Enrique Alcalá

Plastic hinges are the deformation mechanism of thin-walled tubes under bending loads. In recent years, there is a tendency to increase the thickness of these tubes as the safety requirements increase as well, but it is well-known in literature that current theoretical models do not have a high correlation in these thicker tubes. The aim of this work is to propose a mathematical model of the bending behavior of thin-walled, medium-thin-walled and thick-walled tubes. Hypotheses are based on the observation and analysis of the results from an experimentally validated numerical model, considering both the bending behavior and the deformed geometry. Comparison between the proposed theory and the numerical simulation shows a higher correlation than Kecman’s model. The proposed model unifies the bending behavior of thin-walled and thick-walled in one single theory.

Dimensioning the energy storage systems for a heavy-duty fuel cell hybrid electric vehicle is not straightforward. This study proposes a methodology to address this challenge, aiming to maximize efficiency while mitigating the aging effects on the energy storage systems. Various configurations of storage system ratios have been analyzed using the concept of hybridization percentage, which represents the ratio between the supercapacitor weight and the total weight of the energy storage elements. Simulations were conducted using models developed in AVL Cruise MTM. A case study is included to test the methodology, incorporating commercial components, a standard driving cycle, and a rule-based energy management strategy. The conclusions of this application example illustrate the types of results that can be obtained by using this hybrid energy storage system sizing methodology. Findings for this case study suggest that for cycles lacking extreme power peaks, non-hybridized configurations can be the optimal solution, as the battery size reduction outweighs the benefits of hybridization in terms of efficiency, achieving 76.08% without supercapacitors compared to 65.7% with a high hybridization grade of 32.4%, and overall cost. However, sensitivity analysis reveals that if the optimization weights are adjusted to prioritize aging over efficiency, the optimal configuration shifts to a 6.48% hybridization grade at a 0.3C threshold.

El presente trabajo aborda la extensión de autonomía, mediante H2 comprimido y pila de combustible, de un vehículo sígame, probablemente más conocido por su nombre en inglés “follow me”. La estrategia de reducción de emisiones en un 55% para 2030 afecta a todos los sectores económicos y, en este caso, a la gestión aeroportuaria. La estrategia asume para el sector aéreo un 55% de aumento del uso de los combustibles verdes, como el Hidrogeno, en toda la actividad, incluida la aeroportuaria. Los vehículos sígame son un caso muy particular de la flota de vehículos de los aeropuertos. La función principal, casi única de estos vehículos, es la de dirigir las aeronaves en sus movimientos dentro de las instalaciones del aeropuerto. Se trata de un uso que presenta características muy particulares debidas a su función y precisando de una disponibilidad garantizada. Para asegurar la operatividad de los vehículos se necesita que la energía embarcada permita todos los servicios demandados durante las jornadas. La explotación de los aeropuertos implica que los vehículos sígame experimentan franjas horarias con ciclos de uso con gran potencia media combinados con ciclos mucho menos exigentes energéticamente. Esta variabilidad hace de las baterías, como única fuente de energía, un sistema ineficiente volumétrica y másicamente. Para resolver las particularidades de estos vehículos descritas se ha realizado un estudio de dimensionamiento y gestión energética que ha consistido en: primero la medición de los ciclos de trabajo V=f(t) de vehículos sígueme en el aeropuerto de Barajas, segundo dimensionamiento y optimización mediante modelos de simulación de dinámica longitudinal de los sistemas de almacenamiento (baterías y H2), tercero el diseño del sistema de alta tensión del vehículo con la selección de componentes, cuarto la disposición física en el vehículo mediante software 3D, quinto el prototipado del vehículo sobre una plataforma IVECO Masif para finalizar con la realización de pruebas de validación. La metodología seguida por el equipo investigador permite la extrapolación a otras tipologías de vehículos cuyas características particulares de funcionalidad hagan que las configuraciones habituales se alejen del óptimo. El trabajo presentado es resultado de las actividades del proyecto Strategic Positioning of the Community of Madrid in Green Hydrogen and Fuel Cell R&D+i (GREEN-H2). Proyecto coordinado desde la Comunidad de Madrid en el Plan Complementario de Energía e Hidrógeno Renovable en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia.

Los perfiles rectangulares de pared delgada son ampliamente utilizados en la fabricación de estructuras de vehículos como elementos de absorción de energía, debido al buen compromiso entre peso y propiedades mecánicas. Durante décadas, los investigadores han estudiado el desempeño de este tipo de perfiles en escenarios de colisión, tales como el vuelco en estructuras de autobuses y autocares. En estos casos, el modo de colapso del perfil es la flexión con grandes deformaciones plásticas en zonas localizadas, denominadas rótulas plásticas. La formación de la rótula plástica fue estudiada por primera vez por Kecman en la década de los 70, mediante el ensayo de tubos a flexión variando las dimensiones de la sección, en un rango correspondiente al utilizado en las superestructuras de autobuses. De este estudio, Kecman propuso un modelo matemático basado en la geometría de la rótula plástica, y que permite obtener la curva característica de deformación del perfil a flexión con bastante efectividad. En la actualidad, este modelo sigue siendo el referente para la obtención de la curva Momento-Ángulo. Durante ensayos de perfiles a flexión realizados por los autores, se observó que el espesor del perfil tiene un impacto directo en la geometría de la rótula plástica, y, por tanto, en la curva característica Momento-Ángulo, provocando una desviación entre la curva obtenida por ensayo y la obtenida mediante el modelo de Kecman: los perfiles de pequeño espesor tienen un mecanismo de deformación que coincide con el modelo de Kecman, mientras que tubos con espesores superiores producen mecanismos de deformación con una forma menos pronunciada que la predicha por el modelo de Kecman. De hecho, variaciones del espesor de 2 mm a 4 mm conlleva a dos geometrías de la rótula plástica completamente diferentes. Sin embargo, el espesor es un parámetro que no está incluido en el cálculo de la geometría en dicho modelo. Basado en la evidencia en ensayos y posteriores simulaciones mediante software de elementos finitos, existe la necesidad de un estudio en profundidad de esta problemática y de conocer el error cometido con los modelos teóricos actuales. Este trabajo lleva a cabo un estudio minucioso del efecto de todos los parámetros dimensionales de la sección en la geometría de la rótula plástica y en la curva Momento-Ángulo, utilizando para ello ensayos físicos y modelos de elementos finitos. El objetivo final es proponer un modelo matemático que mejore la precisión de las curvas Momento-Ángulo en perfiles de gran espesor, así como predecir el tipo de rótula plástica que se va a producir en un perfil basado únicamente en las dimensiones de la sección: alto, ancho y espesor, combinados en un único parámetro adimensional, denominado por los autores como índice Q.

