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Análisis

Ingeniería

Diseño

Simulación

Conferencia

2001

Colaboración

ANÁLISIS DE CHASIS

Interfase ANSYS-ADAMS

Carlos Franco

Engineering Consulting

Grupo SSC

Grupo SSC

Engineering Consulting

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Colaboración

Contenido

Introducción

Objetivo

Razonamiento

Proceso de Análisis

•Modelo Original Ansys-Adams

•Modelo Modificado Ansys-Adams

•Modelo Modificado Trayectoria 1

•Modelo Modificado Trayectoria 2

Conclusión

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Un Proyecto retador dentro de Grupo SSC es tener una presencia sólida en una de las ramas grandes en aplicación de ingeniería, en este caso la parte automotriz.

Para lograrlo, ha comenzado a idear el trabajo de lo que hasta ahora es un prototipo (vehicular) en esta área, y al que se pretende de manera continua agregar más componentes y con ello por supuesto un mayor detalle.

Aquí se presenta parte del trabajo hecho en el desarrollo de tal prototipo, esto dirigido al comportamiento estructural del chasis o marco principal del vehículo.

Introducción

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Objetivo

Esta ponencia esta enfocada a presentar el estudio sobre el comportamiento estructural de una propuesta inicial de un chasis, bajo condiciones de carga dinámica crítica.

Además, mostrar el trabajo posterior hecho al modificar el chasis inicial y someterlo a exigencias de carga mayores.

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Un sistema puede ser estudiado al aplicar las cargas estáticas que se generan debido a las condiciones como el peso propio, sin embargo, durante el movimiento de tal sistema, condición dinámica, las cargas generadas tienden a un incremento considerable.

Lo que se puede hacer es capturar el sistema en esas condiciones de carga dinámica crítica, y estudiarlo bajo esa exigencia mayor de carga.

Razonamiento

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Ingeniería

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Razonamiento Cont...

Generar Cuerpo Flexible

ADAMS

Producir Pasos de Cargas

ANSYSDeterminar Respuesta del Modelo

Propuesta de Modelo

Cambios al Modelo Agregar Detalle

ANSYS

USO DE

CAE

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Abajo se muestra la configuración inicial del chasis, el modelo esta desarrollado totalmente en ANSYS.

MODELO:

Elemento: Shell 93

No. 3,806

Material: Acero

Estructural

Tamaño: 1.05 X 2.61

Masa: 77.3 Kg.

Dim: SI

Modelo Original ANSYS

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Modelo Original ANSYS

Una vez que se tiene el modelo de elemento finito, ANSYS puede crear directamente el archivo .MNF (Modal Neutral File), archivo que puede ser leído posteriormente en ADAMS para generar el cuerpo Flexible.Proceso para crear .MNF

•Selec. Unidades: /UNITS,SI

•Selec. Puntos de Unión: /NSEL

•Macro ADAMS: ADAMS,NMODE

(NMODE número de modos a Extraer)

Información en MNF

•Geometría (loc. de nodos y conect.)

• Masa e Inercia Nodal

• Modos de Forma

• Rigidez y Masa Generalizada para los Modos de Forma

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Modelo Original ADAMS

El modelo original de ADAMS se compone de dos sistemas, Suspensión y Chasis (Cuerpo Flexible), el ensamble y conexión de estos dos sistemas nos da el modelo que se probó en ADAMS.

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Modelo Original ADAMS

Las pruebas sobre el modelo de ADAMS, se hicieron aplicando los movimientos verticales en los puntos en donde se localizan las ruedas.

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Modelo Original

Resultados de ANSYS para en el paso de Carga Críticos

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Modelo Original ADAMS

Resultados de los análisis en ANSYS

Esfuerzos

Estático Res. DD Res. DI Res. TD Res. TI

0.481e8 0.476e9 0.678e9 0.437e9 0.898e9

NODO FX FY FZ MX MY MZ

7879 0.20037E-05

-0.2406E-04

0.28000E-05

0.14435E-02

0.19555E-02

0.78105E-02

De estos resultados se concluyo que el chasis sufriría niveles de esfuerzo por arriba del límite de fluencia. Es esfuerzo más alto se presenta en el paso de carga Res. TI.

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Modelo Modificado ANSYS

Abajo se muestra la configuración del chasis para el modelo modificado, el modelo esta desarrollado totalmente en ANSYS.

MODELO:

Elemento: Shell 93

No. 3,418

Material: Acero

Estructural

Tamaño: 1 X 2.25

Masa: 79.052 Kg.

