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• Yoel Eder Muñoz Vega

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MEMORIA DE CÁLCULO MEDIANTE EL MÉTODO MEF EXTENSIÓN DE PARACHOQUES INTELIGENTE

REV

DESCRIPCION

CALCULO

REVISOR

CLIENTE

FECHA

A

Mesa de trabajo

C Mancilla

Reymat

Alberto R

19/10/2014

INDICE 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0

INTRODUCCIÓN DEL METODO MEF .................................................................... 4 INTRODUCCIÓN ESTUDIO PARACHOQUES .......................................................... 4 ASPECTOS BASICO EN DYNA 3D E INVENTOR PROFESIONAL 2014........................ 5 ALGORITMOS DE CONTACTO .............................................................................. 6 ELEMENTO ECONOMICOS Y MODOS DE ENERGIA CERO ...................................... 7 LAS FUNCIONES DEL VALOR DE CHOQUE (FCW) .................................................. 8 FUNCION DE ABSORCION DE ENERGIA (FCW-E) ................................................... 9 FUNCION DE PRESERVACION DE LA INTEGRIDAD (FCW-S) ................................... 9 FUNCION DE PRESERVACION DE LA INTEGRIDAD ESTRUCTURAL (FCW 1) ............ 9 FUNCION DE SUJECION LA SUJECION DEL PASAJERO (FCW-R)............................ 10 OBJETIVOS DEL MEF ......................................................................................... 13 OBJETIVOS DEL MEF DYNA 3D .......................................................................... 13 METODOLOGIA DE TRABAJO ............................................................................ 13 CRITERIO DE VON MISES................................................................................... 13 CRITERIO DE TRESCA ........................................................................................ 14 TIPO DE ELEMENTO FINITO UTILIZANDO PARA LA MODELACION ...................... 14 NORMAS DE CODIGOS DE DISEÑO .................................................................... 17 TIPO DE MALLA RESULTANTE DEL CHASIS CAEX 930 (PARACHOQUES) ............... 18 GRAVEDAD....................................................................................................... 18 TIPO MATERIAL ................................................................................................ 19 CONDICIONES REALES ...................................................................................... 19 CONDICIONES REALES V/S EXTENSION DE PARACHOQUES ................................ 19 ANALISIS MEF DEL CHASIS CAEX 930 (PARACHOQUES) ...................................... 20 CARGAS Y RESTRICCIONES CHASIS CAEX 930 ..................................................... 21 RESULTADOS DE TENSIONES ............................................................................. 22 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................ 23 PRESION DE CONTACTO.................................................................................... 23 FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................... 24 RESUMEN DE RESULTADOS .............................................................................. 24 RESUMEN DE RESULTADOS NUMERICOS .......................................................... 25

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31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0 41.0 42.0 43.0 44.0 45.0 46.0 47.0 48.0 49.0 50.0 51.0 52.0 53.0 54.0 55.0 56.0 57.0 58.0 59.0 60.0

TIPO DE MALLA RESULTANTE EXTENSION CHASIS CAEX 930 .............................. 26 GRAVEDAD....................................................................................................... 26 TIPO MATERIAL ................................................................................................ 27 CONDICIONES REALES ...................................................................................... 27 ANALISIS MEF EXTENCION DEL PARACHOQUES MAS CHASIS CAEX 930 ............. 28 CARGAS Y RESTRICCIONES CHASIS CAEX 930 ..................................................... 28 RESULTADOS DE TENSIONES ............................................................................. 29 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................ 30 PRESION DE CONTACTO.................................................................................... 30 FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................... 31 RESUMEN DE RESULTADOS .............................................................................. 31 RESUMEN DE RESULTADOS NUMERICOS .......................................................... 32 TIPO DE MALLA RESULTANTE EXTENSION CHASIS CAEX 930 .............................. 33 GRAVEDAD....................................................................................................... 33 TIPO MATERIAL ................................................................................................ 34 CONDICIONES REALES ...................................................................................... 34 ANALISIS MEF EXTENCION EXT. PARACHOQUES MAS CHASIS CAEX 930 ............ 35 CARGAS Y RESTRICCIONES CHASIS CAEX 930 ..................................................... 35 RESULTADOS DE TENSIONES ............................................................................. 36 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................ 37 PRESION DE CONTACTO.................................................................................... 37 FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................... 38 RESUMEN DE RESULTADOS .............................................................................. 38 RESUMEN DE RESULTADOS NUMERICOS .......................................................... 39 TIPO DE MALLA RESULTANTE RESORTE CHASIS (EXTENCION) ............................ 40 GRAVEDAD....................................................................................................... 40 CONDICIONES DEL RESORTE ............................................................................. 41 FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................... 41 RESUMEN DE RESULTADOS NUMERICOS Y GRAFICOS ....................................... 42 CONCLUSION.................................................................................................... 42

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1.0.- INTRODUCCIÓN AL MÉTODO MEF El MEF se ha vuelto una solución para la tarea de predecir los fallos debidos a tensiones desconocidas enseñando los problemas de la distribución de tensiones en el material y permitiendo a los diseñadores ver todas las tensiones involucradas. Este método de diseño y prueba del producto es mejor al ensayo y error en donde hay que mantener costos de manufactura asociados a la construcción de cada ejemplar para las pruebas. Las grandes ventajas del cálculo por ordenador se pueden resumir en: 

