elastoplasticity and micromechanics, and can be extended to other inhomogeneity-driven problems This behavior was numerically observed through the implementation of the boundary value problem using the Finite Element Method.
This work presents a multiscale technique for modeling coupled electroosmotic flow and scalar trans- port in porous materials within paper-like microstructures. This is crucial for designing microfluidic devices. The approach is based on the definition of a representative volume element (RVE) that captures the microstructure of the interconnected channel of the porous medium through which the fluid moves within the void of the porous material (microscale) Meyer et al. (1995). The fluid dynamic problem is solved under incompressible flow conditions in the Stokes regime due to an electric field, to calculate the effective permeability corresponding to the microstructure, as was presented in a previous work of this series. This fluid transports a substance at a given concentration. The microscale problem involves solving an advection-diffusion equation, while the macroscale problem involves solving an advection-diffusion- dispersion problem. This work investigates the limitations of a coupled flow and transport model by validating its dispersion coefficient against experimental data from standard paper-based microfluidic materials (Whatman #1, Munktell 00A). For this purpose, several cases are studied. An example is the case of considering two different concentrations at the domain entry. This assessment enables the identification and proposal of any necessary improvements to the governing assumptions and formulations.
S2512 | Part 2 / 3
Nuclear Reactors Engineering
Ingeniería de Reactores Nucleares
Chairs | Directores:
Santiago Corzo, Juan Ramos Nervi
Los canales refrigerantes son elementos estructurales del núcleo del reactor de CNA U-I que experimentan cambios dimensionales al estar sometidos a flujo neutrónico, temperatura, presión y tensiones mecánicas. Estos pueden afectar la disponibilidad del reactor, por lo cual su monitoreo resulta de esencial relevancia. A través del “programa de vigilancia de internos del reactor”, se da seguimiento al cambio dimensional de canales. Actualmente, la central se encuentra en parada para las tareas de extensión de vida por 20.25 APP, dentro de la cual se llevarán a cabo tareas de reemplazo de canales con el objeto de minimizar las intervenciones post-extensión de vida y lograr que la planta esté en operación el mayor tiempo posible. En este trabajo se utiliza el modelo NASA01-R2021 para predecir los canales críticos en el período 2028 a 2046. En base a estos resultados, se proponen alternativas de recambio e intercambio de canales a realizarse durante la extensión de vida. Se plantea reemplazar 60 CR por nuevos e intercambiar canales restantes, tomando aquellos con mayor alargamiento por los que presenten menor deformación. Estas estrategias, a partir de intercambiar canales entre zonas con mayor flujo neutrónico con aquellas de la periferia, permiten minimizar la cantidad de canales refrigerantes que serían necesarios fabricar en el corto plazo y el recambio de canales post-extensión de vida durante las próximas paradas programadas convencionales.
En combustibles nucleares basados en dióxido de uranio (UO2), la fisión del isótopo 235U genera una amplia variedad de productos de fisión, comúnmente clasificados en actínidos, volátiles e inertes. Estos subproductos se distribuyen dentro de la pastilla de UO2 según los perfiles de flujo neutrónico térmico y rápido. En el marco del desarrollo del código de combustible DIONISIO, se está incorporan- do un nuevo módulo denominado PerfFEC-FP, que simula la formación y evolución de los principales productos de fisión mediante la resolución de las ecuaciones de Bateman. Para ello, se emplean secciones eficaces precisas, extraídas de bibliotecas nucleares optimizadas para distintos tipos de reactores. A diferencia de códigos especializados como ORIGEN, la propuesta en DIONISIO busca modelar la generación de productos de fisión con dependencia espacial explícita, considerando tanto el radio de la pastilla como su posición axial en la pila combustible. Se propone en este trabajo la inclusión de cadenas isotópicas de interés —135Xe, 137Cs, 131I, 90Sr y 99Mo— y la evaluación de su evolución temporal comparándola con simulaciones realizadas con el código ORIGEN.
A loss-of-flow transient featuring a fifty percent reduction in coolant mass flow was simulated for the highest-power fuel element of the 330 MW SMART small modular reactor. Two complementary thermal-hydraulic tools were employed: the lumped-parameter system code STHIRP and a three-dimensional conjugate-heat-transfer model in OpenFOAM. The domain exploits one-eighth symmetry of the 17×17 fuel assembly and includes fuel, cladding, helium gap (as thermal resistances) and coolant. Steady-state baseline simulations under nominal flow conditions were first validated against theoretical predictions of temperature variation. Subsequently, the transient flow reduction was imposed, and the temporal evolutions of the coolant outlet temperature, fuel-clad maximum temperature, and pressure drop were predicted. OpenFOAM predicted a 38 K rise in outlet temperature and a peak fuel temperature of 1305 K. The good agreement in trends between the two codes demonstrates both the vi- ability of high-fidelity CFD for detailed local analysis and the efficiency of lumped-parameter codes for rapid safety assessments.
El desarrollo de sistemas rompesifón es crucial para controlar el descubrimiento del núcleo en caso de un accidente de pérdida de refrigerante (LOCA) en reactores nucleares; aunque se aplican principalmente en reactores de pileta abierta, existe creciente interés en su uso en reactores presurizados tipo SMR para mitigar el drenaje tras la rotura de un sistema auxiliar. En un estudio previo presentamos la validación de un banco experimental y simulaciones CFD (OpenFOAM-10 con VOF) frente a filmaciones de alta velocidad. En este trabajo ampliamos esa investigación mediante dos nuevos diseños de rompesifón y condiciones operativas alternativas evaluadas con CFD, y además desarrollamos un modelo reducido en RELAP5 para reproducir el experimento y comparar dinámicas de nivel de líquido y tiempos de ruptura de sifón. Los resultados muestran buena concordancia entre RELAP y CFD en la evolución global del nivel, mientras que las simulaciones CFD capturan con mayor detalle la interfaz aire-líquido. Los nuevos diseños reducen el overshooting proporcionando criterios adicionales para optimizar sistemas de seguridad en SMR.
Este trabajo presenta un modelo de aprendizaje automático basado en Máquinas de Vectores de Soporte (SVM) para predecir el espesor de pared remanente en codos de alimentación de la planta Embalse. El modelo utiliza como variables de entrada el ángulo del primer codo, la velocidad del fluido y los años equivalentes a plena potencia (EFPY), excluyendo el segundo codo para evitar ambigüedad en el vector de entrada. Para cuantificar la incertidumbre de las predicciones, se aplicó una técnica de bootstrap con 1000 reentrenamientos, lo que permitió construir bandas de predicción del 95% y estimar intervalos de confianza para las curvas obtenidas. El modelo fue validado con división de entrenamiento y prueba, y evaluado por canal de alimentación. Los resultados se comparan con un modelo físico de base bayesiana, previamente ajustado, destacando las similitudes y diferencias en la tendencia de degradación esperada por EFPY. Se generaron gráficos para cada canal que muestran las mediciones reales, las curvas promedio predichas por SVM, los intervalos de confianza y predicción por bootstrap, y las curvas del modelo bayesiano. Este enfoque permite integrar el poder predictivo de modelos de machine learning con técnicas estadísticas robustas para la toma de decisiones en componentes sujetos a degradación en el tiempo.
S2511 | Part 2 / 2
Optimization and Control: Theory and Applications
Optimización y Control: Teoría y Aplicaciones
Chairs | Directores:
Sebastián Giusti, Juan Manuel Podestá
En los últimos años los autoencoders variacionales (VAE) se han consolidado como una herramienta poderosa para aprender representaciones compactas y continuas de sistemas complejos. En el presente trabajo se aplica un VAE convolucional a la tarea de predecir la evolución temporal en un sistema de flujo granular simulado mediante el método de elementos discretos (DEM). Se entrena el modelo para recibir como entrada dos imágenes consecutivas de la simulación y generar como salida las imágenes de los pasos temporales siguientes. Posteriormente, se analiza el espacio latente resultante utilizando Análisis de Componentes Principales (PCA), con el objetivo de evaluar si las representaciones latentes capturan información relevante sobre el estado del sistema. Los resultados muestran que el modelo es capaz de organizar los datos en regiones diferenciadas y con continuidad temporal, lo que constituye una evidencia favorable de que el VAE ha aprendido variables de estado útiles para describir el sistema.
