Diseño de un atenuador de impactos para un vehículo Fórmula SAE

Castro Fernández, Verónica (2016). Diseño de un atenuador de impactos para un vehículo Fórmula SAE. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Diseño de un atenuador de impactos para un vehículo Fórmula SAE
Autor/es:
  • Castro Fernández, Verónica
Director/es:
  • Alcalá Fazio, Enrique
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Septiembre 2016
Materias:
Palabras Clave Informales: Atenuador de impactos, ANSYS APDL, LS DYNA, ensayos, validación, propiedades del material, análisis de elementos finitos, energía absorbida, seguridad.
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El presente trabajo fin de grado se desarrolló dentro del equipo de Formula Student, UPM Racing, con sede en el Instituto de Investigación del Automóvil (INSIA). El principal objetivo del mismo es el estudio y validación de un atenuador de impactos para su implementación en el vehículo. El Atenuador de impactos es un elemento de seguridad que por normativa ha de estar presente en la parte frontal de todos los monoplazas que quieran participar en cualquiera de las competiciones organizadas por el organismo de la Formula SAE. Este dispositivo tiene una gran importancia ya que es el elemento que, en caso de impacto, absorberá la energía de la colisión evitando que el vehículo y, en especial, el piloto sufran daños significativos. Además de los requisitos contemplados en el reglamento de la competición, también se buscaron otras características. El atenuador de impactos implementado debe ser ligero para mejorar el rendimiento del vehículo, tener un precio bajo que se ajuste al presupuesto del equipo, así como una cierta facilidad tanto de fabricación como de montaje para disminuir en lo posible el tiempo empleado para la obtención del monoplaza. En primer lugar, se estudian los materiales que presenten las características adecuadas para el propósito del atenuador de impacto. Después de analizar las ventajas e inconvenientes de cada una de las alternativas, se decidió usar aluminio en forma de panal de abeja. Este material de peso ligero, posee grandes propiedades de absorción de energía, siendo ésta su principal propiedad. Una vez decidido el material a utilizar, se realizó en las instalaciones del INSIA un ensayo cuasi estático para la posterior caracterización del material. Esta prueba consistió en un proceso de compresión continuo hasta alcanzar la plasticidad del material, habiendo absorbido toda la energía a su disposición. Con los datos obtenidos a través de este ensayo se calcularon las curvas características del material así como sus propiedades mecánicas. Puesto que en el ensayo cuasi estático se alcanzaron los valores de energía mínimos impuestos por normativa, se decidió que este material era el adecuado para el propósito de este proyecto. El siguiente paso fue realizar el estudio del modelo de elementos finitos correspondiente al atenuador de impactos. Para ello se utilizaron los softwares de ANSYS APDL junto con su licencia de LS-DYNA para la realización de estudios dinámicos. Se decidió modelizar el bloque de aluminio en forma de panal de abeja con elementos de tipo placa delgada, con esfuerzos tanto de flexión como de membrana. Asimismo, se emplearon elementos sólidos para la definición tanto de la base rígida equivalente al Bulkhead como para la placa de contacto que se mueve a la velocidad fijada en la normativa. Además del impacto frontal, que es el que tiene que cumplir las especificaciones expresadas en el reglamento de la FSAE, se realizaron otras simulaciones con distinto ángulo de incidencia de la placa o con la placa no totalmente superpuesta con respecto al bloque de aluminio. De esta manera se puede conocer el comportamiento de este material bajo distintas condiciones. Antes de realizar el ensayo de verificación se estudió el comportamiento del conjunto Bulkhead y placa anti intrusión para conocer si cumplían los requisitos de deformación máxima. Se analizaron posibles refuerzos del conjunto como alternativa para minimizar ese desplazamiento de la placa. Se determinó finalmente que la mejor opción era introducir un refuerzo a la estructura para obtener mejores resultados. Por último se realizó en el Laboratorio de Ensayo de Componentes de Ascensores (LECA) de la ETSII el ensayo dinámico de validación del Atenuador de impactos. Esta prueba consistió en dejar caer una masa guiada a través de una estructura de raíles sobre la probeta de ensayo. La probeta final consistía en un conjunto compuesto por: Bulkhead, placa anti intrusión, bloque de aluminio Honeycomb y una estructura representativa del alerón delantero. Tras analizar los datos se determinó que todas las condiciones de deceleraciones, deformaciones y energía absorbida satisfacían los requerimientos mínimos establecidos en las normativas de la competición. Finalmente, el atenuador de impactos estudiado y validado en el transcurso de este proyecto se implementó en el monoplaza del equipo UPM Racing con el que se compitió tanto en las competiciones de Alemania como de España.

Más información

ID de Registro: 43436
Identificador DC: http://oa.upm.es/43436/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:43436
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 03 Oct 2016 07:49
Ultima Modificación: 03 Oct 2016 07:49
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