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Instituto Universitario de Investigación del Automóvil
CUANTIFICACIÓN DEL EFECTO DEL CUANTIFICACIÓN DEL EFECTO DEL OLEAJE EN LA ESTABILIDADOLEAJE EN LA ESTABILIDADOLEAJE EN LA ESTABILIDAD OLEAJE EN LA ESTABILIDAD
LATERAL DE VEHÍCULOS CISTERNALATERAL DE VEHÍCULOS CISTERNA
A Martín
miércoles, 18 de abril de 2012
A. Martín
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
Contenido
Contenido IntroducciónINTRODUCCIÓN
Estabilidad C Cuasi-estáticasESTABILIDAD
ESTÁTICA
Estabilidad. C. Cuasi estáticas
Estabilidad C DinámicasDINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
Estabilidad. C. Dinámicas• Diseño virola
Herramientas desimulación yoptimización • Herramientas de Simulación y Optimización
Ensayos con vehículosENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
Ensayos con vehículos• Herramientas de Simulación
miércoles, 18 de abril de 2012 2
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
INTRODUCCIÓN
Contenido
EncuestaEncuesta PermanentePermanente dede TransporteTransporte dede MercancíasMercancías porpor CarreteraCarreteradeldel 20102010 ((Ministerio de Fomento)
INTRODUCCIÓN Las cargas líquidas representan el 7% de las operaciones en España
Volumen de carga de 118 176 Miles de Tn (8%) del total incluidos transporteESTABILIDAD
ESTÁTICA
Volumen de carga de 118,176 Miles de Tn (8%) del total, incluidos transporteinterior y exterior.
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas deEn caso de accidente, hayriesgo para los ocupantesHerramientas de
simulación yoptimización
riesgo para los ocupantes,usuarios de la vía,infraestructura, vehículo ymedio ambienteENSAYOS CON
VEHÍCULOS
Herramientas desimulación
medio ambiente
miércoles, 18 de abril de 2012 3
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
INTRODUCCIÓN
ContenidoNúmero de accidentes con implicación de al menos unvehículo de mercancía peligrosa
INTRODUCCIÓN
p g
250
300
ESTABILIDAD
ESTÁTICA150
200
250Transporte seguro
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de 50
100
150
Herramientas desimulación yoptimización 0
50
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
DGT M Fom
miércoles, 18 de abril de 2012 4
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
INTRODUCCIÓN
Contenido
Número de accidentes con implicación de al menos unvehículo ce mercancía peligrosa
INTRODUCCIÓN
700
TIPO DE ACCIDENTE
Los vuelcos representan el
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
200300400500600
p18.57%
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
0100200
ntal
eral
eral
nce
ple
ulo …
nsa
P/N eto
tón …
tón …
tón …
ello
…es
lc
oco
n …co
n …co
n …tro
…on
…lc
oan
oco
n …co
n …co
n …tro
…on
…lc
oan
o
Herramientas desimulación yoptimización C
.fron
C. f
ront
olat
eC
. lat
eC
. alc
anC
. múl
tipC
. veh
ícu
la d
e de
fen
barr
era
o P
C. o
tro o
bje
opel
lo p
eat
opel
lo p
eat
opel
lo p
eat
Atro
peel
lo a
nim
alVu
elal
ida
y C
. cal
ida
y C
. cal
ida
y C
. cal
ida
y C
. oSa
lida
cda
con
vue
lSa
lida
en ll
aal
ida
y C
. cal
ida
y C
. cal
ida
y C
. cal
ida
y C
. oSa
lida
cda
con
vue
lSa
lida
en ll
a
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
C
C. v
al C. C
Atro
Atro
Atro
Atro
p Sa Sa Sa Sa
Salid S Sa Sa Sa Sa
Salid S
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1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
INTRODUCCIÓN
ContenidoOBJETIVO:
INTRODUCCIÓNMEJORAR LA SEGURIDAD EN EL TRANSPORTE DEMERCANCÍAS PELIGROSAS EN VEHÍCULOSCISTERNAESTABILIDAD
ESTÁTICA
El diseño y construcción de los vehículos juega un papel
CISTERNA
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
El diseño y construcción de los vehículos juega un papel
fundamental en la minimización del riesgo.Herramientas desimulación yoptimización
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
MEJORA DE LA ESTABILIDAD LATERAL
miércoles, 18 de abril de 2012 6
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL
Contenido
INTRODUCCIÓN
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas deHerramientas desimulación yoptimización
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
miércoles, 18 de abril de 2012 7
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES CUASI-ESTÁTICAS
Contenido
Con llenado parcial: EN CISTERNAS PARCIALMENTE LLENAS, ELMOVIMIENTO DE LA CARGA SUPONE UNDESPLAZAMIENTO VERTICAL Y TRANSVERSAL DELCENTRO DE GRAVEDAD
INTRODUCCIÓN
CENTRO DE GRAVEDAD
• ÁNGULO DE INCLINACIÓN (ACELERACIÓN).
• GEOMETRÍA DE LA VIROLA.
• FACTOR DE LLENADOESTABILIDAD
ESTÁTICA
• FACTOR DE LLENADO.