La asignación de tráfico congestionado tiene como objetivo determinar la distribución del tránsito y los tiempos de viaje en una red urbana. En condiciones estacionarias, el problema se modela siguiendo el principio de Wardrop, según el cual cada usuario elige su ruta minimizando su propio tiempo de viaje, lo que conduce a un problema de optimización de gran escala. En los últimos años, se ha propuesto un enfoque iterativo denominado modelo Physarum, que ha demostrado ser eficiente para la resolución de este tipo de problemas. En este trabajo, dicho modelo se extiende para abordar la asignación dinámica de tráfico, incorporando la variación temporal de la demanda y de las características del flujo vehicular. Se presenta la formulación propuesta, junto con resultados numéricos que ilustran su eficiencia.
En este trabajo se desarrolla un modelo de asignación dinámica sobre un dominio espacialmente continuo que representa aproximadamente el sistema de transporte urbano (medio poroso equivalente). Se tiene en cuenta la variación espacial y temporal diurna de la demanda de viajes. El problema consiste en obtener la distribución espacial y temporal de los flujos vehiculares en la ciudad. La formulación matemática se basa en ecuaciones de conservación vehicular y en la definición de los flujos superficiales en función de gradientes de funciones potenciales para definir la elección de ruta por parte de los usuarios (modelo de equilibrio de usuario dinámico reactivo). Tales ecuaciones se implementan en un esquema computacional que extiende el enfoque Physarum utilizado para problemas de asignación estacionaria de tráfico. Se presenta la formulación propuesta, junto con resultados numéricos que ilustran su eficiencia.
Las microrredes y los vehículos eléctricos son conceptos muy relacionados, ya que ambos tienen el objetivo de modificar la matriz energética hacia recursos más amigables con el medio ambiente. La necesidad de contar con estaciones de carga distribuidas sin comprometer la estabilidad de la red eléctrica es cada vez más necesario, y precisamente una microrred tiene la estructura apropiada para dar solución de forma local y eficiente. En este trabajo se propone una estrategia de control predictivo eco- nómico basado en modelo como sistema de gestión de la energía para una microrred con estaciones para la carga de vehículos. Para mostrar el desempeño se realizaron simulaciones sobre una microrred con generación renovable, un sistema de almacenamiento, tres estaciones de carga y que opera conectada a una red. En los puestos de carga se consideraron dos modos: carga controlada y el concepto de vehículo a la red. Los resultados muestran un funcionamiento correcto en diversos escenarios, donde las acciones de control óptimas se ajustan a las directrices del funcional propuesto en el controlador. Finalmente, estos resultados servirán también para establecer políticas de incentivo en el modo de vehículo a la red.
El presente trabajo aborda la optimización topológica aplicada a estructuras de pared delgada, modeladas mediante elementos finitos de cáscara MITC4 en campo geométricamente no lineal. El problema se plantea como la minimización de la end compliance sujeta a una restricción de volumen, con el fin de obtener diseños aligerados sin comprometer la respuesta mecánica. La herramienta numérica desarrollada fue validada contra resultados disponibles en la literatura para respuestas tanto en el plano (in-plane) como fuera del plano (out-of-plane), demostrando la versatilidad y robustez de la formulación utilizada. Finalmente, se presenta una aplicación de interés industrial en un panel B de un chasis automotriz, donde se logró obtener piezas optimizadas de menor peso bajo diferentes fracciones de material sólido permitidas, manteniendo la satisfacción de las condiciones de servicio requeridas.
Session of Posters exhibition and contest for undergraduate students
Sesión de exposición y concurso de Posters de estudiantes de grado
Chairs | Directores:
Hernán Xargay, Hernán Svoboda
La determinación de las cargas aerodinámicas sobre una antena es fundamental para su diseño estructural, ya que estas cargas influyen directamente en los esfuerzos que deberá soportar. En este contexto, el análisis CFD (Computational Fluid Dynamics) se presenta como una herramienta clave en etapas preliminares del diseño, al permitir evaluar el comportamiento aerodinámico de un modelo específico y facilitar eventuales rediseños sin necesidad de construir prototipos físicos en las primeras fases del desarrollo. Esto contribuye significativamente a la reducción de costos y tiempos. El presente trabajo se enmarca en esta etapa de diseño previo a la construcción de una antena parabólica, con el objetivo de estimar las magnitudes de los esfuerzos a los que estará sometida. Una vez obtenidos los resultados de las simulaciones CFD, se realiza una comparación con los datos disponibles en estudios de referencia sobre cargas aerodinámicas en estructuras similares con el fin de evaluar su validez. Las simulaciones se lleva- ron a cabo para una magnitud del viento incidente de 46 m/s con direcciones que van desde 0 a 180 grados con respecto a su eje axial, reportándose los coeficientes de resistencia, sustentación y momento en el anclaje. Éstas se realizarán en régimen estacionario, utilizando el modelo de turbulencia k-ω SST (Shear Stress Transport). Se empleó un solver implícito, acoplado, basado en presiones y con discretizaciones de segundo orden.
El texturizado superficial en un cojinete hidrodinámico consiste en la introducción de cavidades bien definidas e intencionales en alguna de sus superficies. Esta técnica ha generado un creciente interés en la literatura reciente donde se ha demostrado un incremento de la capacidad portante, aunque no existe un consenso claro sobre los criterios de diseño y ubicación óptima. En este trabajo se presenta una optimización de texturas en cojinetes hidrodinámicos en forma automática, como una continuación de un estudio previo en el que la incorporación de texturas fue explorada de forma manual. Las variables de estudio consideradas en esta instancia corresponden con la posición y la profundidad de las cavidades buscando maximizar la capacidad de carga y minimizar la fricción. El optimizador fue desarrollado en python, utilizando estrategias evolutivas y la fluidodinámica del cojinete es resuelta a partir de un modelo formulado a partir del Método de Áreas Finitas e implementado en la plataforma OpenFOAM(R).
This study investigates the mechanical behavior of composite concrete cylindrical elements composed of normal concrete (NC) and Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) with focus on the bond strength at the interface. Therefore, the composite samples to be analyzed are constituted by three phases: two different concretes and the interface between them. Firstly, the results of an experimental campaign aimed at analyzing the incidence of surface preparation on peak bond stress under Slant Shear are presented. Then, based on the experimental obtained results and other data extracted from the literature, the main incidence parameters are determined. Afterwards, a FE numerical simulation of the composite sample mechanical behavior is presented considering different types of substrate preparation. Finally, a comparison between experimental and numerical data will be presented.
Los paneles evaporativos de celulosa constituyen una solución de bajo consumo energético para la climatización de grandes espacios industriales y agrícolas. Sin embargo, su caracterización técnica detallada en condiciones reales de operación es limitada. En este trabajo se presenta un estudio por CFD de un panel fabricado por DollTec, mediante simulaciones full 3D en OpenFOAM. Se modeló una sección representativa y se llevó a cabo un análisis de sensibilidad de malla para garantizar la convergencia en la predicción de pérdida de carga, empleando un mallado no estructurado con snappyHexMesh. Se simularon distintas condiciones de operación y configuraciones geométricas, variando espesor, ángulo entre paneles, velocidad de entrada y largo del panel, con el objetivo de optimizar la pérdida de carga y reducir el consumo energético de los ventiladores. Se emplearon los modelos de turbulencia κ − ω SST y κ − ϵ realizable, y los resultados se compararon con datos de paneles similares de la literatura industrial. Este alcance numérico sienta las bases para futuros estudios que incorporen la transferencia de calor con evaporación y la caracterización completa de la capacidad de enfriamiento.
Las microesferas huecas de vidrio (HGMS) se utilizan como alternativa para alivianar las pastas de cemento tradicionalmente utilizadas en pozos de extracción de hidrocarburos y de inyección de CO₂. Estas pastas cumplen tres funciones: asegurar el aislamiento zonal entre formaciones geológicas, proteger la tubería metálica (casing), y soportar cargas mecánicas. La incorporación de HGMS permite reducir la densidad de las pastas y con ello la presión hidrostática ejercida sobre la formación rocosa durante la cementación. Esto resulta importante en formaciones geológicas profundas, donde un exceso de presión puede dañar la roca circundante. Sin embargo, la presencia de HGMS afecta el comportamiento de este material compuesto. En este trabajo se implementa un modelo numérico químico-poromecánico preexistente capaz de representar de manera acoplada el comportamiento de pastas de cemento tradicionales en condiciones de pozos de inyección de CO₂. El modelo fue mejorado para considerar la influencia de las HGMS en los parámetros elásticos aplicando una homogeneización micromecánica. Además, se incluye un modelo de daño inducido por cargas mecánicas para representar la degradación en la rigidez del material una vez superado cierto umbral. Para ello se implementa un daño continuo no local dependiente del gradiente de daño. El modelo acoplado se valida y calibra mediante resultados experimentales obtenidos en trabajos de laboratorio.
