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Uniendo Esfuerzos
I Conferencia Nacional de Usuarios de ANSYS
IngenieríaDiseñoAnálisis
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ulació
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Análisis
Ingeniería
Diseño
Simulación
Conferencia
2001
Colaboración
ANÁLISIS DE CHASIS
Interfase ANSYS-ADAMS
Carlos Franco
Engineering Consulting
Grupo SSC
Grupo SSC
Engineering Consulting
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I Conferencia Nacional de Usuarios de ANSYS
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Análisis
Ingeniería
Diseño
Simulación
Conferencia
2001
Colaboración
Contenido
Introducción
Objetivo
Razonamiento
Proceso de Análisis
•Modelo Original Ansys-Adams
•Modelo Modificado Ansys-Adams
•Modelo Modificado Trayectoria 1
•Modelo Modificado Trayectoria 2
Conclusión
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Análisis
Ingeniería
Diseño
Simulación
Conferencia
2001
Colaboración
Un Proyecto retador dentro de Grupo SSC es tener una presencia sólida en una de las ramas grandes en aplicación de ingeniería, en este caso la parte automotriz.
Para lograrlo, ha comenzado a idear el trabajo de lo que hasta ahora es un prototipo (vehicular) en esta área, y al que se pretende de manera continua agregar más componentes y con ello por supuesto un mayor detalle.
Aquí se presenta parte del trabajo hecho en el desarrollo de tal prototipo, esto dirigido al comportamiento estructural del chasis o marco principal del vehículo.
Introducción
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Análisis
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Diseño
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Conferencia
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Objetivo
Esta ponencia esta enfocada a presentar el estudio sobre el comportamiento estructural de una propuesta inicial de un chasis, bajo condiciones de carga dinámica crítica.
Además, mostrar el trabajo posterior hecho al modificar el chasis inicial y someterlo a exigencias de carga mayores.
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Un sistema puede ser estudiado al aplicar las cargas estáticas que se generan debido a las condiciones como el peso propio, sin embargo, durante el movimiento de tal sistema, condición dinámica, las cargas generadas tienden a un incremento considerable.
Lo que se puede hacer es capturar el sistema en esas condiciones de carga dinámica crítica, y estudiarlo bajo esa exigencia mayor de carga.
Razonamiento
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Razonamiento Cont...
Generar Cuerpo Flexible
ADAMS
Producir Pasos de Cargas
ANSYSDeterminar Respuesta del Modelo
Propuesta de Modelo
Cambios al Modelo Agregar Detalle
ANSYS
USO DE
CAE
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Ingeniería
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Conferencia
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Abajo se muestra la configuración inicial del chasis, el modelo esta desarrollado totalmente en ANSYS.
MODELO:
Elemento: Shell 93
No. 3,806
Material: Acero
Estructural
Tamaño: 1.05 X 2.61
Masa: 77.3 Kg.
Dim: SI
Modelo Original ANSYS
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Modelo Original ANSYS
Una vez que se tiene el modelo de elemento finito, ANSYS puede crear directamente el archivo .MNF (Modal Neutral File), archivo que puede ser leído posteriormente en ADAMS para generar el cuerpo Flexible.Proceso para crear .MNF
•Selec. Unidades: /UNITS,SI
•Selec. Puntos de Unión: /NSEL
•Macro ADAMS: ADAMS,NMODE
(NMODE número de modos a Extraer)
Información en MNF
•Geometría (loc. de nodos y conect.)
• Masa e Inercia Nodal
• Modos de Forma
• Rigidez y Masa Generalizada para los Modos de Forma
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Modelo Original ADAMS
El modelo original de ADAMS se compone de dos sistemas, Suspensión y Chasis (Cuerpo Flexible), el ensamble y conexión de estos dos sistemas nos da el modelo que se probó en ADAMS.
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Modelo Original ADAMS
Las pruebas sobre el modelo de ADAMS, se hicieron aplicando los movimientos verticales en los puntos en donde se localizan las ruedas.
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Ingeniería
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Modelo Original
Resultados de ANSYS para en el paso de Carga Críticos
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Modelo Original ADAMS
Resultados de los análisis en ANSYS
Esfuerzos
Estático Res. DD Res. DI Res. TD Res. TI
0.481e8 0.476e9 0.678e9 0.437e9 0.898e9
NODO FX FY FZ MX MY MZ
7879 0.20037E-05
-0.2406E-04
0.28000E-05
0.14435E-02
0.19555E-02
0.78105E-02
De estos resultados se concluyo que el chasis sufriría niveles de esfuerzo por arriba del límite de fluencia. Es esfuerzo más alto se presenta en el paso de carga Res. TI.
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Modelo Modificado ANSYS
Abajo se muestra la configuración del chasis para el modelo modificado, el modelo esta desarrollado totalmente en ANSYS.
