Las áreas de investigación de la facultad de diseño se describen brevemente en las siguientes secciones.
Análisis de forma y configuración
La investigación se centra en la eficiencia y la naturalidad del proceso de diseño y en la introducción de nuevos patrones de diseño donde la búsqueda y la reutilización se combinan a la perfección. La investigación incluye (1) computación de bocetos que incluye embellecimiento, detección de restricciones y ensamblaje, (2) representaciones de formas 3D y 2D para búsqueda, (3) representaciones de formas de superficie de proteínas y mecanismos de consulta (BioCAD), (4) métodos topo-geométricos 3D para descomposición de volumen y superficie, (5) agrupamiento y clasificación basados en similitud de forma, (6) visualización e interfaces de navegación para búsqueda, (7) búsqueda basada en contenido usando ontologías de ingeniería y (7) diseño asistido por configuración. Las áreas de aplicación para la investigación incluyen sistemas de asesoramiento de diseño para la capacidad de fabricación en el momento del diseño, búsqueda y exploración de productos de la cadena de suministro, búsqueda de modelos CAD 2D y 3D para aplicaciones del ciclo de vida del producto desde el concepto hasta los servicios y el mantenimiento, ingeniería inversa, aplicaciones de asesoramiento de costos en compras, biomédico ingeniería, proteómica y bioinformática.
Robótica y Automatización
La investigación en el área de robótica y automatización se lleva a cabo con un enfoque en cinemática, dinámica y control de alto nivel. Los proyectos de investigación incluyen: el desarrollo de una celda de ensamblaje automatizada impulsada por tareas que tiene visión, detección de fuerza-torque y manipuladores para la rápida realización del producto; una simulación de gráficos por computadora de esta celda de ensamblaje automatizada para proporcionar al diseñador comentarios sobre la facilidad de ensamblaje; el diseño de una paleta inteligente para transmitir partes e información a la celda de ensamblaje automatizada; conceptos de fijación flexibles para permitir que una variedad de piezas se fije fácilmente usando un dispositivo de fijación reconfigurable; diseño y análisis de dispositivos robóticos modulares ligeros; simulación de operaciones robóticas en entornos de gravedad baja o cero; un sistema de seguimiento robótico inteligente en tiempo real que utiliza la visión para localizar y capturar objetos en movimiento; y el movimiento coordinado de dos manipuladores planos.
Diseño multiescala de sistemas, componentes y materiales.
La investigación se centra en el desarrollo de enfoques de arriba hacia abajo para diseñar sistemas complejos desde escalas de longitud del sistema hasta escalas de longitud de microestructura de material. En esta investigación se abordan varios problemas específicos, que incluyen: a) el desarrollo de un marco de análisis computacional sin malla para estudiar el cambio de tamaños y topologías b) el diseño óptimo de forma y topología computacionalmente eficiente en escalas de longitud de componentes usando el marco sin malla c) óptimo diseño de microestructura de material para lograr el rendimiento requerido d) diseño óptimo de componentes, así como microestructuras que resisten la propagación de grietas a través de una simulación explícita sin malla de interacciones entre grietas y poros o inclusiones e) diseño probabilístico de sistemas bajo incertidumbre y e) marcos formales para diseño de sistemas complejos de manera descompuesta en la que se abordan cuestiones de encapsulación de datos, seguridad, sensibilidad e incertidumbre.