Los electrodos porosos son elementos clave en el funcionamiento de una batería de flujo redox de vanadio, ya que ofrecen soporte físico para el electrolito y son los encargados de promover la reacción de conversión electrolítica. Por este motivo es esencial conocer sus propiedades fluidodinámicas y así modelarlo numéricamente. Dentro de los parámetros físicos que los caracterizan, la permeabilidad es uno de los de mayor importancia, ya que influye tanto en la pérdida de carga del sistema como en la distribución de corriente en la celda. En el presente trabajo se presenta un estudio, mediante dinámica de fluidos computacional, de un dispositivo de medición de permeabilidad, en donde se comprobó el funcionamiento del misma y la distribución homogénea del fluido, obteniendo un modelo numérico que nos permite validar futuros diseños previo a su fabricación.
HOM | Part 2 / 2
Tribute session to Dr. Gustavo Buscaglia
Sesión homenaje al Dr. Gustavo Buscaglia
Organizes:
Roberto Ausas, Adrián Lew, Santiago Márquez Damián, Mario Storti
Presentaré un resumen de las actividades del Grupo de Mecánica Computacional del Centro Atómico Bariloche, desde nuestros primeros pasos en la disciplina (a mediados de la década del 80 del siglo pasado) hasta la actualidad. La presentación abarcará desde aquellos tiempos en los que programábamos algoritmos recursivos en FORTRAN IV, dibujábamos campos bidimensionales en impresora de línea y pedíamos reimpresiones de publicaciones por correo postal hasta nuestros días, con buena parte del trabajo de programación consistente en utilizar bibliotecas ampliamente disponibles, las impresoras volviéndose obsoletas por la disponibilidad de pantallas en todo lugar y la posibilidad de realizar reuniones virtuales con colegas independientemente de la ubicación geográfica.
The outcome of ischemic stroke interventions, particularly thrombectomy, is heavily influenced by the degree of collateral circulation in the brain. However, assessing collateralization remains a major clinical challenge due to the complexity and variability of the cerebral vasculature. In this talk, I will present a computational framework for modeling anatomically realistic brain vascular networks, incorporating variability in both the circle of Willis and the pial collateral system. Using virtual patient populations, we perform blood flow and transport simulations to study how structural differences affect collateral flow during large vessel occlusion. We further introduce a method to extract quantitative angiographic signatures from simulated and clinical image sequences, enabling objective assessment of collateralization. This approach bridges anatomy, hemodynamics, and imaging, offering a pathway toward more personalized stroke diagnosis and treatment planning.
La idea de esta presentación es mostrar la evolución que ha tenido un método novedoso desarrollado por los autores con el fin de dar una respuesta confiable e ingenierilmente factible a uno de los más grandes enigmas de la humanidad, la turbulencia. Si bien los primeros cimientos teóricos se dieron en 1877 cuando Boussinesq formuló la hipótesis de viscosidad turbulenta, recién en 1963 Smagorinsky propuso el primer modelado LES para CFD aplicado a la meteorología. Pasaron más de 6 décadas y aún la comunidad continúa buscando una forma factible de poder resolver este enigma a pesar de la ventaja que nos brinda la simulación computacional. Asumiendo que la clave está en resolver todas las escalas presentes en las ecuaciones de Navier-Stokes, esto ha sido hasta el momento imposible desde el punto de vista analítico y a nivel numérico solo en casos a limitados números de Reynolds. Esta técnica de simular todas las escalas, denominada “DNS”, desde las más grandes, la integral, hasta las más pequeñas, la de Kolmogorov requiere en los casos de mayor interés grillas tan finas imposibles de tratar con los recursos disponibles. Desde los 70’s hasta el actual diferentes metodologías han sido presentadas, la mayoría centrada en modelar algunas escalas para reducir este costo. Así hoy tenemos modelos de la familia Reynolds Averaged Navier-Stokes “RANS”, modelos donde parte de las escalas se simulan y parte se modelan, los llamados Large Eddy Simulation “LES”, métodos híbridos que combinan RANS con LES y últimamente con el advenimiento de la inteligencia artificial modelos basados en Machine Learning. Nuestra propuesta apunta a no usar ningún modelo, simular la mayoría de las escalas, basarnos en lo que la subgrilla aporta, solo que en lugar de incorporarla a la simulación como haría DNS, nosotros proponemos resolverla off-line y en forma apropiada armar una base de datos (tipo genoma humano) desde donde se pueda tomar la información que aportaría la subgrilla sin correlación alguna, al estilo de un cálculo multiscale. De esta forma se logra una precisión parecida a la de DNS a un costo de un RANS. En la presentación mostraremos en un eje de tiempos los desarrollos que se han hecho, los inconvenientes sorteados y los resultados obtenidos tanto en el plano académico como en aplicaciones complejas.
En 1998 comencé mi tesis de doctorado bajo la dirección de Gustavo C. Buscaglia, en el Departamento de Mecánica Computacional de CNEA (MECOM). Siempre conté con su permanente orientación y asesoramiento. En 2007 partió a la Universidad de San Pablo, donde continuó su valorable contribución a la investigación científica. Un breve resumen de su trayectoria dice que fue investigador de MECOM en el Centro Atómico Bariloche y profesor del Instituto Balseiro para luego ser investigador y profesor de la Universidad de San Pablo. Hizo más de cuarenta contribuciones a congresos ENIEF/MECOM de la AMCA; publicó más de 100 trabajos en revistas internacionales, y dirigió 12 tesis de maestría y 10 de doctorado. Su reciente y temprano fallecimiento nos conmovió. Su contribución a la investigación científica permanecerá siempre y será reconocida por quienes hoy lo relevan y toman su posta. Durante mi presentación compartiré experiencias del diario vivir en el grupo MECOM de Bariloche, bajo la guía de Gustavo.
This talk presents the results obtained through the implementation of a novel model developed from first principles that allows characterizing the pressure field of a liquid–gas lubricant mixture avoiding the reported instabilities with the time derivative of the mixture density. The model is applied to cavitation in hydrodynamic bearings with a focus on accuracy, stability and conservativeness. The formulation also relies on a coupled transport equation describing the evolution of the liquid fraction, ensuring mass conservation. High resolution schemes are used for the spatial treatment of the advection and a temporal discretization based on the Strang splitting method, enabling second-order convergence in both space and time. This model is applied to study cases with gaseous, vaporous or pseudo-cavitation in three state-of-art problems: surfaces texturing optimization, textures and temperature interaction and solid-fluid resonance phenomena. In the first problem changes in depth, shape and quantity of textures are explored to enhance the pumping effect present in Chevron type textures. The texture study also accounts for the simultaneous effects of cavitation and temperature increase due to friction, a topic rarely addressed in the literature. Finally the time evolution of an unidimensional elastic rotor is studied using a coupled Finite Element Method solver in co-simulation with the journal bearing tool to represent the shaft-bearing assembly. Shaft instabilities are triggered by unbalanced discs and masses using linear and non-linear models for the hydrodynamic bearings. The Oil Whirl and Oil Whip instabilities are correctly captured showing the potential of the simulation tool.
In Volume-of-Fluid (VOF) atomization simulations, subgrid liquid structures pose a critical challenge: when interfacial features become thinner than the mesh resolution, curvature calculations generate high-frequency numerical oscillations that trigger non-physical fragmentation of liquid sheets and bias the droplet size distribution toward cell-scale fragments. To address this issue, we apply a fragmentation model, manifold death, to detect weak spots and perforate thin sheets once they reach a predefined critical thickness that can be resolved with the local grid size. This controlled removal of subgrid structures prevents curvature-driven numerical noise and improves the convergence of droplet population statistics above a critical diameter, yielding a coherent distribution for the analyzed bench- mark case. By tuning the critical thickness threshold and the number of perforations, practitioners can balance simulation accuracy with computational cost. The manifold death model ensures that the key physical processes of ligament fragmentation and droplet formation are represented without artifacts, preserving the statistical validity of atomization metrics while maintaining manageable mesh requirements.