Hace posible el cálculo de estructuras que, bien por el gran número de operaciones que su resolución presenta (formas geométricas complejas) o por lo tedioso de las mismas las cuales eran, en la práctica, inabordables mediante el cálculo manual. En la mayoría de los casos reduce a límites despreciables el riesgo de errores operativos. El resultado de estos ensayos se utilizará para resolver si el soporte de levante en estudio, es capaz o se encuentra dentro de un rango de comportamiento estructural admisible, cuyas condiciones de carga y conclusiones se especifican en detalle en éste informe. Para éste análisis se utilizó el método de los Elementos Finitos, mediante el cual se obtuvo el campo de esfuerzos para todos los sectores de la estructura.



2.0.- INTRODUCCIÓN ESTUDIO DEL PARACHOQUES El valor de choque de estructuras sujetas a impacto es un área cuyo desarrollo se ha sustentado gracias al desarrollo paralelo y a los distintos avances obtenidos en el campo supercompu. El término que se aplica a este tipo de análisis es crashworthiness (CW) que en su aceptación inglesa se refiere al comportamiento mecánico de la estructura de un vehículo en condiciones de choque una traducción aceptable de este término al español podría ser la evaluación de la respuesta de una estructura vehicular durante la ocurrencia de un choque. Por simplicidad, pero manteniendo la idea de su significado original, se emplea “valor al choque” o “comportamiento al choque” a lo largo de este trabajo, para indicar esta evaluación especial del desempeño de una estructura vehicular y del sistema camión – ocupante, en el que el camión es sujeto a un impacto inminente, con énfasis primordial en las etapas post-impacto.

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En particular en esta memoria se exponen aspectos fundamentales involucrados en el desarrollo de esta área, así como la necesidad de establecer índices de valor al choque, interpretados como índices asociados al grado de seguridad de un vehículo determinado (camión). Este grado de seguridad respondería a las cualidades ya al nivel de protección que pudiera brindar una determinada estructura en caso de ser sujeto a un choque (parachoques inteligente Reymat Ltda.) El estudio del valor al choque ha recibido gran impulso con una participación importante del grupo de investigación del laboratorio nacional Lawrence Livermore (LLNL), quienes desarrollaron a una familia de programas de cómputo para problemas en 2 dimensiones físicas, entre los que surgió Dyna 2d la evolución de esta familia de programas, concebidos ene el LLNL, así como la inclusión de formulaciones de algoritmos más complejos, dieron lugar a un código de computo más sofisticado, el DYNA 3d con una aplicación mas amplia en los problemas no lineales de la ingenieria, hasta en 3 dimensiones, por lo que actualmente este programa como uno de los software más sofisticados en el desarrollo de estudios del comportamiento de estructuras sujetas a impacto. El software mencionado tiene incorporado un buen número de modelos de materiales así como diferentes tipos de superficies de contacto y propiedades de los elementos todas estas herramientas permiten el modelado y simulación de un gran número de eventos relacionados con problemas de contacto a alta velocidad de cuerpos deformables. 3.0.- ASPECTOS BÁSICOS EN DYNA 3D EN INVENTOR PROFESIONAL 2014 El programa de DYNA 3d en inventor es un programa explicito no lineal de elementos finitos con este programa se puede obtener la respuesta transitoria de sólidos y estructuras en tres dimensiones, sujetos a grandes deformaciones. La formulación básica utilizada en el programa está basada en la obtención de las ecuaciones de movimiento de un sistema, derivadas del principio de conservación de momento esto se puede expresar de la siguiente forma

Donde

representa el esfuerzo de couchy

la densidad

representa las fuerzas del

cuerpo y la aceleración, correspondiente a la i-esima dirección. Para el análisis transitorio de un sistema se requiere especificar las condiciones iniciales que para este caso se especifican velocidades iniciales. El código Dyna 3d permite simular una amplia variedad de condiciones se refieren a las cargas aplicadas y ala interacción mecánica entre dos cuerpos o entre dos partes del mismo cuerpo.

