FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.6 “MASTER MODEL”, COMO NACE UNA CARROCERÍA MODERNA
2.20 PROCEDIMIENTO EMPLEADO
El procedimiento que se empleo fue muy parecido al que el paquete ANSYS necesita ya que en ese orden de debe de realizar la introducción de datos para el análisis. Los pasos fueron los siguientes:
¾ Del modelado en 3D en el paquete Solid Works levantamiento de las dimensiones de la estructura analizada
¾ Modelado
¾ Establecimiento de las condiciones de frontera ¾ Determinación de las propiedades del material ¾ Análisis estático
¾ Análisis modal ¾ Análisis dinámicos ¾ Revisión de resultados
En la figura 2.35 se muestra un ejemplo de lo que es la estructura, la cual básicamente es tubular y no tiene carrocería.
2.21 MODELADO
2.21.1 ELEMENTOS VIGA-BEAM
La interfase gráfica de ANSYS permite crear líneas que representaran elementos viga. Existen dentro del programa una gran variedad de ellos. En este caso de estudio, se uso el PIPE 16, este tipo se ilustra en la figura 2.36. Es un elemento uniaxial con capacidades para analizar tensión, compresión, torsión y pandeo. El elemento tiene seis grados de libertad en dos nodos: translaciones en las direcciones nodales x, y, z, además, rotaciones al rededor de los ejes nodales x, y, z. Este elemento esta basado en elementos vaga (BEAM4) en tres dimensiones y incluye simplificaciones debido a su simetría y a la geometría estandarizada de un tubo
Figura. 2.36. Elementos Pipe
2.21.2 DATOS DE ENTRADA
La geometría, localización de los nodos y el sistema de coordenadas se muestran en la figura 2.37. los datos de entrada y constantes reales del elemento son dos o tres nodos, el diámetro exterior del tubo (OD) y el espesor de la pare (TKWALL).
2.21.3 ESTABLECIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE FRONTERA
Las condiciones de frontera describen los apoyos del elemento mecánico analizado, para este efecto, se limitan los desplazamientos y rotaciones en los nodos que se localizan en las fronteras restringidas. Las condiciones de frontera que se tomaron en cuenta fueron aquellas relacionadas a la suspensión, ya que el automóvil cuenta con una suspensión del tipo independiente en las cuatro ruedas y en especifico cuenta con suspensión de brazos dobles en la parte delantera y brazo independiente en la parte trasera, también se cuentan los cuatro amortiguadores, esto nos lleva poner restricciones de frontera en todos estos puntos, esto se describirá con mas detalle en el capítulo 4.
2.21.4 DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL
Las propiedades del material a considerar para este análisis son la densidad, la relación de Poisson y el módulo de elasticidad. ANSYS permite emplear más de un material pero en este caso se utilizó el mismo material para toda la estructura, los que nos permite hacer un análisis mas fácil y rápido.
2.21.5 ANÁLISIS ESTÁTICO
El resultado del análisis estático mostrará el comportamiento de la estructura en condiciones estáticas. Esto es, las cargas no varían con respecto al tiempo. En este análisis las cargas son la de una persona, el motor, la transmisión, etc.
2.21.6 ANÁLISIS MODAL
El análisis modal mostrará como resultado las frecuencias naturales de la estructura, se pueden solicitar a la computadora las primeras frecuencias más representativas. En términos generales, las primeras cinco frecuencias naturales son las mas importantes para los análisis de ingeniería.
2.21.6.1 LIMITACIONES Y RESTRICCIONES.
¾ Es válido para los grados de libertad de la estructura analizada. ¾ La estructura tiene efectos de rigidez y masa constante.
¾ No hay amortiguamiento, a menos que la eigensolución amortiguada sea seleccionada.
¾ La estructura no tiene fuerzas, desplazamientos, presiones o temperaturas aplicadas que varíen con el tiempo (vibración libre).
2.21.6.2 DESCRIPCIÓN DEL ANÁLISIS.
Este tipo de análisis es usado para la determinación de las frecuencias naturales y los modos de vibración. La ecuación de movimiento para un sistema sin
amortiguamiento, expresado en notación matricial, usando las consideraciones anteriores es:
[M]{ü} + [K]{u} = 0 (2.4)
donde:
[M] = Matriz total de masas. {ü} = Vector de aceleración.
[K] = Matriz de rigidez.
{u} = Vector de desplazamiento.
En este caso, la matriz de rigidez de la estructura [K], puede incluir efectos de preesfuerzos.
Para un sistema lineal, las vibraciones libres serán armónicas de la forma:
{ } { }
u = Φ icosωit (2.5)donde:
{ }
Φ i = Eingenvector de modo de forma en la i-ésima frecuencia natural. =i
ω I-ésima frecuencia natural circular (radianes por unidad de tiempo).
=
t Tiempo.
De esta forma, la ecuación (2.5) se puede expresar:
(
[ ] [ ]){ } { }
02 + Φ =
−ωi M K i (2.6)
Esta ecuación se satisface si
{ } { }
Φ i = 0 o si el determinante([ ]
K[ ]
M)
2
i
ω
− es cero. La
primer opción es una solución trivial, y por lo tanto no es de interés. Por lo que la segunda opción:
([ ]
[ ])
02 =
− M
K ωi (2.7)
Este es un problema de eigenvalor, el cual puede ser solucionado hasta n valores de las frecuencias naturales de vibración ω2y n eigenvectores de
{ }
Φ que son los modos de vibración, los cuales satisfacen la ecuación (2.78), donde n es el númeroLas frecuencias naturales
( )
f son determinadas mediante: π ω 2 i i f = (2.8) 2.21.7 ANÁLISIS DINÁMICOSEl análisis Dinámico mostrará, como resultado, el comportamiento de la estructura en condiciones dinámicas, es decir, cuando las cargas varían con respecto al tiempo, ésto es necesario ya que esta estructura es móvil, a la que se someterá a muchos movimientos imprevistos y bruscos. Esto es, ante un arranque, un frenado y virajes, saltos, caídas, choques, etc. En este análisis la persona, el motor, la transmisión se representan con elementos masa
2.21.8 EVALUACIÓN DE RESULTADOS
Es muy importante esta fase, ya que de esto depende el éxito o fracaso de un buen diseño. La computadora solo nos dará una lista con muchos números y gráficas con muchos colores, pero lo importante es saber que significa y como nos ayuda a evaluar el diseño para las condiciones de interés, en suma, esta parte nos dirá que tan bueno o que tan mala es la estructura.