Concrete and cement-based materials are among the most widely used substances on Earth, second only to water. These versatile materials have shaped the modern world, forming the backbone of everything from skyscrapers to highways and bridges. While traditionally valued for their structural properties, recent advancements have revealed their potential in energy conversion and storage. In recent years, innovative construction methods have emerged, leveraging cementitious composites for energy solutions. These include rechargeable concrete batteries, cementitious thermal energy storage devices for concentrated solar power plants, and radiative cooling concretes. Such breakthroughs have the potential to transform how we approach energy storage and efficiency in the built environment. In this talk, we will analyse how computational physics can guide this challenge. In particular special attention will be paid to correlate the cementitious microstructure with the final thermal and photonic properties.
S2502 | Part 5 / 6
Structural Analysis
Análisis Estructural
Chairs | Directores:
Rossana Jaca, Daniel H. Felix, Jorge Ballaben
A hybrid numerical method was utilized by applying the Lattice Discrete Element Method (LDEM) and the Finite Element Method (FEM) in Abaqus/Explicit. The main beam and slab are represented by LDEM so that micromechanical detail of elastic behavior and initiation mechanisms of fracture can be described. Supports and crossbeams, are modeled with FEM because experimental observation does not reveal any damage; hence, modeling with FEM at these locations ensures computational economy without compromising representativity. Models for dynamic analysis have been reduced to a full beam, half-beam, and quarter-beam model by mirror operations such that the symmetries are preserved. Natural frequencies and the corresponding mode shapes as obtained numerically have been compared with their experimentally obtained counterparts. Comparisons with the experiment showed good correlation of the natural frequencies and vibration modes, hence validating the methodology adopted for this stage of elastic evaluation as well as presenting a front for potential use in future applications concerning crack analysis and propagation of failure, and three-point and four- point static bending tests.
The numerical modeling of real structures and buildings, located in specific sites and subjected to natural effects, allows for the evaluation of their mechanical behavior under different loading and deterioration conditions over time. This study focuses on assessing the damage sustained by an 86 m tall steel tower used in high-voltage power transmission lines, and on proposing effective rehabilitation solutions aimed at extending its service life. Using finite element analysis tools, both the current state of the structure and the projected rehabilitated state are simulated, considering factors such as foundation displacements, excessive deformations, and loss of load-bearing capacity in critical members, as well as design loads, wind, self-weight, etc. The results obtained make it possible to identify plastified areas that correspond to damaged members, indicating that the numerical model accurately predicts the damage experienced by the structure. Based on this diagnosis, reinforcement and rehabilitation strategies are proposed, including component replacement, the addition of structural elements, or the use of composite materials to strengthen damaged sections. This approach ensures an extended service life for the tower, enhances the operational safety of the electrical system, and optimizes costs compared to a full replacement. Numerical modeling thus emerges as a key tool for technical decision-making in the management of electrical infrastructure that is aging or deteriorated under demanding environmental and operational conditions.
Las columnas armadas son ampliamente utilizadas en construcciones metálicas por su adecuada relación resistencia/peso. Las barras que forman parte de las mismas (cordones, diagonales y montantes) trabajan predominantemente en tracción-compresión. La búsqueda de un mejor aprovechamiento del material, y con ello, de una mayor eficiencia estructural, hace que se consigan secciones transversales “armadas” que presenten radios de giro suficientemente grandes. En el presente trabajo se analizó la respuesta estructural de dos columnas armadas de sección transversal rectangular, constituidas por cuatro cordones verticales unidos entre sí por celosías formadas por diagonales y montantes, pero con características dimensionales diferentes. La carga última a compresión axial fue determinada analíticamente aplicando las expresiones de diseño previstas en el Reglamento CIRSOC 308 (2007), validando numéricamente estos resultados a partir de la modelación de las columnas con un software de elementos finitos. Por último, dichas columnas fueron ensayadas en laboratorio, obteniendo experimentalmente la carga de falla. Se pudo establecer la correspondencia entre la resistencia nominal obtenida a través del reglamento, con la carga última y la de falla obtenida numérica y experimentalmente.
S2514 | Part 1 / 2
Surfaces and interfaces modeling
Modelado de Superficies e Interfaces
Chairs | Directores:
Sandra I. Simonetti, Elena Alvareda
Describir el sistema AgI–H2O, es de interés científico y tecnológico a los efectos de aportar datos precisos para estudios de fenómenos de superficie e interacción de nanopartículas de AgI con la humedad, y amplía su aplicabilidad a ámbitos como la nucleación de hielo, el diseño de recubrimientos higroscópicos y el control de humedad en procesos agroindustriales. En este trabajo se desarrolla un análisis teórico–computacional riguroso destinado a cuantificar con precisión el potencial de interacción entre moléculas de agua (H2O) y la superficie cristalina AgI(0001), así como las fuerzas intermolécula que emergen al adsorberse múltiples unidades de H2O. Empleando modelos de superceldas slab optimizadas, se consideran dos posibles terminaciones de la superficie (I o Ag) y se exploran sistemáticamente los sitios de simetría top, bridge y hollow mediante barridos de energía potencial E(z). Los perfiles obtenidos se ajustan a la formulación Beest–Kramer–van Santen (BKS), lo que permite extraer los pará- metros fundamentales de profundidad de pozo, distancia de equilibrio y rigidez. Adicionalmente, se estudiaron varias coberturas superficiales (0,11–0,44 monolayer) para evaluar los efectos cooperativos y repulsivos entre moléculas de H2O adsorbidas, descomponiendo la energía total en términos molécula–superficie y molécula–molécula. Los parámetros de interacción calibrados serán empleados en simulaciones de dinámica molecular clásica para reproducir espectros de desorción térmica programada (TPD) y comparar las temperaturas de pico de desorción con resultados experimentales reportados en la literatura.
Las celdas solares de perovskita (CSP) han superado 26 % de eficiencia en una década, con- solidándose como alternativa a tecnologías fotovoltaicas convencionales. Sin embargo, la inestabilidad y la toxicidad del plomo (Pb) limitan su aplicación. En este trabajo se estudian compuestos inorgánicos Cs(BxPb1−x)I3, donde B = Sn, Ge y 0 ≤ x ≤ 1, orientados a reducir el Pb. Propiedades estructurales y electrónicas se calcularon mediante DFT, mostrando buena concordancia experimental. El desempeño fotovoltaico de arquitecturas n–i–p se evaluó con SCAPS-1D, considerando TiO2 y CuI como ETL y HTL. Composiciones con hasta 25 % de Pb lograron eficiencias cercanas al 15 %, destacándose Sn sobre Ge. Este enfoque integra diseño de materiales y simulación para CSP más estables y sostenibles.
S2520 | Part 1 / 2
Uncertainty Quantification and Stochastic Modeling
Cuantificación de Incertidumbre y Modelado Estocástico
Chairs | Directores:
Marcelo Piovan, Roberta Lima, Rubens Sampaio, Gonzalo Ruano
Este trabajo contribuye al campo de la confiabilidad estructural mediante el desarrollo de herramientas computacionales para analizar la confiabilidad de secciones de vigas de hormigón armado sometidas a flexión simple, considerando explícitamente el comportamiento estocástico de las variables y aplicándolas a diversos estudios de caso. Se emplean dos enfoques: simulación numérica (Monte Carlo) y transformación (FORM). Ambos métodos evalúan la confiabilidad de secciones rectangulares diseñadas según el código ACI-318-19. Se seleccionaron secciones representativas, considerando relaciones típicas entre cargas vivas y muertas en edificaciones. Los métodos se comparan en precisión y aplicabilidad. Además, se realiza un análisis de sensibilidad para cuantificar la influencia de las variables aleatorias en los índices de confiabilidad y las probabilidades de falla. Los métodos se aplicaron a casos que incluyen desviaciones respecto de las hipótesis de diseño, como variaciones de cargas, disminución de la resistencia de materiales y errores de armado, evaluando su impacto en la seguridad estructural.
En los materiales compuestos, como los cementicios con refuerzo de fibras cortas, el proceso de construcción imparte características que son inherentes a la manufactura y los componentes usados. En los últimos años se desarrollaron investigaciones referidas al uso del cáñamo como refuerzo de los materiales cementicios. Las fibras de cáñamo tienen diámetros pequeños, que rondan los 50 micrones. En este trabajo se plantea una metodología para realizar el relevamiento de fibras de cáñamo dispersas dentro de una matriz cementicia mediante la técnica de microscopía óptica. El relevamiento permite observa la cantidad, sección transversal y ubicación de fibras coloreadas dentro de una sección transversal de probeta aserrada de una viga de pequeñas dimensiones. Por lo anterior, las fibras de cáñamo son teñidas previamente antes de ser incorporadas a la matriz para conseguir un contraste con el medio circundante. Posteriormente los datos extraídos se procesan estadísticamente para obtener estimaciones de cantidad, dispersión y especialmente la longitud de correlación. Estos parámetros son útiles para estimar a posteriori la generación de un campo estocástico que represente una probable disposición del material reforzado con estas fibras. Se informan los resultados obtenidos en vigas de mortero cementicio de dimensiones 40x40x160mm reforzadas con cáñamo peinado.
