ESTUDIO DE RIGIDEZ TORSIONAL

1.1 Aplicación de carga y condiciones de contorno

Para el estudio de la rigidez torsional de la estructura, se simulara la siguiente

situación:

Fue r z a s ob r e un a r ueda : Se aplica un momento torsor de 1000N-m en el

extremo delantero de la estructura.

De cara a restringir grados de libertad, las condiciones de contorno

impuestas para este caso son:

Todos los desplazamientos y rotaciones en el eje trasero están restringidos.

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MATERIAL

Se usara un acero 1020, con un modulo de Young de 200e9 GPa, y una relación de

Poisson de 0.3. Densidad de 7872 Kg/m3

PROPIEDADES DE SECCION

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MALLADO

Tipo de elemento

Se usara un elemento tipo beam, de integración cuadrática B32

El resultado se muestra a continuación:

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Cálculo de la rigidez

Finalmente, para obtener el resultado, calcularemos el ángulo girado por la estructura y

dado que conocemos el desplazamiento vertical máximo obtenido en la simulación,

y los esfuerzos aplicados obtenemos finalmente la rigidez a torsión.

A partir del modelo importado a ABAQUS, se realizan diferentes pruebas variando la

configuración de los elementos que forman la estructura para detectar aquella que

ofrece la relación rigidez/peso óptima. Los resultados obtenidos, se muestran a

continuación:

2 x 0.7984mmα = arcsen ___________________ = 0.209 grados

436 mm

El momento aplicado es:

M = 1000Nm

Y finalmente la rigidez a torsión de la estructura:

1000 N.mKt = _________________ = 4784.688 N.m/°

0.209 grados

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ANALISIS DE VOLCADURADatos del análisis

Peso asumido final: 450 Kg

Gravedad: 9.81 m/s2

Acero: SAE 1020 Diámetro exterior: 38.1 mm espesor: 2 mm

7.5g = 7.5 x 9.81 m/s2 x 450 Kg = 33108.75 N

2.5g = 2.5 x 9.81 m/s2 x 450 Kg = 11036.25 N

VERTICAL EN EL ARCO PRINCIPAL

Para asegurar la integridad del piloto en caso de volcada se aplicara una fuerza

equivalente a 7.5g (33108.75N) repartida en la parte superior del arco central. Se

restringirá la estructura en los anclajes de la suspensión.

A continuación podemos observar los resultados gráficos del análisis, en la que se

muestran las tensiones de Von Mises y los desplazamientos que sufre la estructura

debido a estas tensiones.

Esfuerzo

Esfuerzo máximo en el Habitáculo 95.4 MPa

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Las tensiones en los elementos estructurales son más elevadas cuanto más cerca nos

encontramos del techo del habitáculo. Como es evidente, estas zonas están más

tensionadas, ya que son las zonas encargadas de absorber el impacto de forma directa.

Teniendo un límite elástico de 165 Mpa (ver propiedades del acero 1020) la estructura

soportara el impacto.

Desplazamiento

Desplazamiento máximo 0.52 mm

Se observan desplazamientos nulos en las zonas más próximas a los anclajes de los

ejes de las ruedas y sistemas de suspensión, esto es debido a que la estructura se ha

fijado por estas zonas a la hora de realizar los análisis de simulación.

La rigidez del habitáculo no se ve afectada en este análisis, ya que la deformación

máxima es 0.52 mm en la zona del piloto.

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LATERAL EN EL ARCO PRINCIPAL

Este análisis consiste en aplicar una carga lateral en el arco principal de valor 2,5g

(11036.25N). En nuestro vehículo el peso en carrera será considerado de 450Kg,

asegurando así representar de manera más desfavorable el volcado y posterior impacto

lateral contra el suelo de la cabina.

Esfuerzo

Esfuerzo máximo en el Habitáculo 246 MPa

Se puede observar que las tensiones máximas se sitúan en las barras posteriores de la

estructura. Este resultado es bastante lógico teniendo en cuenta que estas barras son

perpendiculares al esfuerzo y que uno de sus extremos está muy próximo a los puntos

que se han inmovilizado para el análisis. Este hecho, provoca un momento de torsión

importante en estas barras.

Este hecho indica que el dimensionado de la estructura para esta hipótesis de carga es

negativo, dado que en puntos de la estructura se alcanzan valores de tensión dentro del

límite plástico de nuestro material pero sin alcanzar los 380MPa que supondrían la

rotura.

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Desplazamiento

Desplazamiento máximo 3.16 mm

Se observa que las zonas que sufren mayores desplazamientos se encuentran en la

parte superior del arco principal, lo cual resulta bastante evidente, ya que es el lugar

donde se ha aplicado el esfuerzo y además la más alejada a los elementos anclados.

La rigidez del habitáculo no se ve afectada en este análisis, ya que la deformación

máxima es 3.16mm.

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LONGITUDINAL EN EL ARCO PRINCIPAL

Este análisis consiste en aplicar una carga longitudinal en el arco principal de valor 2,5g

(11036.25N). En nuestro vehículo el peso en carrera será considerado de 450Kg,

asegurando así representar de manera más desfavorable el volcado y posterior impacto

lateral contra el suelo de la cabina.

Esfuerzo

Esfuerzo máximo en el Habitáculo 60.9 Mpa (No supera el límite elástico 165 Mpa)

Desplazamiento

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Desplazamiento máximo 0.788 mm ( Es un valor seguro)

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO 1020

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