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• Mauricio Flores

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Contenido DESCRIPCION ....................................................................................................................................... 3 VEHÍCULO ............................................................................................................................................ 3 DISEÑO DE RINES................................................................................................................................. 4 MATERIAL UTILIZADO.......................................................................................................................... 4 ANALISIS DE MALLA IDEAL .................................................................................................................. 4 RESULTADOS SIMULACIÓN ................................................................................................................. 7 Deformación Total........................................................................................................................... 7 Deformacion Eje X ........................................................................................................................... 8 Deformación Eje Y ........................................................................................................................... 9 Deformación Eje Z ........................................................................................................................... 9 Tensión Elástica Equivalente ......................................................................................................... 10 Tension Equivalente (von-Mises) .................................................................................................. 11 Factor de Seguridad ...................................................................................................................... 12 EFICIENCIA DE LOS DISEÑOS ............................................................................................................. 12 CONCLUSION ..................................................................................................................................... 13

DESCRIPCION En el presente documento se presenta el diseño y análisis de tres rines diseñados para el vehículo BMW M5 2018 tomando como base el tamaño del rin original y realizando el diseño de la geometría de la cara, para de esta manera con ayuda del software ANSYS simular y analizar cual geometría es la más eficiente, es decir, cual tiene la mejor relación entre factor de seguridad y material utilizado. Para el correcto análisis se investigaron los datos del modelo de auto que se iba utilizar como son: Peso del vehículo, aceleración máxima y presión de la llanta.

VEHÍCULO Marca: BMW Modelo: M5 Año: 2018 Peso: Tiempo de aceleración 0-100 km/h: 3.0s Presión de las llantas: 2.6 bar

Para obtener el momento aplicado en el rin se realizo la conversión de la velocidad a m/s con la cual se obtuvo la aceleración y posteriormente utilizando la segunda ley de newton y teniendo el peso del vehículo se encontró la fuerza aplicada al rin la cual se multiplico por la distancia del birlo a la circunferencia del rin se dividió entre cuatro para obtener el momento de un solo rin. El resultado de los cálculos fue de 830 N*m. Teniendo el momento y la presión de las llantas proseguimos a realizar la configuración para la simulación. Solo se realizará el análisis en aceleración del vehículo ya que la geometría realizada en los tres rines es simétrica y no habría variación entre un análisis en aceleración o desaceleración.

DISEÑO DE RINES

Ilustración 1 RIN 1 M5

Ilustración 2 RIN 2 LUJO

Ilustración 3 RIN 3 FLOR

MATERIAL UTILIZADO Para el análisis de los rines elegimos el aluminio 6061-T6 ya que es uno de los materiales más utilizados en rines debido a que es un material ligero y fuerte a la vez además de la larga duración que ofrece gracias a su resistencia a la corrosión lo que hace del aluminio uno de los materiales más utilizados en la fabricación de los mismos, se realizaron algunas modificaciones en el software ANSYS para obtener las propiedades necesarias del material de tal manera que los resultados fueran lo mas cercanos a la realidad.

ANALISIS DE MALLA IDEAL Se selecciono uno de los rines para realizar pruebas de mallado en repetidas ocasiones cada vez con elementos de menos tamaño con la finalidad de encontrar una malla que no afectara los resultados de nuestra simulación, tomamos como

dato de referencia el factor de seguridad para analizar el cambio entre una interacción y otra. Iteración 1 Factor de seguridad: 5.4498

Iteración 2 Factor de seguridad: 5.1732

Iteración 3 Factor de seguridad: 5.0596

Iteración 4

Factor de seguridad: 4.9886

Observamos que el cambio en el factor de seguridad entre una iteración y otra era mínimo por lo que tomamos como malla ideal la última realizada y para propósitos de agilizar los procesos y debido al bajo recurso computacional tomaremos como base una malla 4 veces más grande teniendo en cuenta que los resultados obtenidos no serán muy fiables solo para propósito de la materia. Malla utilizada

APLICACIÓN DE SOPORTES, PRESION Y MOMENTO Realizado el analisis de malla, teniendo los valores de presion y momento, proseguimos a situarlos correctamente en nuestros rines.

Se colocaron los soportes en las caras internas de los birlos, la presion y el momento se aplico en la cara externa del rin ya que ahí en donde se somete a estos esfuerzos. Realizado estos pasos ahora proseguimos con la simulacion, analisis y comparativa entre los rines.

