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laboratorio de engineering design

dilab

red de investigadores en educación chilen

a

riech

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CONTESTAR: ENCUESTA MEDIO SEMESTREDesde lunes 15 hasta el martes 30 de abril

Qué APRENDIMOS la clase anterior?

¿ Etapas PROCESO de DISEÑO

PROTOTIPAR

Fallar rápido y seguido

Cronograma del Proyecto (Timeline)

LANZAMIENTOINICIO

PROTOTIPO FRACASAAPRENDER AQUí

DEMASIADO TARDE

Costo de cometer un error

$

PARA APRENDER ANTES

# de ciclos de prototipos & testeos

LANZAMIENTOINICIO

Riesgodel

Proyecto

PARA TRIUNFAR ANTES

Fallar rápido y seguido

ROL(La función en la vida del usuario )

Apariencia (Como se ve y siente)

Prototipo con INTENCIóN

Fuente: What do Prototypes Prototype? by Stephanie Houde and Charles Hill. Apple Computer, Inc. Cupertino, CA, USA

s.houde@ix.netcom.com, hillc@ix.netcom.com

INTEGRACIóN

IMPLEMENTACIóN(Como cumple su función)

MATERIALESV-Ray Materials, http://cgterminal.com/2011/07/30/vray-2-0-materials-guide/

http://www.cultofmac.comhttp://www.smilingtreetoys.com

chop-stock.deviantart.com La cabaña primitiva, en: Laugier, Essai sur l’Architecture, 1755.

http://www.bunnyfish-tamer.com/portfolio/yoyo.php

SISTEMA

Componente 1

Componente 2

Componente 3

forma

materialPROPIEDADES

mecánicas

térmicas

ópticas

eléctricas

+

tecnológicas

geology.comimgkid.com

PROPIEDADES DE MATERIALES¿qué y cuáles son? ¿dónde se originan?

pixshark.comtomra.com

chemicalpics.comAlquimia, en.wikipedia.org

chemicool.com

ELEMENTOS

Todos sus fragmentos presentanpropiedades idénticas a las del total

Propiedades deben originarse enlas características de los fragmentos

No se pueden descomponer…se pueden subdividir

Interconecciones de IC - IBM, 1998 Cobre bajo el STM - NIST, 2004Chip de cobre - IBM, 1998

ÁTOMOELEMENTO

Debe haber tantos átomos distintoscomo elementos distintos

¿Qué los diferencia?¿Qué los caracteriza?

Sus características deben originarlas propiedades de cada elemento

¿Cuáles?¿Cómo?

Orbital Viewer 1.04 - Manthey, 2004

q+ Q+

q+ Q−

r

ENLACES

Las interacciones entre átomos se debena la acción de la fuerza electromagnética

CRISTALINO AMORFO

SiO2

cristalino: cuarzoSiO2

no-cristalino: vidrio

Si

O

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

photo.elsoar.com gizmodo.com

Esfuerzo es la tensión interna que produce la carga sobre el material del objeto.En tensiones axiales es la fuerza por unidad de área de la sección perpendicular a la fuerza (ejemplo: 100 kgf/cm2 o 1000 N/cm2)

La carga es la fuerza que se ejerce sobre un objeto (ejemplo: 100 kilos o 1000 Newtons)

Deformación es el cambio dimensionalque experimenta el material como resultadodel esfuerzo. La deformación unitaria es el cambio de dimensión por cada unidad de largo en el sentido paralelo a la fuerza(ejemplo: 5 mm/m o 0.005 mm/mm)

100 kgf(~1000 N)

1 cm2

Carga

Carga

Area

Δ L

L

5 mm

1 m

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

Fuentes de la información: > Primarias: ensayos de laboratorio> Secundarias: tablas, normas,libros de referencia

Propiedades mecánicas de los materiales

Fuente imagen: http://www.tecnalia.com/images/stories/servicios-tecnologicos/laboratorios/Ensayos-Mecanicos-0g.jpg

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

σ(esfuerzo, MPa)

ε( deformación

unitaria )

esfuerzoaplicado

deformaciónobtenida

Ley de Hooke:

Un cuerpo tensado experimentauna extensión directamenteproporcional a la tensión quese le aplica

