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Abstract
El presente proyecto fin de carrera tiene como objetivo localizar y analizar los puntos donde se presentan mayores esfuerzos mediante la técnica del submodeling, en un chasis para basculante de cilindros centrales fabricado en aluminio. Este proyecto nace a consecuencia de la petición de la empresa LECIÑENA S.A. de la verificación de un chasis completo de aluminio inicialmente creado por ellos mismos. El estudio de sus componentes servirá de base a futuros proyectos relacionados con el cálculo y diseño de chasis para la misma empresa. Para el cálculo justificativo del chasis y sus componentes han sido desarrollados modelos numéricos basados en el Método de los Elementos Finitos mediante los programas de diseño y cálculo MSC.PATRAN y Dassault Systèmes ABAQUS, capaces de simular el comportamiento de las estructuras analizadas, sujetas a unas determinadas condiciones de contorno, ante las cargas aplicadas. De este modo, se obtendrá información sobre el estado de las deformaciones y tensiones existentes. Por último, partiendo de los resultados obtenidos en la simulación de los modelos iniciales del chasis, la investigación se centrará sobre las zonas que se consideren más desfavorables. Aplicando la técnica del submodeling para obtener unos resultados más precisos en dichas zonas criticas, de las cuales se propondrán una serie de optimizaciones para mejorar su resistencia y disminuir la deformación, y así conseguir que las cargas aplicadas sean superadas con garantía. Sebastián López, Jesus; Carrera Alegre, Marco
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PROYECTOFINDECARRERA ANÁLISISESTRUCTURALDEZONAS CRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTE DEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADELSUBMODELING. IngenieríaTécnicaIndustrial ÁreadeIngenieríaMecánica DepartamentodeIngenieríaMecánica EscuelaUniversitariadeIngenieríaTécnicaIndustrial UniversidaddeZaragoza Autor:JesúsSebastiánLópez Director:Dr.Ing.Ind.MarcoCarreraAlegre Junio2011
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING INDICE 1.DEFINICIONDELPROYECTO.........................................................................................1 1.1TITULODELPROYECTO...........................................................................................1 1.2OBJETODELPROYECTO...........................................................................................1 2.PLANIFICACIONDELPROYECTO...................................................................................2 2.1ELMETODODELOSELEMENTOSFINITOS..............................................................2 2.2SOTWAREUTILIZADO:.............................................................................................6 2.2.1ABAQUS:PROGRAMAELEMENTOSFINITOS................................................6 2.1.1.1PATRAN...........................................................................................................7 2.2.1.2.ABAQUS.......................................................................................................10 2.2.1.3.ABAQUS/POST.............................................................................................11 2.3DESCRIPCIONDELCHASIS.....................................................................................12 