UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE VALÈNCIA
Depa amen o de Ingenie ía Mecánica y de Ma e iales
T abajo Fin de Más e en Ingenie ía Mecánica y de
Ma e iales
DISEÑO DE UN ELEMENTO DE
PROTECCIÓN
DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
P esen ado po : D. Rubén Delgado López
Di igido po : D . D. José Albelda Vi o ia
Valencia, sep iemb e de 2016
AGRADECIMIENTOS
Mi ag adecimien o al p o eso D . D. José Albelda
Vi o ia po su ayuda y consejos en la elabo ación
de es e abajo inal de más e . Además muy
since amen e, ag adece a mi amilia po su
apoyo en odo momen o, sob e odo a mis pad es
F ancisco y Dolo es.
Rubén Delgado López

ii
DISEÑO DE UN ELEMENTO DE PROTECCIÓN
DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
Más e en IMyM Rubén Delgado López
Resumen
El abajo ha consis ido en el modelado y diseño de un elemen o de
segu idad y p o ección pa a mo ociclis as ipo “espalde a” ab icado con un
ma e ial compues o e o zado con ca bono y a amida, u ilizando la no ma UNE
EN 1621-2 que es ablece los ensayos de impac o po caída lib e de una masa
que debe supe a es e ipo de componen es pa a que pueda se u ilizado en es a
aplicación. Pa a la simulación de es os ensayos de impac o se ha u ilizado el
módulo de análisis dinámico explíci o AUTODYN del p og ama ANSYS©
Wo kBenchTM.
La aplicación de la no ma UNE EN 1621-2 es ablece que el componen e debe
supe a un conjun o de ensayos de impac o po caída lib e de una masa de 5
kilog amos y con una elocidad de impac o es ablecida. Es os ensayos deben
ealiza se en dos condiciones de empe a u a y humedad. Como no se disponía
de in o mación del ma e ial a u iliza en esas condiciones se ha u ilizado un
modelo de deg adación de p opiedades ex aído de la bibliog a ía.
El diseño se ha ex endido a es amaños de espalde a con el in de aba ca
las allas más usuales de es e ipo de elemen os de p o ección, lo que ha
supues o ealiza un conjun o de 30 simulaciones de impac o.
El p oceso de diseño ha consis ido en modi ica el espeso de los
componen es has a encon a una geome ía que sa is ace las p esc ipciones de
la no ma y que, po lo an o, es capaz de disipa la can idad de ene gía
in oluc ada en el impac o del ensayo sin p oduci se allo en la p o ección con el
c i e io de allo u ilizado.
iii
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DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
i
DISEÑO DE UN ELEMENTO DE PROTECCIÓN
DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
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Abs ac
This inal disse a ion has consis ed o modeling and design o a sa e y and
p o ec ion elemen o mo o cyclis s ype "back p o ec o " made o a composi e
ma e ial ein o ced wi h ca bon and a amid ibe s, using UNE EN 1621-2 which
es ablishes he ee all o a mass impac es s ha mus o e come his kind o
componen s which can be used in his applica ion. Fo he simula ion o hese
impac es s has been used explici dynamic AUTODYN analysis module o
ANSYSN© Wo kbenchTM p og am.
La aplicación de la no ma UNE EN 1621-2 es ablece que el componen e debe
supe a una se ie de p uebas de impac o po caída lib e de una masa de 5 kg y
con una elocidad de impac o es ablecido. Es as p uebas deben ealiza se en
dos condiciones de empe a u a y humedad. Como no había in o mación
disponible ace ca de qué ma e ial u iliza en es as condiciones, se ha u ilizado
un modelo de deg adación de p opiedades ex aídos de la li e a u a.
The design has been ex ended o h ee sizes o back p o ec o s in o de o
co e he mos common sizes o hese ypes o p o ec ion elemen s, which has
mean o pe o m a se o 30 simula ions o impac .
The design p ocess has consis ed o modi ying he hickness o he
componen s o ind a geome y ha sa is ies he equi emen s o he s anda d
and, he e o e, being able o dissipa e he amoun o ene gy in ol ed in he
impac o he ial wi hou aul ing he p o ec ion wi h he ailu e c i e ion used.
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DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
xii
DISEÑO DE UN ELEMENTO DE PROTECCIÓN
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Fallecidos (2001-2012).............................................................................................. 5
Tabla 2 He idos G a es (2001-2012) .................................................................................. 7
Tabla 3 He idos Le es (2001-2012) ..................................................................................... 9
Tabla 4 Zona mínima de p o ección pa a el p o ec o de espalda....................... 17
Tabla 5 Dimensiones (mm) de nues o p o ec o de espalda in eg al .............. 18
Tabla 6 Ni eles de endimien o ............................................................................................ 19
Tabla 7 Posiciones impac os pe cu o ............................................................................... 24
Tabla 8 Ma e iales y sus e ec os en EXPLICIT DYNAMICS (ANSYS®) ............... 54
Tabla 9 Calidad del mallado, en unción de la “calidad” de la o ma ................... 64
Tabla 10 Resul ados allo espalde a e=2mm .................................................................. 81
Tabla 11 Resul ados allo espalde a e=3mm .................................................................. 84
Tabla 12 Resul ados ensayo condiciones ambien e .................................................... 87
Tabla 13 Resumen ensayo en condiciones de humedad ........................................... 88

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1. OBJETIVOS Y ANTECEDENTES
1.1 Obje i os
El p incipal obje i o del p esen e abajo inal de más e es es udia el
compo amien o en e a impac os mecánicos según no ma UNE-EN 1621-2
“Ropa de p o ección en e a impac os mecánicos pa a mo ociclis as. Pa e 2:
P o ec o es de espalda pa a mo ociclis as. Requisi os y mé odos de ensayo”.
En conc e o se a a es udia el p o ec o de espalda in eg al según de ine la
no ma an e io , “Disposi i o de p o ección que se lle a en la espalda, des inado
a educi la g a edad de las lesiones p oducidas po impac os en la zona cen al
de la espalda y los omopla os”.
1.2 An eceden es
1.2.1 In oducción
Debido a la p oli e ación de no ma i a aplicable a es e sec o , no quedando
exen o como o os muchos, se hace necesa io es udia y busca soluciones que
sean óp imas pa a odas las pa es in e inien es, ya sea la pa e adminis a i a
(no mas y eglamen os de obligado cumplimien o), los ab ican es que deben
busca p oduc os a ac i os que cumplan los equisi os no ma i os y sean
ab icables desde el pun o de is a económico e indus ial y pa a el me cado
que abso be á es a p oducción que deben ene ambién su pun o de is a
económico y en es e caso, el más impo an e quizás, de p o ección.
Es e abajo se ha decidido a a lo po dos mo i os p incipales, o pun os de
is a. El p ime o desde el pun o de is a económico que al y como apun a un
a ículo de J.M.M [12] se comen a que los acciden es de á ico u ie on un
cos e de en e 11.450 y 15.390 millones de eu os (2001). Casi la mi ad de es e
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DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
cos e se des ina a daños ma e iales y pé didas po p oducción (20%). Además
se es ima un cos e po ipo de íc ima, ya sea es a mo al (36.300 eu os) o
he ido g a e (251.500 eu os).
Desglosando es os da os se iene que del 41 al 55% se deben a daños
ma e iales. Después se encuen a los cos es de p oducción, lo que deja de
p oduci el acciden ado en unción de su edad has a su eó ica jubilación, oscila
en e el 15 al 20%. Pos e io men e enemos los cos es adminis a i os que
epe cu en del 9,6 al 13%. Y po úl imo enemos los gas os hospi ala ios (del
1,1 al 1,5%) y de ehabili ación (del 1,4 al 1,9%). En la imagen siguien e
ilus amos lo comen ado an e io men e.
Imagen 1 Cos e de los acciden es de á ico (2001)
Vis os es os da os, aunque no muy ac uales, si en pa a da nos cuen a de que
la magni ud de no in e eni e in en a p e eni daños en los acciden es. En las
ablas y g á icos siguien es se mues an da os de la e olución de los acciden es
de á ico.
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DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
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Acciden es. Se ie 2004-2012
Acciden es de á ico
Conduc o es y pasaje os mue os (1) po ubicación, ehículo y pe iodo.
Unidades: Núme o de allecidos
2012
2011
(3)
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
TOTAL
Bicicle as
72
49
67
56
54
89
75
82
89
78
96
100
Ciclomo o es
66
74
100
156
183
248
308
313
361
391
383
463
Mo ocicle as
303
348
386
438
495
632
481
472
400
367
401
370
Tu ismos
874
979
1.198
1.267
1.504
1.821
2.096
2.393
2.693
3.216
3.118
3.148
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
97
99
115
170
182
230
268
245
292
317
342
324
Camiones
+3.500 kg.
50
73
70
69
81
92
135
140
150
159
173
150
Au obuses
3
3
4
21
27
15
35
26
4
27
15
50
O os
62
55
67
67
72
105
93
91
69
57
43
66
INTERURBANA (2)
Bicicle as
53
37
49
43
43
67
55
59
68
63
78
78
Ciclomo o es
42
37
54
88
105
141
175
174
186
220
210
269
Mo ocicle as
208
251
279
325
359
471
368
358
304
266
293
263
Tu ismos
801
904
1.114
1.166
1.381
1.695
1.942
2.245
2.467
2.976
2.875
2.903
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
93
92
112
161
173
225
262
233
268
298
322
311
Camiones
+3.500 kg.
50
71
68
69
81
92
135
138
146
157
170
144
Au obuses
1
3
2
20
26
14
34
25
4
24
14
47
O os
50
50
57
57
62
90
79
72
58
52
40
59
URBANA
Bicicle as
19
12
18
13
11
22
20
23
21
15
18
22
Ciclomo o es
24
37
46
68
78
107
133
139
175
171
173
194
Mo ocicle as
95
97
107
113
136
161
113
114
96
101
108
107
Tu ismos
73
75
84
101
123
126
154
148
226
240
243
245
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DISEÑO DE UN ELEMENTO DE PROTECCIÓN
DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
Tabla 1 Fallecidos (2001-2012)
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
4
7
3
9
9
5
6
12
24
19
20
13
Camiones
+3.500 kg.
0
2
2
0
0
0
0
2
4
2
3
6
Au obuses
2
0
2
1
1
1
1
1
0
3
1
3
O os
12
5
10
10
10
15
14
19
11
5
3
7
No as:
1) El cómpu o de mue os se ealiza a 30 días.
2) La denominación 'In e u bana' se u iliza desde 2011, has a en onces e a 'En ca e e a'.
3) A pa i de 2011 se ha u ilizado una nue a me odología pa a el cálculo de allecidos a 30 días.
Fuen e:
Ins i u o Nacional de
Es adís ica