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El programa emplea un esquema de integración explicita (el cálculo de una magnitud para un tiempo dado se realiza a partir de magnitudes ya conocidas para ese tiempo). Cuando el problema implica un comportamiento no lineal, se requiere la evaluación del balance de la energía para asegurar la estabilidad del sistema. Para realizar esta evaluación del estado de la energía durante el proceso, la ecuación de la energía puede ser integrada con respecto al tiempo cuyo significado físico se refiere a que el trabajo realizado por las fuerzas externas, se convierte a energía cinética ya a otros tipos de energía, como la almacenada por el sistema en forma elástica ya ala disipada a la deformación plástica, este balance en un indicador de la convergencia del análisis. 4.0.- ALGORITMOS DE CONTACTO El programa DYNA3D emplea tres aproximaciones diferentes para simular el choque y el deslizamiento entre dos cuerpos. Estas aproximaciones se derivan de los métodos conocidos como "EI método de restricción cinemática", "EI método de penalización" y "eI método de parámetro distribuido". EI primer método, consiste en imponer restricciones en las ecuaciones globales. Estas restricciones se aplican por medio de una transformación de las componentes del desplazamiento de algunos nodos que se definen como "esclavos". Estos nodos "esclavos" se encuentran ubicados a lo largo de las interfaces de contacto. De esta manera, son solamente los grados de libertad globales, de cada nodo "maestro", los que se acoplan. Los nodos “maestros" son los nodos que controlan el desplazamiento en una dirección determinada. Este método requiere que las interfaces de contacto presenten una zonificación "consistente", es decir, que haya cierta correspondencia geométrica entre los nodos de las superficies en contacto. EI método de penalización consiste en definir elementos artificiales tipo resorte en la interfaz de contacto. Estos resortes se colocan sobre todos los nodos de penetración de la superficie de contacto, en una dirección normal a esta. Estos elementos artificiales son ensamblados en la matriz global de rigidez, determinando su módulo de acuerdo a los elementos en los cuales residen los nodos de penetración a los que fueron asignados. Este método parece ser muy estable y, además, promueve muy poco la presencia de los modos hourglassing. Sin embargo, para simulaciones en las que se manejen presiones relativamente grandes en la interfaz de contacto, las rigideces deben ser incrementadas

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Proporcionalmente y además se debe reducir el paso de integración para obtener resultados confiables. 5.0.- ELEMENTOS ECONOMICOS Y MODOS DE ENERGIA CERO Para el caso en el que las presiones de contacto que se generan son muy grandes, el tercer método denominado "parámetro distribuido" es más apropiado. Este método se utiliza principalmente para contactos “deslizantes", en los que la distribución de esfuerzos internos en cada elemento en contacto, determina la distribución de presión en la superficie maestra. Las aceleraciones de los nodos (y de los elementos) son actualizadas después de que se obtiene la redistribución de la masa y la presión de los elementos sobre la superficie maestra.

Si los nodos opuestos diagonalmente, tienen velocidades idénticas, entonces sus energías de deformación son idénticamente cero (su: 0), es decir, ocurre la siguiente condición para la formación de un modo de energía cero:

Para evitar la formación de este tipo de modos, se emplean fuerzas de resistencia artificiales, consistentes con la ortogonalidad de los modos y relacionadas con el volumen del elemento y con la velocidad de propagación del sonido en el material. Las velocidades nodales para estos modos están dadas por:

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Las fuerzas de resistencia a los modos de energía cero se definen como:

Con

definida como sigue:

Es una constante empírica entre 0.05 y 0.15. Un modelo de elementos finitos con un mallado refinado, tiende a reducir los modos de mono de corbata. Cuando el mallado tiene elementos muy grandes, se pueden producir energías artificiales que sobrepasan el valor de la energía inicial del sistema, lo cual no tiene sentido físico. 6.0.- LAS FUNCIONES DEL VALOR DE CHOQUE (FCW) Al momento de un choque, los componentes del sistema camión-pasajero se comportan de manera característica. La manera de reaccionar de cada uno de los componentes puede tomarse como base para definir las “Funciones del Valor al Choque" (FCW's). Una función de este tipo resulta de la respuesta de un componente particular, que juegue un papel específico identificable, para proteger al ocupante del camión durante un choque. La identificación de estas funciones no es directa, pues puede haber efectos combinados. Sin embargo. Se pueden tomar algunas características de estas funciones para definir un índice del valor al choque. Para identificar estas características del comportamiento de los elementes del sistema, se requiere clasificarlos de acuerdo al papel que juegan durante la ocurrencia de un choque. Para ello, se requieren definiciones específicas de las Funciones FCW, con objeto de establecer una correlación entre los diversos componentes de cada tipo. El poder establecer esta correlación es una condición necesaria para la identificación de miembros

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Estructurales en un camión y para la especificación de un material que puede ser sustituida por uno de mejores características. A continuación se describen brevemente las funciones principales.

7.0.- FUNCION DE ABSORBSION DE ENERGIA (FCW-E) Algunos de los elementos de la estructura del camión están diseñados para disipar energía durante el choque. Esta función puede llevarse a cabo empleando materiales que absorban energía, tales come materiales esponjosas, espumas de carbón, o con una estructura tipo panal de abeja. También se puede Lograr esta disipación de energía empleando componentes que sufran un aplastamiento controlado o promoviendo el inicio del aplastamiento en elementos estratégicos del camión. La función de disipación se puede evaluar conociendo la energía de deformación plástica, que disiparían los componentes en estudio, durante el choque. (Para esta condición se diseñó un parachoques con resortes). 8.0.- FUNCION DE PRESERVACIÓN DE LA INTEGRIDAD (FCW-S) Algunos de les elementes del camión están diseñadas para mantener la integridad estructural, preservando el espacio destinado como habitáculo de les ocupantes. Como ejemplo de este tipo de componentes, se pueden mencionar los correspondientes a la estructura de la cabina. Así come postes, pilares, rieles y defensas, elementes que refuerzan este habitáculo. La función de disipación puede estimarse, para este caso, por la relación entre la deformación plástica y la elástica de los componentes diseñados para proteger el habitáculo de los pasajeros 9.0.- FUNCION DE PRESERVACIÓN DE LA INTEGRIDAD ESTRUCTURAL (FCW-1) En la estructura del camión, existen componentes cuya función principal es prevenir qué partes o restos del propio camión u otros objetos extraños, penetren en el compartimento del ocupante durante un choque. Este tipo de elementes también contribuyen a la rigidez global del camión.