2.3.1Introducción................................................................................................12 2.3.2Descripcióndecomponentes.....................................................................13 2.3.3Descripcióndeunionesentrecomponentes..............................................14 2.4FASESDELPROYECTO............................................................................................15 2.4.1Importargeometría....................................................................................15 2.4.2Modificargeometría...................................................................................15 2.4.3Mallar..........................................................................................................18 2.4.4Materialesypropiedades...........................................................................26 2.4.5Condicionesdecontorno:...........................................................................27 2.4.6Análisisdetensionesyresultados:.............................................................28 2.4.6.1AnálisisdetensionesdelSubmodelo1:.......................................................30 2.4.6.2AnálisisdetensionesdelSubmodelo2:.......................................................33 2.4.6.3Calculocoeficientesdeseguridad:...............................................................40 3.OPTIMIZACIONES......................................................................................................41 4.CONCLUSIONES.........................................................................................................43 5.BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................44 0
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 1.DEFINICIONDELPROYECTO 1.1TITULODELPROYECTO Análisisestructuraldezonascríticasenvehículobasculantedealuminiomediante latécnicadelsubmodeling. 1.2OBJETODELPROYECTO Elpresenteproyectofindecarreratienecomoobjetivolocalizaryanalizarlos puntosdondesepresentanmayoresesfuerzosmediantelatécnicadelsubmodeling,en unchasisparabasculantedecilindroscentralesfabricadoenaluminio. EsteproyectonaceaconsecuenciadelapeticióndelaempresaLECIÑENAS.A.de laverificacióndeunchasiscompletodealuminioinicialmentecreadoporellosmismos.El estudiodesuscomponentesservirádebaseafuturosproyectosrelacionadosconel cálculoydiseñodechasisparalamismaempresa. Paraelcálculojustificativodelchasisysuscomponenteshansidodesarrollados modelosnuméricosbasadosenelMétododelosElementosFinitosmediantelos programasdediseñoycálculoMSC.PATRANyDassaultSystèmesABAQUS,capacesde simularelcomportamientodelasestructurasanalizadas,sujetasaunasdeterminadas condicionesdecontorno,antelascargasaplicadas.Deestemodo,seobtendrá informaciónsobreelestadodelasdeformacionesytensionesexistentes. Porúltimo,partiendodelosresultadosobtenidosenlasimulacióndelosmodelos inicialesdelchasis,lainvestigaciónsecentrarásobrelaszonasqueseconsiderenmás desfavorables.Aplicandolatécnicadelsubmodelingparaobtenerunosresultadosmás precisosendichaszonascriticas,delascualessepropondránunaseriedeoptimizaciones paramejorarsuresistenciaydisminuirladeformación,yasíconseguirquelascargas aplicadasseansuperadascongarantía. 1