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DISEÑO DE UN ELEMENTO DE PROTECCIÓN
DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
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Acciden es. Se ie 2004-2012
Acciden es de á ico
Conduc o es y pasaje os he idos po ubicación, ehículo, ipo de he ido y pe iodo.
Unidades: Núme o de he idos
HERIDOS GRAVES
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
TOTAL
Bicicle as
572
589
467
489
440
464
483
448
470
474
502
468
Ciclomo o es
771
958
1.014
1.464
2.023
2.555
3.185
3.347
3.452
3.965
4.239
4.604
Mo ocicle as
2.459
2.618
2.530
3.035
3.099
3.478
3.152
2.677
2.140
2.161
2.240
2.031
Tu ismos
3.929
4.345
4.989
5.701
7.130
8.437
9.710
10.530
11.083
14.443
13.941
14.199
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
378
463
515
645
963
1.135
1.274
1.205
1.078
1.527
1.505
1.453
Camiones
+3.500 kg.
160
204
199
235
339
426
501
497
521
549
568
595
Au obuses
43
65
77
123
91
95
187
153
91
226
144
136
O os
216
189
245
278
341
393
431
376
255
193
173
173
INTERURBANA (1)
Bicicle as
304
304
258
268
235
267
294
234
270
272
309
272
Ciclomo o es
279
374
406
605
873
1.125
1.403
1.300
1.321
1.798
1.749
1.882
Mo ocicle as
1.252
1.377
1.431
1.619
1.783
2.092
1.893
1.591
1.222
1.366
1.386
1.247
Tu ismos
3.240
3.692
4.325
4.808
6.217
7.352
8.490
9.206
9.500
12.572
11.933
12.179
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
337
416
461
578
899
1.055
1.181
1.121
988
1.401
1.350
1.330
Camiones
+3.500 kg.
158
198
189
229
332
421
496
483
507
532
547
571
Au obuses
12
23
25
75
61
45
129
125
53
174
105
102
O os
145
141
174
198
249
315
337
285
191
163
143
134
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Rubén Delgado López Más e en IMyM
DISEÑO DE UN ELEMENTO DE PROTECCIÓN
DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
Tabla 2 He idos G a es (2001-2012)
URBANA
Bicicle as
268
285
209
221
205
197
189
214
200
202
193
196
Ciclomo o es
492
584
608
859
1.150
1.430
1.782
2.047
2.131
2.167
2.490
2.722
Mo ocicle as
1.207
1.241
1.099
1.416
1.316
1.386
1.259
1.086
918
795
854
784
Tu ismos
689
653
664
893
913
1.085
1.220
1.324
1.583
1.871
2.008
2.020
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
41
47
54
67
64
80
93
84
90
126
155
123
Camiones
+3.500 kg.
2
6
10
6
7
5
5
14
14
17
21
24
Au obuses
31
42
52
48
30
50
58
28
38
52
39
34
O os
71
48
71
80
92
78
94
91
64
30
30
39
No as:
1) La denominación 'In e u bana' se u iliza desde 2011, has a en onces e a 'En ca e e a'.
Fuen e:
Ins i u o Nacional de Es adís ica
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DE ESPALDA PARA MOTOCICLISTAS
Más e en IMyM Rubén Delgado López
Acciden es. Se ie 2004-2012
Acciden es de á ico
Conduc o es y pasaje os he idos po ubicación, ehículo, ipo de he ido y pe iodo.
Unidades: Núme o de he idos
HERIDOS LEVES
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
TOTAL
Bicicle as
4.362
3.712
2.962
2.773
2.362
2.104
1.883
1.753
1.840
1.649
1.580
1.569
Ciclomo o es
7.065
7.946
8.918
10.768
13.420
16.278
16.980
16.232
17.731
18.625
19.730
21.800
Mo ocicle as
16.295
16.369
15.817
15.739
15.017
15.495
12.867
9.987
8.411
7.975
8.058
8.716
Tu ismos
61.338
59.461
63.580
64.465
64.969
69.703
69.637
64.256
69.826
76.349
72.052
71.724
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
4.528
4.439
5.108
5.151
5.921
6.708
6.659
5.728
5.948
6.377
6.155
6.002
Camiones
+3.500 kg.
743
910
937
971
1.186
1.608
1.716
1.558
1.667
1.635
1.641
1.546
Au obuses
1.337
1.621
1.594
1.741
1.884
1.651
2.466
1.966
1.759
2.050
1.735
1.811
O os
919
873
941
971
1.118
1.153
1.166
1.152
673
622
526
560
INTERURBANA (1)
Bicicle as
1.192
1.119
881
826
686
728
632
509
559
499
503
492
Ciclomo o es
1.106
1.283
1.466
1.777
2.297
3.011
2.913
2.431
2.670
2.590
2.750
3.257
Mo ocicle as
3.898
4.117
4.192
4.194
3.903
4.451
3.422
2.289
1.988
1.651
1.640
1.784
Tu ismos
36.530
35.589
39.341
40.830
41.632
46.674
45.883
40.445
43.602
47.618
43.229
43.549
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
3.196
3.209
3.783
3.924
4.630
5.323
5.250
4.505
4.481
4.708
4.475
4.347
Camiones
+3.500 kg.
688
855
891
904
1.141
1.531
1.643
1.453
1.559
1.477
1.514
1.440
Au obuses
246
410
411
431
526
387
1.089
864
528
856
754
684
O os
587
561
630
616
747
775
779
745
388
359
280
392
URBANA
Bicicle as
3.170
2.593
2.081
1.947
1.676
1.376
1.251
1.244
1.281
1.150
1.077
1.077
Ciclomo o es
5.959
6.663
7.452
8.991
11.123
13.267
14.067
13.801
15.061
16.035
16.980
18.543
Mo ocicle as
12.397
12.252
11.625
11.545
11.114
11.044
9.445
7.698
6.423
6.324
6.418
6.932
Tu ismos
24.808
23.872
24.239
23.635
23.337
23.029
23.754
23.811
26.224
28.731
28.823
28.175
Camiones -
3.501 kg. y
u gone as
1.332
1.230
1.325
1.227
1.291
1.385
1.409
1.223
1.467
1.669
1.680
1.655
Camiones
+3.500 kg.
55
55
46
67
45
77
73
105
108
158
127
106
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Tabla 3 He idos Le es (2001-2012)
Imagen 2 He idos Le es 2001-2012
Au obuses
1.091
1.211
1.183
1.310
1.358
1.264
1.377
1.102
1.231
1.194
981
1.127
O os
332
312
311
355
371
378
387
407
285
263
246
168
No as:
1) La denominación 'In e u bana' se u iliza desde 2011, has a en onces e a 'En ca e e a'.
Fuen e:
Ins i u o Nacional de Es adís ica
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2. DESCRIPCIÓN DE MODELO Y RESTRICCIONES
2.1 No ma i a
An e io men e se ha ido comen ando dis in os aspec os no ma i os que son
de obligado cumplimien o. Es a no ma es la UNE-EN 1621-2-2014 [1]. Al no
ene disponibilidad de ensayos se ha ecu ido como p ime con ac o a
simulaciones median e p og amas in o má icos como ANSYS WORKBENCH®,
aunque se ha in en ado se lo más eal posible al modela el p oblema.
Se in en a á esumi en la medida de lo posible la no ma UNE EN 1621-2
desde el pun o de is a de la in o mación necesa ia pa a es e es udio, la cual
iene dos g andes bloques de nues o in e és, como los equisi os y los mé odos
y equipos de ensayo.
En el p ime bloque “Requisi os” se especi ican emas elacionados con:
•Dimensiones mínimas de las zonas de p o ección
Aquí se especi ica que las dimensiones de los p o ec o es es a án
elacionadas con la longi ud cin u a-homb o del usua io. La igu a
siguien e nos mues a las p opo ciones mínimas de la p o ección de
espalda in eg al y la abla 1 el po cen aje de la medida de cin u a-
homb o.

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Imagen 7 P o ec o de espalda in eg al
Tabla 4 Zona mínima de p o ección pa a el p o ec o de espalda
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Siendo en nues o caso las dimensiones cin u a-homb o de 3 amaños
es udiados pa a pode in en a e una elación en e es os amaños y los
ensayos aplicados. In e esando que sea indi e en e el amaño con la ca ga
aplicada en el impac o. Los amaños escogidos es án pa a usua ios de
meno al u a has a una al u a mayo , pasando po una al u a
in e mediana. Tal y como se ap ecia en la siguien e abla y con ayuda de
la siguien e imagen.
Imagen 8 P opo ciones ela i as
Quedando po lo an o nues as medidas como sigue en la siguien e abla
Tabla 5 Dimensiones (mm) de nues o p o ec o de espalda in eg al
Dimensiones
Al u a (mm)
1800
2000
1600
Cin u a-Homb o (mm)
518,00
575,55
460,44
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A (mm)
373,20
372,96
414,40
331,52
B (mm)
150,30
150,22
166,91
133,53
C (mm)
231,00
231,03
256,70
205,36
D (mm)
150,30
150,22
166,91
133,53
• A enuación de impac os
Aquí la no ma indica que se deben consegui unos ni eles máximos de
ue za ansmi ida según el ni el de p o ección buscado
Tabla 6 Ni eles de endimien o
Pa a la homologación hay di e en es no mas a la ho a de ealiza las
p uebas pa a calib a su ni el de p o ección, si es que alcanza un mínimo
pa a pode se homologada según los es ánda es de la CE.
La ene gía que se aplica pa a las p uebas es de 50 julios y pa a es ablece
a qué ni el pe enece la p o ección se mide cuál es la asa mediana de
ans e encia de ue zas en KN en un impac o. El ni el 1 es el de meno
p o ección y el 2 el de mayo . Cada uno es ablece un ni el de ue za que
la espalde a no debe supe a pa a ob ene la homologación
co espondien e. 18 KN (kilonew on) pa a el ni el 1 y 9 KN pa a los de
ni el 2. Y hay que hace o a acla ación. El ni el 1 signi ica que se a a de
un p oduc o pa a uso u bano y en ella se suelen encuad a p oduc os con
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meno p o ección pe o con en ajas como la lige eza y la comodidad. El
ni el 2 co esponde a p oduc os pa a ca e e a y po an o la segu idad
es mayo aunque p obablemen e ambién el peso.
Pe o aquí hay un p oblema, y es que según in o mación médica no se
aconseja una ans e encia de ue za de más de 4KN, es deci que la
máxima p o ección de 9KN es más del doble de lo ecomendado po los
médicos. Dicen que 4 KN es el máximo sopo ado po los huesos del ó ax
an es de ompe se y es la ue za máxima que ansmi en las p o ecciones
de hípica o a es ma ciales. ¿Es o quie e deci que amos desp o egidos
aunque nos comp emos una espalde a homologada con ni el 2?.
Ro undamen e no pe o sí pod íamos i más segu os si los ab ican es
es u iesen obligados a cumpli con es a ci a en las p uebas de impac o.
Aunque no pa ece muy lógico que se ab iquen p o ecciones con meno
ans e encia de ene gía pa a mon a a caballo o pa a hace a es
ma ciales cuando la iolencia de un impac o en mo o suele se muy
supe io debido a la elocidad.
No obs an e, después de la in o mación an e io se diseña á según
no ma.
En el segundo bloque “Mé odos y equipos de ensayo” se especi ican emas
elacionados con:
 Equipo
Se simula á lo que indica la no ma, es deci , sol a una masa pa a que
caiga, siguiendo un eco ido e ical guiado, sob e la mues a colocada
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en un yunque de ensayo. El cen o de la masa del peso de caída debe
queda sob e el cen o del yunque.
El pe cu o de ba a dispond á con la siguien e con igu ación
Imagen 9 Pe cu o de ba a. Geome ía.
Teniendo la masa guiada y el pe cu o en conjun o una masa de 5 kg y su
ene gía ciné ica en el impac o debe se de 50 J.
El yunque debe posee una con igu ación como la siguien e

