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    Estudio de la resistencia a fatiga térmica en moldes de inyección de aluminio utilizando aceros de alta conductividad térmica  Open access

     Molas, Sílvia; Hamasaiid, Anwar; Llobet, Albert; Valls, Isaac; Casellas, Daniel; Riera Colom, Maria Dolores
    Congreso Nacional de Tratamientos Térmicos y de Superficie
    Presentation's date: 2013-04-23
    Presentation of work at congresses

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    La mayoría de los mecanismos de fallo que determinan la durabilidad de un molde de inyección de aluminio a alta presión están relacionados con las solicitaciones termo-mecánicas de la superficie. En cada ciclo, la superficie de la herramienta está expuest a a elevadas variaciones de temperatura y cargas mecánicas que ocasionan la pérdida de propiedades superficiales (dureza, resistencia, etc.). La variación de las propiedades superficiales y las tensiones termo-mecánicas generadas en los ciclos de inyección inducen la aparición de grietas. A fin de retardar la aparición de estas grietas, se ha desarrollado una nueva generación de aceros de herramienta de trabajo en caliente denominados HTCS® (High Thermal Conductivity Steels) caracterizados por poseer elevados valores de difusividad térmica combinados con elevadas propiedades termo-mecánicas, comparados con los aceros de trabajo en caliente convencionales. Estas propiedades, sobre todo la difusividad térmica elevada, tienen su principal efecto en la reducción de las tensiones superficiales generadas en las herramientas debido a los gradientes térmicos durante el servicio, Esta reducción de tensiones se traduce en un aumento de la vida útil del molde de inyección. En este trabajo se evalúa el efecto de la conductividad térmica del acero de herramientas en la aparición y propagación de grietas por fatiga térmica . Para ello, se han fabricado dos moldes experimenta les de inyección de aluminio a alta presión con la misma geometría y dureza. Un molde se ha fabricado con acero de trabajo en caliente convencional (AISI Hll) y el otro molde con acero de alta conductividad térmica (HTCS®). Se ha realizado el seguimiento de la aparición y propagación de las grietas por fatiga térmica en los dos moldes durante el servicio. Para poder investigar y entender mejor la relación entre las diferencias térmicas y las tensiones superficiales generadas en los dos moldes experimenta les, se ha utilizado un modelo simple de Simulación por Elementos Finitos representativo de una sección del molde real.

  • Simulación de un tratamiento térmico mediante elementos finitos

     Giménez, Maria; Llobet, Albert; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Congreso Nacional de Tratamientos Térmicos y de Superficie
    Presentation's date: 2013-04-22
    Presentation of work at congresses

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  • Predicción microestructural de palanquillas de acero al carbono obtenidas por colada continua empleando una aproximación macro-micro.  Open access

     Acevedo Cabello, Jorge Luis
    Defense's date: 2013-02-08
    Department of Materials Science and Metallurgy, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    Se desarrolla un estudio numérico-experimental de la microestructura de solidificación y la segregación en palanquillas de aceros hipoeutectoides fabricadas con el proceso de colada continua. Un programa desarrollado en FORTRAN, resuelve con el método de los elementos finitos la transferencia de calor. Con los resultados del problema térmico y los parámetros microestructurales se simulan los espaciados dendríticos primarios y secundarios, y la cantidad de segregación que son generados durante el proceso de colada continua. La simulación numérica de la transferencia de calor, se valida con problemas industriales propuestos en bibliografía. Con las condiciones reales de operación, la composición química de cada acero y los modelos de cada zona de enfriamiento, se determina la evolución del campo de temperaturas y los espesores de las zonas líquida y sólida, las velocidades de enfriamiento y el gradiente térmico. En la medida en que se incrementa la velocidad de colada se observa que, la solidificación comienza más tarde y la longitud metalúrgica crece. El efecto de la temperatura de colada en los nodos internos es más apreciable que en los nodos superficiales. Si el flujo de agua de los rociadores se incrementa la temperatura en los nodos superficiales disminuye y el efecto demora más tiempo en llegar al centro de la palanquilla. La variación del porcentaje de C en la evolución de la temperatura afecta sólo en los nodos internos. Asumiendo condiciones de simetría la caracterización de los espaciados dendríticos se realiza en un cuarto de palanquilla. La simulación numérica de éstos se valida con los resultados experimentales de bibliografía y del presente estudio. Se realiza un ajuste numérico-experimental de los parámetros termo-físicos M y N que dan lugar a las ecuaciones que describen la evolución de los espaciados dendríticos. Se concluye que cerca de la superficie de la palanquilla no hay efecto de la variación de la velocidad de colada y del flujo de agua de los rociadores sobre los espaciados dendríticos, y, por otra parte, se observa que si hay efecto de la variación de la temperatura de colada y del contenido de C sobre los espaciados dendríticos. La predicción de la segregación en aleaciones de acero, se realiza con una metodología original no reportada en bibliografía denominada formulación mixta. Como primer paso se estudian los modelos analíticos de la microsegregación y la macrosegregación, y como éstos se relacionan con el problema térmico y microestructural. La caracterización en palanquillas de acero para los elementos químicos C, Mn, P, Si, S y Cr se realiza por espectrometría. Entre los resultados numéricos del problema térmico y los espaciados dendríticos, y los resultados experimentales de la segregación, la tendencia no es evidente. Por lo tanto, en la formulación mixta, un parámetro de ajuste θ que varía entre 0 y 1, permite combinar de modo proporcional la influencia de los fenómenos de microsegregación y macrosegregación. La predicción de la segregación se realiza con un parámetro de ajuste promedio obtenido de siete aceros. En la mayoría de los casos para los elementos químicos C, Si, Mn, P, S y Cr se ha observado que el parámetro de ajuste promedio fluctúa entre 0.4 y 0.5. En el borde de la palanquilla la segregación es negativa para los elementos químicos C y P, sucediendo lo contrario cerca del origen en donde predomina la segregación positiva para los elementos químicos C, Si, P y S. En la simulación del proceso son omitidos el campo de velocidades, la agitación electromagnética, la aceleración de gravedad y las asimetrías del proceso. Se obtienen buenos resultados de la transferencia de calor y los espaciados dendríticos. Sin embargo, desde una perspectiva numérica la simulación de la segregación presentó más dificultades, dado que la distribución de la composición química experimental es más heterogénea, sin implicar un problema de calidad en el material.