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De estos elementos, se pueden citar los paneles parachoques y otros camiones, EI valor de esta función puede estimarse en términos de la proporción del espacio que es invadido Por otras partes del camión durante el choque, con respecto al espacio original destinado al ocupante. 10.0.- FUNCION DE LA SUJECIÓN DEL PASAJERO (FCW-R) En esta categoría se incluyen aquellos elementos usados para restringir el movimiento del ocupante dentro del habitáculo del camión. Los elementos tales como asientos, cinturones de seguridad y bolsas de aire, son ejemplos que caracterizan este grupo. En este caso, el índice más importante es el derivado del Criterio de Dañó a la Cabeza (H/CHead Injury Criteria), que se describe posteriormente. La determinación de índices para la evaluación de las funciones FCW, es necesaria para el establecimiento de estudios comparativos entre el comportamiento de las diferentes estructuras, así como para su diseño. Ejemplo de lo anterior, es el procedimiento de selección de perfiles estructurales que se muestra en la Figura 1. Esta selección, dependerá de la respuesta de los componentes a varas condiciones de choque. Tomando en cuenta su desempeño respecto a las funciones FCW.

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En las Figures 2 y 3 se ilustra la respuesta de algunos elementos estructurales en un camión sujeto a un choque frontal. En estas figuras puede apreciarse el comportamiento del parachoques del camión.

Figura Nº2 Modelo simplificado del camión sujeto a impacto frontal

La figura 3. Desempeño el comportamiento de pasajeros al chocar en las esquinas contra otro camión

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En las Figures 3 y 4 se ilustra la respuesta de algunos elementos estructurales en un camión sujeto a un choque frontal o esquina. En estas figuras puede apreciarse el comportamiento de la extensión del parachoques instalado sobre del camión.

Figura Nº3 Modelo simplificado del camión sujeto a impacto frontal

La figura 4. Desempeño el comportamiento del parachoques del camion al chocar en las esquinas contra otro camión

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11.0.- OBJETIVOS MEF 

El presente informe tiene como objetivo determinar las concentraciones de tensiones, deformaciones, factor de seguridad (FDS) y desplazamientos producidos por las cargas a las que se encuentra sometido la extensión del parachoques, de esta forma se realizará un diagnóstico y entregará una conclusión acorde con los resultados obtenidos.

12.0.- OBJETIVOS MEF DYNA El primer objetivo de esta memoria de cálculo es desarrollar una metodología de cálculo simplificada que permita obtener información sobre el comportamiento del camión sometido a un impacto, contra una barrera o contra otro camión, y así evaluar el grado de protección que ofrece a sus ocupantes frente a estos obstáculos. 13.0

METODOLOGÍA DE TRABAJO

El estudio estructural de la extensión de parachoques se realizó utilizando el método numérico y de elementos finitos. Método el cuál comprende la resolución numérica de problemas de ingeniería, entregando resultados de gran exactitud. El software utilizado para la realización de estos cálculos, fue DYNA 3d en Inventor Simulation 2014. Obteniendo los resultados de deformación (desplazamiento, esfuerzos de deformación y factores de seguridad). Es necesario resaltar que los ensayos realizados fueron hechos utilizando la Teoría de la máxima energía de distorsión (Esfuerzos de Von Mises), así como también el teorema del máximo esfuerzo cortante (Teorema de Tresca).

14.0 CRITERIO DE VON MISES La teoría de falla de Von Mises supone que ésta se produce cuando el esfuerzo efectivo de Von Mises, ’ iguala a la resistencia a la fluencia determinada en una prueba de tracción estándar 0, es decir, para el caso de tensiones en tres dimensiones:

'

1 2







  y    x   z    y   z   6  xy2   xz2   yz2   0 2

x

2

2

o bien, en función de los esfuerzos principales:

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'

1 2

 1   2 2   1   3 2   2   3 2

0

Para el caso de esfuerzo plano, con 3 = 0:  '   x2   y2   x  y  3 xy2   12   22   1 2   0

15.0 CRITERIO DE TRESCA Establece que la falla se produce cuando el esfuerzo de corte máximo en un componente iguala la resistencia al corte en el punto de fluencia determinado en un ensayo de tracción. En el caso de metales dúctiles, esta resistencia a la fluencia en corte resulta ser igual a la mitad de la resistencia a la fluencia en tracción, es decir: 1 2 Por consiguiente, ocurrirá falla cuando el esfuerzo de corte máximo aplicado sea igual a la resistencia de fluencia en corte del material, es decir:

0  0

1 2

 max   0   0

Pero, como se determinó en el capítulo 1, el esfuerzo de corte máximo queda establecido a partir de los esfuerzos principales de la forma siguiente:    2  1  3  2  3   max  Máx 1 , ,  2 2 2  

16.0 TIPO DE ELEMENTO FINITO UTILIZADO PARA LA MODELACIÓN. El tipo de elemento utilizado para la modelación fue el tipo sólido brick. Los elementos sólidos flexibles 3-D se utilizan para simular el comportamiento de sólidos.