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Biomecánica
La investigación biomecánica se centra en el sistema musculoesquelético y en la aplicación biomecánica a la ortopedia. Además, se están realizando estudios sobre tejidos blandos relacionados con la producción de voz. Los proyectos incluyen estudios de las fuerzas de los tendones y las articulaciones durante actividades repetitivas como tocar el piano y escribir, propiedades constitutivas de los huesos, cinemática y contacto de las articulaciones, el efecto del ejercicio sobre la masa ósea, el rendimiento de la prótesis y la evaluación del desgaste, pruebas de simulación de laboratorio de prótesis y prótesis avanzada. métodos de diseño
Materiales
La investigación de materiales se centra en el comportamiento mecánico de los materiales con énfasis en los métodos de diseño y análisis de fatiga y fractura. Los estudios incluyen formación de grietas por fatiga, propagación de grietas, métodos de predicción de vida, efectos ambientales, efectos a altas temperaturas y fatiga termomecánica. Las aplicaciones específicas incluyen la predicción de la vida útil de los componentes de la máquina, el análisis de fallas y el comportamiento a la fatiga de los compuestos avanzados de matriz metálica, el daño por fatiga generalizado, el daño en múltiples sitios, la formación de grietas por fatiga en relación con el problema del envejecimiento de la aeronave y el análisis del crecimiento de grietas por fatiga de las estructuras de circuitos integrados y MEMS. Los estudios de fatiga en un microscopio electrónico de barrido se centran en comprender la micromecánica de la formación de grietas por fatiga. Se están desarrollando métodos computacionales para la simulación del crecimiento de grietas.
Análisis cinemático y síntesis de mecanismos.
El área principal de investigación es el análisis cinemático y la síntesis de mecanismos planos, esféricos y espaciales. La investigación incluye el estudio de la cinemática teórica y aplicada de sistemas de cuerpo rígido de grado de libertad único y múltiple. Un enfoque importante es la geometría cinemática de enlaces, levas y engranajes. Las aplicaciones prácticas de la investigación incluyen: análisis y síntesis de mecanismos de tipo trocoidal para maquinaria rotativa, diseño de mecanismos de carrera variable, análisis de manipuladores robóticos de tipo serie y paralelo y diseño de células de trabajo de robot cooperantes. Las publicaciones técnicas se centran en el diseño y análisis de maquinaria rotativa y reciprocante y la cinemática inversa y la dinámica de manipuladores robóticos individuales de tipo industrial y múltiples robots cooperantes. Las publicaciones de archivo aparecen en las Transacciones de ASME y SAE, el International Journal of Robotics Research, y Mechanism and Machine Theory.
Estudios experimentales y analíticos en tribología.
Los proyectos de investigación en lubricación, fricción y desgaste de tribo-contactos implican investigación experimental y analítica sobre los efectos de los desechos en los contactos lubricados, la evaluación de las características de fricción de los embragues de unión, el desgaste y la fricción de lubricantes de alta temperatura, la presión in situ y las mediciones de temperatura de tribo- contactos, diseño de sellado de labios de alta velocidad y diseño asistido por computadora y visualización gráfica de triboelementos.
Simulación de vehículos y métodos de diseño.
Se están realizando investigaciones para avanzar en el estado del arte en el modelado y control de la dinámica de las carreteras y vehículos especiales a través de la investigación experimental y teórica. Los proyectos incluyen: un estudio de los efectos de los parámetros de diseño del vehículo, como los modelos de neumáticos y las ubicaciones de los centros de balanceo, sobre el rendimiento límite, que incluye manejo, aceleración y frenado; desarrollo de modelos basados en fenómenos de generación de fuerza de neumáticos laterales y delanteros y traseros, y sistemas de transmisión controlados electrónicamente para vehículos utilitarios e híbridos.
Diseño asistido por computadora (CAD) y gráficos por computadora
La investigación en CAD y gráficos aborda nuevos conceptos para usar la computadora como herramienta en el proceso de realización del producto. Esto incluye el diseño, análisis y fabricación de piezas y ensamblajes, con énfasis en el diseño asistido por computadora y las aplicaciones de gráficos por computadora. Los temas de investigación CAD involucran métodos de diseño avanzados y representación de formas, incluyendo diseño de formas de alto nivel, diseño inteligente y análisis, geometría computacional, modelado sólido y diseño de superficies de forma libre. La investigación en gráficos por computadora incluye visualización científica, métodos interactivos de diseño 3D y desarrollo de sistemas gráficos.