    A numerical-experimental study of the solidification microstructure of a continuous casting process of seven steel billets is carried out. The heat transfer problem is solved by the finite element method with a FORTRAN developed program. In the continuous casting process, the primary and secondary dendritic arm spacing and segregation that are generated are simulated based on the results of the thermal problem and microstructural parameters. The heat transfer numerical simulation, is validated with analytic solutions and two industrial problems proposed in literature. The temperature field evolution, liquid and solid areas thicknesses, the cooling rates and thermal gradient are determined with real operating conditions, the chemical composition of each steel and the models of each cooling zone. If the casting speed increases, the solidification starts later and the metallurgical length increase. The effect of the casting temperature in the internal nodes is greater than in the surface nodes. If the spray water flow is increased, the surface nodes temperature decreases and the cooling effect suffer a delay in reaching the center of the billet. The effect of carbon content on temperature is observed only in the internal nodes. Assuming conditions of symmetry, characterization of the primary and secondary dendritic arm spacing is performed in a quarter of the billet. The numerical simulation of these dendritic arm spacings is validated with experimental results of literature and the present study. Coupling experimental measurements with numerical simulation a fit of the parameters M and N give rise to equations predicting the dendritic arm spacing. A good prediction is obtained. No effects are observed in the variation of the casting speed and spray water flow on dendritic arm spacing near the billet surface, while an effect is experimented with a variation of the superheat and carbon content on dendritic arm spacing. The prediction of segregation is performed with an original methodology not reported in literature, and here called mixed formulation. As a first step analytical models of microsegregation and macrosegregation, are studied. As well they are associated to the thermal and microstructural problem. In steel billets the characterization of C, Mn, P, Si, S and Cr is performed by spectrometry. There is no evident trend between the numerical results of the thermal problem and dendritic arm spacings, and the experimental results of segregation. Therefore, a fitting parameter ¿ is implemented in the mixed formulation allowing a proportional combination of the influence of microsegregation and macrosegregation phenomena. The segregation is predicted with an average fitting parameter obtained from seven steels. In most cases, for the chemical elements C, Mn, P, Si, S and Cr, it has been observed that average fitting parameter ranges between 0.4 and 0.5. At the edge of the billet, negative segregation is obtained for C and P, while close to the center, positive segregation predominates for the chemical elements C, Si, P and S. In the continuous casting process simulation, velocity field, electromagnetic stirring, acceleration of gravity and asymmetries of the process are omitted. Good results of heat transfer and dendritic arm spacings have been obtained. However, the numerical simulation of segregation presented more difficulties, since the experimental chemical composition distribution is more heterogeneous.

  • Mechanical behaviour of tools for shearing Ultra High-Strength Steels: Influence of the microstructure on fracture and fatigue micro-mechanisms of tool steels and evaluation of micro-mechanical damage in tools  Open access

     Picas Anfruns, Ingrid
    Defense's date: 2012-12-10
    Department of Materials Science and Metallurgy, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    On account of environmental and safety related requirements, the majority of the most popular automotive manufacturers convey to introduce Ultra High Strength Steels (UHSS) and Press Hardened Steels (PHS) in the vehicle body-in-white. Nevertheless, the real success of UHSS and PHS parts implementation into the upcoming automobiles is being so far restricted by their harsh cold forming and post forming operations, e.g. shearing. Their high yield stress leads to accelerated damage and premature fracture of forming and cutting tools and this stands as great handicap of their manufacturing process. Tool materials require the maximum hardness ¿ toughness relationship so as to face up to such severe mechanical solicitations. The performance of tool steels during cold forming and shearing applications depends on the mechanical properties resulting from the complex interaction between their main microstructural constituents; i.e. primary alloy carbides and tempered martensite matrix (which consists in a fine distribution of nanometer-sized alloy carbides, the so-called secondary hardening carbides, precipitated in a martensite matrix).In this regard, the present Thesis has analysed the microstructure, macro- and micro-mechanical properties, crack nucleation and growth under monotonic loads, R-curve behaviour and fatigue crack nucleation and propagation mechanisms of four different cold work tool steels: 1.2379, UNIVERSAL, K360 and HWS. The mechanical and tribological behaviour of industrial and laboratory tools made of these steels have been studied, as well as the effects of shearing process parameters on their performance and quality of sheet sheared edges. The suitability of Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) based models to estimate the performance of tools has been evaluated in order to predict their service lives. Rationalisation of damage on tool steels from a micro-mechanical point of view in laboratory samples as well as in real tools has permitted to identify the aspects that a model should consider in order to successfully predict tool lives. In addition, it has permitted to propose a new approach to estimate tool performances based on the reduction of tool steels mechanical properties with the increase of the number of strokes. 1.2379, UNIVERSAL and K360 are produced following conventional ingot metallurgy routes while HWS is obtained by Powder Metallurgy (PM). As follows from their different chemical compositions and manufacturing routes, these steels show different primary alloy carbide features and distributions in the microstructure. Nucleation of cracks in tool steels is due to the failure of primary carbides by cleavage (and inclusion particles in case of PM steels). Small cracks nucleated from primary carbides in ingot cast steels are initially very shallow, but they tend to grow to semi-circular shapes as they propagate through the matrix bands. Ingot cast tool steels present R-curve behaviour, i.e. small cracks nucleated in the microstructure have lower toughness values than those determined for long cracks in standard measurement tests. The main failure mechanism of tools for punching and slitting UHSS is chipping at the cutting edge. Plastic deformation and nucleation of cracks at the surface of tools occurs as a result of the high frictional forces during sliding against the sheet. Due to the high contact pressures at the surface, carbides within a narrow range of depth beneath the surface are broken and cracks are also nucleated from surface asperities. Chipping is then explained by the nucleation and coalescence of these cracks. In presence of marked grinding grooves, failure of tools is significantly accelerated. Models based on LEFM have proved to predict with rather poor accuracy the life of tools. A new approach to predict tool performances is proposed which holds the idea that the micro-mechanical properties of the metallic matrix in tool steels decrease due to the application of repetitive load

