ABSTRACT In order to reliably assess the rupture-risk of the aorta – along with the hazardousness index of cardiovascular diseases or other extreme conditions, and the effect of possible treatments – it is necessary to know the damage mechanisms that lead to it. In this work, the mechanical damage of hypoxic aortic tissue is characterized, numerically predicting its response when subjected to a bulge-test type of pressurization state. The mechanical behavior of the aortic wall, is described using a hyperelastic material model with two transverse-isotropy directions and an isotropic damage model; both experimentally calibrated, from previously reported uniaxial tensile-test results, performed on thoracic aorta samples of lambs exposed to chronic hypobaric hypoxia. A melatonin-treated group is studied in contrast to a control group. Once the constitutive model is calibrated, its performance is evaluated via the numerical simulation of the bulge-pressurization test; in which the quasi-static response of a quarter-disk shaped structure, fixed along its curved perimeter, and loaded out of its plane by a pressure, or force per unit area permanently normal to the loaded area, its analyzed.

RESUMEN Para evaluar de manera fidedigna el riesgo de ruptura de la aorta – junto a los índices de peligrosidad de enfermedades cardiovasculares u otras condiciones extremas y los efectos de posibles tratamientos – se requiere conocer los mecanismos de daño que conducen a ésta. En este trabajo, se caracteriza el daño mecánico del tejido aórtico en condición de hipoxia, analizando numéricamente su respuesta al ser sujeto a un estado de presurización similar al inducido por un ensayo de acopado hidráulico. El comportamiento mecánico de la pared aórtica, se describe mediante un modelo de material hiperelástico con dos direcciones de isotropía transversal y un modelo de daño isótropo; ambos calibrados experimentalmente, a partir de resultados de ensayos de tracción uniaxial previamente reportados, realizados a muestras de aorta torácica de corderos expuestos a hipoxia hipobárica crónica. Se estudia un grupo tratado con melatonina, en contraste a un grupo control. Una vez calibrado el modelo constitutivo, se evalúa su desempeño en la simulación numérica del ensayo de acopado hidráulico, en la cual se analiza la respuesta cuasi-estática de una estructura – en forma de cuarto de disco, fijada en el perímetro curvo – solicitada fuera de su plano por una presión o fuerza por unidad de superficie, permanentemente normal al área de carga. Los datos experimentales y los resultados de las simulaciones numéricas indican, que un tratamiento con melatonina reduce rigidez de la aorta. Adicionalmente, las presiones asociadas al inicio del daño entregadas por la simulación del ensayo son compatibles con una condición de hipertensión arterial.

Abstract Experiments and modeling aimed at assessing the mechanical response of latex balloons in the inflation test are presented. To this end, the hyperelastic Yeoh material model is firstly characterized via tensile test and, then, used to numerically simulate via finite elements the stress-strain evolution during the inflation test. The numerical pressure-displacement curves are validated with those obtained experimentally. Moreover, this analysis is extended to a biomedical problem of an eyeball under glaucoma conditions.

This work presents the numerical simulation of the melting process of a particle injected in a plasma jet. The plasma process is nowadays applied to produce thin coatings on metal mechanical components with the aim of improving the surface resistance to different phenomena such as corrosion, temperature or wear. In this work we studied the heat transfer including phase-change of a bi-layer particle composed of a metallic iron core coated with ceramic alumina, inside a plasma jet. The model accounted for the environmental conditions along the particle path. The numerical simulation of this problem was performed via a temperature-based phase-change finite element formulation. The results obtained with this methodology satisfactorily described the melting process of the particle. Particularly, the results of the present work illustrate the phase change evolution in a bi-layer particle during its motion in the plasma jet. Moreover, the numerical trends agreed with those previously reported in the literature and computed with a finite volume enthalpy based formulation.

Este trabajo presenta la simulación numérica de la fusión de una partícula inyectada en un jet de plasma. Este proceso es hoy en día aplicado para producir capas o recubrimientos delgados sobre componentes mecánicos metálicos, con el objetivo de mejorar su resistencia superficial frente a diferentes fenómenos tales como corrosión, temperatura y desgaste. En este trabajo se estudió la transferencia de calor incluyendo cambio de fase, de una partícula bimaterial compuesta por un centro metálico de hierro recubierto por una capa protectora de alúmina cerámica, dentro de un jet de plasma. El modelo numérico tomó en cuenta las condiciones ambientales a lo largo de toda su trayectoria en el jet. La simulación numérica de este problema fue realizada mediante una formulación de elementos finitos con cambio de fase que retiene como variable única la temperatura. Los resultados obtenidos mediante esta metodología describieron satisfactoriamente el proceso de fusión de la partícula. En particular, se describe la evolución del cambio de fase de la partícula bimaterial considerando el efecto producido por su movimiento en el ambiente gaseoso. Además, los resultados numéricos presentan concordancia con los presentados en la literatura utilizando una formulación de volúmenes finitos basada en la entalpía.

This paper presents an experimental and numerical analysis for the description of the mechanical behaviour of a carbon steel wire during an industrial process of damp drawing. Firstly, an experimental procedure aimed at measuring wire drawing forces in the twelve reductions present in the process was performed. Secondly, tensile tests were carried out in order to characterize the mechanical behavior of the material for each reduction step. The resulting stress-strain curves together with the computed responses obtained from the simulation of such tests allowed to derive the evolution of the representative elastic and plastic material parameters. This parameter evolution clearly reflected the relevant amount of hardening experienced by the material which, in turn, imposes restrictions over the drawing operation. The numerical simulations were conducted via a large strain elasto-plasticity model implemented in an existing finite element-based code called VULCAN. The material parameters obtained in the tensile tests were considered as data for the modeling of the entire wire drawing sequences. The computed results are considered as reasonable and representative of the material response during the deforming process.

En este trabajo se presenta un análisis experimental y numérico para la descripción del comportamiento mecánico de un alambre de acero al carbono durante un proceso industrial de trefilado húmedo. En primer lugar, se hizo una campaña experimental de mediciones de fuerza de trefilado de las doce reducciones presentes en el proceso. En segundo lugar, se llevaron a cabo ensayos de tracción con objeto de caracterizar el comportamiento mecánico del material en cada etapa de reducción. En estos ensayos se obtuvieron curvas de tensión-deformación que, en conjunto a las respuestas calculadas a partir de la simulación de los ensayos, permitieron derivar la evolución de los parámetros elásticos y plásticos característicos del material a medida que se reduce su diámetro. De dicha evolución se constató el gran endurecimiento que experimenta el material durante el proceso el que, a su vez, condiciona fuertemente su trefilabilidad. Las simulaciones se realizaron por medio de un modelo elastoplástico de grandes deformaciones implementado en un programa de cálculo preexistente, basado en el método de elementos finitos, denominado VULCAN. Luego, los parámetros del material obtenidos en los ensayos de tracción fueron considerados en la simulación del proceso de deformación que ocurre durante el paso del alambre a través de los dados. Los resultados de la simulación se consideran aceptables y representativos del comportamiento del alambre en el proceso.