Simulation of Delamination Propagation in Composites Under High-Cycle Fatigue by Means of Cohesive-Zone Models

A damage model for the simulation of delamination propagation under high-cycle fatigue loading is proposed. The basis for the formulation is a cohesive law that links fracture and damage mechanics to establish the evolution of the damage variable in terms of the crack growth rate dA/dN. The damage state is obtained as a function of the loading conditions as well as the experimentally-determined coefficients of the Paris Law crack propagation rates for the material. It is shown that by using the constitutive fatigue damage model in a structural analysis, experimental results can be reproduced without the need of additional model-specific curve-fitting parameters

Comportamiento tribomecánico de sistemas de sustrato: recubrimiento duros

En aplicaciones como la conformación en frío, donde los metales duros recubiertos con películas de naturaleza cerámica son ampliamente empleados, la existencia de un contacto mecánico repetitivo induce tensiones Hertzianas y origina el fallo por fatiga. En este trabajo, se investigan diversos recubrimientos cerámicos depositados por deposición física desde fase vapor sobre calidades diferentes de metal duro y un acero rápido pulvimetalúrgico para evaluar sus respectivas respuesta al contacto y comportamiento a fatiga. El trabajo experimental incluye la caracterización de los sistemas mediante ensayos de rayado y nanoindentación y la evaluación de las curvas tensión-deformación de indentación esférica de los sustratos, tanto desnudos como recubiertos, poniendo especial atención en determinar las tensiones de contacto críticas asociadas a la deformación plástica y a la aparición de grietas circulares en la superficie recubierta. A este estudio, le siguen numerosos ensayos a fatiga a cargas inferiores a aquéllas identificadas como críticas bajo carga monotónica y para un número de ciclos comprendido entre 1.000 y 1.000.000 de ciclos. Los resultados experimentales indican que las películas cerámicas no parecen desempeñar un papel relevante en la aparición de la cedencia plástica, siendo la deformación plástica global controlada por la deformación del sustrato. No obstante, para tensiones elevadas de indentación durante el régimen plástico, existe la aparición de grietas circulares en los recubrimientos cerámicos. Además, la aparición de las mismas es sensible a la fatiga por contacto. Este análisis mecánico se complementa con una inspección detallada del daño generado en profundidad y superficie.

Monitor EMG con conexión inalámbrica

El sistema desarrollado en este trabajo permite la detección de fatiga del músculo de un paciente. Las señales electromiográficas generadas por el músculo son detectadas mediante electrodos superficiales, que sirven de entrada al circuito hacia los diferentes canales de entrada. Tras una primera etapa de amplificación, las señales son filtradas por un filtro pasabanda. Las señales acondicionadas se digitalizan mediante un conversor analógico digital que está conectado a un microcontrolador. Éste establece la comunicación con el PC enviándole los datos a través del puerto serie. Finalmente, mediante un programa implementado en Labview se procesan los datos y se determina la existencia o no de fatiga muscular.

Efecto de la microestructura en el comportamiento mecánico de aceros de herramienta para trabajo en frío

El estudio desarrollado en la tesis doctoral profundiza en las relaciones existentes entre la microestructura y el comportamiento a rotura y fatiga de tres tipos de Aceros de Herramienta para trabajo en Frío, dos obtenidos por colada y un tercero mediante pulvimetalúrgia. En primer lugar se evaluaron los aspectos microestructurales relacionados con las dos vias de procesamiento empleadas, además del efecto del cambio en la composición química. Asimismo se documentó la influencia del trabajado en caliente sobre la isotropía microestructural. Considerando las caracteristicas microestructurales se evaluó el comportamiento a rotura en tres orientaciones referidas al sentido de la deformación en caliente. Para ello , se empleó la Mecánica de la Fractura Elástica Lineal como marco analítico. Los resultados fueron tratados siguiendo la estadística de Weibull. Para el caso de los aceros colados se implementa un analisis de curva-R para explicar el crecimiento subcrítico de grietas observado experimentalmente. El estudio del comportamiento a fatiga incluyó la determinación del limite a fatiga para todas la orientaciones microestructurales escogidas y el estudio de la cinetica de propagación de fisuras físicamente pequeñas para la orientación con mejor respuesta mecánica.