This work adopts a stochastic approach to analyze the impact of mass vaccination on the spread of an epidemiological disease. The number of individuals each infected person can transmit the disease to, referred to as contagion, is modeled as a discrete random variable following a binomial distribution. The progression of infections over time is represented by a stochastic branching process. The primary goal is to investigate how the percentage of vaccinated individuals and the efficacy of the vaccine affect both the spread of the disease and the probability of extinction. The analysis is based on sample statistics such as the mean and variance of the number of infections over time, as well as histograms of their distributions. The statistical models are constructed using Monte Carlo simulations under various scenarios combining different levels of vaccine coverage, efficacy, and contagion parameters. Specifically, six levels of vaccinated population percentage, four values for vaccine efficacy, and 21 different parameter sets for the binomial contagion distribution are considered. For each scenario, 4000 realizations of the branching process were simulated, totaling 2.1 million realizations. This scale of data characterizes the study as a big data problem.
S2505 | Part 1 / 2
Multiphase Flow and Transport in Porous Media and Microscale
Flujo y Transporte Multifásico en Medios Porosos y Microescala
Chairs | Directores:
Gustavo Buscaglia, Pablo Gamazo, Pablo Kler, Santiago Marquez Damian
"This work presents preliminary results of the numerical simulation of methane steam reforming in a porous catalytic medium, considering exclusively the global reaction CH₄ + H₂O → CO + 3H₂. The model was implemented in COMSOL Multiphysics based on the classical formulation of Darcy’s law, the energy balance in porous media, and the transport of concentrated species. The analyses were performed in a simplified cylindrical geometry, varying the reactor length, the inlet temperature (800 and 900 K), and the CH₄/H₂O feed ratio. The results indicated that longer reactors and higher temperatures enhance methane conversion and hydrogen production, whereas the feed composition revealed trade-offs between relative conversion and absolute productivity. This study aligns with established trends in the literature and serves as the preliminary stage of an ongoing master’s research project. Future work will involve extensive parametric analysis, integration of multiple reaction pathways, and a detailed investigation of process selectivity.
"
This work examines the behavior of macrodispersion in three-dimensional heterogeneous porous media using Random Walk Particle Tracking (RWPT) simulations of solute transport. Previous studies reported an exponential dependence of macrodispersion on medium heterogeneity, grounded in theoretical assumptions that the velocity field follows a lognormal distribution; however, this premise does not always hold. We reproduce and extend those findings with a fully GPU-based framework that couples an in-house finite-volume flow solver with a parallel RWPT implementation. This enables high-resolution simulations in three-dimensional domains across thousands of stochastic realizations. We analyze distinct transport regimespure advection, advectiondiffusion, and advectiondispersionand heterogeneity models with Gaussian and exponential covariance. In addition to estimating effective macrodispersion coefficients, we examine in detail the statistical properties of the resulting velocity fields. The results support a critical reassessment of proposed scaling laws and provide new evidence on the influence of the velocity distribution on dispersion mechanisms in 3D.
En este trabajo se presenta un estudio numérico del transporte escalar reactivo de NOx en hormigones drenantes, con el objetivo de evaluar su potencial para la descontaminación del aire en aplicaciones urbanas o industriales. La geometría porosa utilizada en las simulaciones se obtuvo a partir del procesamiento de imágenes de tomografía computada de probetas reales de hormigón drenante, lo que permitió representar con alta fidelidad su estructura interna. A partir de estas geometrías, se realizaron simulaciones numéricas directas del flujo tridimensional en régimen laminar. Sobre el campo de flujo resultante, se resolvió el transporte de un escalar reactivo sujeto a condiciones de reacción superficial, modelando procesos de adsorción y catálisis en las paredes del medio poroso. La reacción modelo considerada fue la oxidación fotocatalítica de NO y NO2 hacia nitratos (NO3) catalizada por dióxido de titanio fijado en la matriz del hormigón. El análisis permitió caracterizar la eficiencia del material como medio reactivo pasivo o soporte catalítico, evaluando la distribución de tiempos de residencia y la utilización de la superficie interna disponible.
Inverse problems in capillary flow through porous media are central to applications ranging from groundwater hydrology to paper-based microfluidics. These problems typically involve estimating un- known model and physical parameters from limited or noisy data, making them challenging to solve accurately. In this work, we introduce a physics-informed neural network (PINN) model for parameter estimation in capillary flow systems governed by the horizontal Richards’ equation. By incorporating the governing physics directly into the neural network’s loss function, our approach yields solutions that are consistent with both experimental data and the underlying physical principles. Our implementation lever- ages the JAX ecosystem for high-performance computation, and builds on our custom Fronts packages, which are tailored for modeling and solving capillary front propagation problems. This integration allows for efficient training and seamless incorporation of experimental data to validate our model. We demon- strate the effectiveness of the method through case studies in paper-based microfluidics, highlighting its ability to accurately recover flow parameters without relying on iterative trial-and-error approaches, and demanding considerably lower computation costs. This work illustrates the power of combining physics- based modeling with modern machine learning techniques and showcases JAX as a robust platform for solving real-world inverse problems in porous media flow.
This study continues the numerical investigation of unsaturated infiltration processes in pervious concrete systems, with the broader goal of improving their integration into sustainable urban drainage strategies. The computational framework, microRichardsFoam, is based on the Richards equation and imple- mented in OpenFOAM, incorporating prior parameter calibration through 1D experiments using the Van Genuchten-Mualem model. In this new stage, the solver was expanded to include internal routines for flow monitoring and mass balance verification, enabling a more reliable evaluation of water movement through the porous matrix. These additions are intended to enhance the physical consistency of the results, particularly under complex boundary conditions. In addition to the original formulation, the study includes a preliminary evaluation of alternative models for describing the saturation–permeability relationship, such as Brooks-Corey, to analyze the sensitivity and flexibility of the approach for different porous structures. Numerical tests were carried out on 2D infiltration scenarios with anisotropic permeability, using experimental data from laboratory- scale concrete slabs for comparison. Furthermore, the calibrated parameters were preliminarily applied to another type of drainage component to evaluate the model’s transferability to new configurations.
Los sedimentadores lamelares son dispositivos utilizados en el tratamiento de agua para mejorar la eficiencia en la separación de sólidos suspendidos. Esta mejora se atribuye al efecto Boycott, asociado a la inclinación y disposición geométrica de las placas. En este contexto, se presentan avances en la simulación numérica de procesos de sedimentación en geometrías curvas, consideradas como una extensión del análisis tradicional hacia casos donde el ángulo de inclinación varía a lo largo del contorno. Se emplea el software OpenFOAM junto con un modelo de mezcla con velocidad relativa algebraica para explorar la capacidad de reproducir las características fundamentales del fenómeno, tomando como referencia casos reportados en la literatura. Además, se analiza el impacto de variaciones geométricas y de escala en el comportamiento del flujo, con vistas al desarrollo de modelos aplicables a configuraciones más complejas y su eventual validación experimental.
S2502 | Part 6 / 6
Structural Analysis
Análisis Estructural
Chairs | Directores:
Rossana Jaca, Daniel H. Felix, Jorge Ballaben
From telecommunication towers to energy transmission lines, guyed structures are extensively employed across various engineering applications. In recent years, this structural typology has also been incorporated into the design of wind turbines. The present work investigates the nonlinear dynamic response of guyed wind turbine towers subjected to various cable tension configurations and loading scenarios. Two loading scenarios are considered: high wind velocity loads during non-operational states and lower wind loads during operational states. Wind actions are modeled as stochastic processes. Special attention is given to the modeling of rotational loads transferred from the operating turbine to the tower structure. Additionally, the interaction between the tower base and the supporting soil is modeled through flexible boundary conditions. Numerical methods are implemented to capture the complex nonlinear behavior, including geometric nonlinearities in the cables. A parametric study explores the influence of guy wire tension, rotor-generated load models during operational regimes, and soil characteristics on the dynamic response. Finally, through a stochastic approach, valuable insights into the probability distribution of the structural responses are obtained, which, in this type of analysis, complements the understanding of the dynamics provided by the raw deterministic nonlinear results.
