Líneas de Investigación Materiales y Componentes / Análisis multiescala de materiales

Análisis multiescala de materiales

Desarrollo y aplicación de metodologías para la caracterización experimental morfológica y estructural de materiales en múltiples escalas, partiendo del nivel nano / micro para llegar al nivel macroscópico. Incluye la consideración del propio modelado y simulación numérica del comportamiento del material a partir la integración de los fenómenos físicos asociados a cada una de las escalas caracterizadas.

Se incide, especialmente, en:

  • La modelización multiescala aplicada a la predicción de propiedades efectivas funcionales y de transporte (viscosidad, permeabilidad, propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas) a partir de técnicas de homogenización analíticas y computacionales.
  • El análisis experimental mediante técnicas de microscopia y métodos bulk de la estructura heterogénea multiescala.
  • Desarrollo de modelos basados en métodos mesoscópicos multiescala para simulación del flujo en medio poroso multiescala deformable.
  • Desarrollo de modelos matemáticos reométricos generalizados.

 Se aplica a proyectos orientados a:

  • La predicción de propiedades efectivas multidominio (permeabilidad, elasticidad no lineal, fallo mecánico, conductividad eléctrica, expansión térmica,...) a partir de los detalles estructurales del material y/o de la reconstrucción directa de su morfología o una descripción estadística de la misma.
  • La investigación de la influencia del procesado del material en su morfología resultante, a nivel micro y/o nano (orientación de fibras, dispersión de partículas,....).
  • La integración de los dos enfoques previos a la generación de conocimiento en la integración proceso-producto de cara a la optimización del uso de un determinado material.
  • La definición de la estructura a nivel micro / nano necesaria para conseguir propiedades efectivas objetivo (tamaño y concentración de partículas, umbrales de percolación,...).

 Adicionalmente, y por su elevada relación especialmente en lo que hace referencia a la utilización de los métodos mesoscópicos multiescala para la simulación de flujos complejos, se introduce en esta línea como un objetivo complementario la extensión del uso de herramientas avanzadas de simulación para el estudio de procesos de transformación de material distintos a los recogidos en los paquetes de análisis de procesos más habituales en la industria.  Para ello:

  • Se utilizan múltiples herramientas numéricas (MEF implícito, MEF explícito CEL, CFD, SPH, …) para la simulación de procesos de transformación que no están cubiertos por códigos comerciales específicos, o para los que se plantean análisis en niveles de detalle que quedan fuera de dichos códigos.
  • Se usan asimismo códigos comerciales específicos (Moldex, PAM-RTM, …), aprovechando sinergias y creando masa crítica orientada al análisis avanzado de procesos en general.
  • Tal y como se ha comentado, se potenciá de manera especial la investigación aplicada en los métodos mesoscópicos multiescala para la simulación de flujos complejos, creando capacidades de I+D diferenciadas para el análisis de flujos viscoelásticos y flujos polidispersos y con posibilidades de extensión a problemas de interacción fluido-estructura.
  • Se aplican técnicas experimentales para la caracterización del comportamiento del material en el estado en el que se encuentra durante su transformación (reología, cinética de curado, permeabilidad, etc)

 Esta línea complementaria de trabajo centra su aplicación fundamentalmente en polímeros técnicos, adhesivos, y dispersiones,  aunque tiene como objetivo la generación e integración de capacidades altamente especializadas en diversas técnicas numéricas para el tratamiento de problemas muy no-lineales y con efectos dinámicos, siendo posible abordar otro tipo de procesos: conformado metálico, curado de composites, etc.

Soluciones
Equipamientos singulares

Varios servidores de cálculo de alto rendimiento para uso intensivo en simulación, completados con una amplia gama de estaciones de trabajo para creación de modelos y visualización de resultados.

Software para modelado 3D, tratamiento de superficies complejas y creación de mallas.

Software para simulación estructural y termo-mecánica, tanto implícito como explícito, aplicable de forma general a la resolución de problemas multifísicos.

Software para simulación fluido-dinámica y acoplamiento fluido-estructura.