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Estos elementos también están disponibles con formulaciones de alto orden (nodos intermedios). Tal formulación es apropiada cuando el sólido experimenta flexión. La ventaja de utilizar este modelo es que es la representación más exacta a la realidad ya que

Considera todas las piezas del modelo, los tipos utilizados se muestran en la figura siguiente.

Tipo de Elemento Finito utilizado para la modelación

17.0

NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO

Sin perjuicio de lo establecido en la presente especificación, que tendrá carácter de prioritario en la fabricación de la estructura, deberán cumplirse las siguientes normas, en su última edición, las cuales forman parte integrante de esta especificación: NORMAS DEL INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN 

NCh 203 Acero para uso estructural. Requisitos.



NCh 304 Electrodos para soldar al arco manual. Terminología y Clasificación.



NCh 308 Examen de soldadores que trabajan con arco eléctrico.

AMERICAN WELDINGS SOCIETY – AWS 

AWS D1.1 Structural Welding Code



AWS A5.1 Specification for Covered Carbon Steel Arc Welding Electrodes.



AWS A5.5 Specification for Low Alloy Steel Covered Arc Welding Electrodes.



AWS A.517 Specification for Carbon Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc Welding.

NOTA:

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En caso que se produzca discrepancias entre normas nacionales y extranjeras, prevalecerán las más estrictas. ACERO ESTRUCTURAL Los perfiles de acero estructural serán laminados, soldados o plegados. Se usará un acero de ductilidad probada de acuerdo a las normas y códigos mencionados. Las calidades de acero estructural serán las siguientes: 

Normas NCh 203, calidades A37-24ES, A42-27ES, A52-34ES.



Normas ASTM A36, ASTM A572.

TOLERANCIAS Las tolerancias de fabricación de perfiles serán las contenidas en las Normas:  NCh 428 y NCh 730 con las exigencias adicionales indicadas a continuación: Las tolerancias de fabricación en taller en cualquier dimensión, no podrán exceder de aquellas que perjudiquen el correcto montaje y la perfecta conservación y validez de la geometría teórica que ha sido calculada con 1 mm de precisión. Salvo los casos anteriores, se considera aceptable una tolerancia de +-0,1% respecto de las teóricas. Para piezas de largo menor de 1 metro, la tolerancia aceptable será de +-1 mm. CONEXIONES En general las conexiones serán soldadas CONEXIONES SOLDADAS Salvo indicación contraria en los planos o en esta especificación, todas las soldaduras serán realizadas por procedimientos automáticos. La ejecución de las conexiones soldadas se hará con soldadores calificados, según esta especificación (P.Q.R) del fabricante. Las operaciones de soldadura del acero estructural deberán cumplir con el código AWS D1.1 y con la “Specification for Structural Steel Buildings” del AISC.

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ETAPA DE FABRICACIÓN 

Calidad de soldadores



Procedimientos de fabricación



Armado y dimensiones de las piezas antes de soldar



Calidad de las soldaduras



Elementos terminados



Embarque sobre medio de transporte



Nómina del personal que intervendrá en la fabricación, armado e inspección con sus respectivos cargos y calificación

ETAPA DE FABRICACIÓN 

Calidad de los materiales que sean de aporte del Contratista de montaje



Estado de equipos y herramientas



Calificación de soldadores



Replanteo de ejes, cotas y elevaciones básicas del proyecto



Secuencia de fabricación (PQR)



Conexiones soldadas



Pintura



Nómina del personal que intervendrá en la etapa de fabricación



inspección con sus respectivos cargos y calificación

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18.0

TIPO DE MALLA RESULTANTE DEL CHASIS CAEX 930 (PARACHOQUES).

Número total de nodos Número total de elementos Cociente máximo de aspecto % de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 % de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 % de elementos distorsionados (Jacobiana) Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): Nombre de computadora:

19.0

940377 47234 21.146 99.8 0.00895 0 00:00:65 INGENIERIA

GRAVEDAD

Load Type

Gravity

Magnitude

9810.000 mm/s^2

Vector X

0.000 mm/s^2

Vector Y

-0.000 mm/s^2

Vector Z

-9810.000 mm/s^2

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20.0

TIPO DE MATERIAL

Name

Stainless Steel AISI 440C, Welded Mass Density

7,75 g/cm^3

General Yield Strength

689 MPa

Ultimate Tensile Strength 861,25 MPa Stress

21.0

Young's Modulus

206,7 GPa

Poisson's Ratio

0,27 ul

Shear Modulus

81,378 GPa

CONDICIONES REALES

De acuerdo a la información entregada por el mandante las condiciones de cargas para el análisis de MEF están descritas en la siguiente tabla.