Guyed structures are widely used in various applications, from telecommunication towers to industrial chimneys and energy transmission lines. The dynamic behavior of these structures heavily depends on cable tension, as cable response is geometrically nonlinear and tension-dependent. Elements such as insulators further complicate accurate cable modeling. While optimal cable tension can be determined during design, achieving this precise tension during construction presents practical challenges. Moreover, even when correct tension is initially achieved, values change throughout the structure’s lifespan due to temperature variations and material relaxation. Periodic monitoring of cable tension is therefore mandatory to ensure proper structural behavior. However, conventional measurement devices are expensive, require specialized accessories, and demand regular calibration. The general scope of the work aims to develop a tool for indirect tension measurement by analyzing cable vibrations (that can be recorded using smartphone applications), processing this data to determine natural frequencies, which can then be correlated to cable tension. Here, we present the implementation of Physics-Informed Neural Networks (PINNs) to create a model that predicts or estimates tension in guyed structure cables. The PINN reproduces an inverse model where input parameters include natural frequencies along with material and geometrical properties of cables, with cable tension as the output. Results and implementation details are compared with previous findings obtained using conventional neural networks. This approach offers a cost-effective, accessible method for structural health monitoring of guyed structures, potentially improving safety and maintenance efficiency across various engineering applications.
Las normativas actuales de análisis estructural especifican que las estructuras deben ser analizadas considerando la presencia de imperfecciones en su geometría, esto es, desvíos respecto de la geometría ideal o perfecta especificada en el diseño. Las normas también indican que se debe considerar aquella imperfección que produzca el mayor efecto desestabilizante, sin embargo, no propone criterios para obtenerlas. En este trabajo se presenta una metodología para calcular la peor imperfección de una estructura formada por vigas y columnas. Es bien conocido que la forma de la peor imperfección está asociada a los primeros modos de pandeo y en particular si la primera carga crítica se encuentra suficientemente separada de la segunda, entonces la peor imperfección viene dada por el primer modo de pandeo, este es el caso típico de la mayoría de las estructuras aporticadas. Luego se propone un método iterativo eficiente para encontrar los dos primeros modos de pandeo para verificar que el primer modo de pandeo es efectivamente la peor imperfección.
Lateral confinement arising from the continuity between adjacent floor elements triggers compressive-membrane action that can greatly enhance the strength and stiffness of solid reinforced- concrete slabs. To capture this phenomenon numerically, a three-dimensional finite-element model was developed in ANSYS using 20-node SOLID186 elements for the concrete - employing a Drucker–Prager plasticity surface with hardening, softening, and dilatancy - and embedded REINF264 elements for the discrete reinforcing bars. The model was calibrated against twelve unconfined and ten confined slab tests from the literature, reproducing ultimate loads with a mean experimental-to-numerical ratio of 0.99 and a standard deviation of 0.06. A factorial parametric study comprising 27 design cases (spans 4–6 m, fck 25–50 MPa, span-to-depth ratios ≈ 40–50) was then conducted to evaluate the slabs’ behavior with and without membrane action: first with the edges free to expand in-plane, and subsequently with realistic restraint provided by neighboring slabs modelled as linear-elastic plates coupled to the target panel. Explicit consideration of lateral confinement nearly doubled the predicted ultimate load (average +97%) and showed an in-plane stiffness of around 120% of the slab axial stiffness, with the largest gains occurring in shorter spans and higher-strength concretes.
S2514 | Part 2 / 2
Surfaces and interfaces modeling
Modelado de Superficies e Interfaces
Chairs | Directores:
Sandra I. Simonetti, Elena Alvareda
En este trabajo, se exploran las interacciones entre el ingrediente farmacéutico activo (API) clonidina con fullerenos basados en carbono, C30 y C36, y sus variantes dopadas con boro y nitrógeno, empleando la teoría del funcional de la densidad (DFT) para un estudio computacional detallado basado principalmente en el análisis de las densidades de estados y las cargas electrónicas. Los fullerenos C30 dopados mejoran significativamente su interacción con el fármaco en comparación con el fullereno C30 prístino. En general, las interacciones de la clonidina con C30-B son más fuertes que con C30-N, Los fullerenos C36-B2 y C36-N2 son menos reactivos que los fullerenos C30-B y C30-N. Este trabajo enfatiza el rol de la química computacional para asistir en la investigación de la química sostenible, optimizando las interacciones entre fármacos y fullerenos, allanando el camino para futuras investigaciones experimentales en este campo.
Los fármacos clopidogrel y clonidina se utilizan con frecuencia para tratar enfermedades cardiovasculares. Dado que estos medicamentos se administran comúnmente en combinación, es importante examinar sus interacciones moleculares. Para ello, se calculan los parámetros químicos mediante el programa Gaussian 09. Además, el estudio se complementa con el análisis del espectro infrarrojo (IR), las cargas NBO, el mapa de potencial electrostático molecular (MEP), y los gráficos de densidad total de estados (TDOS). Los resultados del análisis de NBO, MEP y TDOS predicen una unión del tipo física entre los fármacos. La energía más baja para la interacción clopidogrel- clonidina se alcanza mediante la formación de cuatro enlaces puente hidrógeno observados en el espectro IR. Los enlaces de hidrógeno juegan un papel crucial en la liberación controlada de fármacos, ya que permiten una adsorción moderada y reversible, facilitando su liberación en el entorno biológico. El espectro IR, por otro lado, respalda la ausencia de degradación de los fármacos, lo que confirma la preservación del principio activo farmacéutico individual.
La adsorción simultánea de fármacos es un desafío para el diseño de polipíldora cardiovasculares. Se han llevado a cabo cálculos mediante la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) para proporcionar un posible mecanismo asociado a la adsorción de hidroclorotiazida y aspirina en una nanoestructura de dieciocho carbonos dopada con potasio y fosforo. Se determinan las geometrías energéticamente más estables. Se estudia la estructura electrónica de ambas moléculas, así como de la nanoestructura dopada, antes y después de la adsorción de los fármacos. Se presenta el análisis del potencial electroestático molecular y se investiga la hibridación orbital mediante los gráficos de densidad de estados. Los resultados proporcionan una dirección para futuros experimentos en términos de reconocimiento de tendencias de enlace y cambios en la interacción al modificar la superficie.
La aspirina, la hidroclorotiazida y el captopril son fármacos ampliamente utilizados para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares, la principal causa de muerte en el mundo actual. Estos fármacos se administran generalmente en combinación, por lo que es importante analizar sus interacciones moleculares. Mediante cálculos computacionales basados en la Teoría Funcional de la Densidad (DFT), se han calculado índices globales y locales. Estos descriptores proporcionan información sobre la reactividad química de los fármacos aislados y combinados, objeto del presente estudio. Además, se identifican propiedades del sistema como la relación entre la unión fármaco-fármaco y su reactividad, y la relación entre los descriptores químicos y la energía de adsorción de los fármacos combinados. Los hallazgos ofrecen nuevas perspectivas para mejorar la administración de fármacos combinados, como las nuevas polipíldoras cardiovasculares.
S2517 | Part 3 / 3
Hydrodynamics and Transport in Hydraulic Engineering
Hidrodinámica y Transporte en Ingeniería Hidráulica
Chairs | Directores:
Lucas Domínguez, Pablo Santoro, Iván Ragessi
La caracterización de escalas espaciales y temporales en ambientes fluviales presenta desafíos significativos debido a la complejidad de los procesos morfodinámicos. Los resolutores GPU ofrecen cálculo paralelo acelerado con tiempos notablemente reducidos, aunque su aplicación está limitada a ciertos problemas. Este trabajo presenta un código GPU de desarrollo propio comparado con Open- FOAM SedFoam (CPU) para analizar el transporte de una duna del río Paraná en carácter bidimensional con perfil longitudinal. Los resultados contribuyen al desarrollo de herramientas numéricas extrapolables a otros ambientes. Este enfoque permite simular múltiples escenarios hidrosedimentológicos para identificar factores determinantes en cambios morfológicos y comprender la respuesta del sistema ante variaciones en parámetros hidrológicos y sedimentológicos. La comparación entre arquitecturas de procesamiento evaluará precisión y desempeño computacional.
