Modelo experimental del comportamiento de la máquina para impacto blando y desarrollo del transductor de fuerza

Zamorano de Blas, Rubén (2017). Modelo experimental del comportamiento de la máquina para impacto blando y desarrollo del transductor de fuerza. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Modelo experimental del comportamiento de la máquina para impacto blando y desarrollo del transductor de fuerza
Autor/es:
  • Zamorano de Blas, Rubén
Director/es:
  • Huerta Gómez de Merodio, María Consuelo
  • Parra Hidalgo, José Antonio
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Impactador, precarga, transductor, etapa, vidrio, impulso, ensayo, rigidez
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 estudio del comportamiento del vidrio en ensayos dinámicos es un tema prioritario. Las medidas de las tensiones resultantes durante los ensayos dinámicos a través de impactos difieren considerablemente de las obtenidas en los ensayos estáticos. La norma UNE-EN 12600:2003 estableció un procedimiento de impacto que se fundamenta en la caída de un péndulo homologado desde diferentes alturas. Estos ensayos requieren ser ejecutados en un laboratorio donde las condiciones de contorno a las que el vidrio está sometido no son equivalentes a las condiciones a las que se ve sometido un vidrio situado en una fachada acristalada o en un cerramiento. En 2005 un grupo de investigadores de la UPM iniciaron una línea de investigación con el objetivo de crear un método alternativo para poder realizar ensayos “in situ”. Para ello se ha desarrollado una máquina llamada impactador. Este dispositivo dispone de un resorte que se precarga una distancia deseada almacenando energía potencial elástica. Una vez se descomprime el resorte, éste empuja la cabeza impactadora hasta impactar con el vidrio, transformando la energía potencia elástica en energía cinética. La primera línea de este trabajo nace a partir de los ensayos realizados durante la Campaña de Ensayos de Gijón en 2014. Durante esta campaña, se ensayaron simultáneamente el péndulo y el impactador en distintas configuraciones, sobre los mismos tipos de vidrios. Del registro de datos del impactador, se obtuvieron las historias temporales de la cabeza impactadora durante el impacto. Se observó que los fenómenos que ocurrían durante el impacto eran de mayor complejidad que los ocurridos durante el impacto del péndulo. Se distinguen cinco etapas en el proceso de impacto de la cabeza impactadora sobre el vidrio. Una vez verificadas esta tendencia de distinguirse cinco etapas en el proceso de impacto, se desarrolló, con anterioridad a este trabajo, un primer modelo que reproducía los fenómenos observados mediante ecuaciones físicas. Este primer modelo basa sus ajustes en aproximaciones desarrolladas por el observador, tomando ciertas decisiones en base a la observación de multitud de ensayos. Por tanto, el siguiente paso para conocer los fenómenos y la tendencia de las variables era el desarrollo de un modelo sistemático que no dependa del observador que lo realice. El modelo automatizado desarrollado en este trabajo realiza un mejor ajuste de las etapas del modelo a las medidas del ensayo. Así mismo, se modifica el sistema por el cual se medían los instantes de comienzo y final de cada una de las etapas, siendo estos ahora más exactos. Una vez desarrollado dicho modelo, se aplica a los ensayos de la Campaña de Gijón de 2014 y se obtiene una ficha técnica de cada uno de registros de ensayo, proporcionando los valores de las variables necesarias. Para asegurar el buen modelado de los ensayos y las mejoras, se realiza un estudio comparativo entre el modelo preliminar y el modelo experimental desarrollado. Uno de los métodos llevados a cabo para la comparación entre modelos es el cálculo del impulso (variación de la cantidad de movimiento). Una vez comprobado el modelo, se recogen en unas tablas todos los resultados de las variables proporcionados por cada ficha técnica. Con el objetivo de que se puedan desarrollar modelos multicuerpo del sistema del impactador, se establecen unas ecuaciones que relacionan las variables fundamentales del comportamiento de cada etapa en función de la precarga. La precarga es la variable más inmediata, ya que para cada precarga escogida, se modificaban las condiciones de ensayo. Del mismo modo, existen otras dos variantes que modifican la configuración del sistema del impactador: .-Masa y tipo de la cabeza impactadora. .-Tipo de vidrio ensayado. La segunda línea de este trabajo surge a partir de la necesidad de conocer las fuerzas que soporta el muelle durante los ensayos de impacto. Dicha adquisición de datos es necesaria para conocer el valor de la precarga exacta empleada y la energía recuperada durante el impacto. Se pretende demostrar la viabilidad de la obtención de la historia temporal de las fuerzas en el muelle a partir de dos galgas extensiométricas. Para ello se desarrolla un transductor de fuerza dinámico. En primer lugar, el muelle se sitúa sobre una máquina universal de ensayos, adhiriendo a él unas galgas extensiométricas. Se realizan dos ensayos con frecuencias senoidales diferentes en los que la máquina universal mide la fuerza y el desplazamiento a los que es sometido el muelle, mientras que las galgas extensiométricas miden las deformaciones sufridas. Una vez halladas las constantes de calibración para cada una de las galgas extensiométricas, el muelle se instala en el impactador y se realizan ensayos a diferentes precargas. Conocida la deformación medida por las galgas extensiométricas y las constantes de calibración calculadas previamente, se obtienen las fuerzas en el muelle realizando la media entre la fuerza medida en cada uno de los canales. Se establece como fuerza en el muelle la fuerza media en cada canal tras calcular el coeficiente de correlación entre las medidas de cada una de las galgas extensiométricas y ser éstos iguales o superiores a 0,95. Posteriormente, se realiza la comprobación calculado el error porcentual cometido en el cálculo de la fuerza máxima teórica y la fuerza máxima de precarga.

Más información

ID de Registro: 46667
Identificador DC: http://oa.upm.es/46667/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:46667
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 09 Jun 2017 06:46
Ultima Modificación: 09 Jun 2017 06:46
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