Software para optimización numérica, acoplable a la mayoría del resto de paquetes de simulación disponibles.

Software específico para simulación de procesos de transformación de polímeros y materiales compuestos.

Software específico de modelización y análisis multiescala. 

Software de entorno matemático generalista para cálculo técnico.

Proyectos I+i financiación pública

SAFEJOINT Enhancing structural efficiency through novel dissimilar material joining aided by nanoparticle technologies

7th Framework Programe, FP7-NMP-2012-SMALL-6 (2013-2015)

 

LIMOWOOD Advanced wood plastic composite material for the production of bath furniture resistant to moisture and free of coatings

SMEs 7th Framework Programe, FP7 - SME-2011-1 Grant agreem. No. 314294 (2013-2014)

 

COMPAIR + Development of a manufacturing process for the production of small size complex-shaped structural aircraft components

SMEs 7th Framework Programe, FP7 - SME-2012-1 Grant agreem. No. 304755 (2012-2014)

 

TDM Seals + Cost-effective low-friction SEALS by Texturing During Moulding technology

SMEs 7th Framework Programe, FP7- SME-2012 -2 Grant agreem. No. 298647 (2012-2015)

 

FIBCEM. Development of a High-Performance, Regulation-compliant and Inexpensive Water-borne Wood Coating

7th Framework Programe , FP7-NMP-2010-SMALL-4 Grant agreem. No. 262954 (2010-2013)

 

ABSORNET. New concept and technology for high energy rock fall protection fences

SMEs 7th Framework Programe, FP7-SME-2010-1 Grant agreem. No. 262453 (2010-2012)

 

Knowlege-based radical innovation surfacing tribology and advanced lubrication – KRISTAL

IP 6th Framework Programe, 6NMP/041-515837 (2005-2009)

 

Complex Components from plastic materials – COMPLEX

Proyecto EUREKA, E! 1965 (1998-2001)

 

APLICANANO.  Síntesis y aplicación de partículas sobre matrices poliméricas para la obtención de nuevas propiedades mecánicas, tribológicas y de autolimpieza.

Proyecto Integrado de Desarrollo Experimental, DEX-600100-2008-17 (2008-2010)

 

Procesado y predicción de propiedades de composites termoplásticos reforzados con fibra corta

Acciones integradas Hispano-Portuguesas, HP2004-0083 (2004-2007)

 

Diseño a fatiga de componentes de plástico inyectado reforzado

PROFIT, FIT-030000-2004-80  (2004)

Publicaciones de artículos Científico-Tecnológicos

Numerical investigation of the influence of roughness on the laminar incompressible fluid flow through annular microchannels

J.R. Valdés. M.J. Miana, J.L. Pelegay, J.L.Núñez, T. Pütz

International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 50 (9-10), pp. 1865–1878

DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.10.006

May, 2007

 

3D mesomechanical analysis of three-axial braided composite materials

A. Miravete, J.M. Bielsa, A. Chiminelli, J. Cuartero, S. Serrano, N. Tolosana, y R.G. de Villoria

Composites Science and Technology 66(15), pp. 2954-2964.

Doi:10.1016/j.compscitech.2006.02.015

December, 2006

 

Analysis of carbon black networking in elastomers by dielectric spectroscopy

J. G. Meier, J. W. Mani, M. Klüppel

Deutsches Institut für Kautschuktechnologie e. V., Eupener Strasse 33, D-30519 Hannover, Germany

Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 75(5)

Doi: 10.1103/PhysRevB.75.054202

February, 2007

 

Application of micromechanical models for elasticity and failure to short fibre reinforced composites. numerical implementation and experimental validation

M. Laspalas, C. Crespo, M. A. Jiménez, B. García, J.L. Pelegay

Computers and Structures, Vol. 86, pp. 977–987

Doi: 10.1016/j.compstruc.2007.04.024

May, 2008

 

Introduction of a length correction factor for the calculation of laminar flow through microchannels with high surface roughness