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.PLANIFICACIONDELPROYECTO 2.1ELMETODODELOSELEMENTOSFINITOS ElMétododelosElementosFinitos(MEF)esunmétodonuméricoparala resolucióndesistemasdeecuacionesdiferenciales.Sudesarrollodesdelosañoscincuenta hastalaactualidadhasidoconstanteyactualmentepuedeconsiderarsecomoelmétodo numéricomásextendidoenlamayoríadelosámbitosdelaingeniería.Sonmuchaslas facetasdelaingenieríaenlasqueseprecisadeterminarladistribucióndetensionesy deformacionesenuncontinuoelástico.Loscasosparticularesdedichosproblemas puedenvariardesdeproblemasbidimensionalesdetensiónodeformaciónplana,sólidos derevoluciónyflexióndeplacasyláminas,hastaelanálisismásgeneraldesólidos tridimensionales. ElMEFconsisteensuformulaciónfísicaenladivisióndeldominioespacial,yasea uni,biotridimensionalenunaseriedesubdominiosdegeometríasimple,aloscualesse ledenominaelementos.Estoselementosseencuentranformadosporunaseriedepuntos quedefinensugeometríaysedenominannodos.Enelinteriordecadaelementose interpolaunafuncióndedesplazamientosqueseformulaenfuncióndelosvaloresde desplazamientosqueexistenenlosnodos. Laformadetrabajodeestoselementosconsisteenaplicarlasecuacionesde compatibilidadycomportamientoyobtenerunarelaciónentrelafuerzaaplicadasobre loselementosylosdesplazamientosdelosnodos.Estarelaciónseexpresamediantela matrizelemental,lacualdependedelnúmerodenodos,situacióndeestos,material utilizado,geometríadelelementoytipodeproblema. Dependiendodeltipodeformulacióndelproblemasedeterminasielproblemaeslineal (elasticidadlineal)osiesnolineal(grandesdesplazamientosodeformaciones, comportamientodelmaterialcomplejo) 2
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING AcontinuaciónseexpresaelprocesodecálculoconelMEF: • Planteamientodecontinuidaddedesplazamientosyequilibriode fuerzaentreelementos. • Sistemadeecuacionesglobalesdelaestructura • Tipodeformulacióninicial(linealonolineal) • Resolución • Obtencióndelosdesplazamientosnodales(incógnitasbásicas) • Obtencióndeotrasvariables:deformacionesytensiones Laaproximacióndeloselementosfinitosnorequierelaseleccióndeltipodeecuación queseráusadaparamodelarlaestructura.Loscódigosdisponiblesenelmercadohan definidopreviamenteloselementosparaloscualeslamatrizderigidezindividualdel elementohasidoresuelta. Deestaforma,elusuarionecesitadefinirúnicamenteeltipodeelemento.Unavez queelelementohasidodefinidoelprocedimientoeselsiguiente: 1.Decidirlageometríarequeridaparamodelarcorrectamenteelproblema. • 1D(cables,vigas) • 2D(tensiónodeformaciónplana) • 2Daxisimétrica(láminasysólidosderevolución) • 3D(láminasysólidos) 2.Seleccionareltipodeelementoyformularlamatrizderigidezdelelementosise requiere: • Definirlamatrizquerelacionalasdeformacionesdelelementoconlos desplazamientosnodales{B} • Definirlamatrizdelaleyconstitutiva{D} • Aplicarunarutinanuméricacuadráticaparaevaluarlarigidezdel elementosobreelvolumendelelemento,∫{B}T{D}{B}dv V 3
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING ElMEFconsisteendividirunmediocontinuoenunnúmerofinitodepartescuyo comportamientoseespecificaconunnúmerofinitodeparámetros,pasandodeun sistemaconinfinitosgradosdelibertadaotroconunnúmerofijo,consimilares propiedadesfísicasygeométricas,enelquelasecuacionesdeequilibriosepueden expresarmedianteunsistemaalgebraicodeecuacionessimultáneasconundeterminado númerodeincógnitas,obteniéndoselasolucióndelsistemacompletomedianteel ensamblajedelassolucionesparacadaelementofinito. 3.Discretizarlageometríaenunamalla. • Definirlaslocalizacionesdelosnodosdeloselementos. • Refinarelmalladoenzonasdeconcentracióndetensiones. 4.Definirlaspropiedadeslocalesdelelemento. • anisótropo • isótropo • ortótropo 5.Siguiendolospasosanterioresobtenemoslamatrizderigidezdelelemento. 6.Transformarlamatrizderigidezlocaldelelementoencoordenadasglobales. 7.Obtenerelensamblajedelamatrizderigidezsuperponiendolasmatricesderigidez globalesdeloselementos 8.Definirlascondicionesdecontornoaplicadasalsistemayformularelvectordefuerzas nodales{F}asícomodefinirdesplazamientos,nodosfijos,contactos,cargas,temperatura, etc. 9.Resolverelconjuntodeecuacionesalgebraicaslinealesresultanteusandolosmétodos apropiados. 4