Datos

Descripción

Fuerza aplicada estructura (Extensión Parachoques )

22.0

100 Toneladas

TIPO DE PRUEBA CONDICIONES REALES V/S EXTENCION DE PARACHOQUES

La agencia norteamericana de seguridad en carretera (NHTSA – National Highway Traffic Safety Administration) introdujo por primera vez requerimientos de choque para los vehículos fabricados a partir del 1 de enero de 1972. La prueba a superar consistía, y sigue consistiendo, en un choque a 45 km/h contra una barrera rígida, perpendicular al movimiento del vehículo.

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Esquema de simulación de choque de barrera fija Esquema de choque sin extencion de parachoques

Esquema de choque con extencion de parachoques

23.0

ANALISIS MEF DEL CHASIS CAEX 930 (PARACHOQUES).

El análisis MEF permite determinar cuál es la capacidad de resistencia que tiene el chasis de un CAEX 930 E a un impacto (choque), una vez obtenido dicho resultamos precedemos a diseñar la extensión del parachoques para que tenga un grado de libertad a la deformación sin perjudicar al chasis del camión.

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Para este caso se determinó una fuerza de 100 toneladas al impacto, este dato fue el resultado del comportamiento estructural del chasis del camión teniendo una buena distribución de esfuerzos en la estructura 24.0

CARGAS Y RESTRICCIONES CHASIS CAEX 930

Fuerzas

RESTRICCIONES

Restricciones

21

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25.0

RESULTADOS DE TENSIONES

TENSIÓN PRINCIPAL 112 MPA

PRIMERA TENSIÓN PRINCIPAL

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26.0

RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS

DESPLAZAMIENTO SON DE: 5,89 MM

27.0

PRESIÓN DE CONTACTO

PRESIÓN DE CONTACTO MAX 220,4 MPA

23

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28.0

FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDAD OBTENIDO ES DE 1,85 UL

29.0

RESUMEN DE LOS RESULTADOS. Tabla 1. Resumen de los resultados de esfuerzos y desplazamientos.

CONCLUSIONES En el estudio del chasis se ha desarrollado una metodología de cálculo simplificada para la evaluación de la compatibilidad entre camiones en caso de impacto frontal. Esta metodología ha servido para evaluar la relación de los camiones diseñados para satisfacer el ensayo MEF propuesto actualmente, para la evaluación de la compatibilidad del chasis del CAEX 930, ha concluido que dichos resultados obtenidos en la simulación el parachoques actual no es capaz de asegurar la seguridad del operador al momento de impactar contra otro camión.

24

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30.0

RESUMEN DE RESULTADOS

Name

Minimum

Maximum

Von Mises Stress

0 MPa

362,452 MPa

1st Principal Stress

-63,3106 MPa

248,646 MPa

3rd Principal Stress

-277,941 MPa

58,6507 MPa

Displacement

0 mm

5,89628 mm

Safety Factor

1,90094 ul

15 ul

Stress XX

-188,274 MPa

176,087 MPa

Stress XY

-54,6658 MPa

51,595 MPa

Stress XZ

-163,737 MPa

139,855 MPa

Stress YY

-139,659 MPa

156,156 MPa

Stress YZ

-128,891 MPa

106,414 MPa

Stress ZZ

-194,425 MPa

164,894 MPa

X Displacement

-0,0780489 mm

5,73454 mm

Y Displacement

-1,76021 mm

0,0259571 mm

Z Displacement

-0,570282 mm

0,278591 mm

Equivalent Strain

0 ul

0,00148536 ul

1st Principal Strain

-0,000029661 ul

0,00129255 ul

3rd Principal Strain

-0,00127495 ul

0,0000415701 ul

Strain XX

-0,000766804 ul

0,000719168 ul

Strain XY

-0,000335876 ul

0,000317009 ul

Strain XZ

-0,00100603 ul

0,000859291 ul

Strain YY

-0,000423306 ul

0,000596713 ul

Strain YZ

-0,00079193 ul

0,000653823 ul

Strain ZZ

-0,000926823 ul

0,00067979 ul

Contact Pressure

0 MPa

575,103 MPa

Contact Pressure X

-208,153 MPa

141,594 MPa

Contact Pressure Y

-225,552 MPa

180,439 MPa

Contact Pressure Z

-375,553 MPa

551,583 MPa

25

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31.0

TIPO DE MALLA RESULTANTE EXTENCION CHASIS CAEX 930

MAYA CONJUNTO COMPLETO Número total de nodos Número total de elementos Cociente máximo de aspecto % de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 % de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 % de elementos distorsionados (Jacobiana) Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): Nombre de computadora:

32.0

191398 95205 21.146 99.8 0.00895 0 00:00:65 INGENIERIA

GRAVEDAD

Load Type

Gravity

Magnitude

9810.000 mm/s^2

Vector X

0.000 mm/s^2

Vector Y

-0.000 mm/s^2

Vector Z

-9810.000 mm/s^2

26

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33.0

TIPO DE MATERIAL

Name

Stainless Steel AISI 440C, Welded Mass Density

7,75 g/cm^3

General Yield Strength

689 MPa

Ultimate Tensile Strength 861,25 MPa Stress

34.0

Young's Modulus

206,7 GPa

Poisson's Ratio

0,27 ul

Shear Modulus

81,378 GPa

CONDICIONES REALES

De acuerdo a la información entregada por el mandante las condiciones de cargas para el análisis de MEF están descritas en la siguiente tabla.