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Imagen 10 Yunque. Geome ía.
Ambos elemen os, an o pe cu o como yunque se p epa a án de ace o
pulido o simila .
 Núme o de ensayos
Se deben e ec ua cinco impac os sob e cada mues a de ensayo. 3 impac os
se dis ibui án alea o iamen e y dos impac os sob e las zonas que isualmen e
se iden i iquen como las más débiles. Los cen os de impac o deben queda a
más de 5 cm en e ellos.
Se ha p ocedido a iden i ica los impac os pa a la simulación según la igu a
siguien e
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Imagen 11 Posición impac os
Según la igu a an e io se end á en onces un o al de 30 simulaciones, 5
impac os en cada una de las piezas a ensaya , eniendo en cuen a que como se
explicó an e io men e se án 3 amaños a ensaya , lo que hacen 15 simulaciones
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o ensayos. Además es obliga o io ealiza dos ensayos, uno en condiciones
no males y o o con ma e iales en ejecidos (se a a á más adelan e).
Pa a los impac os an e io es se deben cumpli a ios condicionan es
- 1) al menos 9 cm del eje longi udinal del pe cu o deben impac a den o de
la zona de la plan illa
- 2) al menos el pun o cen al del pe cu o de ba a debe es a sepa ado un
cen íme o del bo de de la zona de p o ección
- 3) los cen os de los impac os deben es a sepa ados en e sí más de 50 mm
Tabla 7 Posiciones impac os pe cu o
POSICIÓN
PERCUTOR
CENTRO
GEOMÉTRICO
PERCUTOR
CONDICIÓN
1
CONDICIÓN
2
CONDICIÓN
3
X (mm)
Y (mm)
1
0
222,9
SI
SI
SI
2
0
79
SI
SI
SI
3
-74,6
325,9
SI
SI
SI
4
65,2
363,2
SI
SI
SI
5
-74,6
80
SI
SI
SI
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Como se obse a en la abla siguien e podemos e que se cumplen las
condiciones ma cadas po la no ma i a, siendo álidas pa a el es o de amaños
de las p o ecciones ensayadas, ya que lo an e io se e ie e al amaño medio de
espalde a ensayada.
• Ensayos
Obliga o iamen e se deben ealiza 2 ensayos
· Ensayo de impac o a empe a u a ambien e
Las mues as se deben acondiciona du an e al menos 48 h en un ambien e
con una empe a u a de 23±2 ºC y una humedad ela i a de 50±5 %, además de
o as conside aciones secunda ias ( e no ma).
· Ensayo de impac o en condiciones de humedad as un en ejecimien o
hid olí ico.
Resis encia a condiciones de humedad as un en ejecimien o hid olí ico: se
almacenan las mues as du an e 72±0,5 h en una caja ce ada sob e la
supe icie de una masa de agua man enida a una empe a u a de 70±2 ºC.
Después se ex ae la mues a, se cie a he mé icamen e en una bolsa
impe meable al apo de agua y se expone a una empe a u a ambien e de 23±2
ºC du an e o o pe iodo de 24±0,5 h. Después se ex ae la mues a de la bolsa y
en los 5 min siguien es se inician los ensayos de impac o.
En nues o caso como no se puede dispone de elemen os ísicos se p ocede
a ecaba in o mación de a ículos y di e sa li e a u a [2] [3] [4] y se llega a la
conclusión que debemos me ma las p opiedades de los ma e iales ensayados
en un 15%. Es e pun o se calcula á y desc ibi á con más de alle pos e io men e,
en el apa ado 3.2 “Simpli icaciones”.
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En el p esen e abajo nos amos a cen a en los ma e iales compues os ipo
MAT, como el indicado en la igu a an e io ( ig. 13 d)), es á compues a po
ib as alea o iamen e o ien ada. Se conside a que exis e iso opía (mismas
p opiedades en odas las di ecciones).
Pa a es e ipo de ma e iales, según indicamos en el apa ado “3.2
Simpli icaciones” indicamos, desde el pun o de is a mic omecánico, las
ecuaciones según Chen a emplea pa a calcula sus p opiedades.
No obs an e amos a indica , según el ipo de láminas con ib a la ga
(unidi eccional, ejido y alea o ias) algunas p opues as pa a calcula sus
p opiedades [
• Unidi eccionales 𝐸1= 𝑉𝑓𝐸𝑓+ (1 − 𝑉𝑓)𝐸𝑚
𝐸2= 𝐸𝑚(1+ 𝑉𝑚2)(1+0,85𝑉𝑓2)
⁄
(1 − 𝑉𝑓)1,25+ (𝐸𝑚𝐸𝑓
⁄)(𝑉𝑓(1 + 𝑉𝑚2)
⁄)
𝐺12= 𝐺𝑚(1+0,6𝑉𝑓0,5)
[(1 − 𝑉𝑓)1,25+ (𝑉𝑓(1− 𝑉𝑚2)
⁄)]1,25
𝜐12= 𝑉𝑓𝜐𝑓+ (1 + 𝑉𝑓)𝜈𝑚
Siendo
𝐸𝑓 𝑦 𝐸𝑚 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝐸𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑦 𝑀𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧
𝜐𝑓 𝑦 𝜐𝑚 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑦 𝑀𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧

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𝐺𝑚 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔
𝑉𝑓 𝑦 𝑉𝑚 𝑉𝑜𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑦 𝑀𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧
• Tejido
· Equilib ado. Se conside a que el módulo longi udinal en la di ección 1
coincide en la di ección 2.
𝐸1= 𝐸2= 𝑉𝑓(𝐸𝑓2
⁄+ 32
⁄𝐸𝑚) + 𝐸𝑚
𝐺12= 𝐸𝑚(4𝑉𝑓+1)
3
𝜈12= 𝐺12
𝐸1
· No Equilib ado. Se conside a que el módulo longi udinal en la di ección
1 es di e en e en la di ección 2. Es deci , se usan ecuaciones di e en es en
unción de la di ección longi udinal y ans e sal.
𝐸𝑉𝑅= 1𝜆 [𝐶𝐶𝐸𝐿+ (1 − 𝐶𝐶)𝐸𝑇]
𝐸𝑇𝑅= 1𝜆 [𝐶𝐶𝐸𝑇+ (1− 𝐶𝐶)𝐸𝐿]
𝑉𝑈𝑅= 𝑉𝐿𝑇
𝐶𝐶+ (1 − 𝐶𝐶)𝐸𝐿
𝐸𝑇
Siendo 𝜆=1− 𝑉𝐿𝑇𝑉𝑇𝐿
𝐶𝐶= [(𝑁𝑓𝑇)𝐿
(𝑁𝑓𝑇)𝐿+ (𝑁𝑓𝑇)𝑇]
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N Núme o de hilos po cen íme o
T Tí ulo del hilo en Tex
Lo expues o an e io men e ha in en ado se un esumen de lo complicado y
de las di e sas eo ías pa a llega a “es ima ” las p opiedades mecánicas de los
di e en es modelos de ma e iales compues os que exis en, no siendo ema de
es e abajo p o undiza en los dis in os ipos de modelos que exis en, eo ías
de cálculo de las p opiedades,…
2.3 C i e ios de allo
Los c i e ios de allo son eo ías que se aplican pa a de e mina si los
es ue zos a los que se some e una pieza que se es á diseñando an a o igina un
allo ca as ó ico. Son de especial in e és en los ma e iales compues os debido a
la exis encia de c i e ios múl iples de análisis y a sus a iadas disposiciones.
Vamos a in oduci de o ma esumida algunos g upos en los que pod íamos
encuad a los dis in os ipos de allo, además de indica que es os pueden se
clasi icados en dos g upos: c i e ios de allo independien es y c i e ios de allo
polinomiales.
El p ime c i e io se conoce como de máximo es ue zo, que iéndose deci
que los es ue zos en las di ecciones p incipales del ma e ial deben se meno es
que los es ue zos máximos de esis encia, aplicando un ac o de segu idad [5].
Es e c i e io pe enece a los c i e ios de allo independien es. La p emisa
básica p esen e en la p edicción de allo usando el c i e io de es ue zo máximo
es el mismo que el usado po los ma e iales isó opos. En es e c i e io se asume
que el allo del compues o ocu i á si cualquie a de las siguien es condiciones
se sa is ace:
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𝜎1>𝑋𝑇 𝜎4>𝑅
𝜎2>𝑌𝑇 𝜎5>𝑆
𝜎3>𝑍𝑇 𝜎6>𝑇
Donde 𝜎1,𝜎2,𝜎3 son los componen es de los es ue zos no males, 𝜎4,𝜎5,𝜎6
son los es ue zos, XT, YT, ZT son las esis encias no males del compues o en las
di ecciones 1, 2, 3 y R, S, T son las esis encias co an es en los planos 23, 13 y
12 espec i amen e.
Cuando 𝜎1,𝜎2,𝜎3 son de na u aleza comp esi a deben se compa adas con
XC, YC, ZC que son las esis encias no males en comp esión a lo la go de las
di ecciones 1, 2, 3 espec i amen e.
La expe iencia del diseñado le dice qué c i e io usa , de acue do al ma e ial,
el esquema de abajo y el con ex o de la aplicación. El so wa e de elemen os
ini os analiza los es ue zos en las di ecciones p incipales y mues a alo es
compa ables con los máximos pa a cada ma e ial.
Comen a que po la na u aleza de nues o ma e ial empleado, epoxi como
esina y ib as la gas alea o iamen e dis ibuidas, amos a u iliza el c i e io de
allo de es ue zo máximo, simpli icadamen e como:
𝐹𝑆= 𝜎𝐿
𝜎𝑒 ≥1
Siendo en onces FS el ac o de segu idad, 𝜎𝐿 es el lími e de o u a o allo y 𝜎𝑒
se ía las ensiones p oducidas en el modelo ensayado, pudiendo se Von Mises o
Máxima Tensión.
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2.4 P oblema de impac o y pa áme os que in luyen
2.4.1 P oblema de impac o
No malmen e, a excepción de cuando se a a emas como “ a iga”, se asume
que las ca gas que ac úan sob e cualquie elemen o se aplican g adualmen e, es
deci , sin impac o. Se asume, que pa a ca gas es á icas (sin impac o) el a io de
aplicación de la ca ga es an pequeño que la acele ación se á ambién pequeña,
po lo que el e ec o de esa acele ación puede se desp eciado.
Sin emba go las ca gas suelen se dinámicas (con impac o) y se dice que un
elemen o es á some ido a ca gas dinámicas cuando las ca gas ocasionan en
alguna pa e del elemen o una acele ación, de mane a que la magni ud de la
misma no puede desp ecia se.
Den o de los “P oblemas de impac o” pueden da se dos si uaciones:
• Ca gas de impac o a al a elocidad
Es e ipo de ca gas o si uaciones gene an acele aciones de g an magni ud y
p o oca si uaciones que en el p esen e es udio no se end án en cuen a debido
undamen almen e a dos azones.
1.- Se p oduce de o mación plás ica, pa icula men e en los pun os de
impac o. Po es a azón es muy di ícil de e mina la magni ud de la ca ga de
impac o y aunque se conocie a es di ícil es ablece una elación en e la ca ga
de impac o y el es ado de es ue zos y de o maciones en cualquie pun o del
elemen o, po que la ca ga de impac o p oduce ondas de de o mación del
ma e ial y los es ue zos y las de o maciones en cualquie pun o del elemen o
dependen de la p opagación de esas ondas de p opagación.
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2.- Si alguna pa e del elemen o es á de o mado plás icamen e, es necesa io
que la elación es ue zo-de o mación pa a ese ma e ial sea conocida. En el
p esen e es udio es impensable conoce dicha elación.
• Ca gas de impac o a baja elocidad
Du an e los impac os a baja elocidad el a io de aplicación de las ca gas es
an educido, que las ondas de de o mación desa olladas den o del elemen o
son muy pequeñas y pueden se desp eciadas y el ma e ial del elemen o posee
básicamen e las mismas p opiedades que p esen a ía en el caso es á ico. Bajo
es as condiciones el e ec o de las ca gas de impac o puede conside a se
equi alen e al e ec o de una ca ga aplicada es á icamen e y puede es udia se
con un en oque cuasies á ico.
A con inuación e emos algunos pa áme os que in luyen en el p oblema de
impac o como puede se la ib a y la esina, la elocidad de de o mación,…
2.4.2 Pa áme os que in luyen
2.4.2.1 P opiedades del ma e ial
• Tipo y con igu ación de la ib a
⋄ Tipo
El ma e ial de ab icación de las ib as es de e minan e pa a el
compo amien o a impac o. No malmen e se p e ie e la u ilización los
ma e iales que p esen en una al a abso ción de ene gía especí ica; es o es un
al o módulo elás ico, al a de o mación has a up u a y baja densidad. Es
impo an e la elocidad del sonido en la ib a, dependien e de su igidez y
densidad, pues in lui á haciendo que la ene gía se dis ibuya po la placa de