Dim: SI

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Modelo Modificado ADAMS

Las pruebas de ADAMS sobre el modelo modificado, se hicieron aplicando inicialmente movimientos verticales en los puntos en donde se localizan las ruedas igual que el modelo original.

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Modelo Modificado ANSYS

Los resultados para el caso de carga crítico Res. TI

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Modelo Modificado ANSYS

Esfuerzos

Estático Res. DD Res. DI Res. TD Res. TI

0.302e8 0.395e8 0.387e8 0.382e8 0.412e8

Resultados de los análisis en ANSYS

NODO FX FY FZ MX MY MZ

7879 -.25819E-05

-0.8334E-05

-0.6866E-06

-0.4461E-03

-0.2316E-03

0.1663E-01

De estos resultados para el modelo modificado es evidente que el chasis en su nivel de esfuerzo más alto queda muy por debajo del límite de fluencia del material, razón por la cual la nueva configuración tiene un mejor desempeño que el modelo original.

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Modelo Modificado Trayectoria 1

En vista de que el modelo anterior no tuvo problemas en cuanto a las cargas generadas bajo la condición previa. Se procedió a someterlo a condiciones más duras en cuanto comportamiento bajo carga dinámica. Para este proceso se agregaron algunos otros componentes para poder desarrollar las pruebas planteadas.

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Modelo Modificado Trayectoria 1

De la prueba realizada al modelo los puntos críticos que se encontraron son básicamente en dos posiciones del recorrido del modelo, cuando llega a la superficie plana y cuando pasa el tope (para ruedas delanteras y ruedas traseras).

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Modelo Modificado ANSYS

Paso sobre el tope

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Modelo Modificado Trayectoria 1

Acercamiento del paso sobre el tope

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Modelo Modificado trayectoria 1

Los resultados para el caso de carga crítico

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Modelo Modificado Trayectoria 1

Resultados de los análisis en ANSYS

NODO FX FY FZ MX MY MZ

7879 -0.3691E-05

0.3059E-05

-0.8312E-06

0.11231E-03

0.42197E-04

0.66708E-01

Esfuerzos

Curva RD Curva RT Tope RD Tope RT

0.644e8 0.665e8 0.157e9 0.929e8

En este análisis, el modelo experimenta un esfuerzo máximo cuando las ruedas delanteras pasan sobre el tope, pero tal esfuerzo, esta muy por debajo de la resistencia de fluencia del material.

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Esta prueba sobre el modelo es similar a la de la trayectoria 1, la diferencia es que en análisis se hizo que el modelo descendiera en un cierto ángulo durante la pendiente, se encontraron básicamente tamben en dos posiciones del recorrido del modelo que son de consideración, cuando llega a la superficie plana y cuando pasa el tope (para ruedas delanteras y ruedas traseras).

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Pase por la curva

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Acercamiento pase por la curva

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Pase por el tope

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Acercamiento pase por el tope

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Los resultados para el caso de carga crítico

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Modelo Modificado Trayectoria 2

Resultados de los análisis en ANSYSEsfuerzos

Tope RD Tope RI Tope RTD Tope RTI

0.164e9 0.111e9 0.132e9 0.760e8

NODO FX FY FZ MX MY MZ

7879 0.87064E-06

0.16571E-05

-0.4214E-05

0.15431E-01

-0.1569E-03

0.34572E-01

En este análisis, el modelo sufre un esfuerzo máximo cuando la rueda delantera derecha pasa sobre el tope, pero tal esfuerzo, esta muy por debajo de la resistencia de fluencia del material.

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Modelo Modificado Trayectoria 2

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Modelo de Chasis

CONCLUSION

El modelo del chasis modificado no rebasa el límite de fluencia del material para ninguna de las condiciones de carga dinámica a las que fue sometido.

Estos análisis dan una cierta certeza en cuanto a los criterios de resistencia y rigidez de que el CHASIS MODIFICADO tiene un comportamiento aceptable. Sin embargo, aún resta hacer un estudio para cubrir el aspecto de Durabilidad (fatiga), en el cual no es suficiente analizar sólo las condiciones criticas, sino que es necesario posiblemente considerar toda la historia de carga del modelo.

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Modelo de Chasis

CONCLUSION

Para esta tarea la utilidad del CAE con ANSYS, ADAMS y ahora FE-FATIGUE, sencillamente lo hacen simple.

“Sólo una menta, analizar componentes antes de construir partes”

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