Datos

Descripción

Fuerza aplicada estructura (Extensión Parachoques )

27

100 Toneladas

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35.0

ANALISIS MEF DEL EXTENSIÓN DEL PARACHOQUES MÁS CHASIS CAEX 930

El análisis MEF permite determinar cuál es la capacidad de resistencia que tiene el chasis con la extensión de parachoques para un CAEX 930 E a un impacto (choque), el estudio permite visualizar las tensiones localizadas producidas por el impacto, desplazamientos, deformaciones unitarias y factor de seguridad gracias a dicho estudio nos aseguramos de que la extensión de parachoques cumpla con las exigencias mínimas al momento de ser impactado 36.0

CARGAS Y RESTRICCIONES CHASIS CAEX 930

Fuerzas

RESTRICCIONES

Restricciones

28

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37.0

RESULTADOS DE TENSIONES

TENSIÓN PRINCIPAL 283,1 MPA

PRIMERA TENSIÓN PRINCIPA

29

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38.0

RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS

DESPLAZAMIENTO SON DE: 6,03 MM

39.0

PRESIÓN DE CONTACTO

PRESIÓN DE CONTACTO MAX 220,4 MPA

30

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40.0

FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDAD OBTENIDO ES DE 2,43 UL

41.0

RESUMEN DE LOS RESULTADOS. Tabla 1. Resumen de los resultados de esfuerzos y desplazamientos.

CONCLUSIONES En el estudio de extensión de parachoques se ha desarrollado una metodología de cálculo simplificada para la evaluación de la compatibilidad entre camiones en caso de impacto frontal. Esta metodología ha servido para evaluar la relación de los camiones diseñados para satisfacer el ensayo MEF propuesto actualmente, para la evaluación de la compatibilidad del chasis del CAEX 930, ha concluido que dichos resultados obtenidos en la simulación la extencion de parachoques si es capaz de asegurar la seguridad del operador al momento de impactar contra otro camión.

31

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42.0

RESUMEN DE RESULTADOS

Name

Minimum

Maximum

Von Mises Stress

0,000224069 MPa

283,106 MPa

1st Principal Stress

-52,9654 MPa

179,817 MPa

3rd Principal Stress

-278,041 MPa

38,0915 MPa

Displacement

0 mm

6,03062 mm

Safety Factor

2,43372 ul

15 ul

Stress XX

-242,572 MPa

131,108 MPa

Stress XY

-127,636 MPa

61,8582 MPa

Stress XZ

-64,6983 MPa

41,6122 MPa

Stress YY

-170,297 MPa

102,815 MPa

Stress YZ

-41,2663 MPa

34,692 MPa

Stress ZZ

-72,469 MPa

49,0643 MPa

X Displacement

-0,0570574 mm

3,10234 mm

Y Displacement

-6,03062 mm

0,0157102 mm

Z Displacement

-0,453202 mm

0,0299073 mm

Equivalent Strain

0,00000000101876 ul

0,0011974 ul

1st Principal Strain

-0,0000820786 ul

0,000737096 ul

3rd Principal Strain

-0,00133686 ul

0,0000251936 ul

Strain XX

-0,00108662 ul

0,000470222 ul

Strain XY

-0,000784218 ul

0,000380067 ul

Strain XZ

-0,000397518 ul

0,000255673 ul

Strain YY

-0,000674858 ul

0,00030025 ul

Strain YZ

-0,000253547 ul

0,000213153 ul

Strain ZZ

-0,000301029 ul

0,000426807 ul

Contact Pressure

0 MPa

495,215 MPa

Contact Pressure X

-291,867 MPa

199,412 MPa

Contact Pressure Y

-482,75 MPa

447,807 MPa

Contact Pressure Z

-386,825 MPa

342,466 MPa

32

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43.0

TIPO DE MALLA RESULTANTE EXTENCION DE PARACHOQUES PARA CAEX 930

MAYA EXTENSIÓN DE PARACHOQUES Número total de nodos Número total de elementos Cociente máximo de aspecto % de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 % de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 % de elementos distorsionados (Jacobiana) Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): Nombre de computadora:

44.0

89712 44300 21.146 99.8 0.00895 0 00:00:65 INGENIERIA

GRAVEDAD

Load Type

Gravity

Magnitude

9810.000 mm/s^2

Vector X

0.000 mm/s^2

Vector Y

-0.000 mm/s^2

Vector Z

-9810.000 mm/s^2

33

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45.0

TIPO DE MATERIAL

Name

Stainless Steel AISI 440C, Welded Mass Density

7,75 g/cm^3

General Yield Strength

689 MPa

Ultimate Tensile Strength 861,25 MPa Stress

46.0

Young's Modulus

206,7 GPa

Poisson's Ratio

0,27 ul

Shear Modulus

81,378 GPa

CONDICIONES REALES

De acuerdo a la información entregada por el mandante las condiciones de cargas para el análisis de MEF están descritas en la siguiente tabla.