    Per tal de satisfer les creixents demandes de seguretat i medi ambient, la major part d’empreses del sector de l’automoció han convingut en la introducció d’acers d’ultra alta resistència mecànica (UHSS) i acers d’estampació en calent (PHS) per la fabricació de peces estructurals en vehicles . Tanmateix, l’èxit de la implementació d’aquestes peces es veu afectat per les dificultats que deriven de les seves operacions de conformació i tall. L’elevat límit elàstic dels acers UHSS i PHS condueix al dany accelerat i fractura prematura de les eines, el que esdevé un impediment important a l’hora de dur a terme aquestes operacions a escala industrial.Els acers d’eina han de presentar alts valors de duresa i tenacitat per tal de resistir les elevades sol•licitacions mecàniques que reben. El seu rendiment ve determinat per les propietats micro-mecàniques que deriven de la complexa interacció entre els principals constituents microestructurals, és a dir els carburs primaris i la matriu de martensita revinguda.En aquesta Tesi s’han analitzat la microestructura, propietats macro- i micro-mecàniques, nucleació i creixement d’esquerdes a nivell monotònic, comportament de corba-R i mecanismes de nucleació i propagació d’esquerdes a fatiga en quatre acers d’eina diferents: 1.2379, UNIVERSAL, K360 i HWS. S’ha estudiat el comportament mecànic i tribològic d’eines fabricades a partir d’aquests acers treballant a escala industrial i de laboratori, així com els efectes dels paràmetres de tall en el rendiment de les eines i la qualitat dels marges tallats. La idoneïtat dels models basats en la Mecànica de la Fractura Elàstica Lineal (LEFM) a l’hora de estimar el rendiment de les eines ha estat avaluada per tal de predir la vida d’aquestes. La racionalització del dany en acers d’eina des d’un punt de vista micro-mecànic, en provetes de laboratori així com en eines reals, ha permès identificar els aspectes que un model hauria de considerar per predir de forma satisfactòria la vida d’eines. A més, també ha permès proposar una nova aproximació en aquest sentit, basada en la reducció de les propietats mecàniques de la matriu metàl•lica com a conseqüència de l’aplicació de càrregues repetitives. Els acers 1.2379, UNIVERSAL i K360 es fabriquen seguint processos de fosa i forja convencionals mentre que l’HWS s’obté per pulvimetal•lúrgia. Les diferents composicions químiques i processos de fabricació d’aquests acers expliquen que presentin microestructures amb carburs primaris de diferents característiques i distribucions. La nucleació d’esquerdes es deu a la fractura de carburs primaris per clivatge (i d’inclusions no metàl•liques en l’HWS). Les esquerdes petites nucleades a partir de carburs primaris en els acers fosos i forjats són inicialment molt poc profundes, però tendeixen a adquirir formes semi-circulars al créixer a través de la matriu metàl•lica. Els acers fosos i forjats presenten comportament de corba-R, és a dir que les esquerdes petites nucleades a la microestructura tenen una tenacitat inferior al valor determinat per esquerdes grans en els assajos estàndard. El principal mecanisme de dany observat en eines de tall d’acers UHSS és la fractura per fatiga a baix nombre de cicles. La deformació plàstica i nucleació d’esquerdes a la superfície de les eines s’explica per les elevades forces de fricció que es desenvolupen pel lliscament de la xapa. A més, les altes pressions de contacte a la superfície provoquen que els carburs primaris trenquin lleugerament per sota d’aquesta, i que d’altres esquerdes s’iniciïn a partir d’aspreses superficials. Les fractures es poden entendre doncs, per la nucleació i coalescència de les esquerdes esmentades. La presència de línies de mecanitzat afecta negativament la vida de les eines ja que accelera de forma molt significativa els processos de fractura. Els models basats en LEFM no s’han mostrat prou adients per predir la vida de les eines de tall i per això, una nova aproximació ha estat proposada.

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    Sheet failure prediction during forming of advanced high strength steels  Open access

     Gutiérrez, D.; Hernández, R.; Riera Colom, Maria Dolores; Lara, Toni; Casellas, Daniel; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Forming Technology Forum
    Presentation's date: 2012-06-05
    Presentation of work at congresses

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    The automotive industry has increased significantly the use of advanced high strength steels (AHSS) in many structural components of vehicles, with the aim to reduce weight and also increase safety. The high resistance of these steels is accompanied by a decrease in formability, which makes simulation a requirement to adequately foresee the formability of a stretch formed component. For sheet metal forming, the conventional diagram based in strains, Forming Limit Diagrams (FLD), is often used as a failure criterion, but this approach is not effective when working with AHSS, due to the bigger effect produced by changes on strain paths than conventional steels. This work proposes the use a Forming Limit Stress Diagram (FLSD) based on the main stresses acting on the material. These FLSD has been obtained by the simulation of stretching test. To improve the results, the tensile test curve has been extended by using an optical measuring system and a subsequent adjustment of the stress-strain curve for the material. Finally, simulations and real parts behavior have been compared and the failure predictions models have been discussed.