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 10.Resolvertensionesydeformacioneslocalesdeelementos.Calculartensionesy deformacionesenláminaycompararconloscriteriosderotura. Unavezquesehanestablecidolascaracterísticasdelosnodosoloselementoslas ecuacionesindividualesdebenensamblarseparaformarunsistemaglobaldeecuaciones quedescribalarespuestageneraldelsistema.Esteensamblaje,elcualapareceenel punto9,dalugaraunconjuntodeecuacionesalgebraicaslinealescuyaformabásicaesla siguiente: [K]{u}={f} endonde: [K]esunamatriz(nxn)derigidezdelsistema; {u}esunvectorcolumna(nx1)quenormalmenterepresentalasdeflexionesdelsistema quesondesconocidas {f},esunvectorcolumna(nx1)quenormalmentesonlascargasaplicadasqueson conocidas. 5
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.2SOTWAREUTILIZADO: 2.2.1ABAQUS:PROGRAMAELEMENTOSFINITOS UnprogramadecálculodeElementosfinitos,seacualseaeltipodeproblema, tienetrespartes(omódulos)claramentediferenciadas,verFigura2.1. Figura2.1:PartesdeunProgramadeElementosFinitos Podemosobservarlosnombresdelosprogramascomercialesutilizadoencada unodelosmódulosopartes. Acontinuaciónseexplicanlascaracterísticasdedichosprogramascomerciales utilizadosparalarealizacióndeesteproyecto. 6
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.1.1.1PATRAN PatraneselmódulodePreprocesoutilizadoenestecasoconsalidaaAbaqus,enél sedefineelelementoaestudiaryeltipodediscretizacióndeseadaparalaresolucióndel problema.Paraellosesiguenlossiguientespasos: ∙ GEOMETRIA:Elobjetoaestudiosedefinesugeometríapormediode coordenadasuotroselementosdeayudaauxiliar(rectas,circunferencia,etc.,..). ∙DISCRETIZACION:Elsólidoquequeremosanalizarsedivideennodos,endonde seconsideranlosgradosdelibertaddelobjetoaestudio,yelementos,loscuales formanlamalladenuestroestudioconectandolosnodos.Esteapartadoesmuy importanteyaquehayquedefinirelelementoconelcualsevaadiscretizarel objeto.Unavezelegidoelelementoautilizarladiscretizaciónsepuederealizarde formaautomáticaogenerandoelementoaelemento. Abaqusposeeunalibreríamuyampliadeelementosquepuedenserutilizados dependiendodeltipodegeometríasobrelaquesequieraefectuarelcálculoydela precisiónquesedeseaenelmismodentrodelpropioelemento.EnlaFigura2.2se muestranlosdistintostiposdeelementos: Elemento Membrana Elemento tipo Shell Elemento Viga Elemento Infinito Elemento tipo 3D Elemento Rígido ELEMENTOS CONECTORES como muelles y amortiguadores Elemento tipo Entramado Figura2.2TiposdeElementos 7