Mecanismos de deformación en aceros inoxidables austeníticos metaestables

La deformación plástica puede inducir a la transformación de la austenita a martensita en los aceros inoxidables austeníticos metaestables. Para analizar este hecho, el inoxidable austenítico metaestable grado AISI 301 LN fue estudiado en dos condiciones diferentes: recocido y laminado en frío. En el primer caso, el acero era completamente austenítico, mientras que después de la laminación presentaba un importante porcentaje de α’-martensita. Se evaluó el cambio de fase cuando el acero es sometido a ensayos monotónicos y cíclicos, así como cuando ha sido modificada la superficie mediante el granallado o se han realizado tratamientos térmicos de reversión. Se utilizaron diferentes técnicas de caracterización microestructural para detectar y cuantificar la martensita, como microscopía óptica, difracción de rayos-X (DRX) y difracción de electrones retrodispersados (EBSD); como también de caracterización mecánica para evaluar el comportamiento de los aceros, trabajo esencial de fractura (TEF), conformabilidad, fatiga de alto número de ciclos (HCF) y nanoindentación. Los resultados mostraron un incremento en la resistencia mecánica del acero laminado en comparación al acero recocido; este hecho está relacionado con la presencia de martensita originada por la laminación. Sin embargo, en términos de deformación y endurecimiento el acero recocido presenta un mejor desempeño como consecuencia del elevado porcentaje de fase austenítica. Así mismo, revertir la martensita de laminación a austenita y refinar la austenita presente permite obtener un acero con una propiedades mecánicas similares a cuando esta en la condición laminado.

Universality class of fiber bundles with strong heterogeneities

We study the effect of strong heterogeneities on the fracture of disordered materials using a fiber bundle model. The bundle is composed of two subsets of fibers, i.e. a fraction 0 ≤ α ≤ 1 of fibers is unbreakable, while the remaining 1 - α fraction is characterized by a distribution of breaking thresholds. Assuming global load sharing, we show analytically that there exists a critical fraction of the components αc which separates two qualitatively diferent regimes of the system: below αc the burst size distribution is a power law with the usual exponent Ƭ= 5/2, while above αc the exponent switches to a lower value Ƭ = 9/4 and a cutoff function occurs with a diverging characteristic size. Analyzing the macroscopic response of the system we demonstrate that the transition is conditioned to disorder distributions where the constitutive curve has a single maximum and an inflexion point defining a novel universality class of breakdown phenomena

Avalanche dynamics of fiber bundle models

We present a detailed analytical and numerical study of the avalanche distributions of the continuous damage fiber bundle model CDFBM . Linearly elastic fibers undergo a series of partial failure events which give rise to a gradual degradation of their stiffness. We show that the model reproduces a wide range of mechanical behaviors. We find that macroscopic hardening and plastic responses are characterized by avalanche distributions, which exhibit an algebraic decay with exponents between 5/2 and 2 different from those observed in mean-field fiber bundle models. We also derive analytically the phase diagram of a family of CDFBM which covers a large variety of potential avalanche size distributions. Our results provide a unified view of the statistics of breaking avalanches in fiber bundle models

Critical ruptures in a bundle of slowly relaxing fibers

We study the damage enhanced creep rupture of disordered materials by means of a fiber bundle model. Broken fibers undergo a slow stress relaxation modeled by a Maxwell element whose stress exponent m can vary in a broad range. Under global load sharing we show that due to the strength disorder of fibers, the lifetime ʧ of the bundle has sample-to-sample fluctuations characterized by a log-normal distribution independent of the type of disorder. We determine the Monkman-Grant relation of the model and establish a relation between the rupture life tʄ and the characteristic time tm of the intermediate creep regime of the bundle where the minimum strain rate is reached, making possible reliable estimates of ʧ from short term measurements. Approaching macroscopic failure, the deformation rate has a finite time power law singularity whose exponent is a decreasing function of m. On the microlevel the distribution of waiting times is found to have a power law behavior with m-dependent exponents different below and above the critical load of the bundle. Approaching the critical load from above, the cutoff value of the distributions has a power law divergence whose exponent coincides with the stress exponent of Maxwell elements