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    Simulación del proceso de emisión acústica. Generación de ondas elásticas transitorias en un engranaje bajo tensión  Open access

     Cobo Molina, Raul; Rezano Inza, Tomás; Riera Colom, Maria Dolores; Romeral Martinez, Jose Luis
    Reunión de Usuarios de SIMULIA
    Presentation's date: 2012-11-12
    Presentation of work at congresses

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    Con el objetivo de que el funcionamiento de una máquina sea el correcto es imperativo asegurar que existe un buen mantenimiento predictivo. Es conveniente tener un sistema inteligente y dispositivos capaces de detectar fallos en fases tempranas. Los fallos más comunes en máquinas industriales son todos aquellos relacionados con los sistemas de transmisión de potencia. La técnica de emisión acústica (EA) es el último enfoque para detectar e identificar defectos en rodamientos, cajas de cambio y uniones mecánicas. La emisión acústica (EA) es el fenómeno de generación de ondas elásticas transitorias en materiales bajo tensión. Cuando el material está sometido a un cierto nivel de tensión, una liberación rápida de energía de deformación tiene lugar en forma de ondas elásticas, las cuales pueden ser detectadas mediante transductores colocados en la pieza en cuestión. El objetivo de este trabajo es proporcionar una caracterización de las ondas elásticas que emanan de grietas localizadas entre el flanco y el valle de un engranaje. Las señales han sido registradas usando transductores colocados en la superficie del engranaje (a media distancia entre el eje y los dientes). El método de los elementos finitos ha sido utilizado para simular las ondas elásticas emitidas durante el crecimiento de las grietas. El modelo de simulación está basado en suposiciones elásticas y se ha llevado a cabo mediante Abaqus. Estos resultados han sido comparados con los resultados experimentales.

    In order to have a machine that functions well it is imperative to ensure that there is a good predictive maintenance. An intelligent system and devices able to detect the fault in its early stage is then convenient. The most common failures in industrial machines are those related to the power transmission systems. Acoustic Emission (AE) is the latest approach in detecting and identifying faults in bearings, gearboxes and mechanical couplings. Acoustic Emission (AE) is the phenomenon of transient elastic wave generation in materials under stress. When the material is subjected to stress at a certain level, a rapid release of strain energy takes place in the form of an elastic wave which can be detected by transducers placed on it. The objective of this work is to provide a characterization of elastic waves emanating from cracks located between the flank and the valley of a gear. The signals have been recorded using transducers attached to the surface of the gear (midway between the shaft and the teeth). FE modeling has been used to simulate the elastic waves emitted from fatigue crack growth. The model is based on linear elasticity assumptions and undertaken using Abaqus. These results have been compared with the experimental ones.

  • Stress corrosion cracking resistance in hot forming tools

     Gironés Molera, Anna; Molas i Busquets, Sílvia; Riera Colom, Maria Dolores; Casellas, Daniel
    International Tooling Conference
    Presentation's date: 2012-09-11
    Presentation of work at congresses

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  • Aplicación de criterios de conformabilidad en productos planos de aceros de alta resistencia  Open access

     Gutiérrez Castillo, Juan David
    Defense's date: 2012-11-28
    Department of Materials Science and Metallurgy, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

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    La conformabilidad de chapas metálicas suele evaluarse mediante los diagramas FLD (Forming Limit Diagrams), que informan sobre el límite de conformado de un material representado por la curva FLC (Forming Limit Curve). Estos diagramas y curvas han sido empleados durante años para estudiar la conformabilidad de un material y como criterio de fallo en la simulación por elementos finitos del conformado de componentes estructurales. La aparición de nuevos aceros con mayores prestaciones, como son los aceros AHSS (Advanced High Strength Steels), ha evidenciado las carencias de dichas curvas, debido principalmente a que son dependientes de los caminos de deformación. Por tanto, en los procesos de conformado donde existen procesos multietapas, dichas curvas no definen correctamente la conformabilidad del mismo. Para afrontar este problema, surgieron los diagramas basados en las tensiones principales FLSD (Forming Limit Stress Diagrams) y su respectiva curva límite FLSC (Forming Limit Stress Curve) que son menos sensibles a los caminos de deformación. El objetivo de la tesis es estudiar y proponer diferentes criterios de conformabilidad en productos planos (chapa metálica) de aceros de alta de resistencia que permita ser utilizado con criterio de fallo en las simulaciones por elementos finitos. Para alcanzar dicho objetivo la tesis se divide en tres bloques principales, un primer bloque dedicado a la caracterización mecánica (utilización de ensayos de tracción y compresión) y microestructural (determinación cualitativa y cuantitativa de las fases presentes). Un segundo bloque dedicado al estudio de las curvas FLC obtenidas de los ensayos de estirado Nakajima y Marciniak, donde se reflejan las diferencias de los caminos de deformación en los aceros AHSS y la diferencia según el método de cálculo para determinar el inicio de la estricción localizada. De aquí que se determinen las curvas FLC con criterio a rotura FLCF (Forming Limit Curve at Fracture) donde no se utiliza ninguna aproximación matemática para su cálculo. A partir de las curvas FLC experimentales, las leyes de endurecimiento obtenidas de los ensayos de tracción o compresión y la simulación por elementos finitos, se han determinado las curvas FLSC de los diferentes aceros estudiados. En el tercer bloque se han validado los diferentes criterios de conformabilidad mediante diferentes ensayos de conformado y la simulación por elementos finitos. Se ha utilizado el ensayo de embutición profunda para calcular el LDR (Limiting Drawing Ratio) y se ha conformado una pieza tipo montante abierto. A partir de los datos experimentales y los resultados de la simulación por elementos finitos aplicando los diferentes criterios de fallo estudiados se han verificado los criterios de conformabilidad. Para concluir, se ha estudiado la capacidad de los AHSS al ensanchamiento de orificios o abocardabilidad, definido en inglés como flangeability o stretch-flangeability. A diferencia de los aceros convencionales, se ha constatado que en un cierto rango de resistencia mecánica (800-1200 MPa), los aceros AHSS con mayor resistencia poseen una mejor abocardabilidad. Esto ha generado algunas dudas entre diferentes autores, debido a que la abocardabilidad estaba relacionada con la ductilidad y conformabilidad del material, es decir, mejores propiedades de abocardabilidad se obtenían con materiales más dúctiles y de menor resistencia. En esta sección, para explicar esta divergencia se ha utilizado el trabajo esencial de fractura (Essential Work of Fracture, EWF) que da información de la tenacidad a fractura de las chapas y de la energía necesaria para propagar una grieta. Se ha constatado que en aceros AHSS, a mayor resistencia mecánica, la energía para propagar una grieta aumenta, es decir, su valor de EWF, y que también se obtiene una mejor abocardabilidad.