Datos

Descripción

Fuerza aplicada estructura (Extensión Parachoques )

34

100 Toneladas

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47.0

ANALISIS MEF DEL EXTENSIÓN DEL PARACHOQUES MÁS CHASIS CAEX 930

El análisis MEF permite determinar cuál es la capacidad de resistencia que tiene la extensión de parachoques para un CAEX 930 E a un impacto (choque), el estudio permite visualizar las tensiones localizadas producidas por el impacto, desplazamientos, deformaciones unitarias y factor de seguridad gracias a dicho estudio nos aseguramos de que la extensión de parachoques cumpla con las exigencias mínimas al momento de ser impactado 48.0

CARGAS Y RESTRICCIONES CHASIS CAEX 930

Fuerzas

RESTRICCIONES

Restricciones

35

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49.0

RESULTADOS DE TENSIONES

TENSIÓN PRINCIPAL 469,7 MPA

PRIMERA TENSIÓN PRINCIPAL

36

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50.0

RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS

DESPLAZAMIENTO SON DE: 5,8 MM

51.0

PRESIÓN DE CONTACTO

PRESIÓN DE CONTACTO MAX 2493 MPA

37

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52.0

FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDAD OBTENIDO ES DE 1,47 UL

53.0

RESUMEN DE LOS RESULTADOS. Tabla 1. Resumen de los resultados de esfuerzos y desplazamientos.

CONCLUSIONES En el estudio de extensión de parachoques se ha desarrollado una metodología de cálculo simplificada para la evaluación de la compatibilidad entre camiones en caso de impacto frontal. Esta metodología ha servido para evaluar la relación de los camiones diseñados para satisfacer el ensayo MEF propuesto actualmente, para la evaluación de la compatibilidad del chasis del CAEX 930, ha concluido que dichos resultados obtenidos en la simulación la extensión de parachoques si es capaz de asegurar la seguridad del operador al momento de impactar contra otro camión.

38

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54.0

RESUMEN DE RESULTADOS

Name

Minimum

Maximum

Von Mises Stress

0,000000145932 MPa

469,672 MPa

1st Principal Stress

-285,059 MPa

386,911 MPa

3rd Principal Stress

-412,025 MPa

96,8366 MPa

Displacement

0 mm

69,7206 mm

Safety Factor

1,46698 ul

15 ul

Stress XX

-376,794 MPa

193,583 MPa

Stress XY

-77,8644 MPa

84,3228 MPa

Stress XZ

-265,989 MPa

258,449 MPa

Stress YY

-335,468 MPa

267,596 MPa

Stress YZ

-137,316 MPa

121,989 MPa

Stress ZZ

-397,227 MPa

370,482 MPa

X Displacement

-5,91724 mm

5,85672 mm

Y Displacement

-5.8,6288 mm

1,01653 mm

Z Displacement

-13,1207 mm

1,48619 mm

Equivalent Strain

0,000000000000681476 ul

0,00192428 ul

1st Principal Strain

-0,000352964 ul

0,00165 ul

3rd Principal Strain

-0,00187047 ul

0,000103324 ul

Strain XX

-0,00110455 ul

0,0008476 ul

Strain XY

-0,000478412 ul

0,000518094 ul

Strain XZ

-0,00163428 ul

0,00158795 ul

Strain YY

-0,0011592 ul

0,00110785 ul

Strain YZ

-0,000843693 ul

0,00074952 ul

Strain ZZ

-0,00153154 ul

0,00154906 ul

Contact Pressure

0 MPa

2492,68 MPa

Contact Pressure X

-1440,9 MPa

2258,35 MPa

Contact Pressure Y

-2230,35 MPa

2381,64 MPa

Contact Pressure Z

-910,569 MPa

1672,27 MPa

39

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55.0

TIPO DE MALLA RESULTANTE EXTENCION CHASIS CAEX 930

MAYA CONJUNTO COMPLETO Número total de nodos Número total de elementos Cociente máximo de aspecto % de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 % de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 % de elementos distorsionados (Jacobiana) Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): Nombre de computadora:

56.0

24618 13159 21.146 99.8 0.00895 0 00:00:65 INGENIERIA

GRAVEDAD

Load Type

Gravity

Magnitude

9810.000 mm/s^2

Vector X

0.000 mm/s^2

Vector Y

-0.000 mm/s^2

Vector Z

-9810.000 mm/s^2

40

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57.0

CONFIGURACION DEL RESORTE

58.0

FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDAD OBTENIDO ES DE 2 UL

41

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59.0

RESUMEN DE LOS RESULTADOS. Tabla 1. Resumen de los resultados de esfuerzos y desplazamientos.

60.0

CONCLUSION.

En el estudio del resorte para parachoques se ha realizado bajo el software denominado compression spring, este software permite entregar el resorte adecuado para cumplir con las exigencias necesarias que debe tener el parachoques al momento de generarse el evento de choque. Con este último análisis concluimos que la extensión para parachoques cumple para lo cual fue diseñado absorber impactos de menor envergadura y resistir su estructura para eventos (impactos) de mayor envergadura, brindando la seguridad requerida al operador y la compañía.

42

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