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 1 2 1‐ Larguerosuperior 2‐ Alma 3‐ Largueroinferior 4‐ Casquillo 5‐ Escudoprotección 6‐ Placasprotección5 4 6 3 Figura2.4Despiecedelchasisdealuminio 2.3.3DESCRIPCIÓNDEUNIONESENTRECOMPONENTES Loselementosdelafiguraanteriorestánfabricadosensumayoríaporchapasde unespesordeterminado,cortadas,plegadasydeformadashastaobtenerlaforma necesaria.Unavezobtenidasenelprocesodefabricaciónestoseensamblanentreellas. Traselmontaje,yparadarlemayorresistenciaalconjunto,seañadenvarioscordonesde soldaduramediantelasmáquinascorrespondientes.Laspropiedadesdeestoscordones serándistintasalasdelelementobaseyaquealtratarsedecordonesdealuminiolazona soldadatendrápeorcaracterísticasqueelrestodematerial.Enparticularlaszonas afectadastérmicamente(ZAT’s)delaspiezasaunir(Figura2.5).Laprofundidadde gargantadedichoscordonesesaproximadamentedeunos6mm. Figura2.5Zonasafectadastérmicamente(ZAT’s)alaplicarelcordóndesoldadura. 14
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.4FASESDELPROYECTO 2.4.1IMPORTARGEOMETRÍA Enestaprimeraetapaseparte,comoyasehacitado,delmodeloquelaempresa Leciñenanoshafacilitadoparaelanálisisdelchasis.Dichomodelohasidorealizadoconel programaSolidEdgeenformatoIGS,compatibleconelprogramadeanálisisPATRAN. UnavezimportadoelchasisaPATRANtodalageometríasedivideengrupos,es decir,paracadacomponentedelmodeloinicial(alma,largueros,casquillo,etc)secreaun grupo.Deestamanerasedivideelmodeloysetrabajadeunamaneramuchomás cómoda.Ademáslosresultadosposterioressepodránobtenerindividualmenteparacada grupo. 2.4.2MODIFICARGEOMETRÍA Elmodeloinicial,comoyasehaindicado,sepuedesimplificaryaqueessimétrico alolargodeunejelongitudinal.Traseliminarloselementosinnecesariosseaíslanlosdos submodelosdelaszonassometidasaestudio. LosdossubmodelosdetrabajosonlosrepresentadosenlaFigura2.6 Figura2.6Detallesubmodelos1y2 15
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING Estosdossubmodelosestánformadosúnicamenteporelementossólidosloque dificultasuposteriormallado,porloqueesnecesariocreartodaslassuperficiesplanas delcontorno,asícomolospuntosyvectoresquedefinanlaextrusióndeestassuperficies ensólidos. Laexistenciadevariassuperficiesparadefinirunaúnicacaradeunsólidosedebe alasproyeccionesdeunaspiezassobreotras.Porestoenambosmodelosseempiezaa trabajarporelalmayapartirdeestecomponentesecontinúaporelrestodelaspiezas encontacto.Enlafigura2.7sepuedeobservarelalmadelosdossubmodelosdivididaen variassuperficies,correspondientesalaszonasdeloslarguerossuperioreinferior,las chapasdeprotecciónyelcasquillo. Figura2.7Almasformadasporvariassuperficiesplanas Elmodeloinicialdelquepartíamoshasidocreadoparalafabricacióndelconjunto porloquepresentabalastoleranciasnecesariasparasumontaje.Sedebemodificarla geometríadelossubmodelosparaquelassuperficiesquevayanaestarencontacto compartanpuntosgeométricosyposteriormentenodos. Estamodificaciónimplicaunavariacióninsignificanteenlasmedidasentreel modelorealyelanalizado,sinafectaralosresultadosfinales. 16
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING Otracomprobaciónnecesariaparaconocerlamagnituddelosresultadosfinaleses escalarlossubmodeloshastaobtenerlascotasenvaloresdemm.Asítrasaplicarlas cargasenNewtonseobtendránlosresultadosenMPa. Yaqueloscordonesdesoldaduranosoncomponentesnecesariosparala fabricacióndelchasissinoquesonañadidosposteriormentenoestánincluidosenel modeloinicialaportadoporlaempresa.Porlotantoseránecesariocrearlos,paraellose creaunasuperficieconformadecuartodecírculo,queseráextruidaalolargodelas piezasasoldar. Figura2.8Detalleseccióncordonessoldadura 17