    The formability of sheet metals is widely described using the FLD (Forming Limit Diagram) and FLCs (Forming Limit Curves). These diagrams and curves have been used, during recent years, to study the formability of sheet metals and as a failure criterion for finite element simulations of some forming processes of structural components. The emergence of higher performance steels, such as AHSS (Advanced High Strength Steels), has demonstrated the shortcomings of these curves, mainly because they are path dependent. Therefore, in multistep forming processes, such curves do not properly define the formability of sheet metals. To address this problem, the diagrams based on the principal stresses FLSD (Forming Limit Stress Diagrams) and the corresponding limit curve FLSC (Forming Limit Stress Curve) are used, because they are less sensitive to changes in strain paths. The aim of this thesis is to study and propose different formability criteria for flat products (sheet metal) of high strength steel that allow their use as a failure criterion in finite element simulations. To achieve this objective, the thesis is divided into three main blocks; a first section isdevoted to the mechanical characterization (using tensile and compression tests) and microstructural characterization (qualitative and quantitative determination of the current phases). The second section is dedicated to the study of FLC obtained by Nakajima and Marciniak stretch-forming tests, which reflect the differences in the strain paths for AHSS and also, the differences according to the mathematical method used to determine the onset of localized necking. Here, the forming limit has been calculated at fracture FLCF (Forming Limit Curve at Fracture) where there is no mathematical approach for their determination. For the stress criteria, FLSC of different steels have been determined using the FLC experimental curves, the hardening laws were obtained from tensile or compression tests and finite element simulations. In the third part the different formability criteria were validated using different forming process and finite element simulations. The deep drawing test and their LDR (Limiting Drawing Ratio) value and a specific workpiece were used to validate the different formability criteria. To conclude, the flangeability of AHSS has been studied. Unlike conventional steels, better flangeability can be achieved in AHSS at a certain stress range (800-1200 MPa), which also increases its mechanical properties. This has led to a disscussion among different authors, because the flangeability had been associated to the ductility and formability of the material. The belief was that a better flangeability was reached with more ductile materials and lower mechanical strength. In this third section, the Essential Work of Fracture (EWF) has been used to explain the apparent contradiction. The EWF can be considered a measure of the crack propagation resistance and is a methodology to evaluate fracture toughness in sheet metals. In AHSS, the higher mechanical properties, the better was the ability to produce a flange, and the higher was the resistance to propagate a crack, thus a connection between EWF and flangeability is presented.

  • FLSD as a good choice in sheet forming of AHSS

     Hernandez Rossi, Ricardo; Llobet Lorenzo, Alberto; Gómez, X.; Riera Colom, Maria Dolores
    SIMULIA Customer Conference
    Presentation's date: 2011-05-18
    Presentation of work at congresses

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  • Young's modulus variation during unloading for a wide range of AHSS steel sheets

     Cobo Molina, Raul; Hernandez Rossi, Ricardo; Benito Paramo, Jose Antonio; Riera Colom, Maria Dolores
    International Deep Drawing Research Group
    Presentation's date: 2011-06-07
    Presentation of work at congresses

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    Flow regime analyses during the filling stage in powder metallurgy processes: experimental study and numerical modelling  Open access

     Cante Teran, Juan Carlos; Riera Colom, Maria Dolores; Oliver Olivella, Fco. Javier; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Granular matter
    Date of publication: 2011-01
    Journal article

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    Experimental and numerical studies of powder flow during the die filling stage in powder metallurgy cold compaction processes are presented. An experimental setting consisting of a horizontal pneumatically activated shoe, a vertical die and high-speed video system has been designed. The experiments show the existence of three flow regimes: continuous, transitory and discrete, which are identified in terms of the particle size, the morphology and the speed of the shoe. In the continuous regime the powder flows in a progressive manner but in the discrete one some perturbations appear as a consequence of a shear band formation that forms discrete avalanches. A numerical model, based on a ratedependent constitutive model, via a flow formulation, and in the framework of the particle finite element method (PFEM) is also proposed. For the purpose of this study, the use of the PFEM assumes that the powder can be modelled as a continuous medium. The model, provided with the corresponding characterisation of the parameters, is able to capture the two fundamental phenomena observed during the filling process: (1) the irreversibility of most of the deformation experienced by the material and (2) the quick dissipation of the potential gravitatory energy of the granular system through the inter-particle friction processes, modelled by the plastic dissipation associated with the material model. Experimental and numerical results have been compared in order to study the viability of the proposed model.

  • Predicción del springback en el conformado asistido por láser de chapas de acero DP800 mediante simulación con Abaqus

     Cobo Molina, Raul; Brígido Belmonte, Albert; Benito Paramo, Jose Antonio; Romero, Pablo; Otero, Nerea; Riera Colom, Maria Dolores
    Congreso Nacional de Tratamientos Térmicos y de Superficie
    Presentation's date: 2010-10
    Presentation of work at congresses

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  • Simulación del proceso de generación de ultrasonidos mediante láser: detección, posicionamiento y medición de grietas o ranuras superficiales en régimen termolástico

     Cobo Molina, Raul; Riera Colom, Maria Dolores
    Reunión Nacional de Usuarios de SIMULIA
    Presentation's date: 2010-11
    Presentation of work at congresses

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  • Hard cutting of tailored hardened 22MnB5

     Laumann, Till; Picas Anfruns, Ingrid; Grané, Marc; Casellas Padro, Daniel; Riera Colom, Maria Dolores; Valls, Isaac
    International Deep Drawing Research Group
    Presentation's date: 2010-06-01
    Presentation of work at congresses

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  • Modelling and simulation of stamping of high strength steels

