Doctorado en Ingeniería Mecánica

Descripción

El objetivo del Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica es la formación de capital humano avanzado de excelencia con una fuerte base científica-tecnológica, capaz de abordar problemas complejos de investigación y problemas de ingeniería aplicados y resolverlos en forma independiente y original, aportando así a ampliar las fronteras del conocimiento en el ámbito de la Ingeniería Mecánica.

Objetivos específicos

Formar Doctores en el área de la Ingeniería Mecánica con:

• Sólida formación en una de las cuatro áreas de investigación del doctorado: En mecánica de fluidos, energía y transferencia de calor; Mecánica de sólidos; Confiabilidad y gestión de activos físicos; Comportamiento mecánico de materiales, manufactura avanzada y robótica.
• Capacidad de formular y llevar a cabo proyectos de investigación originales en forma independiente
• Capacidad para cultivar la Ingeniería y Ciencias de la Ingeniería Mecánica a través de la generación de nuevos conocimientos y publicaciones en forma de artículos científicos en revistas de corriente principal

Plan de estudio

El Programa de estudios conducente al grado de Doctor en Ingeniería Mecánica tiene una duración de 4 años. Incluye la aprobación de asignaturas, del Examen de Calificación y del Examen de Grado. El Programa contempla la aprobación de un total de 240 Créditos, de los cuales 30 corresponden a cursos obligatorios, 30 a cursos electivos y 180 Créditos para el Proyecto de Tesis. Un crédito representa 27 horas de trabajo total de un estudiante, considerando tanto aquel realizado bajo supervisión docente, como el trabajo personal que emplea para cumplir con los requerimientos del programa.

El detalle del plan de estudios es el siguiente:

• 6 cursos obligatorios (30 créditos).
• 5 cursos electivos (30 créditos).
• Examen de Calificación, según las modalidades definidas en el Reglamento General de Estudios de Postgrado de la Universidad de Chile.
• Tesis (180 créditos) que deberá ser un aporte original, creativo y relevante a la Ingeniería Mecánica o a las Ciencias de la Ingeniería relacionadas.

Los cursos obligatorios y electivos (60 Créditos en total) deben ser aprobadas satisfactoriamente a más tardar en el cuarto semestre del Programa. El objetivo de las asignaturas es proporcionar a los estudiantes una base sólida en análisis teórico y numérico.

Para realizar el seguimiento de los estudiantes y así velar por la permanencia y graduación oportuna de los estudiantes, el comité académico designará entre los miembros del Claustro a un profesor tutor de cada alumno ingresado, en el primer semestre del programa. Además de la labor de seguimiento, el profesor tutor asesorará al alumno en la elección de asignaturas, del proyecto de Tesis y del profesor guía de la Tesis. Anualmente deberá entregar al comité académico un informe sobre el avance curricular del alumno y alertarlo de demoras en este avance.

Requisitos de Admisión

El requisito general de admisión es estar en posesión del grado académico de Licenciado en Ciencias y/o Ciencias de la Ingeniería.

Los postulantes deberán presentar los siguientes antecedentes para su evaluación:

• Solicitud de admisión
• Dos cartas de recomendación
• Una carta personal de presentación del postulante en la cual se expliciten sus objetivos al postular al Programa y sus áreas de interés
• Certificados de estudios universitarios previos, con las calificaciones y escalas de notas correspondientes; y malla curricular
• Curriculum vitae indicando antecedentes académicos y experiencia laboral
• Los postulantes deberán presentarse a una entrevista personal ante el Comité Académico para plantear su interés en el Programa y su motivación; en el caso que ello no sea posible, se podrá realizar la entrevista mediante videoconferencia.

Se exigirá dedicación completa al Programa

Líneas de Investigación

Los alumnos del Programa podrán realizar su Tesis Doctoral principalmente en las siguientes cuatro líneas de investigación consolidadas del programa:

• Linea1: Mecánica de fluidos, energía y transferencia de calor
• Línea 2: Mecánica de sólidos
• Línea 3: Confiabilidad, mantenimiento y gestión de activos físicos
• Línea 4: Comportamiento mecánico de materiales, manufactura avanzada y robótica

Dentro de estas líneas existen diversos temas de investigación activos que se están desarrollando a nivel numérico, teórico y experimental.