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o ma más o menos ápida. Una al a elocidad de la onda dis ibuye la ene gía
en un á ea mayo disminuyendo las de o maciones.
⋄ Con igu ación
La mayo ía de los ma e iales compues os u ilizados ac ualmen e se
cons uyen con ib as unidi eccionales o con ejidos, en pocos casos se u ilizan
ejidos en la di ección del espeso . En el caso de los laminados a base de ejidos,
se obse a que és os p esen an una mayo esis encia a la ac u a in e lamina .
El pa ón ondulado debido al ejido p o oca que las isu as engan un á ea
mayo y po an o necesi en mayo ene gía pa a a anza .
Los ma e iales con ejido idimensional ienen una mejo ole ancia al daño,
pues o que ienen mayo esis encia an e la delaminación debido a las ib as
o ien adas en la di ección del espeso .
• Es uc u a y supe icie de los hilos
⋄ Es uc u a
Los hilos de al as p es aciones se con eccionan median e la ag upación de
ilamen os en edándolos o e o ciéndolos. Re o ce los ilamen os p oduce una
al e ación de la igidez y esis encia del hilo. Así en un es udio de Rao y Fa is
con a ios ma e iales se ob u o que el ángulo óp imo de o sión que maximiza
la esis encia es é en o no a 7°.
⋄ Supe icie
En los ma e iales compues os ígidos, el a amien o de los hilos iene una
in luencia undamen al en la adhesión con la ma iz. Una buena adhesión
a o ece la esis encia an e impac os con baja ene gía, educiendo la
delaminación p oducida p incipalmen e po modo I. En impac os de al a
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ene gía donde se quie e pa a la masa que p o oca el impac o suele se más
a o able que se p oduzca mayo delaminación pa a una mejo disipación de la
ene gía. En p o ecciones lexibles cons uidas sólo con ejidos, la icción en e
los hilos es muy impo an e, pues és os ienen una mayo mo ilidad,
especialmen e cuando las condiciones de con o no lo a o ecen.
• Sensibilidad a la elocidad de de o mación
Las p opiedades mecánicas de los políme os de al a esis encia son sensibles
a la elocidad de de o mación, p o ocando enómenos de elajación y luencia.
Algunos in es igado es han es udiado es as p opiedades, ya que la in o mación
ob enida de es es á icos o cuasi-es á icos no es su icien e pa a ca ac e iza el
ma e ial an e un impac o.
En un abajo de Wang y Xia [6] se es udia el compo amien o del Ke la 49 a
dis in as elocidades de de o mación como se puede e en la siguien e igu a.
Se obse a que la igidez aumen a al aumen a la elocidad de de o mación.
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Imagen 14 Cu as - de ke la 49 a dis in as elocidades de de o mación
Pa a ma e iales como ib a de id io, polie ileno y a amida (KEVLAR), su
sensibilidad a la elocidad de de o mación di icul a la gene alización del
compo amien o del ma e ial an e dis in as elocidades de impac o. En un
es udio ealizado po Zhou [7], se ob ienen di e encias en e ensayos de
pene ación es á icos y dinámicos. Se encon ó que los pa áme os del ma e ial
no e an ace ados si no se u ilizaba algún ac o co ec o dependien e de la
elocidad de de o mación.
• Tejido
Las p opiedades en el ejido se án dis in as a las de los hilos gene almen e.
Al eje los hilos apa ece ondulado, icción e in e acción de los hilos que
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a ec an al compo amien o an e ca ga. En mayo o meno medida el p oceso de
ejido disminuye las p opiedades de las ib as.
En cuan o a la geome ía del ejido se ha obse ado que los ejidos
equilib ados (con ib as iguales y en igual núme o en ambas di ecciones)
abso ben más ene gía que los no equilib ados.
• Resina
La esina puede in lui aumen ando la igidez a lexión de la placa,
modi icando su lími e de e e encia. Los dos ipos p incipales de ma iz,
e moplás ica o e moes able, ienen un compo amien o dis in o en e al
impac o, siendo la esina e moplás ica menos ígida. La enacidad de la esina
es impo an e, in luye sob e la delaminación. Las esinas ágiles expe imen an
una delaminación ins an ánea con muy poco c ecimien o, po el con a io las
esinas enaces su en un c ecimien o de la delaminación len o y con olado.
2.4.2.2 P opiedades de la mues a a ensaya
En cuan o a las dimensiones la in luencia del elemen o a ensaya es
impo an e p incipalmen e en su aplicación a ensayos, pa a asegu a se de que
se ep oducen las condiciones adecuadamen e.
Pa a los impac os a baja elocidad las dimensiones de e minan la can idad
de ene gía que pod á almacena du an e el impac o, ya que oda la placa se e á
a ec ada p o ocando una de o mación global. En cambio pa a los impac os a
al a elocidad el e ec o de las dimensiones p ác icamen e desapa ece po que el
daño queda localizado en una zona muy pequeña. A elocidades meno es se
obse a que las placas de meno amaño o ecen más esis encia que las
mayo es.
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El iempo de in eg ación o iempo en e dos secuencias de sucesos ( iempo
de i e ación) es la mayo di e encia en e ambos mé odos. Pa a el implíci o, el
iempo de la i e ación puede se a bi a iamen e g ande, y aun así man ene la
es abilidad de la solución y ob ene con e gencia. Si se emplea el mé odo
implíci o pa a p oblemas no lineales, puede sucede que no se ob enga
con e gencia debido a que los iempos de paso se hacen excesi amen e
pequeños. El mé odo explíci o es es able siemp e y cuando el iempo de la
i e ación sea meno al iempo c í ico que se encuen a a pa i de la ecuencia
na u al más al a de la es uc u a. Dado que los iempos de i e ación son an
pequeños, el mé odo explíci o es ú il pa a p oblemas ansi o ios de muy co a
du ación.
A con inuación se p esen a las di e en es o mulaciones empleadas po el
paque e in o má ico u ilizado (ANSYS®).
Fo mulación dinámica explíci a
Las ecuaciones básicas esuel as po un análisis explíci o dinámico exp esan
la conse ación de la masa, impulso y ene gía en coo denadas de Lag ange.
Es os, jun o con un modelo de ma e ial y un conjun o de condiciones iniciales y
de con o no, de inen la solución comple a del p oblema.
Pa a o mulaciones de Lag ange, la malla se mue e y dis o siona con el
modelo ma e ial, po lo que au omá icamen e se cumple la conse ación de la
masa. La densidad en cualquie momen o puede de e mina se a pa i del
olumen ac ual de la zona y su masa inicial, median e la ecuación:
𝜌0𝑉0
𝑉= 𝑚
𝑉