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    NAFEMS Awareness Seminar
    Presentation's date: 2010-04-28
    Presentation of work at congresses

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  • MEJORA DEL COMPORTAMIENTO A FATIGA Y DE LA CONFORMIBILIDAD DE ACEROS METAESTABLES MEDIENTE DISEÑO

     Prado Pozuelo, Jose Manuel; Calvo Muñoz, Jessica; Riera Colom, Maria Dolores; Heredero Alari, Francisco; Llanes Pitarch, Luis Miguel; Fargas Ribas, Gemma; Salán Ballesteros, Mª Núria; Mestra Rodríguez, Alvaro Miguel; Garcia Marro, Fernando; Zapata Dederlé, Ana Cristina; Mir Carbonell, Jordi; Botero Vega, Carlos Alberto; Mateo Garcia, Antonio Manuel
    Participation in a competitive project

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  • The elastic behaviour of non-sintered metal powder compacts

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part E, journal of process mechanical engineering
    Date of publication: 2010
    Journal article

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  • AUMENTO DE LA DUCTIBILIDAD EN FRIO DE MATERIALES METÁLICOS CON TAMAÑO DE GRANO NANOCRISTALINO Y ULTRAFINO

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel; Benito Paramo, Jose Antonio; Llumà Fuentes, Jordi; Jorba Peiró, Jordi; Cabrera Marrero, Jose Maria
    Participation in a competitive project

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  • PROCESAMIENTO, PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE ACEROS DESTINADOS AL SECTOR ELECTRICO

     Suarez Fernandez, Lucia; Calvo Muñoz, Jessica; Rodríguez Calvillo, Pablo; Benito Paramo, Jose Antonio; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel; Cabrera Marrero, Jose Maria
    Participation in a competitive project

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  • Conformado en caliente de chapa de acero

     Riera Colom, Maria Dolores; Hernandez Rossi, Ricardo; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Congreso Nacional de Tratamientos Térmicos y de Superficie
    Presentation's date: 2008-03
    Presentation of work at congresses

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  • Access to the full text
    De Bolonia (1088) a Bolonia (1988-2010). De la enseñanza basada en el conocimiento a la enseñanza basada en las habilidades  Open access

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Taller Iberoamericano de Educación en Ciencia e Ingeniería de Materiales
    Presentation's date: 2008-12-02
    Presentation of work at congresses

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    La humanidad está viviendo un período histórico de profundas transformaciones. La sociedad avanza a un ritmo muy superior al de sus propias estructuras, y la universidad reacciona por detrás de los acontecimientos. Se dice que la universidad está en crisis y no sólo de tipo financiero. En este trabajo se expone una breve historia de la universidad; se exponen sucintamente los distintos modelos a partir de los cuales se crean las universidades modernas y se plantean algunos de los aspectos fundamentales de la situación de la universidad actual debidos a la democratización y al cambio profundo, rápido y continuo del mercado laboral y, en general, de la sociedad. El proceso de Bolonia, a través del cual se define un Área de educación superior en Europa, está cargado de buenas intenciones y mejores palabras; pero, ¿serán todos los estamentos involucrados capaces de llevar a buen puerto una transformación tan intensa de la universidad?

  • Mechanical performance of tools in cold forming of high stregth steels

     Picas Anfruns, Ingrid; Casellas Padro, Daniel; Llobet Lorenzo, Alberto; Hernandez Rossi, Ricardo; Riera Colom, Maria Dolores; Valls, Isaac; Casas Aguirregomezcorta, Begoña
    International Conference on New Developments in Advanced High Strength Sheet Steels
    Presentation's date: 2008
    Presentation of work at congresses

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  • Fracture toughness characterization of advanced high strength steels by means of the essential work of fracture

     Llobet Lorenzo, Alberto; Casellas Padro, Daniel; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    International Conference on New Developments in Advanced High Strength Sheet Steels
    Presentation's date: 2008
    Presentation of work at congresses

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    Fracture toughness cannot be readily measured in metal sheet because the small thickness in which they are used (1-3 mm). In this sense the essential work of fracture (EWF) has been successfully applied to determine fracture toughness in polymers films and many metal sheets. However, their information about the applicability of this methodology to AHSS is relatively scarce. In the present work the fracture toughness of some advanced high strength steel Dual Phase and drawing steel sheets has been measured by means of the EWF. The results show that AHSS steels with yield strength up to 800 MPa meet the requirements of the method, and therefore the values obtained for the EWF are valid. Thus, the EWF is postulated as methodology to evaluate the fracture toughness and can be used as a mechanical parameter to characterize the fracture behavior during crash of AHSS steel sheets

  • Study of the influence of the decrease of the apparent young¿s modulus during unloading in the springback prediction

     Cobo Molina, Raul; Hernandez Rossi, Ricardo; Benito Paramo, Jose Antonio; Casellas Padro, Daniel; Riera Colom, Maria Dolores
    International Deep Drawing Research Group
    Presentation's date: 2008-06-16
    Presentation of work at congresses

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  • Model input data - Elastic properties

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel; Doremus, Pierre
    Date of publication: 2008
    Book chapter

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  • Simulation of hot stamping processes

     Riera Colom, Maria Dolores; Coussirat Nuñez, Miguel Gustavo; Guardo Zabaleta, Alfredo de Jesús; Valls, I; Casellas Padro, Daniel
    International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel
    Presentation's date: 2008-10
    Presentation of work at congresses

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  • Plastic behaviuor of green powder metallurgical compacts

     Prado Pozuelo, Jose Manuel; Riera Colom, Maria Dolores
    Materials science forum
    Date of publication: 2007-01
    Journal article

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    The results of monotonic and cyclic uniaxial compression tests, in which the deviatoric component of the stress is predominant, carried out on green and recrystallized iron compacts with different levels of density are presented and discussed in order to analyse the macro and micromechanisms governing the mechanical behaviour of non-sintered PM materials. The plastic deformation of the particles, especially at the contact areas between neighbouring particles, produces an internal friction responsible for the main features observed in the behaviour of green metallic compacts. These experimental results show important discrepancies with the plasticity models, Cam-Clay and Drucker-Prager Cap, used to simulate the powder compaction stage. Possible causes for these discrepancies are pointed out.