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.4.3MALLAR Unavezquetenemosambossubmodeloscontodalageometríadefinidael siguientepasoesconvertirlassuperficiesplanasdecadapiezaenmallasdeelementos tambiénplanos,queposteriormenteseránextruidosalolargodelalongituddedicha pieza. Figura2.9Almasconmallaplana Elsubmodelonúmero1secomponede3partesdiferenciadas:Larguerosuperior, largueroinferioryalma.Elmalladodeestesubmodelosehacepiezaapieza,teniendoen cuentaquelamalladeunapiezadebecoincidirconlacontigua.Paraellocomoseha indicadoanteriormentefacilitaeltrabajoladivisióndelapiezaendiferentessuperficies geométricas,queseránmalladasconelmismonúmerodeelementosquelasuperficie idénticadelapiezacontiguaencontacto.Alahorademallarsiunasuperficieesregular serealizaconeltipodemallaISOMESHyenelcasodetratarsedeunasuperficieirregular eltipodemallaesladenominadaPAVER. LoselementosutilizadosparaestoscomponentessontipoSHELL(3D),deforma Hex8,esdecir,cubosformadospor8nodos.Estoscubosdebentenerlaformamás regularposible,sindistorsionesimportantesninodosdentrodeunmismoelementoque seancoincidentes.Delocontrarioelprocesodecálculoposteriordaríaerror. 18
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING Launiónentrecomponentesalahoradelafabricaciónsehaceporensamblajecon unatoleranciadeapriete.Peseaelloparadarmayorresistenciaalconjuntoseechan cuatrocordonesdesoldaduraenlascorrespondientesunionesentrealmaylargueros. Loselementosutilizadosparamallarloscordonesdesoldadurasonlosllamados SHELL(3D),deformaWedge6,esdecir,cuñasformadaspor6nodos. Lazonaaestudiomásimportanteenelsubmodelo1eselcambiodesecciónque existeenellargueroinferior. Elsubmodelonúmero2secomponedelassiguientespartes:Larguerosuperior, alma,largueroinferior,escudosdeprotección,chapasdeuniónycasquillo. Elmalladodeestesubmodeloserealizaexactamentecomoenelcasoanterior, piezaapiezacomenzandoporelalmacentral.Hayquetenerencuentaquelasmallasde piezasconzonaspróximasdebencoincidir.Cadapiezasedivideendiferentessuperficies, queseránmalladasconelmismonúmerodeelementosquelasuperficieidénticadela piezaenconctacto. Launiónentrealmaylarguerossehaceporensamblajeconunatoleranciade apriete.Peseaelloparadarmayorresistenciaalconjuntoseechanvarioscordonesde soldaduraenlasunionesentrealma,largueros,escudosychapasdeprotección. Enestesubmodelolaszonasmáscríticasseránlosagujerosenlosescudosyenel almayaquetrabajancomoconcentradoresdetensiones. Unavezmalladastodaslaspartesdeunsubmodeloyaquehaynodoscoincidentes entrelaspiezasencontactosedeberealizarunasimplificación.Todoaquelnodoqueeste duplicadoyaqueformapartede2elementosdistintosencontactopodránsereliminados consiguiendodeestamaneraungranahorrodeespacioenelmodelo,aldisminuirla cantidaddeinformaciónconlaquesetrabaja. Acontinuaciónaparecenreflejadoselnúmerodeelementosquecomponenla malladelossubmodelos1y2. 19
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 20 2.10Zonascríticassubmodelos–Concentradoresdetensiones Delatablaanteriordestacaelelevadonúmerodeelementosqueformanel submodelo1conrespectoalsubmodelo2.Estosedebeaqueelsubmodelo1está formadoúnicamentepor3componentes(alma,larguerosuperiorylargueroinferior)y portantodemenoszonas“comunes”enlasquecompartirelementos.Eltamañodela mallasepuedehacerconmáselementos.Encambioenelsubmodelo2seutilizaun tamañodeelementopequeñodondeaparecenzonasdecontactoentrecomponentesyse utilizauntamañodeelementomayorparaelrestodelcomponenteconformesealejade lazonaencontacto.Deotramaneraelmodelotendríatalcantidaddeelementosque dificultaríaeltrabajoysuposteriorcálculo. DENOMINACION SUBMODELO1 NºDEELEMENTOS 352.876 TIPODEELEMENTOS Hex8; Wedge6 MATERIALES Al‐5383‐H34; Al‐6082‐T6 DENOMINACION SUBMODELO2 NºDEELEMENTOS 68.596 TIPODEELEMENTOS Hex8; Wedge6 MATERIALES Al‐5383‐H34; Al‐6082‐T6