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Las ecuaciones en de i adas pa ciales que exp esan la conse ación del
momen o se e ie en a la acele ación pa a el enso de ensiones σij:
𝜌𝑥󰇘= 𝑏𝑥+ 𝜕𝜎𝑥𝑥
𝜕𝑥 + 𝜕𝜎𝑥𝑦
𝜕𝑦 + 𝜕𝜎𝑥𝑧
𝜕𝑧
𝜌𝑦󰇘= 𝑏𝑦+ 𝜕𝜎𝑦𝑥
𝜕𝑥 + 𝜕𝜎𝑦𝑦
𝜕𝑦 + 𝜕𝜎𝑦𝑧
𝜕𝑧
𝜌𝑧󰇘= 𝑏𝑧+ 𝜕𝜎𝑧𝑥
𝜕𝑥 + 𝜕𝜎𝑧𝑦
𝜕𝑦 + 𝜕𝜎𝑧𝑧
𝜕𝑧
La conse ación de ene gía es exp esada median e la ecuación:
𝑒󰇗= 1
𝜌(𝜎𝑥𝑥𝑒󰇗𝑥𝑥+ 𝜎𝑦𝑦𝑒󰇗𝑦𝑦+ 𝜎𝑧𝑧𝑒󰇗𝑧𝑧+ 2 𝜎𝑥𝑦𝑒󰇗𝑥𝑦+ 2 𝜎𝑦𝑧𝑒󰇗𝑦𝑧+ 2 𝜎𝑧𝑥𝑒󰇗𝑧𝑥)
Pa a cada paso de iempo, es as ecuaciones se esuel en explíci amen e pa a
cada elemen o en el modelo, basado en los alo es de en ada al inal del paso
de iempo an e io .
Sólo se aplica la conse ación de masas y momen os. Sin emba go, en
simulaciones explíci as bien plan eadas, masas, momen os y ene gía deben de
conse a se. La conse ación de la ene gía es con olada cons an emen e po el
p oceso, con olando la calidad de la solución (en con aposición a ole ancias
con e gen es en la dinámica ansi o ia implíci a).
El algo i mo de cálculo dinámico explíci o u iliza un esquema de in eg ación
de iempo de di e encia cen al (mé odo de Leap og). Después de que las
ue zas se han calculado en los nodos ( esul an e de las ensiones in e nas, de
con ac o o de las condiciones de con o no), se de i an las acele aciones nodales
di idiendo la ue za po la masa:
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𝑥󰇘𝑖= 𝐹𝑖
𝑚+ 𝑏𝑖
Donde xi son las componen es de acele ación de los nodos (i=1,2,3), Fi son las
ue zas ac uan es en los nodos, bi son las componen es de acele ación del
elemen o y m es la masa del nodo. Con las acele aciones pa a un ins an e
de e minado n - ½, las elocidades pa a un ins an e n + ½ se hallan median e la
ecuación:
𝑥󰇗𝑖𝑛+12
⁄= 𝑥󰇗𝑖𝑛+12
⁄+ 𝑥󰇘𝑖𝑛 ∆𝑡𝑛
Finalmen e las posiciones se ac ualizan pa a un iempo n+1 po in eg ación
de las elocidades:
𝑥𝑖𝑛+1= 𝑥𝑖𝑛+𝑥󰇗𝑖𝑛+12
⁄ ∆𝑡𝑛+12
⁄
Fo mulación dinámica implíci a
La ecuación básica del mo imien o, esuel a po un análisis dinámico
ansi o io implíci o es: 𝑚𝑥󰇘+𝑐𝑥󰇘+𝑘𝑥=𝐹(𝑡)
donde m es la ma iz de masas, c es la ma iz de amo iguación, k es la ma iz
de igidez y F( ) es el ec o de ue zas.
En un ins an e dado, , es a ecuación puede conside a se como un conjun o
de ecuaciones de equilib io “es á ico” que ambién oman en cuen a las ue zas
de ine cia y amo iguamien o. El mé odo HHT (Hilbe -Hughes-Taylo ), a ian e
del de Newma k, es el empleado po ANSYS® pa a esol e esas ecuaciones. El
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inc emen o de iempo en e a ios ins an es de iempo sucesi os se llama, paso
de iempo de in eg ación.
Pa a p oblemas lineales:
- La in eg ación implíci a del iempo es incondicionalmen e es able pa a
cie os pa áme os de in eg ación.
- El paso de iempo a ia á sólo pa a sa is ace los equisi os de p ecisión.
Pa a p oblemas no lineales:
- La solución se ob iene median e una se ie de ap oximaciones lineales
(mé odo de New on-Raphson), po lo que cada paso de iempo puede ene
muchas i e aciones de equilib io.
- La solución equie e la in e sión de la ma iz de igidez equi alen e
dinámica no lineal. - Pequeños pasos i e a i os de iempo pueden se necesa ios
pa a log a la con e gencia.
- Se p opo cionan he amien as de con e gencia, pe o no se ga an iza la
con e gencia de p oblemas al amen e no lineales.
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3. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
3.1 Ma e iales. P opiedades.
El inicio del p oceso de modelización de los modelos de simulación comienza
con un p oyec o nue o en la en ana de abajo (Explici Dynamics). Es e cons a
de 7 apa ados, el p ime o es el p opio p oyec o. El segundo apa ado, es el que
se a a en es e pun o, Enginee ing Da a, al y como se ap ecia en la igu a
siguien e.
La ca ac e ización de los ma e iales que se an a emplea en el p oyec o, es
deci de los ma e iales que o man cada una de las pa es de cada modelo:
espalde a, pe cu o y yunque.
- Espalde a: el ma e ial del que es á o mada es un ma e ial compues o po
una esina ipo epoxi y de ib as la gas con disposición alea o ia. Es e o ma o le
da a nues o componen e un compo amien o casi isó opo.
- Pe cu o y yunque: Se modeliza á con un ace o de la p opia abla de
ma e iales de ANSYS®, ya que el compo amien o de es os elemen os de ace o
en e al es o de ma e iales hace que no sea necesa ia la u ilización de las
p opiedades exac as según ma ca la no ma.
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Imagen 17 Ven ana p incipal de abajo
Una ez que conocemos los ma e iales que amos a emplea en el cálculo se
deben ecopila las p opiedades mecánicas. Las p opiedades mínimas que
debemos conoce de nues os ma e iales se án aquellas necesa ias pa a que se
puedan ealiza los cálculos y es a án en unción de los modelos que iene
implan ado el p og ama in o má ico, al y como se mues a en la abla
siguien e:

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Tabla 8 Ma e iales y sus e ec os en EXPLICIT DYNAMICS (ANSYS®)
Clase de Ma e ial
E ec os del Ma e ial
Me ales
Elas icidad
Plas icidad
Endu ecimien o po De o mación Isó opa
Endu ecimien o po De o mación Cinemá ica
Rápido Endu ecimien o po De o mación Isó opa
Ablandamien o Té mico Isó opo
F ac u a Dúc il
F ac u a F ágil (basado en Ene gía de la F ac u a)
Fallo dinámico (Ripio)
Ho migón/Roca
Elas icidad
Compac ación Po osa
Plas icidad
Endu ecimien o po De o mación
Rápido Endu ecimien o po De o mación en
Comp esión
Rápido Endu ecimien o po De o mación en T acción
Plas icidad Dependien e de la P esión
Plas icidad Dependien e del Ángulo de la Ve a
Daño po Cizalladu a / F ac u a
Daño po T acción / F ac u a
Tie a/A ena
Elas icidad
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Compac ación Po osa
Plas icidad
Plas icidad Dependien e de la P esión
Daño po Cizalladu a / F ac u a
Daño po T acción / F ac u a
Cauchos/Políme os
Elas icidad
Viscoelas icidad
Hipe elas icidad
O ó opos
Elas icidad O ó opa
El compo amien o de los ma e iales con los que amos a abajas se á
elás ico-plás ico. Los alo es necesa ios en las simulaciones p oceden de da os
ob enidos po ab ican es especializados (se adjun an ichas en el anexo
co espondien e).
En la abla siguien e se ecogen las p opiedades mecánicas in oducidas po
cada ma e ial. Va ios alo es de las p opiedades mecánicas, al se conside ados
ma e iales con compo amien os isó opos, se hacen necesa ios dos de ellos,
pudiéndose calcula el es o.
MATERIAL
DENSITY
(kg/m3)
YOUNG'S
MODULUS, E
(Pa)
POISSON'S
RATIO
BULK
MODULUS
(Pa)
SHEAR
MODULUS
(Pa)
ACERO
7860
2·1011
0,3
1,667·1011
7,69·1010
PROTECTOR
1400
45,9·109
0,47588
3,1722·1011
1,555·1010
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Debido a que uno de los ma e iales ha sido pe sonalizado, se ha in oducido
sus alo es manualmen e y es os alo es se han calculado ap oximadamen e y
median e es imaciones que se p esen an en el apa ado siguien e.
3.2 Simpli icaciones
La modelización del p oblema debe hace se aplicando la mayo
simpli icación posible sin que se ean a ec ados los esul ados, de o ma que se
aho e iempo de simulación o que se eduzca el amaño de los elemen os
donde sea adecuado. A menudo los p oblemas p esen an alguna sime ía o
alguna geome ía eal que no apo a nada al p oceso de cálculo.
De los es elemen os in oducidos en la simulación la espalde a se ha
in en ado espe a al máximo su geome ía sin ealiza ninguna simpli icación.
Además es una geome ía es udiada bas an e simple. De los o os elemen os, el
pe cu o y el yunque, se han ealizado simpli icaciones en el yunque, ya que po
la me odología del p oceso del p og ama in o má ico se ha conside ado que la
ca a de dicho elemen o en con ac o den la espalde a es el único elemen o más
iel a la ealidad, ya que iene que posee una o ma de cúpula al y como exige
la no ma i a aplicable. En cuan o al pe cu o es una geome ía al y como exige
la no ma. Es o es así po que cuando impac a el pe cu o sob e la espalde a
debe queda la línea del pe cu o , po la o ma que posee la ca a de con ac o del
pe cu o , su pa e cen al en el cen o de la cúpula del yunque. Po lo an o en la
pa e ex e io de la espalde a impac a á una línea y po la pa e in e io un
pun o.
En la siguien e igu a se in en a acla a lo comen ado an e io men e:
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Imagen 18 Posición elemen os ensayo
En cuan o a la ob ención de las p opiedades mecánicas del ma e ial llamado
PROTECTOR se han hecho a ias es imaciones.
Vamos a ca ac e iza es imando p opiedades mecánicas de un ma e ial
compues o po epoxi y ke la , p oceden es de un compues o come cial de un
con enido de ib a en olumen de un 60% y unidi eccional.
Pa a es ima las siguien es p opiedades:
 Módulo de Young (E)
 Módulo de Poisson (
 Módulo cizallamien o (G)
Vamos a conside a las siguien es ó mulas empí icas que en la p ác ica
p edice alo es con bas an e p ecisión:
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Los elemen os de mallado más empleados pa a el mallado de piezas en 3D,
son los mos ados en la siguien e igu a:
Imagen 22 Elemen os pa a mallado
La calidad del mallado de la pieza puede e alua se median e el elemen o
Skewness, que es una medida de la dis o sión ela i a de un elemen o
compa ado con una o ma ideal ( e aed o, pi ámide, hexaed o,…), al y como
se ap ecia en la siguien e abla:
Tabla 9 Calidad del mallado, en unción de la “calidad” de la o ma
También en unción de la o ma de la pieza el mallado más e icien e se á
aquel que se adap a más egula men e a la o ma del obje o. Siendo
ecomendable el uso de mallados con hexaed os en o mas idimensionales
po el meno núme o de nodos que se p oducen, con el consecuen e aho o en
el cálculo.

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El mallado ealizado ha pa ido de un mallado au omá ico de la pieza al que
se han añadido elemen os pa icula es de mejo a como la sepa ación en pa es
de las piezas y la elección de ipos pa icula es de o mas de mallado lo más
aco des pa a la pieza.
Pa a la geome ía “YUNQUE” se ha elegido el mé odo de mallado “sweep”
según el mé odo “MULTIZONE”, o zando a que in en e u iliza elemen os ipo
hexaed o, po las azones que se indican an e io men e.
En la siguien e igu a se mues a el mallado que se ha u ilizado en cada uno
de los casos de es udio.
Imagen 23 Mallado de las piezas a simula
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A con inuación se mues a en la siguien e igu a la calidad de los mallados
po los que se ha op ado, y como se puede e , se alcanza un g ado de calidad
más que acep able, no siendo ep esen a i os po se muy pocos elemen os, los
que empob ecen la calidad del mallado.
Imagen 24 Ejemplo de calidad mallado ipo u ilizado
3.5 Condiciones de con o no
3.5.1 Condiciones iniciales
Con el modelo in oducido, las ca ac e ís icas de los ma e iales y el mallado
de la pieza, sólo nos queda in oduci al sis ema las condiciones iniciales y los
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pa áme os que que emos que ANSYS® nos simule. En es e caso son los
siguien es:
- Pa a disminui el iempo de cálculo, el pe cu o se ha diseñado a una
dis ancia de 1 mm de su obje i o, po lo cual la elocidad inicial de dicho
pe cu o se á aquella que posee ía la misma si caye a desde la al u a deseada
de cálculo, siendo según no ma i a de 1 m.
Dicha elocidad se á ap oximadamen e de 4,42 m/s, ob eniéndose median e
la ísica clásica como sigue:
Pa a la caída de una masa lib e y guiada empleamos la siguien e ó mula
𝑣(𝑚𝑠
⁄)= √2∙ 𝑔∙ ℎ= √2∙9.81∙1=4.42 𝑚𝑠
⁄
Según indica la no ma es e cálculo debe ía co egi se al ene se en cuen a
que el pe cu o no es á en las condiciones iniciales a 1 m desde la caída y
además la dis ancia del senso debe ía inco po a se pa a modi ica dicha
dis ancia. Pe o es as co ecciones son desp eciables y no a ia á el sen ido del
es udio.
- Al yunque se le impond á la condición de que la pa e supe io de la misma
(la ca a en o ma de cúpula) sea un elemen o ijo, sin libe ad de mo imien o.
3.5.2 Condiciones de con ac o en e supe icies
Vamos a de ini qué con ac os amos a ene en nues o es udio.
Como se comen ó an e io men e podemos ene a ios ipos de con ac os y
pa a llega a ellos debe emos en a en ANSYS® MechanicalTM, desde el
esc i o io de ANSYS® WORKBENCHTM en el módulo “Model”. Aunque se puede
accede desde cualquie módulo, como se comen ó an e io men e.
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Los con ac os que hemos de inida son:
⋄ F ic ional: se elige es e ipo de con ac o po que cuando se p oduce el
impac o hay algo de icción en e las supe icies. No obs an e en es e caso
pod íamos habe elegido “F ic ionless”, debido p incipalmen e a que en el
ins an e después del impac o no hay ozamien o en e las supe icies. Además
de algún pa áme o a de ini dis in o, como coe icien e de icción,… no
obs an e a oja esul ados simila es.
⋄ Bonded: debido p incipalmen e a que debemos sopo a nues a mues a a
ensaya de alguna o ma y se ha decidido que el pun o de unión en e la
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mues a (espalde a) y el sopo e (yunque) quede de alguna o ma adhe ido po
es e pun o y el es o del elemen o ensayado enga odos sus g ados de libe ad
(mo imien os).
Se ha decidido hace lo de es a o ma pa a in en a ene más con ol del
compo amien o p e is o de los elemen os. Pe o se puede ecu i a écnicas
au omá icas de de ección de con ac os, que se dejan al lec o y a su cu iosidad.
3.5.3 Model-Connec ions
En el apa ado co espondien e se indican las condiciones de nues o
es udio, pe o aquí se indica án unos mínimos pa a pode asigna las
condiciones de con ac o en e las piezas.