Conditional BDNF release under pathological conditions improves Huntington's disease pathology by delaying neuronal dysfunction

Background Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is the main candidate for neuroprotective therapy for Huntington's disease (HD), but its conditional administration is one of its most challenging problems. Results Here we used transgenic mice that over-express BDNF under the control of the Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) promoter (pGFAP-BDNF mice) to test whether up-regulation and release of BDNF, dependent on astrogliosis, could be protective in HD. Thus, we cross-mated pGFAP-BDNF mice with R6/2 mice to generate a double-mutant mouse with mutant huntingtin protein and with a conditional over-expression of BDNF, only under pathological conditions. In these R6/2:pGFAP-BDNF animals, the decrease in striatal BDNF levels induced by mutant huntingtin was prevented in comparison to R6/2 animals at 12 weeks of age. The recovery of the neurotrophin levels in R6/2:pGFAP-BDNF mice correlated with an improvement in several motor coordination tasks and with a significant delay in anxiety and clasping alterations. Therefore, we next examined a possible improvement in cortico-striatal connectivity in R62:pGFAP-BDNF mice. Interestingly, we found that the over-expression of BDNF prevented the decrease of cortico-striatal presynaptic (VGLUT1) and postsynaptic (PSD-95) markers in the R6/2:pGFAP-BDNF striatum. Electrophysiological studies also showed that basal synaptic transmission and synaptic fatigue both improved in R6/2:pGAP-BDNF mice. Conclusions These results indicate that the conditional administration of BDNF under the GFAP promoter could become a therapeutic strategy for HD due to its positive effects on synaptic plasticity.

Anàlisi d'un treball de força explosiva combinant màquines vibratòries i màquines inercials

L’objectiu d’aquest estudi és comparar els efectes de dos mitjans de treball sobre la força explosiva en 9 atletes de nivell autonòmic i nacional (19,6 ± 2,6 anys, 1,76 ± 7 m i 68,9 ± 3,5 kg) que entrenaren durant el període competitiu, 6 setmanes amb una freqüència de 2 cops per setmana, seguint una periodització creixent. Els subjectes varen ser dividits en 3 grups de 3 atletes cada un, però utilitzant diferents mitjans d’entrenament: el grup experimental combinant la plataforma vibratòria i les màquines inercials (1), amb un temps d’exposició a la vibració de 30’’, a una intensitat de 45 Hz i una amplitud de 5 mm amb una pausa d’1’. I de 3 sèries de 8 repeticions executades a màxima velocitat en la fase concèntrica i controlant aquesta en la fase excèntrica, amb una pausa de 3’ en les màquines io-io. El grup experimental de pesos lliures (2), va realitzar 4 exercicis: ½ squat, pliometria (CEE), multisalts horitzontals i acceleracions, seguint les pautes d’un treball de força explosiva proposat per Badillo i Gorostiaga (1995). I un grup control (3), que no realitzà cap entrenament de força. Abans i després del període d’intervenció és realitzaren els següents tests: salt sense contramoviment (SJ) i salt amb contramoviment (CMJ). Els resultats indicaren que el grup (1), (2) i (3) disminuïren significativament el SJ i el CMJ. Es conclou que l’entrenament, tant en el de combinació d’estímuls vibratoris amb màquines inercials com el de pesos lliures pareix ser un mitja que s’ha de controlar i perioditzar molt bé ja que en el període competitiu l’atleta acumula uns nivells de fatiga tant muscular com fisiològics molt superiors que en altres períodes de la temporada.