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING Lasiguientetablamuestraelmaterial,tipoynúmerodeelementosqueformacada componentedelossubmodelos1y2. SUBMODELO1 DENOMINACIONIMAGENNºDE ELEMENTOS TIPODE ELEMENTOSMATERIAL LARGUERO SUPERIOR 136.994Hex8Al‐6082T6 ALMA 76.507Hex8Al‐5383‐H34 LARGUERO INFERIOR 134.173Hex8Al‐6082T6 CORDON SUPERIOR 2.574Wedge6 Al‐ Soldaduras 21
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING CORDON INFERIOR 2.628Wedge6Al‐Soldaduras SUBMODELO2 DENOMINACIONIMAGENNºDE ELEMENTOS TIPODE ELEMENTOSMATERIAL LARGUERO SUPERIOR 4.968Hex8Al‐6082T6 ALMA 8.538Hex8Al‐5383H34 LARGUERO INFERIOR 26.082Hex8Al‐6082T6 22
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING CHAPAS 2.158Hex8Al‐5383H34 ESCUDOS 11.192Hex8Al‐5383H34 CORDONES INFERIORES 2.168Wedge6Al‐Soldaduras CORDONES SUPERIORES 434Wedge6Al‐Soldaduras CORDONES INTERMEDIOS 488Wedge6Al‐Soldaduras 23
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.4.6.1AnálisisdetensionesdelSubmodelo1: Elvalormáximodetensiónobtenidoparaelsubmodelo1esde241,7MPayse encuentraenelcambiodeseccióndellargueroinferior. MÁXIMATENSIÓNENELSUBMODELO1 Zonademáximatensióndelsubmodelo1 σmax = 241,7 MPa 30
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING Análisisdeloscomponentesdelsubmodelo1: MAPADETENSIONESCOMPONENTESSUBMODELO1 105,1MPa 96,59MPa 88,1MPa 79,61MPa 71,13MPa 62,64MPa 54,15MPa 45,67MPa 37,18MPa 28,69MPa 20,21MPa 11,72MPa 3,234MPa Alasuperior.TensiónmáximaequivalentedeVonMisses=105,1MPa Elalasuperiortransmitelacargaaplicadaalrestodecomponentesporesoexisteuna distribucióndetensionesuniformealolargodeella. 159,3MPa 146,7MPa 134,1MPa 121,4MPa 108,8MPa 96,13MPa 83,49MPa 70,85MPa 58,21MPa 45,57MPa 32,93MPa 20,29MPa 7,64MPa Alma.TensiónmáximaequivalentedeVonMisses=159,3MPa Seobservaunadistribucióndetensionesprácticamentesimétricadesdeelcentrodela pieza.Lazonacentralnorecibecasiesfuerzo.Esloqueseconocecomolíneaneutra. 31
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 241,7MPa 222,3MPa 202,9MPa 183MPa 164MPa 144MPa 125,2MPa 105,8MPa 86,37MPa 66,95MPa 47,53MPa 28,11MPa 8,686MPa Alainferior.ContieneelmáximovalordetensiónequivalentedeVonMissesdel submodelo1,iguala241,7MPa. 105,34 MPa 101,02 MPa 96,7 MPa 92,38 MPa 88,06 MPa 83,74 MPa 79,41 MPa 75,09 MPa 70,77 MPa 66,45 MPa 62,13 MPa 57,81 MPa 53,49 MPa Cordóndesoldadurasuperior.MáximatensiónequivalentedeVonMisses=105,34MPa. Yaqueestevalormáximosedaenelextremosepuedeconcluirquenoesdeterminante. Elrestodelcordóntrabajaentornoalos90Mpadetensión. 32
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 101,350 MPa 93,618MPa 85,887MPa 85,918MPa 70,423MPa 62,692MPa 54,968MPa 47,236MPa 39,504MPa 31,773MPa 24,041MPa 16,309MPa 8,586MPa Cordóndesoldadurainferior.MáximatensiónequivalentedeVonMisses=101,35MPa 33
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 2.4.6.2AnálisisdetensionesdelSubmodelo2: Losvaloresmáximosdetensiónobtenidosparaelsubmodelo2sonde105,1MPa y148,5Mpayseencuentranrespectivamenteenlazonadondeapoyaelcasquilloenel almayenelagujeropracticadoenlasplacasdeprotección. Estospuntossonlaszonasmáscríticasyaquealtratarsedeunagujeroperforado actúacomoconcentradordetensiones. MAXIMATENSIÓNENELSUBMODELO2 Vistaampliadadelasregionesdemáximatensióndelsubmodelo2. σmax = 105,1 MPa σmax = 148,5 MPa 34