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A con inuación se in oduce algunos concep os básicos sob e los con ac os
en e supe icies:
Los con ac os en e supe icies pueden de ini se de di e en es mane as en
ANSYS®. Las di e encias incluyen cómo las supe icies de con ac o son
ep esen adas, cómo se in e p e a la pene ación del con ac o y qué asgos y
limi aciones especí icas exis en en los di e en es algo i mos. Pa a algunos
modelos de con ac o, se emplean segmen os pa a de ini las supe icies de
con ac o de los cue pos. El p og ama au omá icamen e iden i ica y de ine los
segmen os pa a cada supe icie.
O os modelos pe mi en que cualquie supe icie en e en con ac o con
cualquie o a, e incluye con ac os de supe icies con sí misma. En ealidad, es e
ipo de con ac o es el más sencillo de de ini y es muy empleado cuando las
supe icies de con ac o no se conocen p e iamen e como en la simulación de un
choque comple o de au omó il.
Cuando un nodo o segmen o de con ac o (sla e) pene a un segmen o blanco
(mas e ), se c ea una ue za es au a i a (penalidad) que lo empuja de uel a a
a és del lími e de la supe icie. La penalidad ígida de con ac o es
au omá icamen e calculada en base a las p opiedades mecánicas de las
supe icies de con ac o. Po es o es necesa io usa alo es ealis as del módulo
de elas icidad cuando se de inen ma e iales ígidos.
⋄ Plan eamien o dinámico de las supe icies de con ac o.
El p incipio de los abajos i uales co esponde a disc e iza el p incipio de
D’Alembe . La elación ampliada de las ue zas sob e un cue po co esponde a
la ecuación siguien e. En es a se encuen a un nue o é mino, con , que
ep esen a las ue zas de con ac o que ecaen en el cue po. Las ue zas de
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con ac o son dependien es de los desplazamien os y las elocidades de los
elemen os. 𝑀𝑥󰇘+𝐾𝑥=𝑓𝑒𝑥𝑡+𝑓𝑖𝑛𝑡(𝑥)+𝑓𝑐𝑜𝑛𝑡(𝑥,𝑥)
La ue za de con ac o aplicada sob e un nodo es p opo cional a la
pene ación de la supe icie en con ac o
𝑓𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖= 𝑘𝑖𝑛𝑡∗𝛿𝑖
El ac o kin deno a la igidez de la in e ase, que se calcula en base a la
igidez indi idual de las supe icies en con ac o. La igidez del con ac o se
de ine como en la ecuación siguien e
𝑘𝑖𝑛𝑡= 𝜆 ∗𝑘𝑚∗𝑘𝑠
𝑘𝑚+𝑘𝑠
El ac o λ ep esen a el ac o de igidez, km y ks son la igidez especí ica
pa a las supe icies pene adas y pene an es. La igidez de las supe icies en un
elemen o SHELL es igual a la mul iplicación del espeso del SHELL po el
módulo de elas icidad E (ecuación 24). La igidez de la in e ase puede se is a
como un sis ema con dos eso es en se ie
𝑘𝑖= ℎ𝑖∗𝐸𝑖
⋄ Gene alidades de las supe icies de con ac o.
Se pe mi e un a iado ango de condiciones de con ac o en e supe icies:
• El inal de la supe icie puede de e mina se al especi ica la icción
dependien e de la elocidad, jun o con los alo es lími es de es ue zo co an e.
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• Los con ac os e osi os admi en que la supe icie de con ac o se es ablezca
al in e io de cie os elemen os, a medida que los elemen os de la supe icie
ex e io allan.
• El con ac o en e má genes pe mi e que la ma gen de un elemen o SHELL
de ec en la ma gen de o o elemen o SHELL.
El de ini con ac os en ANSYS equie e simplemen e que se indiquen las
supe icies en con ac o (no siemp e necesa io), el ipo de con ac o en e ellas y
cualquie o o pa áme o especí ico en elación al ipo de con ac o. Con an os
modelos de con ac os disponibles, no es siemp e ácil de ini el mejo con ac o
pa a el sis ema ísico en p ueba. Es ap opiado en ende los di e en es
algo i mos y las amilias de con ac os que disponibles pa a selecciona el
modelo de con ac o adecuado.
Un algo i mo de con ac o es el mé odo po el cual el código p ocesa las
supe icies de con ac o. Exis en es algo i mos de con ac o di e en es
disponibles:
• Con ac o de supe icie simple.
• Con ac o de nodos a supe icies.
• Con ac o de supe icie a supe icie.
Una amilia de con ac os es un conjun o de ipos de con ac o con p opiedades
simila es especializadas. Exis en diez amilias disponibles. El p og ama sopo a
24 combinaciones en e los algo i mos y las amilias, pe o exis e algún aslape:
• Con ac o gene al o básico.
• Con ac o au omá ico.
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• Con ac o ígido.
• Con ac o enlazado.
• Con ac o enlazado con alla.
• Con ac o e osi o.
• Con ac o de ma gen.
• Con ac o D awbead.
• Con ac o de o mación.
• Con ac o bidimensional.
⋄Algo i mo de con ac o de supe icie simple.
El algo i mo de con ac o de supe icie simple es ablece con ac o cuando una
supe icie ex e na de un cue po hace con ac o con ella misma o con una
supe icie ex e na de o o cue po. Es e algo i mo es el más gene al de los ipos
de con ac o debido a que el p og ama busca au omá icamen e odas las
supe icies ex e nas en un modelo pa a de e mina si ocu e pene ación.
Al inclui se odas las supe icies ex e nas, no se equie e de ini supe icies
sla e y mas e . El con ac o de supe icie simple puede se muy pode oso po
ella misma o en p oblemas de g andes de o maciones cuando las á eas en
con ac o no se conocen p e iamen e, es e es el caso de muchas aplicaciones de
choques o impac o. El con ac o simple sólo causa un lige o inc emen o en el
iempo de CPU en compa ación con limi a las supe icies de con ac o. En
muchos casos, el algo i mo libe a el con ac o si un nodo pene a más del 40%
del espeso del elemen o con ac ado. Es o puede causa se po :
• Pa es excesi amen e delgadas.
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4. RESULTADOS
4.1 In oducción
En es e capí ulo se p esen an los esul ados ob enidos as ealiza algunas
simulaciones median e ANSYS® WORKBENCHTM de un impac o bajo no ma i a
que p e ende ep oduci las condiciones lo más iel posible. El ensayo que se
p e ende ep oduci es el u ilizado pa a ob ene la alidez de un elemen o de
p o ección (espalde a pa a mo o is a) y po la na u aleza del abajo se
p e ende da una espues a más global que un simple eje cicio de alidación
es uc u al y de diseño de la pieza. La alo ación de la con eniencia de
elemen o es udiado se ha á espec o y p incipalmen e, al y como se comen ó
an e io men e, en unción del ac o de segu idad compa ando las ensiones
apa ecidas en la pieza ensayada (Von Mises o Tensión P incipal Máxima)
espec o de la ensión de o u a o allo del ma e ial. Es os ensayos consis en,
como ambién se comen ó an e io men e, en dispone una pieza del ma e ial de
p o ección e impac a la de o ma pe pendicula , en caída lib e desde 1 m de
al u a y guiada con el pe cu o modelado según indicaciones de la no ma i a
que le aplica.
4.2 Resul ados
El obje o de la simulación es comp oba como la ene gía ciné ica de la caída
se ans o ma en ensiones sob e el modelo simulado y cómo e oluciona el
modelo en e a es as ensiones. Se es udia á si el elemen o de p o ección
es udiado (espalde a) es capaz de sopo a las ensiones del impac o, o po el
con a io, sí se p oduce el allo del mismo, con la consiguien e pene ación de la
ba a.

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En la imagen 7 y abla 4 del apa ado “2.1 No ma i a (Resumen)” se indican
las posiciones de los impac os, así como el cumplimien o de las condiciones
ma cadas e impues as.
Vamos a explica a con inuación po qué y cómo se llegó al espeso de diseño
adop ado como su icien e (4 mm). Se comenzó ealizando los ensayos con
mues as de poco espeso , 2 mm, pe o en el momen o en que se p oducía el
allo, eniéndose que cumpli la siguien e condición, se pasaba a un amaño
mayo de espeso y cumpli la siguien e exp esión
𝐹𝑆= 𝜎𝑉𝑀
𝜎𝐿>1
En el momen o que no se cumplía la condición an e io se op aba po
aumen a el espeso inc emen almen e en in e alos de 1 mm, llegando a 4 mm
de espeso pa a la p o ección.
Como podemos e en la abla y g á icos siguien es pa a la espalde a de 2
mm de espeso e impac o en posición 1 del pe cu o
Tabla 10 Resul ados allo espalde a e=2mm
PEQUEÑA (e=2mm)
VM
(MPa)
TM
(MPa)
FS
L
(MPa)
1
226,29
132,51
0,85626
194
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Imagen 25 VM espalde a pequeña e=2mm
Imagen 26 TM espalde a pequeña e=2mm
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Imagen 27 FS espalde a pequeña e=2mm
Se ap ecia que se p oduce allo en la zona cen al, zona de impac o y donde
e a de espe a , con FS < 1. Po lo que, como se desc ibió an e io men e, se
decide aumen a en 1 mm el espeso .
Como podemos e en la abla y g á icos siguien es pa a la espalde a de 3
mm de espeso e impac o en posición 1 del pe cu o .
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Tabla 11 Resul ados allo espalde a e=3mm
Imagen 28 VM espalde a pequeña e=3mm
PEQUEÑA (e=3mm)
VM
(MPa)
TM
(MPa)
FS
L
(MPa)
1
199,33
132,33
0,97
194
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Imagen 29 TM espalde a pequeña e=3mm
Imagen 30 FS espalde a pequeña e=3mm