A continuación, se presentan las actuales áreas de investigación:

Línea de mecánica de fluidos, energía y transferencia de calor

En esta línea se investigan fenómenos de transporte de fluidos, de calor y conversión de energía. Se utilizan herramientas computacionales y experimentales para investigar estos fenómenos, que pueden incluir turbulencia, mezclas o combustión, entre otros. La conversión de energía a través del movimiento de un fluido o radiación es una parte central de la investigación en esta área. La interacción entre un fluido y un sólido es relevante en aplicaciones específicas como en biomecánica.

En conversión de energía se estudia el modelamiento hidrodinámico del flujo de cargas en dispositivos constituidos por semiconductores y en el modelamiento térmico y eléctrico de celdas solares fotovoltaicas. En energía eólica de pequeña escala se modela el comportamiento fluidodinámico del recurso eólico urbano y la aerodinámica de turbinas eólicas.

Siempre en conversión de energía, se desarrolla el modelamiento de sistemas de cogeneración solar térmico con solar electroquímico y la integración con fuentes de ERNC y electromobilidad, así como la optimización de microturbinas hidráulicas de impulsión por la vía la maximización del rendimiento hidráulico.

En el ámbito de la física teórica y experimental no-lineal se desarrollan estudios sobre inestabilidades en dominios abiertos y acotados; hidrodinámica y turbulencia; procesamiento de señales en acústica; e Interferometría Mach Zehnder.

Un tema interdisciplinario, es la modelación de la evolución de patologías tales como aneurismas cerebrales y estenosis desde el punto de vista fluido-dinámico, usando para ello Mecánica de Fluidos Computacional. Se determinan los campos de velocidades y esfuerzos en las paredes, para conocer su comportamiento mecánico y determinar su riesgo de ruptura.

Otra investigación es sobre el transporte turbulento de calor y momentum a través de cortinas de aire. En ella se realiza la caracterización experimental y numérica del transporte de calor, de momentum y de masa, a través de un arreglo de cortinas de aire dobles al interior de espacios susceptibles de confinar para aislar sustancias tóxicas (humos, gases, polvos en suspensión) o magnitudes escalares activas, como la temperatura, en espacios cerrados (como túneles viales, cámaras blancas, cámara de refrigeración) para la protección de vidas humanas o mantención de lugares higienizados.

Línea de mecánica de sólidos

En Mecánica de sólidos computacional se formulan métodos numéricos - tales como el método de elemento finito, método del elemento finito poligonal, método del elemento finito virtual, métodos de elemento finito generalizados y métodos sin malla - y se implementan para el modelamiento y la simulación computacional en ingeniería de sólidos y estructuras, y para aplicaciones en monitoreo en tiempo real de fallas en estructuras.

Los métodos de ajuste de modelos en elementos finitos permiten verificar y corregir el modelo numérico de una estructura a partir de sus datos experimentales obtenidos desde las vibraciones características. La investigación en este tema se enfoca en el desarrollo de algoritmos de modelación inversa por medio de métodos de optimización global como algoritmos genéticos y en la selección de una medida apropiada para comparar los datos numéricos y experimentales.

En el desarrollo analítico de mecánica de sólidos se investiga en elasticidad no-lineal, en particular en el desarrollo y estudio de algunos nuevos tipos de ecuaciones constitutivas para modelar el comportamiento de sólidos elásticos no-lineales. También se aborda la
electro y magneto-elasticidad, especialmente en el estudio de algunos nuevos tipos de invariantes que son usados para caracterizar la función de energía, en el caso de modelar algunos tipos de materiales electro y magneto-elásticos que son altamente anisotrópicos.

Un interesante ejemplo de interrelación entre estas áreas, es la investigación sobre recolección de energía por medio de vibraciones. Un material piezoeléctrico al ser sometido a vibraciones genera un voltaje alterno que puede ser utilizado directamente para energizar un sistema o puede ser almacenado en una batería o condensador. Esta investigación consiste en el desarrollo y modelación de dispositivos que permitan recolectar energía a partir de vibraciones con un rango amplio de frecuencias y en la recolección de energía a partir de vibraciones inducidas por fluidos.