En una barra o cable de un ciertomaterial se verifica que:

ε σ∝La capacidad de deformarselinealmente se llama elasticidad

Ensayo uniaxial: Régimen elástico

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

esfuerzoaplicado

deformaciones obtenidas

mayorrigidez

menorrigidez

σ(esfuerzo, MPa)

( o módulo de Young )Es la pendiente de la relacióntensión <-> deformación unitaria

ΔεΔσE =

Materiales más rígidos:módulos más grandes

Δσ

Δε

en régimen elástico

E εσ =ε( deformación

unitaria )

Ensayo uniaxial: Módulo elástico (E ):

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

σ(esfuerzo, MPa)

ε( deformación

unitaria )

esfuerzoaplicado

deformaciónproporcional

Si se excede el límite elástico:se produce deformación plástica

deformaciónno-proporcional

La capacidad de deformarse enesta zona se llama plasticidad

Ensayo uniaxial: Régimen plástico:

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

La deformación plásticaes permanente

σ

ε

esfuerzo último(máximo)

deformaciónproporcional

deformación última(de ruptura, o máxima)

falla

+ -

+ -

+ -

Ensayo uniaxial: Resistencia a ruptura

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

σ

ε

Resistencia altaRigidez mediaPlasticidad baja

Resistencia mediaRigidez altaPlasticidad alta

Resistencia bajaRigidez bajaPlasticidad baja

(distintos tipos de material)

Ensayo uniaxial: Propiedades mecánicas

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

σ

ε

Comportamiento frágilmateriales cerámicos

Comportamiento dúctilmateriales metálicosmateriales poliméricos

Ensayo uniaxial: Ductilidad / Fragilidad

Comportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

Homogeneidad: Elemento está compuesto en su totalidad por el mismo material.

Propiedades mecánicas de los materialesComportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

Isotropía: Se comporta del mismo modo ante solicitaciones en distintas direcciones

Material isótropo Material anisótropo

Propiedades mecánicas de los materialesComportamiento mecánicoy propiedades mecánicas

Otras Propiedades de los materialesConductividad Térmica: Capacidad de transmitir calor (movimiento de partículas)

Propiedades térmicas

Conductividad Eléctrica: Capacidad de transmitir electricidad (transferencia de electrones)

Otras Propiedades de los materialesPropiedades eléctricas

CLASES DE MATERIALESMateriales metálicos

Materiales poliméricos

Materiales cerámicos

Materiales compuestos

ACTIVIDAD

Selección de material para barrera de contención

Fuente Imagen: http://www.tertu.com/es/wp-content/gallery/t40-bp/4-min.jpg

Fuente: Prof. Guillermo Thenoux

Selección de material para barrera de contención

> No producir deceleración extrema al ve hículo, los pasajeros y la carga (max. 7g).

> Producir el menor daño al vehículo. En lo posible el vehículo debería poder “moverse por si solo”.

> Controlar la trayectoria del vehículo y/o evitar que éste quede en posición de peligro.

Fuente: Profesor Guillermo Thenoux

Fuente: Prof. Guillermo Thenoux

Selección de material para barrera de contención

> Que el posible destrozo del sistema de contención, no provoque daños hacia el interior del vehículo.

> Que luego del impacto no se altere la funcionalidad del sistema vial del entorno.

> Que el costo de conservación y reposición del sistema sea bajo.

Fuente: Profesor Guillermo Thenoux

Selección de material para barrera de contención

> Aunque la respuesta no está dada sólo por la materialidad sino que también por características como geometría y estructuración (componentes), el material es muy relevante.

> Las barreras plásticas rellenas con agua generan condiciones de riesgo después del accidente

> Los sistemas rígidos generan mucho daño en el vehículo

Fuente: Profesor Guillermo Thenoux

Selección de material para barrera de contención

> La mejor solución es una combinación de materiales rígidos que detengan el vehículo y dúctiles que absorban su energía.

Fuente: Profesor Guillermo Thenoux

Elección del material adecuado

> No existe el material perfecto.

> Priorizar según las necesidades más apremiantes del problema a resolver.

> Decidir considerando las restricciones del caso

Fuente Imagen: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d3/Asphalt_base.jpg