MODELO:
Elemento: Shell 93
No. 3,418
Material: Acero
Estructural
Tamaño: 1 X 2.25
Masa: 79.052 Kg.
Dim: SI
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Ingeniería
Diseño
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Conferencia
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Modelo Modificado ADAMS
Las pruebas de ADAMS sobre el modelo modificado, se hicieron aplicando inicialmente movimientos verticales en los puntos en donde se localizan las ruedas igual que el modelo original.
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Ingeniería
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Modelo Modificado ANSYS
Los resultados para el caso de carga crítico Res. TI
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Modelo Modificado ANSYS
Esfuerzos
Estático Res. DD Res. DI Res. TD Res. TI
0.302e8 0.395e8 0.387e8 0.382e8 0.412e8
Resultados de los análisis en ANSYS
NODO FX FY FZ MX MY MZ
7879 -.25819E-05
-0.8334E-05
-0.6866E-06
-0.4461E-03
-0.2316E-03
0.1663E-01
De estos resultados para el modelo modificado es evidente que el chasis en su nivel de esfuerzo más alto queda muy por debajo del límite de fluencia del material, razón por la cual la nueva configuración tiene un mejor desempeño que el modelo original.
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Modelo Modificado Trayectoria 1
En vista de que el modelo anterior no tuvo problemas en cuanto a las cargas generadas bajo la condición previa. Se procedió a someterlo a condiciones más duras en cuanto comportamiento bajo carga dinámica. Para este proceso se agregaron algunos otros componentes para poder desarrollar las pruebas planteadas.
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Modelo Modificado Trayectoria 1
De la prueba realizada al modelo los puntos críticos que se encontraron son básicamente en dos posiciones del recorrido del modelo, cuando llega a la superficie plana y cuando pasa el tope (para ruedas delanteras y ruedas traseras).
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Modelo Modificado ANSYS
Paso sobre el tope
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Modelo Modificado Trayectoria 1
Acercamiento del paso sobre el tope
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Modelo Modificado trayectoria 1
Los resultados para el caso de carga crítico
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Modelo Modificado Trayectoria 1
Resultados de los análisis en ANSYS
NODO FX FY FZ MX MY MZ
7879 -0.3691E-05
0.3059E-05
-0.8312E-06
0.11231E-03
0.42197E-04
0.66708E-01
Esfuerzos
Curva RD Curva RT Tope RD Tope RT
0.644e8 0.665e8 0.157e9 0.929e8
En este análisis, el modelo experimenta un esfuerzo máximo cuando las ruedas delanteras pasan sobre el tope, pero tal esfuerzo, esta muy por debajo de la resistencia de fluencia del material.
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Esta prueba sobre el modelo es similar a la de la trayectoria 1, la diferencia es que en análisis se hizo que el modelo descendiera en un cierto ángulo durante la pendiente, se encontraron básicamente tamben en dos posiciones del recorrido del modelo que son de consideración, cuando llega a la superficie plana y cuando pasa el tope (para ruedas delanteras y ruedas traseras).
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Pase por la curva
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Acercamiento pase por la curva
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Pase por el tope
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Acercamiento pase por el tope
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Los resultados para el caso de carga crítico
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Modelo Modificado Trayectoria 2
Resultados de los análisis en ANSYSEsfuerzos
Tope RD Tope RI Tope RTD Tope RTI
0.164e9 0.111e9 0.132e9 0.760e8
NODO FX FY FZ MX MY MZ
7879 0.87064E-06
0.16571E-05
-0.4214E-05
0.15431E-01
-0.1569E-03
0.34572E-01
En este análisis, el modelo sufre un esfuerzo máximo cuando la rueda delantera derecha pasa sobre el tope, pero tal esfuerzo, esta muy por debajo de la resistencia de fluencia del material.
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Modelo Modificado Trayectoria 2
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Colaboración
Modelo de Chasis
CONCLUSION
El modelo del chasis modificado no rebasa el límite de fluencia del material para ninguna de las condiciones de carga dinámica a las que fue sometido.
Estos análisis dan una cierta certeza en cuanto a los criterios de resistencia y rigidez de que el CHASIS MODIFICADO tiene un comportamiento aceptable. Sin embargo, aún resta hacer un estudio para cubrir el aspecto de Durabilidad (fatiga), en el cual no es suficiente analizar sólo las condiciones criticas, sino que es necesario posiblemente considerar toda la historia de carga del modelo.
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Modelo de Chasis
CONCLUSION
Para esta tarea la utilidad del CAE con ANSYS, ADAMS y ahora FE-FATIGUE, sencillamente lo hacen simple.
“Sólo una menta, analizar componentes antes de construir partes”
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