J.R. Valdés, M. J. Miana, M. Martínez, L. Gracia, T. Pütz

International Journal of Heat and Mass Transfer 51, pp. 4573–4582

Doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.03.001

August, 2008

 

Porous-layer model for laminar liquid flow in rough microchannels

S. Izquierdo, J. R. Valdés, M. Martínez,  M. Accolti, S. Woudberg, P. Asinari, M. Miana ,  J. P. Du Plessis

Microfluid Nanofluid, Vol. 9, pp.1063–1075

Doi: 10.1007/s10404-010-0625-0

December, 2010

 

Multiscale characterization of computational rough surfaces and their wear using self-affine principal profiles

S. Izquierdo, C.I. López, J.R. Valdés, M. Miana, F.J. Martínez, M.A. Jiménez.

Wear, Vol. 274–275, pp. 1–7

Doi: 10.1016/j.wear.2011.07.010

January, 2012

 

Modelling of Couette flow in microchannels with textured surfaces

J R Valdés, S Izquierdo, M J Miana, M A Jiménez

J. Engineering Tribology, Vol. 226 no. 1, pp. 14-22

Doi: 10.1177/1350650111416298

February, 2011

 

Direct numerical simulation of complex viscoelastic flows via fast lattice-Boltzmann solution of the Fokker-Planck equiation

L. Bergamasco, S. Izquierdo, A.Ammar

Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics , Vol.201, pp.29-38

Doi: 10.1016/j.jnnfm.2013.07.004

November, 2013

Congresos y Ponencias

Application of failure criteria to short fibre reinforced composites and experimental validation

M. Laspalas, S. Maynar, C. Crespo, M.A. Jiménez, B. García

III European Conference on Computational Mechanics, Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering

Lisboa, Portugal

Junio  2006

 

Caracterización física de termoplástico reforzado en componente del sector del automóvil

E. Mozas, C. Crespo, M. Laspalas, A. Cajal, J.L. Pelegay

IX Congreso Nacional de Materiales

Vigo

Junio  2006

 

Implementación de un método semiautomático de medida de la orientación de fibra

M.Laspalas, E. Mozas, S. Maynar, C. Crespo, J.L. Pelegay

IX Congreso Nacional de Materiales

Vigo

Junio  2006

 

Estudio del efecto de la orientación de fibra en las propiedades mecánicas de composites reforzados con fibra corta. Análisis experimental y modelización numérica.

M. Laspalas, E. Mozas, M. Canales, M.A.Jiménez, B. García

IX Congreso Nacional de Materiales

Vigo

Junio  2006

 

The effect of elongational flow on the dispersion of multi-wall carbon nanotubes in rubbery polymers of different viscosities

J. G. Meier, E. Mozas, C. Crespo, M. Á. Jiménez

X Congreso Nacional de Materiales

San Sebastián

Junio de 2008

 

Simulación del contacto cable-polea

M.A. Jiménez, M. Laspalas, R. Rodríguez

Jornada nacional de usuarios de ABAQUS

Madrid

Noviembre, 2008

 

Percolation of nanotubes in a black co-polymer eith cylindrical phase morphology

J. G. Meier, C. Crespo, P. Gonzalvo, P. Castell, R. Sainz, W. K. Maser, A. Benito

Chem On Tubes 2010 Exhibition

Arcachon, France

Abril 2010

 

Simulación mediante MEF del comportamiento elástico de una red de fibras de celulosa

B. García, I. Conde, E. Liarte, S. González, M.A. Jiménez

XI Congreso Nacional de Materiales

Zaragoza

junio de 2010

 

Dependencia del punto de percolación de nanotubos de carbono en block co-polímeros en función del tipo de procesado

J. G. Meier, C. Crespo, N. Moussaif, P. Castell, R. Sainz, W. K. Maser, A. Benito

XI Congreso Nacional de Materiales

Zaragoza

Junio de 2010

 

Simulación del impacto de bola de acero contra placa de aluminio

M. Laspalas,  E. Pañero, M.E. Escario, F. Martín de la Escalera, M.A. Jiménez, R. Sánchez

XI Congreso Nacional de Materiales.