  • The elastic behaviour of metal powder compacts

     Prado Pozuelo, Jose Manuel; Riera Colom, Maria Dolores
    Materials science forum
    Date of publication: 2007-01
    Journal article

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  • Access to the full text
    Tool steel selection for cold forming of high strength steels based on the stress distribution in tools  Open access

     Hernandez Rossi, Ricardo; Riera Colom, Maria Dolores; Casellas Padro, Daniel; Valls, Isaac; Prado Pozuelo, Jose Manuel; Casas Aguirregomezcorta, Begoña
    Materials Science & Technology Conference
    Presentation's date: 2007-09-16
    Presentation of work at congresses

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    The excellent combination of high mechanical strength, high elongation and strain hardening of Advanced High Strength Steels (AHSS) has allowed their increasing use in the automobile industry to reduce vehicle weight and thereby fuel consumption while improving crash performance. However, the implementation of such high strength materials has generated difficulties related to wear acceleration and premature failure of forming tools. High loading during cold forming of AHSS increases to a great extent the tool requirements in terms of toughness and hardness properties. The main alternative to overcome these difficulties involves an optimized selection tool material through a proper evaluation of the stress state in the tools themselves. In this work, stress states on tooling during cold forming of AHSS have been evaluated by means of finite element simulation. The calculated results allow selecting the most suitable tool steel in terms of microstructure and mechanical properties.

  • Access to the full text
    Simulación del funcionamiento nominal de un servofreno  Open access

     Brígido Belmonte, Albert; Cortés, Esteve; Riera Colom, Maria Dolores
    Reunión de Usuarios de ABAQUS
    Presentation's date: 2007-11-05
    Presentation of work at congresses

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    El servofreno es una parte del sistema de frenado de los vehículos que amplifica la fuerza realizada por el conductor sobre el pedal de freno. Éste mecanismo aprovecha la aportación de vació por parte del motor para, posteriormente, aportar presión al líquido de frenos y así poder disminuir la velocidad del vehículo. Con la finalidad de crear un nuevo diseño de servofreno, es necesario realizar una simulación para obtener el estado de tensiones y deformaciones de cada una de las piezas que lo componen. Mediante un cálculo en ABAQUS/Standard, sobre una etapa nominal de frenado, se observa cual es el comportamiento de cada uno de los elementos que intervienen en el mecanismo del servofreno

  • Simulación de fenómenos de desgaste mediante el uso de ABAQUS/SCRIPTING

     Hernandez Rossi, Ricardo; Riera Colom, Maria Dolores
    Reunión Nacional de Usuarios de SIMULIA
    Presentation's date: 2007-11-05
    Presentation of work at congresses

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  • Access to the full text
    Evaluación del comportamiento a desgaste en aceros de herramienta: simulación por ordenador y verificación experimental  Open access

     Hernandez Rossi, Ricardo; Cruz, Marlon; Casellas Padro, Daniel; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Anales de mecánica de la fractura
    Date of publication: 2007
    Journal article

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    En el sector automovilístico se ha incrementado el uso de aceros de alta y muy alta resistencia para conformar piezas de carrocería. La utilización de estos nuevos aceros lleva asociada una problemática específica en la construcción de los útiles de conformado. El elevado límite elástico de estos aceros obliga a utilizar elevadas presiones de conformado, lo que provoca la aparición de roturas y desgaste prematuro en el utillaje. En este marco, se pretende obtener herramientas que permitan evaluar criterios de selección y diseño en los procesos relacionados con el desarrollo y aplicación de nuevos aceros de herramientas, con una óptima relación tenacidad-resistencia al desgaste. Si bien la mecánica de fractura permite establecer criterios de selección y diseño, no existen teorías fiables y universalmente aceptadas para la predicción del deterioro superficial de materiales (entre ellos el desgaste). En este sentido, la simulación por ordenador mediante el método de los elementos finitos de los fenómenos de fricción y desgaste se plantea como una interesante y escasamente reportada vía de aproximación al problema. El objetivo de este trabajo es ofrecer una primera aproximación a la compleja problemática asociada con la obtención de herramientas predictivas del fenómeno de desgaste empleando simulación numérica. Los resultados obtenidos se contrastan con ensayos experimentales de desgaste de Pin sobre disco en aceros de trabajo en frío DIN W-1.2379

  • Manufacturing and full characterization of silicon carbide based multi-sensor microprobes for biomedical applications

     Gabriel, Gemma; Erill, I; Caro, J; Gomez, R; Riera Colom, Maria Dolores; Villa Millaruelo, Ricardo; Godignon, P
    Microelectronics journal
    Date of publication: 2007-03
    Journal article

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  • Modelling of the plasticity in cold compaction of metal powders

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Revista de Metalurgia
    Date of publication: 2006-11
    Journal article

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  • Aplicación de materiales en el conformado de aceros de alta resistencia

     Casellas Padro, Daniel; Caro, Jaume; Beltran, Alfred; Riera Colom, Maria Dolores; Molas i Busquets, Sílvia; Hernandez Rossi, Ricardo; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Congreso Nacional de Materiales
    Presentation's date: 2006
    Presentation of work at congresses

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  • Modelización y simulación del comportamiento mecánico de materiales elastoméricos

     Riera Colom, Maria Dolores; Sanchez Soto, Miguel Angel; Gordillo Aubert, Antonio; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Congreso Nacional de Materiales
    Presentation's date: 2006
    Presentation of work at congresses

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  • Access to the full text
    Modelización y simulación de la etapa de compactación en pulvimetalurgia  Open access

     Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Revista de Metalurgia
    Date of publication: 2006
    Journal article

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    La industria pulvimetalúrgica está interesada en extender las aplicaciones y mejorar la calidad de sus productos. Para ello, necesita un conocimiento detallado de sus procesos que permita su control. La representación del comportamiento mecánico de estos materiales se ha realizado utilizando diversos tipos de modelos; en la actualidad, la mayoría de los grupos de trabajo considera a los polvos metálicos como materiales granulares. Los modelos de plasticidad definidos para los materiales geológicos se están aplicando a los agregados metálicos. Sin embargo, ninguno de los modelos conocidos puede representar adecuadamente su comportamiento mecánico, especialmente en estados de fallo.