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING Análisisdecomponentesdelsubmodelo2: MAPADETENSIONESSUBMODELO2 147,8MPa 137,8MPa 127,8MPa 117,9MPa 107,9MPa 97,96MPa 87,99MPa 78,03MPa 68,06MPa 58,10MPa 48,14MPa 38,17MPa 28,21MPa Alasuperior.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=147,8MPa.Estatensiónnose puedetenerencuentayaquesedaenlafronteradelsubmodeloynoesrepresentativa. Seobservaquelapiezatrabajaentornoalos100MPaensugranmayoría. 105,1MPa 96,59MPa 88,1MPa 79,61MPa 71,13MPa 62,64MPa 54,15MPa 45,67MPa 37,18MPa 28,69MPa 20,21MPa 11,72MPa 3,234MPa Alma.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=105,1MPa Seobservantreszonasdiferenciadas.Lapartesuperiordondetransmitelacargaelala superior,lazonaintermediaencontactoconelalainferior,cercanaalazonadondedicha alasuperiortambiéntienesumáximatensión,yporúltimoelagujerodondeapoyael casquilloqueactúacomoconcentradordetensiones. 35
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 101MPa 92,5MPa 84,1MPa 75,74MPa 67,3MPa 58,93MPa 50,53MPa 42,13MPa 33,72MPa 25,32MPa 16,91MPa 8,509MPa 1,04MPa LargueroInferior.TensiónmáximaequivalentedeVonMisses=101MPa. Enestemapadetensionessevemuybienreflejadocomotrabajaelalainferioryaquees enlapartesuperiordeestadondemásesfuerzotransmitelacargaaplicada. 89,33MPa 81,92MPa 74,5MPa 67,08MPa 59,66MPa 52,25MPa 44,83MPa 37,41MPa 30MPa 22,58MPa 15,16MPa 7,74MPa 0,327MPa Chapasdeprotección.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=89,33MPa Seobservaunadistribucióndetensionesuniformeconvaloresbajosensugranmayoría. Existeunazonapuntualconungradientedetensiones.Alestarlocalizadoenelextremo juntoalafronteradelmodeloestevalorsepuededespreciar. 36
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 148,5MPa 136,3MPa 124,1MPa 111,9MPa 99,73MPa 87,54MPa 75,34MPa 63,1MPa 50,95MPa 38,75MPa 26,56MPa 14,36MPa 2,16MPa Placasdeprotección.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=148,5MPa. Aligualquesucedeconelalma,elagujerorealizadoparaapoyarelcasquilloactúacomo concentradordetensiones. 96,4MPa 93,13MPa 89,85MPa 86,57MPa 83,29MPa 80,01MPa 76,73MPa 73,45MPa 70,17MPa 66,89MPa 63,61MPa 60,33MPa 57,05MPa Cordonesdesoldadurasuperiores.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=96,4MPa. Lazonademáximatensiónaparececercanaaunadelaszonasdemáximatensióndel modelo,alaalturaintermediadelalma. 37
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 81,04MPa 75,24MPa 69,44MPa 63,64MPa 57,84MPa 52,04MPa 46,25MPa 40,45MPa 34,65MPa 28,85MPa 23,05MPa 17,20MPa 11,45MPa Cordonesdesoldaduraintermedios.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=81,04MPa. Seobservaquelatensiónaumentaalacercarsealextremoyaqueenestazonaseencuentrala zonadetensiónmáximadelalmainferior. 119,9MPa 110MPa 100,1MPa 90,71MPa 80,24MPa 70,32MPa 60,39MPa 50,46MPa 40,53MPa 30,61MPa 20,68MPa 10,75MPa 8,271MPa Cordonesdesoldadurainferiores.TensiónmáximaequivalenteVonMisses=119,9MPa. Lazonademáximatensióncoincidecomoenelcasoanteriorenlaposiciónenqueseencuentrala máximatensiónenelalmainferioralaqueperteneceestecordón. 38
ANÁLISISESTRUCTURALDEZONASCRÍTICASENVEHÍCULOBASCULANTEDEALUMINIOMEDIANTELA TÉCNICADESUBMODELING 319,6MPa 293,1MPa 266,6MPa 240,1MPa 213,6MPa 187,1MPa 160,6MPa 134,1MPa 107,6MPa 81,08MPa 54,58MPa 28,08MPa 1,575MPa CasquillodeAcero.TensiónmáximaequivalenteVonMIsses=319,6MPa. Sobreestecasquilloactúalabarrahorizontaldelchasisbasculante,transmitiendolacargaadicho casquilloyelrestodelmodelo. 39