Zaragoza

junio 2010

 

Development of a simplified wire rope model and application to a traction sheave-rope contact

R. Rodriguez, M. Laspalas, M.A. Jiménez, A. Gomez

Symposium on the Mechanics of Slender Structures

San Sebastián

Julio 2010

 

Simulation with DIFIMAT FE of a Shrot Fiber Reinforced Composite and a Nano Reinfored Composite

M.Laspalas, I.Viejo, J.M. Bielsa, A. Escolan, J. Gómez, M.A. Jiménez

DIGIMAT user’s meeting

Luxemburgo

Octubre 2010

 

On the processing dependency of polymer-filler interactions in composites of MWCNTs and SEBS

J. M. Bielsa,  C. Crespo, J. L. Pelegay, P. Castell, W. Maser, A. Benito, J. G. Meier

9th Fall Rubber Colloquium

Hannover, Alemania

Noviembre 2010

 

Simulation of Peen Forming Process of Aluminum Aeronautic Panel

M. Laspalas, J. Gómez, F. Martín de la Escalera, R. Sánchez, M.A. Jiménez

2011 SIMULIA Customer Conference

Barcelona

Mayo 2011

 

Direct analysis of silica by means of solid sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry

E. Mozas, C. Crespo, J. Pérez, E. García-Ruiz, M. A. Belarra, M. Resano

Colloquium Spectroscopicum Internationale XXXVII

Brasil

Sept 2011

 

Desarrollo de un modelo predictivo para procesos de peenforming

M.Laspalas, F. Martín de la Escalera, R. Sánchez, M.A. Jiménez

Jornada Networking interplataformas: Tendencias en el desarrollo y aplicaciones de los materiales avanzados y nanomateriales para transporte y energía

Madrid

Septiembre 2011

 

Preparation, Characterisation and FE-simulation of the reinforcement of polycaprolactone with PEGylated silica nanoparticles

N.Moussaiff, I. Viejo, J.M. Bielsa, C. Crespo, S.Irusta  J. G. Meier

International Conference on Structural Nano Composites. NANOSTRUC 2012. Cranfield Univ

Bedfordshire, Reino Unido

Julio 2012

 

RTM permeability prediction using CFD and a GPY acceleration of a lattice Boltzmann solution for sub-grid probability density functions

L. Bergamasco, S.Izquierdo, M.A. Jiménez

European Congress on Computational Methods  in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2012)

Viena, Austria

Septiembre 2012

 

Nanocomposites en el Instituto Tecnológico de Aragón

C.Crespo, M. Laspalas

Meeting Nanotech. Cátedra SAMCA de Nanotecnología

Zaragoza

Diciembre 2012

 

Application of Digimtat to model fiber reinforced cement

Ismael Viejo, Manuel Laspalas, Miguel Ánguel Jiménez

DIGIMAT user's meeting 2013

Lieja, Belgica

octubre 2013

 

Modelización del comportamiento anisótropo no lineal de plásticos reforzados con fibra corta (SFRP) moldeados por inyección

Manuel Laspalas

XVII reunión de usuarios de SIMULIA

Madrid

Noviembre 2013

 

Consideration of fibre orientation in a micromechanical model for strain hardening cement composite.

I. Viejo, M. Laspalas,I. Mariner, M.A. Jiménez

EUROC-Computational Modelling of Concrete Structures

St. Anton am Arlberg.

Octubre 2013

Input data determination for RTM simulation of composite materials

M.Laspalas, M. Lizaranzu, M. Castrillón, A. Gimeno, S. Izquierdo, L. Bergamasco, M.A. Jiménez

ECCM-16th European Conference on Composite Materials

Sevilla

Junio 2014

Otros

TESIS DOCTORALES

Manuel Laspalas

Metodología numérico experimental para simulación del comportamiento anisótropo no lineal y predicción de fallo de plásticos reforzados con fibra corta

Universidad de Zaragoza - Diciembre 2013