  • Estudio experimental del llenado de moldes pulvimetalúrgicos

     Isturiz, A; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Revista de Metalurgia
    Date of publication: 2005-10
    Journal article

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  • Recent advances on the numerical and experimental study of the powder transfer stage in powder metallurgy

     Cante Teran, Juan Carlos; Oliver Olivella, Fco. Javier; González Ferrari, Carlos; Riera Colom, Maria Dolores; Istúriz, Álvaro; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Powder Metallurgy Congress & Exhibition
    Presentation's date: 2005
    Presentation of work at congresses

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  • Access to the full text
    Modelización y simulación del desgaste en aceros de herramientas  Open access

     Hernandez Rossi, Ricardo; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Reunión Nacional de Usuarios de SIMULIA
    Presentation's date: 2005-11-11
    Presentation of work at congresses

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    El desgaste y fallo en útiles de mecanizado y conformado es un problema cada vez mas acuciante, debido a las exigencias cada vez mayores a las que se ven sometidos: mecanizar a mayor velocidad o conformar materiales mas resistentes. ABAQUS es una importante herramienta para estudiar estos fenómenos; así pues, en este trabajo se presenta una muestra de diversas estrategias para modelizar procesos de desgaste y a su vez dar una perspectiva de la implementación de los nuevos criterios de fallo incorporados por el programa en la última versión.

  • Experimental and numerical study of the die filling stage in powder metallurgy

     Cante Teran, Juan Carlos; Oliver Olivella, Fco. Javier; González Ferrari, Carlos; Riera Colom, Maria Dolores; Istúriz, Álvaro; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy
    Presentation's date: 2005
    Presentation of work at congresses

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  • Determinación del estado tensional en útiles de conformado de aceros de alta resistencia y aplicación a aceros de herramientas

     Hernandez Rossi, Ricardo; Riera Colom, Maria Dolores; Casellas Padro, Daniel; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Congreso Nacional de Tratamientos Térmicos y de Superficie
    Presentation's date: 2005-10
    Presentation of work at congresses

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  • Access to the full text
    Simulación de desgaste mediante la sub-rutina "umeshmotion"  Open access

     Hernandez Rossi, Ricardo; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Reunión de Usuarios de ABAQUS
    Presentation's date: 2005-11-20
    Presentation of work at congresses

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    El primer paso para abordar el problema del desgaste en útiles de matriceria es conocer la distribución de tensiones en las herramientas y la magnitud de las presiones de contacto, a partir de dicha información es posible predecir el volumen desgastado de la herramienta. Un inconveniente importante en esta estrategia es que la evaluación de esfuerzos y presiones se realiza sobre la geometría original. El desgaste es un fenómeno en el cual la superficie de contacto se modifica progresivamente en el tiempo y por ende las tensiones en el sistema no son constantes. Mediante la subrutina UMESHMOTION es posible actualizar la geometría de la zona en contacto, de forma automática, en cada incremento de tiempo, utilizando como base un modelo de desgaste. Dicha subrutina se sustenta en un análisis de mallado adaptativo ALE sobre ABAQUS/Standad.

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    Data generation for the numerical simulation of powder compaction  Open access

     Prado Pozuelo, Jose Manuel; Riera Colom, Maria Dolores
    European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy
    Presentation's date: 2005
    Presentation of work at congresses

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    Numerical simulation of industrial plastic deformation processes needs of a precise characterization of the mechanical material properties included in the particular elastoplastic model. The plasticity model of bulk metallic materials is well known and the tests used for characterization are simple and well typified. The situation is quite different when the compaction of metal and ceramic powder has to be simulated; in this case, both, plasticity models and the corresponding mechanical tests are under discussion and research. Irrespective of the plastic model being employed more parameters and more complex than in the case of bulk materials must be determined. In this work the experience gained in this field by the joint effort of the research groups participating in the recently finished European Network Dienet is presented

  • Access to the full text
    Experimental study of mass flow and apparent density in powder metallurgy die filling  Open access

     Riera Colom, Maria Dolores; Istúriz, Álvaro; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    European Congress and Exhibition on Powder Metallurgy
    Presentation's date: 2005
    Presentation of work at congresses

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    Die filling is the first step in the process of powder compaction. The density distribution after die filling on the powder properties and the method of filling. In this work the authors study the effects of powders characteristics, size and morphology, and shoe speed on the type of mass flow during the filling and the resulting density distribution. Experimental results for different powders and die geometries are presented. Three flow regimes have been identified and their influence on apparent density is discussed

  • Modelización y simulación del comportamiento mecánico de materiales elastoméricos

     Riera Colom, Maria Dolores; Sanchez Soto, Miguel Angel; Gordillo Aubert, Antonio; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Reunión de Usuarios de ABAQUS
    Presentation's date: 2004-11-05
    Presentation of work at congresses

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  • Experimental study of the powder transfer stage in powder compaction

     Istúriz, Álvaro; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel
    Powder Metallurgy World Congress
    Presentation's date: 2004-10-18
    Presentation of work at congresses

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  • Informe de evolución de la simulación. Etapa-2

     Sanchez Soto, Miguel Angel; Riera Colom, Maria Dolores
    Date: 2004-01
    Report

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  • Analysis of powder/tool friction in closed die test

     Shtern, M; Cocks, A; Guyoncourt, D; Tweed, J; Riera Colom, Maria Dolores; Prado Pozuelo, Jose Manuel; Brewin, P
    Powder Metallurgy World Congress
    Presentation's date: 2004
    Presentation of work at congresses

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