Análisis mediante elementos finitos del comportamiento de perfiles combinados de estructuras de autobuses

Murillo Martínez, Francisco (2018). Análisis mediante elementos finitos del comportamiento de perfiles combinados de estructuras de autobuses. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Análisis mediante elementos finitos del comportamiento de perfiles combinados de estructuras de autobuses
Autor/es:
  • Murillo Martínez, Francisco
Director/es:
  • Alcalá Fazio, Enrique
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Fecha: Marzo 2018
Materias:
Palabras Clave Informales: rótula plástica, momento flector, montante, cordón de soldadura, superestructura, flexión, elementos finitos, ANSYS, perfil rectangular
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

Texto completo

[img]
Vista Previa
PDF (Document Portable Format) - Se necesita un visor de ficheros PDF, como GSview, Xpdf o Adobe Acrobat Reader
Descargar (9MB) | Vista Previa

Resumen

Este Proyecto Fin de Carrera, bajo el título “Análisis mediante elementos finitos del comportamiento de perfiles combinados de estructuras de autobuses” se ha realizado en el Instituto Universitario de Investigación del Automóvil. INSIA, centro adscrito a la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales e integrado en el Parque Científico y Tecnológico de la UPM. Nace de la necesidad de un conocimiento aún incompleto sobre el comportamiento a flexión de perfiles combinados mediante unión por soldadura que cumplen la función de montantes y costillas, partes esenciales en la superestructura de los autobuses. Este comportamiento es estudiado de forma comparativa al que tienen esos perfiles utilizados de manera individual. Hasta el momento y según el carrocero, se han utilizado ambas configuraciones pero con un desconocimiento sobre el efecto real sobre la resistencia de la estructura que suponía el duplicar el perfil. En el presente PFC se pretende conocer de una manera cuantificable que mejora en términos de resistencia supone el uso de los perfiles combinados por soldadura frente al tradicional montante individual. Para ello se lleva a cabo un estudio teórico-experimental en el cual se somete a una flexión, que simula una situación de vuelco del vehículo, a los perfiles para, en base a los resultados, conocer cuál es la curva de ratio de momentos flectores entre perfil combinado y perfil individual y poder estimar así, el comportamiento que tendrá el combinado conociendo de antemano el momento flector del individual para cada ángulo girado. Se estudian los factores que modifican esa curva de ratio y se llevan a cabo varios ensayos que sirven de referencia real para validar el modelo. El desglose de capítulos de manera sucinta se hace como sigue; El proyecto consta de 12 capítulos que recogen contexto, definición del problema, estudio de los factores que influyen en él, soluciones aproximadas y resultados obtenidos. En el capítulo 1 se ha tratado de contextualizar el objeto de estudio del PFC. Se reseña brevemente el planteamiento del problema y se exponen los objetivos que se persiguen. Seguidamente se reseña el lugar donde se desarrollan e implementarán los resultados del trabajo. Así mismo se recorre de forma sucinta la historia del autobús y el papel que desempeña como medio de transporte. El marco de la seguridad pasiva que acoge la finalidad del estudio de los perfiles insta a hablar de la siniestralidad haciendo referencia a la repercusión en términos de cifras de accidentes y víctimas que han arrojado los últimos años como reflejo de una necesidad constante de mejora en materia de seguridad pasiva. En el capítulo 2 se describe, desde un punto de vista teórico, el método de los elementos finitos, en su planteamiento y formulación matemáticos así como su aplicación a la mecánica del sólido real, que es el instrumento usado para realizar los cálculos. En el capítulo 3 como continuación del capítulo 2 se presenta la herramienta computerizada utilizada para realizar los cálculos del presente PFC, Se describa el entorno ANSYS y sus principales utilidades así como el flujo de trabajo que se sigue en el análisis mecánico estructural llevado a cabo.El capítulo 4 da una visión general y rápida sobre la fenomenología del vuelco, situación que provoca una acción en las piezas de interés (montantes) que pretende ser simulada con la flexión. Se describe la superestructura del autobús y la normativa que se implementa en la industria carrocera para proveer a esta zona del vehículo de elementos de seguridad para paliar los daños y algunos de los estudios realizados acerca de la mejora de este aspecto. El capítulo 5 está consagrado a describir las propiedades del material utilizado en los perfiles así como el fenómeno físico de flexión y la formación de rótula plástica, la cual es descrita en términos cualitativos. En el capítulo 6 se describen los ensayos que son llevados a cabo en la realización de este Proyecto y cuyos resultados sirven de referencia para la construcción del modelo de elementos finitos. Se describe la realización del ensayo con abundante material fotográfico y se describen los resultados obtenidos. Estos ensayos son realizados en las propias instalaciones del INSIA con la inestimable ayuda de un ingeniero industrial y un técnico operario del taller. Se describen así mismo los elementos utilizados para llevar a cabo de manera óptima estos ensayos. El capítulo 7 es uno de los capítulos clave de este trabajo. En él se habla de cómo se llevan a cabo las simulaciones necesarias para la obtención de datos que servirán para la construcción del modelo. Se describen brevemente las condiciones de contorno, y de las fases en las que se lleva a cabo el análisis (pre-procesado, solucionado y post-procesado). También se exponen los resultados obtenidos con cada una de las dos principales interfaces que Ofrece ANSYS Mechanical; ANSYS APDL y ANSYS Workbench. Los resultados de cada plataforma son comparados y se exponen las razones por las que se decide para usar ANSYS Workbench en lugar de ANSYS nativo mediante programación APDL en la construcción del modelo. El capítulo 8 expone de manera detallada qué factores son determinantes en el comportamiento de los perfiles y de qué manera afectan a éste. El capítulo se centra en la influencia los siguientes factores;  Dimensiones y tolerancias constructivas del propio perfil individual haciendo especial mención de la influencia del radio de redondeo de esquina del perfil y su influencia en el momento flector.  Influencia de la posición del cordón de soldadura en relación a la zona de formación de rótula. El capítulo 9 recoge la elaboración del modelo mediante un método de Montecarlo del ratio de momentos flectores de perfiles combinados e individuales para los perfiles de 70 x 40 x 3mm utilizados en los ensayos descritos en el capítulo 6. Se describe de igual manera la parametrización del modelo así como los pasos que se han seguido para su elaboración. Una vez obtenidos los resultados, se procede a la validación del modelo utilizando para ello los valores obtenidos del ensayo físico. El capítulo 10 recoge una serie de valoraciones finales acerca de los resultados a modo de conclusión final y pretende arrojar algo de luz sobre las mejoras que se podrían implementar para profundizar en la solución a este problema y mejorar el modelo realizado. Finalmente los capítulos 11 y 12 ilustran acerca de la distribución de tiempo necesaria para llevar a cabo este estudio mediante un diagrama de Gannt con las diferentes fases y tareas que han conformado el PFC. Seguidamente, se estiman los costes desglosados que podrían haberse generado en la elaboración de este proyecto de haberse realizado fuera del ámbito académico.

Más información

ID de Registro: 50284
Identificador DC: http://oa.upm.es/50284/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:50284
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 19 Abr 2018 06:40
Ultima Modificación: 19 Abr 2018 06:40
  • InvestigaM
  • GEO_UP4
  • Open Access
  • Open Access
  • Sherpa-Romeo
    Compruebe si la revista anglosajona en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Dulcinea
    Compruebe si la revista española en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Recolecta
  • Observatorio I+D+i UPM
  • OpenCourseWare UPM