RESULTADOS SIMULACIÓN Deformación Total

Ilustración 3 RIN 1 Deformación Total

Ilustración 2 RIN 2 Deformación Total

Ilustración 1 RIN 3 Deformación Total

En los resultados de deformacion total podemos obserbar que en los tres rines se aprecia un valor similar pero situado en distintas partes del rin. En el Rin 1 se obserba que la maxima deformacion se presenta en la parte trasera del rin debido a los multimples apoyos que tiene en la cara del rin no permite la deformacion en la cara frontal, por otra parte en el rin 2 se observa la maxima deformacion en la parte frontal del rin debido a los amplios espacios entre un soporte y otro en los cuales acaparan la maxima deformacion, en el rin 3 se obserba que la deformacion maxima esta repartida en la parte forntal y la parte trasera ya que los soportes de la cara no se encuentran tan juntos como el tin 1 ni tan separados como el rin 2 y las deformaciones estan repartidas en mas partes del rin.

Deformacion Eje X

Ilustración 6 RIN 1 Deformación Eje X

Ilustración 5 RIN 2 Deformación Eje X

Ilustración 4 RIN 3 Deformación Eje X

En la deformacion en el Eje X, en el Rin 1 se aprecia una deformacion mayor que en los otros dos rines esto debido a que el Rin 1 tiene una parte frontal mas resistente lo cual hace que los esfuerzos se concentren en la parte trasera del rin debido a que el momento esta aplicado en el eje X y los apoyos se ubican en los birlos del rin lo cual va generar una torcion del rin que afecta mas en la parte mas lejana de los soportes, en los rines 2 y 3 se aprecian resultados muy similares visualmente esto debido a la similitud de sus geometrias, en este caso teniendo la menor deformacion entre los soportes de la cara ya que el momento esta generando una rotacion y los soportes impiden que ocurra en la cara frontal pero no pasa lo mismo en la parte trasera del rin ya que en los tres casos ahí es donde se ve mas afectado.

Deformación Eje Y

Deformación Eje Z

En las deformaciones en los Ejes Y y Z se aprecia algo parecido en ambos casos y en los tres rines, observamos que los valores mínimos y máximos están situados opuestamente debido a que el rin esta sometido a una torción y tiene sus soportes en el centro esto va generar que por una parte el rin se este sometiendo a un esfuerzo de tención y por la parte opuesta de compresión.

Tensión Elástica Equivalente

En los tres rines se observa un valor de tensión elástica mínimo lo mas cercano a las zonas de los soportes gracias a la gran densidad de material que se encuentra en esas zonas y lo alejado que esta con el punto de aplicación de la fuerza, por otra parte, pasa lo opuesto en los valores máximos ya que estos se encuentran en las zonas mas alejadas a los soportes y mas cercanas a el lugar de la aplicación de la fuerza.

Tension Equivalente (von-Mises)

En el caso de la tensión equivalente pasa algo muy similar al análisis anterior de tensión elástica equivalente los puntos mínimos y máximos están ubicados en zonas muy similares, de igual manera la tensión media esta ubicada en la cara externa del rin que es donde estamos aplicando el momento.

Factor de Seguridad

En estos resultados podemos analizar que los valores mínimos de factor de seguridad en los tres rines están situados en las mismas zonas, en las uniones entre la cara del rin y la pared externa del mismo, esto debido a que en ese punto se encuentran las zonas de menor contacto entre la cara y la base del rin y es en ese punto donde existe una mayor probabilidad de ruptura, como se observa en las imágenes el rin 2 es el que cuenta con un mayor factor de seguridad ya que su área de contacto con la base es mayor a la de los otros dos rines que tienen un resultado similar entre ellos.

EFICIENCIA DE LOS DISEÑOS A continuación, se realizó una relación entre el factor de seguridad y masa de cada rin para de esta manera poder sacar una relación que nos exprese la eficiencia de estos, es decir, que rin nos ofrece un mayor factor de seguridad con el menor material utilizado. RIN 1 F.S: 4.8

RIN 2 F.S: 6.22

RIN 3 F.S: 4.56

MASA: 13.440 kg kg

Eficiencia: 0.3582

MASA: 13.293 kg

Eficiencia: 0.4679

MASA:

14.629

Eficiencia: 0.3117

CONCLUSION Dado un análisis estático de los rines, se logró corroborar las diferentes geometrías que puede presentar y que es lo que sucede en cada una, logrando encontrar un rin con la mayor eficiencia. Gracias a la simulación podemos analizar de manera muy eficiente las cualidades que podría tener un rin respecto a otro de la misma manera que averiguar donde son sus puntos mas fuertes como los mas débiles, de esta manera permitiéndonos hacer mejoras en el diseño de cada uno de estos para mejorar su seguridad y su eficiencia. Teniendo estos resultados podemos mejorar el rin de tal manera que presente un diseño digno con un material duradero, para así poder tener en nuestras manos un carro capaz de mejorar sus habilidades en carretera, teniendo una llanta capaz de soportar mejor el peso, con una densidad menor para velocidades mas altas y con una resistencia capaz de soportar el momento y la presión que se ejerce.