Línea de confiabilidad, mantenimiento y gestión de activos físicos

En la identificación de daño estructural se detecta el daño a través de los cambios en las propiedades del material o en las propiedades geométricas de una estructura, lo que se ve reflejado en cambios detectables en sus características de vibración. Para ello, se desarrollan algoritmos de identificación de daño que permiten, dadas las vibraciones de una estructura, detectar, localizar y cuantificar daños. Estos algoritmos pueden estar basados en métodos de optimización inversa o en métodos de aprendizaje supervisado.

En el desarrollo de investigaciones en gestión de activos físicos, se contempla el monitoreo de daño en estructuras, en particular, pronóstico de daño y monitoreo de la salud de sistemas complejos híbridos (definidos como aquellos que en los que exista la interacción
entre elemento humano, equipos y softwares). Se hace el diseño y evaluación del desempeño de esos sistemas y su interacción con el factor humano mediante la integración entre confiabilidad humana, neuro-psicofisiología y técnicas de reconocimiento de patrones. Finalmente, se desarrollan modelos de optimización del mantenimiento de sistemas híbridos complejos considerando distribuciones de probabilidad basadas en la entropía no extensiva de Tsallis y respectivo acoplamiento con procesos estocásticos y aprendizaje automático supervisado.

Línea de comportamiento mecánico de materiales, manufactura avanzada y robótica

La manufactura es fundamental para convertir ideas, diseños y materiales en sistemas o productos tangibles. De esta manera, esta línea asocia los conocimientos relacionados con técnicas de fabricación avanzada, robótica, automatización, materiales y sus propiedades,
así como también el diseño, digitalización, interoperabilidad, modularidad y descentralización de procesos productivos. Esta línea de investigación se plantea en forma interdisciplinaria, combinando así los principales enfoques de las diferentes áreas, con el
objetivo de catalizar el desarrollo de tecnologías de alto impacto para la realidad nacional e internacional.

Dentro del contexto de esta línea se da un especial énfasis a la manufactura aditiva 3D de metales y materiales compuestos, destacando procesos como la sinterización laser y Cold Spray. Desde esta perspectiva se plantea también el desafío de la modificación superficial de materiales en partes y equipos, recubriéndolos con aleaciones de Titanio, Co-Cr-Mo y Fe- Mn-Co-Cr, ya sea para mejorar propiedades funcionales, o para minimizar problemas asociados al uso y deterioro (corrosión y desgaste). En el desarrollo de nuevos procesos de fabricación para generar materiales con propiedades mecánicas mejoradas, se estudia el efecto de la micro y nano-estructura, obtenida por la molienda de alta energía de polvos, sobre sus propiedades mecánicas, con énfasis en los mecanismos de reforzamiento por
nanopartículas cerámicas de TiC, Al2O3, VN y Mo2O.

En esta línea también se plantea el desafío de la manufactura orientada a aplicaciones nanotecnológicas, particularmente en el área de energía. Un ejemplo de ello es el desarrollo de nuevos nanomateriales y nanocompuestos para componentes de celdas combustible de óxido sólido (SOFC) usados en la generación de energía. Estos óxidos son sintetizados por métodos de combustión o sonoquímicos, tras lo cual se evalúa su conductividad eléctrica y rendimiento electroquímico. Otro ejemplo tiene que ver con el desarrollo de nanomateriales y aleaciones para fabricación y empaquetamiento de baterías recargables, así como también la manufactura de electrodos para celdas de electrolisis de agua para la producción de hidrógeno.

Esta línea de investigación integra además el Laboratorio de Síntesis de Máquinas Inteligentes donde se estudian los procesos que permiten la generación automática de sistemas inteligentes, como por ejemplo robots y componentes robóticos. Los principales temas de interés son la robótica blanda, la robótica modular y la combinación de ambas materias. También es de interés para el laboratorio la generación de herramientas de prototipado rápido, como nuevas impresoras 3D y nuevos métodos de Manufactura digital. En el laboratorio se estudian nuevos procesos que permiten construir máquinas capaces de acceder y operar en entornos difíciles. Incluso nuevas máquinas capaces de generar energía a partir de fuentes renovables.