En este trabajo se presenta una herramienta numérica desarrollada para arquitecturas GPU, que permite simular el transporte tridimensional de sedimentos en modalidad de fondo y suspensión. La metodología se basa en el método de los volúmenes finitos, resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes para flujo incompresible mediante un esquema de pasos fraccionados. La evolución morfológica del le- cho se modela con la ecuación de Exner, mientras que la concentración de sedimentos en suspensión se simula mediante una ecuación de advección-difusión. La interfaz entre fluido-sedimento se representa utilizando el método de fronteras embebidas, permitiendo el seguimiento detallado de la evolución del lecho. La implementación paralela en GPU permite una aceleración significativa respecto a implementaciones CPU tradicionales, posibilitando simulaciones de alta resolución en geometrías tridimensionales complejas. Este desarrollo constituye un avance en la predicción de procesos de erosión y deposición en entornos naturales o artificiales.
En este trabajo se propone un enfoque de modelación hidrodinámica difusivo basado en la representación de la ciudad como un medio poroso equivalente, en el cual las edificaciones, muros y otras infraestructuras se consideran en el tensor de permeabilidad y en la porosidad del medio. Se resuelve numéricamente el modelo desarrollado mediante el Método de Elementos Finitos y se comparan los resultados con aquellos obtenidos mediante una modelación detallada del entramado de calles. Se muestra que el enfoque propuesto combina eficiencia computacional y aplicabilidad práctica para el estudio de inundaciones urbanas en grandes dominios.
S2520 | Part 2 / 2
Uncertainty Quantification and Stochastic Modeling
Cuantificación de Incertidumbre y Modelado Estocástico
Chairs | Directores:
Marcelo Piovan, Roberta Lima, Rubens Sampaio, Gonzalo Ruano
Causal Decomposition based on Empirical Mode Decomposition (EMD) has proved to be a powerful tool for identifying causal relationships between time series. This method is based on the phase coherence of the respective oscillatory modes of the signals, known as Intrinsic Mode Functions (IMFs). Hence, a correct alignment of the respective modes of the signals is crucial. Unlike other methods, Causal Decomposition makes no assumption of linearity in the studied signals. Therefore, it is widely applicable to time series emerging from complex systems for which linearity hypothesis generally fail to hold. The decomposition in oscillatory modes is achieved with noise-assisted versions of EMD, which are known to improve the performance of the decomposition, reducing the mode mixing. However, adding noise introduces a stochastic element in the result, that is henceforth treated as a random variable. In the present work we introduce our Python version of the Causal Decomposition algorithm, which incorporates refinements for the selection of the decomposition based on energy considerations. These improvements aim to reduce the outlier results attributable to an incorrect mode alignment. The algorithm was tested on synthetic time series generated using a model of a mechanical oscillator with two masses and two modulated nonlinear forcing terms. A subsequent statistical analysis over multiple realizations showed less dispersion and fewer outliers compared to the previous version of the algorithm.
This paper investigates the response of a deterministic, linear, time-invariant mass-spring- damper system subjected to loading modelled as a stationary stochastic process. The primary objective is to determine, through numerical simulations using the Monte Carlo method, whether or not the system’s response converges to a stationary stochastic process. The analysis employs two metrics: Engineer distance, which focuses on the proximity of distribution means, and Wasserstein distance, which provides a more robust comparison by quantifying divergence between probability distributions across different sections of the stochastic process. The methodology developed can be adapted for the analysis of other mechanical systems, including non-linear systems.
En este artículo se investiga la influencia de un par de modelos probabilísticos de una estructura, sobre la respuesta en frecuencia de misma. La estructura es una viga de material funcional metal/cerámico con porosidad (asociada a irregularidades constructivas). En este contexto se propone emplear campos estocásticos para las propiedades elásticas y másicas de la estructura. Las características probabilísticas de los campos estocásticos se construyen recurriendo al Principio de Entropía Máxima, en el cual se contemplan diferentes niveles y/o claridad de información en la estructura (p.e. valores medios, índices de variación, etc.). Con ello se tendrán diversos niveles de entropía en los modelos probabilísticos de forma que a mayor calidad y cantidad de información del modelo menor será el nivel de entropía. El modelo estructural es discretizado en elementos finitos para cálculo de respuesta en frecuencia y sobre este modelo discreto se efectúa una reducción adicional en variables modales. Sobre este último modelo reducido se realiza el análisis de la entropía de la respuesta (de acuerdo con la definición de Shannon) para cuantificar el nivel de incertidumbre. Los estudios se realizan para diversas configuraciones de material funcional poroso.
Las meta-estructuras, diseñadas para exhibir propiedades dinámicas excepcionales a través de la incorporación de elementos resonantes, son el foco de este trabajo. En el mismo, se presenta un análisis dinámico de vigas de paredes delgadas construidas mediante materiales funcionalmente gradados, transformadas en meta-estructuras mediante la inclusión de resonadores mecánicos locales. El modelo de viga desarrollado incorpora la flexibilidad por corte generalizada para flexión y torsión con alabeo no uniforme, y las ecuaciones que gobiernan el problema dinámico se obtienen a través del principio de trabajo virtual. Este estudio, se enfoca en cuantificar el impacto de las tensiones iniciales o de precarga en el fenómeno de aparición de bandas de atenuación. Se evalúa la influencia en las frecuencias naturales y consecuentemente, en las bandas de atenuación generadas por la interacción entre la estructura portante y los resonadores mecánicos. Para abordar la incertidumbre inherente en las propiedades de los materiales gradados, la geometría y las tensiones iniciales, se construye un modelo computacional empleando el método de elementos finitos. Se aplicarán técnicas de modelado probabilístico para analizar la propagación de estas incertidumbres y su influencia en la predicción de las bandas de atenuación.
Para monitorear la salud estructural (SHM), se han desarrollado diferentes metodologías donde la mayoría se basan en el registro de vibraciones ambientales. De los registros aceleración- tiempo se identifican los parámetros dinámicos. Se construye un modelo numérico paramétrico y los parámetros se optimizan para que las predicciones del modelo se aproximen a los valores identificados de las mediciones registradas. Se consideran las incertidumbres en las características físicas de la estructura, como dimensiones, propiedades de materiales y condiciones de borde, también las incertidumbres debido a errores de medición y aproximaciones de los métodos de identificación. Se investiga en este trabajo una estructura formada por vigas prefabricadas de 16m de luz. Se analiza una de las vigas excitada con impactos controlados y registrando la historia aceleración – tiempo en la etapa de vibración libre. A partir de los múltiples registros se obtiene la estadística de las frecuencias utilizando 2 métodos de identificación de sistemas. En el proceso de optimización se minimiza el cuadrado de la diferencia relativa entre las frecuencias del modelo y las identificadas. Se construye así un modelo probabilístico para estudiar el comportamiento estocástico de la estructura analizada.
S2512 | Part 3 / 3
Nuclear Reactors Engineering
Ingeniería de Reactores Nucleares
Chairs | Directores:
Santiago Corzo, Juan Ramos Nervi
The research aims to develop a procedure, which can be used in the design and operation of nuclear power plants, which can predict the change in state of dangerous system components under specific load conditions. Fatigue life calculation methods available with simulation technology were applied to establish the procedure, and their outputs were incorporated into the output variables of a digital twin model of a steam generator. System simulation enables to perform the investigations in a more complex way, taking into account the combined effect of the system components, and thus enabling the output of the whole system to be examined for given inputs. A key stage in building a system simulation is developing a reduced-order model, a digital twin of the 3D system that captures its behaviour. Firstly, a geometric model of the steam generator, which is part of the block, must be generated. This is followed by the pre-processing of the finite element model using various mathematical modelling techniques. Finally, the digital twin model is created by running the finite element model at predefined learning points. Two simulation models have been used to calculate the fatigue life. The lifetime was calculated using a shell model built on the pressure vessel's midsurface, while the crack propagation was investigated using a body model and the submodelling method. A static, nonlinear five- pole digital twin model was constructed, which describes the finite element model behaviour for thermal and mechanical load combinations. With this surrogate model, it is possible to monitor the continuous state variation of the pressure vessel and, through this, to plan preventive maintenance. The outcome of this research is a simulation-based digital twin model for industrial applications in power plants. Implementing this model in the reliability-centred maintenance strategy makes a cutting-edge tool available that can optimise maintenance tasks.