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Se ap ecia que se p oduce allo en la zona cen al, zona de impac o y donde
e a de espe a , con FS < 1. Po lo que, como se desc ibió an e io men e, se
decide aumen a en 1 mm el espeso .
A pa i del es udio de los dis in os espeso es p esen ados, ya que se
comenzó los ensayos po la espalde a pequeña y posiciones co ela i os de 1 a
5, se ealizó p ime o el ensayo en la posición 1 del pe cu o y como se obse a
al habe allo el ma e ial se acome ió con inc emen os de espeso , llegando
has a los 4 mm de espeso .
A con inuación se p esen an los esul ados de la p o ección con espeso de 4
mm, que como se puede ap ecia en la p o ección de meno amaño (pequeña)
y con impac o del pe cu o en posición 1 enemos el ac o de segu idad meno .
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P ime amen e se an a p esen a los esul ados que se han ob enido.
Tabla 12 Resul ados ensayo condiciones ambien e
1
2
3
4
5
PEQUEÑA
VM (MPa)
176,21
169,01
152,92
162,74
134,2
TM (MPa)
94,63
168,87
130,34
145,02
85,65
FS
1,09
1,1462
1,2671
1,1906
1,4438
L (MPa)
194
MEDIANA
VM (MPa)
121,01
152,85
134,73
93,09
95,52
TM (MPa)
95
137,63
119,4
89,11
62,69
FS
1,6002
1,2676
1,4382
2,0816
2,0285
L (MPa)
194
GRANDE
VM (MPa)
84
112,85
82,67
53,91
82,55
TM (MPa)
87,07
65,38
62,8
35,84
58
FS
2,3068
1,717
2,344
3,6
2,3471
L (MPa)
194
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Tabla 13 Resumen ensayo en condiciones de humedad
1
2
3
4
5
PEQUEÑA
VM (MPa)
140,04
132,17
121,93
96,45
83
TM (MPa)
79,543
135
94,81
88,63
57,14
FS
1,1782
1,2484
1,3532
1,7106
1,9881
L (MPa)
165
MEDIANA
VM (MPa)
105,1
112,07
100,41
71,62
80,27
TM (MPa)
76,23
103,86
84,72
66,9
50,94
FS
1,57
1,4723
1,6433
2,3038
2,0556
L (MPa)
165
GRANDE
VM (MPa)
54,06
87,43
62,83
50,37
65,87
TM (MPa)
55,63
52,91
47,36
32,99
48,41
FS
3,0352
1,8872
3,0838
3,2758
2,5049
L (MPa)
165
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Además p esen amos en o ma de g á ica los esul ados an e io es
Imagen 31 Ensayo a empe a u a ambien e - VM
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
GRANDE MEDIA PEQUEÑA
VM (MPa)
Tamaño Espalde a
ENSAYO DE IMPACTO A TEMPERATURA
AMBIENTE
Tensiones equi alen es (Von Mises)
1
2
3
4
5
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Imagen 38 TM
Aquí podemos obse a que la ensión p incipal máxima se p oduce una ez
alcanzada po el impac o la p o ección ensayada, siendo de 94,933·106 MPa en
el ins an e 1,1 ms, comenzando la ensión del impac o ep esen a i a en el
ins an e 0,25 ms y obse ándose que pos e io men e al máximo de la ensión
es as caen po el e ec o de la no ac uación de ningún e en o, ya que se ha dejado
de aplica cualquie ipo de es ue zo, ue za, impac o,… en la p o ección.

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• Fac o de Segu idad
Imagen 39 Fac o de segu idad Max-Min en Geome ía
Como se comen ó an e io men e, el ac o de segu idad se ob end á como
esul ado de compa a la ensión p incipal máxima o equi alen e de Von Mises
con a la ensión úl ima o de o u a p opia del ma e ial. Pe o al se más
es ic i o, al se mayo la ensión equi alen e de Von Mises, se emplea á es e
alo .
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Imagen 40 G á ico empo al de Fac o de Segu idad
Aquí ambién podemos obse a que el ac o de segu idad mínimo se
alcanza, como es ob io, siendo de 1,6002 en el ins an e 1,1 ms, comenzando a
se ep esen a i o el ac o de segu idad en el ins an e 0,45 ms y obse ándose
que pos e io men e al mínimo es os aumen an po el e ec o de la no ac uación
de ningún e en o, ya que se ha dejado de aplica cualquie ipo de es ue zo,
ue za, impac o,… en la p o ección.
Además de los da os p opios del cálculo y elacionados con el ma e ial
debemos ene p esen e, po ejemplo y como mínimo el e o , lo que se ía
“Ene gy E o ”, que como obse amos iene un alo cons an e lo que implica
que no se des ían los cálculos en cada ciclo de cálculo lo su icien e como pa a
que sea ep esen a i o y el  u ilizado es álido.
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Además de la ene gía aplicada en el impac o que, como dice la no ma que
aplica UNE EN 1621-2, debe se como mínimo de (50 ± 1.5 J).
Imagen 41 Conse ación de la ene gía
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Imagen 42 Resumen de ene gía en impac o
De es e g á ico podemos obse a que oda la ene gía ciné ica del pe cu o es
ans e ida en el impac o, cumpliéndose la conse ación de la ene gía y que la
ene gía “Hou glass” al no se supe io al 5% de la ene gía in e na nos indica
que no es necesa io con oles o p opiedades adicionales pa a de ini nues o
modelo.
Además podemos ob ene o a in o mación impo an e, como es que es á
elacionado la imagen 34 con la siguien e imagen
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Imagen 43  de cada ciclo
P ime o indica que es un indicado de calidad del ensayo que sea es able el
 pa a cada ciclo y después indica que cada ciclo posee un  = 1,3748·10-7 s,
po lo que como hemos indicado an e io men e la VM máxima se p oduce en el
ins an e 1,1001·10-3 s es a se p oduce en el ciclo
1,1001·10−3
1,3748·10−7=8.006,55 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
donde nos indica que se p oduce el mayo cambio de la ene gía, de su o ma
ciné ica a ene gía in e na.
De los 30 ensayos ealizados se ob ienen esul ados, que en pa e se han
p esen ado an e io men e, pe o o os se pueden ex ae , son simila es a los
p esen ados, cumpliendo lo expues o. No obs an e amos a p esen a los
g á icos de los ac o es de segu idad desde el pun o de is a del iempo, pa a
que podamos disce ni cuando comienza el impac o, que casi ins an áneamen e

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alcanzamos el máximo de la ensión equi alen e de Von Mises (que como se dijo
an e io men e e a mayo que la ensión p incipal y po lo an o escogemos es a
in o mación al se más es ic i a) y que se p oduce un aumen o del ac o de
segu idad (una disminución de la VM) al no ansmi i se ningún ipo de
es ue zo a la p o ección ensayada.
Es os esul ados se an a p esen a en o ma de g á icos. Con es os
esul ados pod emos obse a que la in o mación más ep esen a i a se
encuen a en un espacio de iempo muy pequeño ( igu as desde la 44 a la 48) y
ambién como in ui como se debe ía p oduci g ie as o allos en el ma e ial,
indicado po las zonas de la p o ección con meno ac o de segu idad ( igu as
de la 49 a 53).
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2) Espalde a Mediana Nue a
3) Espalde a G ande Nue a
4) Espalde a Pequeña En ejecida
b) Espalde a Mediana En ejecida
1) Espalde a Pequeña Nue a
c) Espalde a G ande En ejecida
5) Espalde a Mediana En ejecida
6) Espalde a G ande En ejecida
Imagen 44 FS Impac o 1 (1-6)
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7) Espalde a Pequeña Nue a
8) Espalde a G ande Nue a
9) Espalde a Mediana Nue a
10) Espalde a Pequeña En ejecida
11) Espalde a Mediana En ejecida
12) Espalde a G ande En ejecida
Imagen 45 FS Impac o 2 (7-12)
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16) Espalde a Pequeña En ejecida
15) Espalde a G ande Nue a
14) Espalde a Mediana Nue a
13) Espalde a Pequeña Nue a
18) Espalde a G ande En ejecida
17) Espalde a Mediana En ejecida
Imagen 46 FS Impac o 3 (13-18)
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Imagen 52 FS Impac o 4 (19-24)
19 ) Espalde a Pequeña Nue a
20 ) Espalde a Madiana Nue a
21 ) Espalde a G ande Nue a
22 ) Espalde a Pequeña En ejecida
23) Espalde a Mediana En ejecida
24 ) Espalde a G ande En ejecida

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Imagen 53 FS Impac o 5 (25-30)
25 ) Espalde a Pequeña Nue a
26 ) Espalde a Madiana Nue a
27 ) Espalde a G ande Nue a
28 ) Espalde a Pequeña En ejecida
29 ) Espalde a Mediana En ejecida
30 ) Espalde a G ande En ejecida
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5. CONCLUSIONES
El obje i o del p esen e es udio es in en a comp oba si es iable u iliza
ma e iales compues os en elemen os de p o ección, y en el caso que nos ocupa,
en una espalde a pa a mo ociclis as.
Según los esul ados se puede conclui que sí que es posible u iliza es e ipo
de ma e iales, debido a que con un espeso bas an e educido se ob iene un
elemen o ígido que pueda abso be la ene gía ciné ica en caso de impac o.
En cuan o a las simulaciones ealizadas comen amos que los mé odos
numé icos u ilizados, además de se en la ac ualidad una he amien a
imp escindible pa a el es udio p e io de soluciones, son capaces de iden i ica
allos en el diseño an es de pasa a la p oducción, con el consiguien e aho o
económico. Po o o lado, la esis encia a impac o de la espale a no depende
p ác icamen e de su amaño.
Se ía in e esan e ex ende es e abajo añadiendo di e sas o mas, que se
acoplen mejo a la ana omía, pa a que su e gonomía sea mayo y p opo ciona
al usua io mayo comodidad y calidad en su u ilización.
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6. BIBLIOGRAFÍA
[1] UNE-EN 1621-2-2014 “Ropa de p o ección en e a impac os mecánicos
pa a mo o is as. Pa e 2: P o ec o es de espalda pa a mo o is as. Requisi os y
mé odos de ensayo”.
[2] E ec s O Hyd oly ic Aging On Glass/Epoxy, Ke la /Epoxy, And Hyb id
(Glass/Ke la /Epoxy) Composi es. In e na ional Jou nal O Enginee ing
Resea ch & Technology (IJERT) Vol. 2 Issue 5, May 2013. C. Ramesh, V.
A umugam, Joseph S anley, Vijaya Kuma .
[3] Rapid E alua ion O The mal Aging O Polyme Composi es. Socie y O
Plas ics Enginee s. Plas ics Resea ch Online. 10.2417/spep o.005232. Wei Fan
and Jia-lu Li
[4] E ec s O Aging On Epoxy-Based Rapid Tooling Ma e ials. Xa ie O eme
and Jona han S. Col on Cen e o Polyme P ocessing, Rapid P o o yping and
Manu ac u ing Ins i u e, and School o Mechanical Enginee ing Geo gia Ins i u e
o Technology, A lan a, GA 30332-0405 USA.
[5] BEER, Fe dinand P., JOHNSTON J . E. Russell. Mecánica de Ma e iales.
Bogo á, Colombia: McG aw-Hill, 1993. 738p. ISBN 0-07-837340-9.
[6] Wang, Y. y Xia, Y. M., "The E ec s o S ain Ra e on he Mechanical
Beha iou o Ke la Fib e Bundles: an Expe imen al and Theo e ical S udy."
Composi es: Pa A. 1998, Vol. 29A, págs. 1411-1415.
[7] Zhou, Y., y o os., "Tensile Beha io o Ca bon Fibe Bundles a Di e en
S ain Ra es." Ma e ials Le e s, 2010, Vol. 64, págs. 246-248.
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[8] Cunni , P. M., "Dimensionless Pa ame e s o Op imiza ion o
Tex ileBased Body A mo Sys ems." 18 h In e na ional Symposium on
Ballis ics. 1999, págs. 1303-1310.
[9] Lim, C. T., Tan, V. B. C. y Cheong, C. H., "Pe o a ion o High-S eng h
Double-Ply Fab ic Sys em by Va ying Shaped P ojec iles." In e na ional Jou nal
o Impac Enginee ing, 2002, Vol. 27, págs. 577-591.
[10] Mechanical P ope ies o Random Discon inuous Fibe Composi es
Manu ac u ed om We lay P ocess. Yunkai Lu. Thesis submi ed o he Facul y
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[11] Olsson, R., "Mass C i e ion o Wa e Con olled Impac Response o
Composi e Pla es." Composi es: Pa A, 2000, Vol. 31, págs. 879-887.
[12] Los acciden es nos cues an 15.390 millones. J.M.M. Re is a “T á ico”.
[13] Es udio de sinies alidad ial en mo ocicle as. Jesús Vegas Asensio.
Mu ua Mad ileña.
[14] El compo amien o de los ma e iales compues os con ib a de ca bono.
B oulaye Bamba.
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7. ANEXOS
7.1 C oquis de piezas es udiadas