Los ascensores inclinados son un tipo de ascensor que se mueven siguiendo la inclinación del terreno. El uso de este tipo de ascensores es muy diverso, puede ser utilizado en centros comerciales, metros, estaciones y aeropuertos, así como en zonas residenciales o en lugares o zonas turísticas con cierto desnivel. Esta opción se ha convertido en una excelente alternativa a las escaleras mecánicas tradicionales al poder ser utilizado para el transporte de persona con discapacidad o personas con movilidad reducida. También presentan una ventaja competitiva frente a las escaleras mecánicas al poder adaptarse a trayectos largos con mayor facilidad. Este tipo de ascensores cuenta con una cabina, habitualmente acristalada, que permite que los pasajeros estén siempre en posición vertical, aunque la trayectoria del terrero sea inclinada En el caso de los ascensores con trayectoria inclinada, la norma de referencia UNE EN 81:22-2022 establece dos límites de aceleración en caso de actuación del sistema de parada de emergencia: un límite de aceleración horizontal máximo, establecido para evitar que los pasajeros colisionen con las paredes del carro; y un límite de aceleración vertical mínimo que garantiza que el paracaídas tiene una capacidad de frenado suficiente para decelerar el carro en condiciones seguras para los ocupantes en caso de plena carga. En este artículo se presenta el análisis realizado para determinar la viabilidad de uso de un paracaídas de acción progresiva, que forma parte del sistema de seguridad pasiva junto con el limitador de velocidad en los ascensores verticales, como sistema de frenado en caso de emergencia para los ascensores con trayectoria inclinada. Este tipo de paracaídas se homologa según los requisitos definidos en la norma UNE-EN 81-50:2020, en la que se establecen únicamente requisitos de aceleración vertical, ya se únicamente se impone una deceleración mínima de aproximadamente 0,6g. Para la caracterización del comportamiento de paracaídas progresivos en ascensores inclinados y poder verificar que se puede atenuar la componente horizontal de la deceleración en caso de parada de emergencia, se ha se ha generado un plan de ensayos considerando las variables más influyentes para diseñar un ascensor inclinado, como son el tipo de paracaídas, la instalación o no de un elemento amortiguador adicional al paracaidas, el ángulo de inclinación de la plataforma y el peso de la cabina más los pasajeros. El plan de ensayos desarrollado ha permitido, además de la validación de un modelo de simulación dinámica, la realización un análisis estadístico y de tipo Wavelet para determinar la variabilidad y formas de onda de la respuesta del sistema antes diferente grados de inclinación del ascensor y diferentes cargas, así como teniendo en cuenta la utilizado de un tope elástico para mejorar los niveles de deceleración horizontal y vertical alcanzados en este tipo de ascensores.

In this paper, a methodology for selecting the Energy Management Strategy (EMS) that best suits a heavy-duty Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) operating under specific conditions along a given driving cycle is proposed. Using a simulation model that incorporates the powertrain architecture and components of a specific FCEV—validated through a more detailed model operating at the power converter switching level—the performance of the entire system can be tested under different EMSs. The multicriteria evaluation system developed in this study enables the calculation of hydrogen and energy consumption, as well as the aging of the battery and fuel cell associated with each EMS. The proposed methodology serves as an evaluation tool for both the dimensioning of powertrain components and the selection of the EMS that best meets the operational requirements of a given FCEV. Results demonstrate that applying this methodology to a use case tailored for commercial devices and a standard driving cycle enables the identification of the most suitable EMS, minimizing hydrogen and energy consumption while reducing battery and fuel cell aging.

Vehicles repair after an accident and the quality assurance of the repair is a major safety issue. If the vehicle type category is M3, collective road transport vehicles, there is an additional concern due to their high number of occupants, the responsibility of third parties transport and the severity of some type of collisions such as rollovers. Moreover it has to be considered that the high cost of these vehicles and the investment made on them by the transport companies makes it profitable to proceed to their repair after some accidents. In this work it is quantified the loss of energy absorption capabilities of the structural steel profiles of rectangular hollow section used in the construction of these vehicles. The deformation energy has been measured by means of bending tests and calculating the bending moment vs bending angle curve. The load has been applied to reach 10, 15 and 20 permanent bending angles, representing those rollover structural deformations found on coach collisions of different severities. All test specimens have been straightened and bended up to 20 degrees some in the same bending direction as initial bend test and some in the opposite direction. The results show a significant loss of strength of the profiles and the final influence on a repaired structure has been quantified modeling with a FEM model a standard Regulation ECE 66 of Geneva type approval test. It is then demonstrated how it should be defined requirements for repaired buses and coaches after their repair of structural damages in collisions.DOI: http://dx.doi.org/10.4995/CIT2016.2016.4040