The objective of the study is to examine the application of additive manufacturing technology in nuclear power plant maintenance, with specific focus on the mechanical properties of the 3D printed parts. The development of additive manufacturing technologies offers a novel opportunity to enhance the efficiency of maintenance processes enabling the rapid, on-site production of required spare parts. These parts can be manufactured based on digital models stored in a database, thereby reducing machine downtime and minimizing storage costs. The literature contains numerous application examples and case studies illustrating the use of additive technology in maintenance contexts. The scope of applicability of the technology is primarily determined by the properties of the printed part. In most cases, redesigning the original part is unavoidable, because additive manufacturing technology is not able to achieve precise tolerances without subsequent machining, and the load-bearing capacity of the parts can also differ significantly from the original part. The mechanical properties of the printed part are significantly influenced by the printing parameters, such as printing orientation, printing temperature, plate temperature, etc. In this study, we present a series of experiments in which we investigated the effect of printing orientation and printing temperature. Tensile tests were performed on standard test specimens printed with varying parameters.
Over the past two decades, several crack failures have been detected in the weld area between the collector and the steam generator tank, requiring repair or replacement of the tank in several cases. Given the high economic risk of replacing a cracked steam generator, it may be advisable to develop an intelligent maintenance system that incorporates computer tools. This would enable the development of a techno-economic analysis system. Therefore, the aim is to build a simulation model of a critical steam generator to monitor its expected lifetime under operational loads. The model building also takes into account the requirements for creating a digital twin model based on a fatigue model to determine the lifetime under repeated thermal and mechanical loads. Consequently, a simplified model with low computational cost on the mid-surface of the steam generator has been constructed using shell elements. Based on the type of defects detected, it may be necessary to estimate the tank's lifetime for the propagation of the initial crack detected by monitoring, however, this requires a body model. Therefore, the sub-modelling technique has been used in the dangerous zone of the tested subassembly. This sub-model can be used to increase the lifetime estimation accuracy of the tank and reduce the computational demand to build a surrogate model. Crack propagation-based fatigue life calculations revealed that KI, one of the stress intensity factors, exceeds the other two factors (KII and KIII) by an order of magnitude at the investigated locations. This means that the stresses around the crack are dominated by the opening (tensile) crack mode, which the high internal pressure load can explain.
Un aspecto esencial en el manejo de la vida útil de los canales combustibles en reactores del tipo CANDU es la prevención del contacto entre el Tubo de Presión (PT) y el Tubo de Calandria (CT). En condiciones normales de operación, dicho contacto puede ocurrir como resultado del creep por irradiación. Por lo tanto, el desarrollo de modelos computacionales que permitan predecir la respuesta del conjunto PT-CT resulta de gran interés en la industria nuclear. En este contexto, se presenta la implementación de un modelo de viga basado en elementos finitos que incorpora un modelo constitutivo simple de creep por irradiación. Este modelo se emplea para analizar el comportamiento del conjunto PT-CT a lo largo de la vida operativa del reactor. Los resultados obtenidos se ajustan a los valores derivados de inspecciones en servicio, permitiendo además realizar estimaciones sobre la vida útil restante del reactor.
S2505 | Part 2 / 2
Multiphase Flow and Transport in Porous Media and Microscale
Flujo y Transporte Multifásico en Medios Porosos y Microescala
Chairs | Directores:
Gustavo Buscaglia, Pablo Gamazo, Pablo Kler, Santiago Marquez Damian
La simulación de medios granulares en fase densa mediante partículas resulta costoso computacionalmente a escala industrial. Por ello, se recurre a modelos continuos que describen el comportamiento macroscópico del material a partir de leyes reológicas. Para ajustar estos modelos, es necesario contar con datos confiables que capturen las interacciones a nivel de grano. Las simulaciones con el Método de Elementos Discretos (DEM) permiten obtener esta información a escala de laboratorio, pe- ro sus resultados se expresan en propiedades y variables asociadas a las partículas, las cuales deben ser transformadas en campos del continuo. En este trabajo se presenta un código que implementa técnicas de promediado espacial para convertir resultados lagrangianos de simulaciones DEM en campos continuos definidos sobre una malla euleriana. Asimismo, se presentan casos simples que demuestran la capacidad para extraer información útil que permite calibrar y validar dichos modelos continuos.
The use of textures in hydrodynamic bearings is a well-established practice in tribology. Textures may arise from the natural roughness of the lubricated components, resulting from the manufacturing process, or be deliberately introduced with well-defined shapes and sizes based on prior experimental or numerical studies. Under the lubrication approximation, the classical Reynolds equation can effectively model the flow, however, this approach becomes inadequate when inertial effects are significant and/or when the textures exhibit large gradients. In such cases, solving the full Navier–Stokes (N-S) equations is necessary to accurately capture the flow behavior. This is computationally demanding, as the characteristic wavelength of the textures is typically several orders of magnitude smaller than the overall length of the lubricated device. To address this challenge, we propose a homogenization technique that uses solutions of the N-S equations at the texture scale as a closure to solve the local mass balance equation in the lubrication domain. This is achieved through a database of precomputed texture- scale solutions, assisted by machine learning techniques. The outcome is an offline model that enables efficient evaluation of texture effects on the performance of hydrodynamically lubricated devices.
Hybrid metal printing technologies, such as StarJet, offer a non-contact approach for the direct deposition of molten metals, enabling a wide range of applications, including high-resolution PCB interconnection, flexible electronics on polymer substrates, and localized soldering of electronic components on thermally sensitive materials. These advanced manufacturing techniques rely on the precise ejection and impact of micrometer-scale molten droplets at elevated temperatures, where fluid dynamics, heat transfer, and phase change phenomena are tightly coupled. In this study, we numerically investigate the behavior of droplets of a tin-silver-copper alloy impacting solid surfaces. The model is based on the Navier-Stokes equations coupled with heat transfer and phase change, incorporating temperature-dependent thermophysical properties to accurately capture both spreading and solidification stages. The droplets have diameters of approximately 400 μm and impact the substrate at high velocities, leading to characteristic timescales on the order of milliseconds. High-speed camera measurements were conducted to validate the droplet dynamics, while the lack of thermal imaging posed challenges in assessing the temperature field during impact. Despite this, the simulations yield valuable insights into the transient interaction between hydrodynamic and thermal effects, supporting the development and optimization of hybrid metal printing strategies.
El Método de Áreas Finitas (FAM) resuelve las ecuaciones gobernantes discretizando estas sobre una malla superficial, como extensión bidimensional del Método de Volúmenes Finitos (FVM). La principal ventaja que esta técnica presenta es la reducción de la cantidad de elementos necesarios para representar el dominio permitiendo utilizar mayores refinamientos en las regiones de interés. En este trabajo, se muestra la implementación realizada sobre la plataforma OpenFOAM ® de una herramienta de cálculo basada en el FAM para la resolución de la ecuación de Reynolds bifásica, que describe el campo de presiones y de la ecuación de transporte que describe la fracción de lubricante líquida presente en el cojinete hidrodinámico. La implementación de esta técnica permitió realizar estudios enfocados en el comportamiento fluidodinámico en las superficies micro texturizadas que de otra forma requieren de un elevado número de elementos incrementando los tiempos de cálculo. Los resultados obtenidos son contrastados con resultados experimentales disponibles en la bibliografía mostrando un excelente acuerdo.
Los yacimientos heterogéneos contribuyen en gran medida a la producción de hidrocarburos a nivel mundial. Las heterogeneidades resultan en propiedades de la formación cercanas al pozo que son diferentes a las propiedades lejos del pozo. Estas heterogeneidades pueden dar lugar al flujo no Darcy de alta velocidad, lo que aumenta la resistencia de flujo. Las heterogeneidades también se presentan en las fronteras de la formación, donde el contacto con rocas permeables e impermeables provoca que la energía disponible y la transmisibilidad de la frontera varíen significativamente. Estos factores dificultan la caracterización de estos yacimientos. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un modelo para describir el comportamiento de presión transiente de yacimientos heterogéneos bajo condiciones de flujo no Darcy. Se utiliza un modelo compuesto con una región interna y una externa. El modelo asume que el flujo en ambas regiones obedece a la ley de Izbash para flujo no Darcy y se utilizan condiciones de frontera tipo Robin para describir la heterogeneidad de la frontera. Las curvas tipo del modelo fueron construidas para evaluar el comportamiento de presión y se llevó a cabo un análisis de sensibilidad de los parámetros del modelo. La principal contribución de este trabajo es que evalúa por primera vez el efecto del flujo no Darcy tanto en la región interior como en la exterior y el efecto de las condiciones de frontera tipo Robin en el comportamiento de presión transiente. A partir de los resultados obtenidos, se determinó que el flujo no Darcy en la región exterior afecta el comportamiento de presión de manera no monotónica, a diferencia del flujo no Darcy en la región interior, y que la influencia sobre el comportamiento de presión de la zona permeable en la frontera del yacimiento es mucho mayor que el de la zona impermeable.