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7.2 P opiedades piezas p o ección es udiadas
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7.3 P opiedades piezas de e e encia
7.3.1 Resumen P o ección es udiada (GRANDE)
Objec Name
ESPALDERA
PLANA_ok._con olumen
pe cu o _5kg_sin
edondeo
yunque_ok
S a e
Meshed
G aphics P ope ies
Visible
Yes
T anspa ency
1
De ini ion
Supp essed
No
S i ness
Beha io
Flexible
Coo dina e
Sys em
De aul Coo dina e Sys em
Re e ence
Tempe a u e
By En i onmen
Re e ence
F ame
Lag angian
Ma e ial
Assignmen
PROTECTOR
STNL.STEEL
Nonlinea
E ec s
Yes
The mal S ain
E ec s
Yes
Bounding Box
Leng h X
4,e-003 m
9,0801e-002 m
0,19 m
Leng h Y
0,41518 m
0,16 m
1,e-001 m
Leng h Z
0,25376 m
5,e-002 m
0,1 m
P ope ies
Volume
3,6132e-004 m³
6,3608e-004 m³
1,3071e-003 m³
Mass
0,50585 kg
4,9996 kg
10,274 kg
Cen oid X
0,3752 m
0,32176 m
0,46698 m
Cen oid Y
1,2857e-002 m
4,7958e-002 m
4,795e-002 m
Cen oid Z
-5,6878e-003 m
-5,6867e-003 m
-5,6828e-003 m
Momen o
Ine ia Ip1
8,4709e-003 kg·m²
1,1589e-002 kg·m²
1,1621e-002 kg·m²
Momen o
Ine ia Ip2
2,1566e-003 kg·m²
3,7922e-003 kg·m²
3,295e-002 kg·m²
Momen o
Ine ia Ip3
6,3156e-003 kg·m²
1,353e-002 kg·m²
3,2948e-002 kg·m²
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Aquí podemos e que al es a bajo en o no WINDOWS se hace amilia e
in ui i o de u iliza .
Como cualquie p og ama bajo es e sis ema ope a i o emos que posee
a ias zonas sepa adas pe o conec adas de ácil acceso, como son:
 Ba a de í ulo
Donde se encuen a in o mación elacionada con el a chi o del p oyec o con
el que es amos abajando ac ualmen e, in o mación sob e la pla a o ma o
módulo sob e el que es amos abajando así como los bo ones de con ol de la
en ana como minimiza , maximiza y ce a .
 Ba a de menús
Es a ba a con iene acceso a los comandos necesa ios del p og ama. Como
odos es os ipos de p og amas, aunque cada uno con sus menús
pe sonalizados, iene los siguien es:
- A chi o
- Vis a
- He amien as
- Unidades
- Ex ensiones
- Ayuda
Cada uno de ellos es impo an e dedica iempo en con igu a desde el inicio
odas las con igu aciones mínimas necesa ias pa a que odo uncione

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co ec amen e, como po ejemplo en el menú unidades es in e esan e
selecciona desde el p incipio las unidades con las que se a a abaja .
No es obje o del p esen e abajo explica cada uno de los menú, submenús y
comandos del p esen e p og ama in o má ico. Dejo en manos del lec o su
cu iosidad po in es iga , siendo muy ú il el menú ayuda en su submenú
“ANSYS WORKBENCH Help”.
 Ba a de he amien as
Aquí enemos acceso di ec o a dis in os comandos a acciones de o ma
ápida y cómoda, como po ejemplo gua da , ab i ,… Además en es a e sión se
han añadido pes añas de abajo pa a ene abie os a ios p oyec os como es
endencia en p og amas in o má icos de es as ca ac e ís icas así como
p og amas de diseño,…
 Ba a de es ado
Es a ba a se encuen a en muchos p og amas y en endemos que es de
mucha u ilidad, ya que p esen a in o mación del es ado del p og ama, como si
es á ab iendo o o módulo, o si es necesa ia in oduci cie a in o mación,…
Además indica y iene algún bo ón de acceso ápido a dis in a in o mación,
como p og eso de una acción, mensajes de in o mación o e o es,…
 Á ea de abajo
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En es e p og ama en conc e o, como se ha indicado an e io men e unciona
con menús lo an es que se pueden ancla , siendo habi ual que comience con
dos en anas:
- Toolbox
- P ojec Schema ic
La p ime a es donde se encuen an odas las opciones de p oyec os que se
pueden maneja , que es an ácil como selecciona la que necesi amos y
a as amos a la en ana “P ojec Schema ic” o haciendo doble clic.
Nues o p oyec o con odos los pasos ealizados y calculado queda ía como
mues a la siguien e imagen
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Como emos cuando habili amos el módulo que nos in e esa, como en
nues o caso “Explici Dynamics”, se nos p esen a una abla en la que nos
in o ma de los pasos mínimos necesa ios que debemos hace pa a ealiza un
p oyec o comple o. En la li e a u a accesible que exis e se puesde obse a que
es o se puede complica , hace elaciones como se de BBDD se a ase pa a
pasa in o mación ya in oducida en un módulo a o o p oyec o que se
empieza,…
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Los pasos mínimos necesa ios en nues o caso (aunque en el es o de
módulos son muy pa ecidos) se ían los siguien es, como se puede e en la
igu a siguien e
- Explici Dynamics
- Enginee ing Da a
- Geome y
- Model
- Se up
- Solu ion
- Resul s
Indica en es e pun o que los iángulos dan in o mación ápida y los icks
e des indican que ese paso es á comple o y esuel o. Puede apa ece en a ios
es ados:
- Tick e de: Comple o y esuel o
- In e ogan e: Fal a in o mación
- Flechas e des: Es necesa io e esca y ac ualiza el p oyec o
- Rayo do ado: Es necesa io ac ualiza el p oyec o
- Cí culo ojo con aspa blanca: E o es que deben se subsanados
A pa i de aquí, pa a nues o caso y es udio, solo nos hacen al a dos
p og amas más que comp enden dos pa es bien di e enciadas del p oyec o,
aunque la abla de nues o p oyec o nos indica que son 7.
 Design Modele : módulo o p og ama que nos si e pa a in oduci o hace
nues a geome ía a es udia . Recomendamos ealiza las geome ía en un
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p og ama ex e no de diseño 3D como Soli Wo ks, In en o ,… al se es os más
po en es pa a ealiza las geome ías. Noso os amos a explica , suponiendo
que ya enemos las geome ías hechas con o o p og ama y gua dadas en
a chi o independien e.
 ANSYS® Mechanical™: con es e módulo o p og ama podemos ene
acceso a odos los demás módulos o pasos, como “Model”, “Se up”, “Solu ion” y
“Resul s”. Una ez en es e módulo asignamos ma e ial, sis ema de coo denadas
y mallamos las piezas. Pos e io men e se asignan las condiciones de con o no,
como iniciales y asignamos los casos que enemos que es udia pa a pode
ob ene esul ados.
Aho a amos a comenza a explica cada paso pa a in oduci in o mación.
7.4.1.2 Enginee ing Da a
Comenzamos con el módulo “Enginee ing Da a”. Ciclamos dos eces y se nos
habili a una nue a pes aña y se ab en cie as en anas nue as pa a pode
asigna ma e iales a nues o p oyec o y ene los accesibles en el módulo
co espondien e, siendo es e el módulo “Model”.
La imagen siguien e nos mues a una is a con los ma e iales escogidos pa a
el p esen e es udio:
- PROTECTOR: ma e ial en el que se han in oducido manualmen e sus
p opiedades
- STNL.STEEL: es e es un ma e ial escogido de la p opia biblio eca de la
que dispone ANSYS®.

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Pa a selecciona un ma e ial se debe ab i la biblio eca seleccionando el
bo ón “Enginee ing Da a Sou ce”
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A lo que accedemos a una nue a composición de en anas, siendo:
- “Enginee ing Da a Sou ce”: donde se encuen an los g upos de
ma e iales
- “Ou line o Fa o i es”: donde se encuen an los ma e iales de
cada g upo
- “P ope ies o Ou line”: las p opiedades de cada uno de los
ma e iales de la biblio eca
Además puede habe o as en anas que mues an in o mación de las
p opiedades de cada ma e ial, como “Table o P ope ies” o “Cha o
P ope ies”.
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Pa a selecciona un ma e ial de la biblio eca debemos selecciona el g upo
que necesi amos, po ejemplo “Explici Ma e ials”
Con lo que la en ana “Ou line o Explici Ma e ials” se ha comple ado con
odos los ma e iales que posee. Si hubiésemos escogidos cualquie o o g upo,
como “Gene al Non-linea Ma e ials” la en ana se ía la misma pe o con sus
ma e iales y se llama ía “Ou line o Gene al Non-linea Ma e ials”.
En onces aho a seleccionamos el ma e ial que necesi amos, en nues o caso
“STNL.STEEL”, con lo que la en ana “P ope ies o Ou line” nos mues a las
p opiedades de es e ma e ial yu como es de la biblio eca sólo nos queda
añadi lo a nues o p oyec o, clicando en el más do ado que iene a la de echa.
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Aho a si deseleccionamos el bo ón “Enginee ing Da a Sou ce” ol emos,
den o de la pes aña oda ía de selección de ma e iales, a nues os ma e iales
de nues o p oyec o, además de p esen a nos p opiedades de es e ma e ial
seleccinado.