Utilització de la variabilitat de la freqüència cardíaca (VFC) per a la valoració de l'estat de recuperació-estrès en l'entrenament del judo

Usually, competitive stress, work life or just the training load in athletes can cause a phenomenon called overtraining syndrome. It is described as imbalance between stimulus and recovery in which decreases performance of athletes without being apparently immersed in a frame of injury or disease. That prolonged fatigue may affect the ability to adapt and thus severely reduce performance. This situation can be prolonged in time despite the existence of weekly or monthly periods of recovery. We want to see if the parameters of HRV, RESTQ-Sport questionnaire and strength values vary significantly in front 2 types of training (an intensive two daily sessions, large volume of work and little rest between the sessions; and another with 4 weekly workouts, with longer recovery time and less volume of work), in national judo players (n=14) to study the relationship between VFC and the imbalance of stress-recovery. METHODOLOGY: We performed a longitudinal and experimental study of HRV in 14 subjects, judo players at the national, randomly divided into 2 groups. One of these was conducted intensive training (high volume and low recovery) and another who made a smoother workout (less volume and less recovery) during a period of 4 weeks. CONCLUTIONS: The correct interpretation of the fluctuation parameters of HRV during the training judo players, may be a good indicator of stress levels, the recovery workload and therefore the observation of VFC is becomes an economic and noninvasive method of monitoring training in judo.

Entrenament d'un ciclista esprinter mitjançant la força explosiva: avaluació dels efectes d'un entrenament específic

La principal fita dels ciclistes ha estat sempre l’entrenament per millorar les seves condicions i prestacions fisiològiques. Al llarg dels anys, el ciclisme com pràcticament tot l’esport s’ha anat modernitzant, no només tecnològicament. Això ha provocat l’aparició d’especialistes, corredors destinats a destacar, només en unes determinades condicions, per sobre els demés. Una d’aquestes condicions més restringides son les arribades massives, terreny dels anomenats esprinters, els quals brillen per sobre els demés degut a la seva potència, velocitat punta i arrancada. L’entrenament d’aquesta tipologia d’especialitat ha deixat entreveure varies ambigüitats i algunes problemàtiques de fonament teòric. L’esprint en el ciclisme es dona després d’un gran desgast de les reserves energètiques i de fatiga muscular. Per tant, entrenar-lo amb blocs de velocitat no té lògica. Tampoc es una opció viable el recurs que molts equips utilitzen: agafar corredors joves de la pista, i que la seva genètica (fibres ràpides) i les seves característiques de pistard1 facin la resta, perquè al pas dels anys perden aquesta exclusivitat. Aquest estudi es proposa buscar una manera de treballar i potenciar l’esprint del ciclista a partir de la força explosiva, garantint preservar les condicions aeròbiques per tal de que no perjudiqui per altra banda la seva resistència. Per tal d’aconseguir-ho, s’efectuaran uns tests. Un focalitzat en mesurar les prestacions en un esprint dels subjectes. L’altra es basarà en avaluar la força explosiva d’aquets, a partir de salts verticals. Un cop obtinguts els resultats de la primera tanda, els subjectes seran sotmesos a un entrenament combinat de sobrecàrrega, per tal de observar, en la segona tanda, si els resultats son significatius. Com a conclusió, es podria destacar el fet de millora en la majoria d’aspectes en tots els tests per part de tots els subjectes, i que probablement, hi ha una correlació significativa entre la força explosiva i la capacitat per esprintar, tot i que s’haurien de corroborar els resultats amb una mostra més gran.

Análisis y desarrollo de métodos para la detección de apneas en electrocardiograma

El proyecto nace de la necesidad de ofrecer un método de análisis de apneas por somnolencia que pueda ser utilizado con señales biológicas adquiridas sin contacto, como por ejemplo el ECG. Obtener señales biológicas con sensores sin contacto es muy importante en la monitorización de conductores, ya que la somnolencia al volante es una de las causas de accidente de tráfico más frecuentes, según el último estudio de la DGT. La apnea es un indicador de que el usuario tiene síntomas de cansancio y por ello, en este proyecto, se hace un estudio de variabilidad de señales derivadas del ECG para detectar zonas de fatiga y después caracterización morfológica de la apnea para localizarlas en las regiones de fatiga.