MOMENTO DE VUELCO ORIGINADO POR LA CARGA(ADICIONAL AL DEL VEHÍCULO EN VACÍO)
2E+13
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de0
5E+12
1E+13
1.5E+13
(N*m
m)
Herramientas desimulación yoptimización
-2E+13
-1.5E+13
-1E+13
-5E+12
Mom
.
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
-2.5E+130 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
ÁNGULO DE INCLINACIÓN PLATAFORMA (º)
15% 30% 45% 60% 75% 90%
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1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES CUASI-ESTÁTICAS
ContenidoCon llenado parcial:FACTOR DE LLENADO DEL 45%
1.3
1.8
INTRODUCCIÓN-0.2
0.3
0.8 0 5 10 15 20 25 30 35
angulo inclinación
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
eliptica panoramica rectangular
FACTOR DE LLENADO DEL 60%
1 5
2
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de0
0.5
1
1.5
0 5 10 15 20 25 30 35
l i li ió M adicionalyP Ba h=( ) P hF F ϕ•
• •Herramientas desimulación yoptimización
angulo inclinación
eliptica panoramica rectangular
FACTOR DE LLENADO DEL 75%
2
M adicionalze zi h = ( - ) - P h F Fg 2ϕ• • −
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
0
0.5
1
1.5
0 5 10 15 20 25 30 35
CASO MAS DESFAVORABLE: CISTERNA LLENA
miércoles, 18 de abril de 2012 9
0
angulo inclinación
eliptica panoramica rectangular
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
Contenido
Con llenado parcial:
INTRODUCCIÓNFACTORES QUE INFLUYEN
DISEÑO DEL VEHÍCULOESTABILIDAD
ESTÁTICASUSPENSIÓN
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
GEOMETRÍA VIROLA
EFECTO DE LA CARGAHerramientas desimulación yoptimización CARRETERA
CONDUCTORENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
CONDUCTOR
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1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
Contenido DISEÑO DEL VEHÍCULO. GEOMETRÍA DE VIROLA
INTRODUCCIÓN
0
5
10
D (mm)
ESTABILIDAD
ESTÁTICA-15
-10
-5
0
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de25
50
FyFS (N)
10
20MxFS (Nm)
0 5 10 15 20 25 30 35
Herramientas desimulación yoptimización
-50
-25
0
-20
-10
0
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
0 20 40 60 80 0 20 40 60 80
20
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1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
Contenido
DISEÑO DEL VEHÍCULO. GEOMETRÍA DE VIROLA
INTRODUCCIÓN
ESTABILIDAD
ESTÁTICAA lifi ió F A lifi ió M
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
Amplificación Fy Amplificación MxCircular 1.5 1.5Elíptica 1.6 1.9Ovalada 1.8 2Rectangular 1.8 2.2Herramientas de
simulación yoptimización
g
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
miércoles, 18 de abril de 2012 12
Factor de amplificación frente a la sección llena de Fy y Mx
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
ContenidoHERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+I
Predicción de las fuerzas ejercidas por el oleaje mediante
INTRODUCCIÓN
simulación empleando analogías mecánicas
10Signalsm: Measured (blue) & Simulated (Red)
ESTABILIDAD
ESTÁTICA-5
0
5
|Var
(t)|
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
0 20 40 60 80 100 120 140 160-10
Time (sec)
3Amplitude Spectrum: Measured (blue) & Simulated (Red)
P ibilit l ti i ió d l t í t d di ñHerramientas desimulación yoptimización
2
3
Var
(f)|
Posibilita la optimización de la geometría en etapas de diseñoRequiere definir correctamente los parámetros de la analogía
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
2 1 2⎡ ⎤
0.5 1 1.5 2 2.5 30
1
Frequency (Hz)
|V
miércoles, 18 de abril de 2012 13
2 1 2
1 1 11 1 0 0
1 cos cos sin cos cosn p
m X cl m g b dl m
θ θθ θ θ θ θ θ θ θθ θ
−⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥= − + + + +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦
&& & &&&Frequency (Hz)
Test: 0val50_10_08d
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
ContenidoHERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+I
Predicción de las fuerzas ejercidas por el oleaje mediante CFD
INTRODUCCIÓN
j p j
Método VOF para flujos multi-fase
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas deHerramientas desimulación yoptimización
-50
0
50
100
150
Late
ral F
orce
(N)
Fy CFD Fy Experimental
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
0 25 50 75 100 125 150Time (sec)
-150
-100
-20
0
20
40
60
Rol
l mom
ent (
Nm
)
Mx CFD Mx Experimental
Posibilita la optimización de la geometría en etapas de diseño
miércoles, 18 de abril de 2012 14
0 25 50 75 100 125 150Time (sec)
-60
-40
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
ContenidoHERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+I
Predicción de las fuerzas ejercidas por el oleaje mediante CFD
INTRODUCCIÓN
Método VOF para flujos multi-faseOriginal Con Pared Vertical Diseño optimo
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas deHerramientas desimulación yoptimización
Diseño de un tanque con Caso FyRMS MxRMS
(N) (N*m)ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
qdeflectores
"TLD" embebidos
(N) (N*m)Original 46.639 10.642
Pared Vertical 16.582 3.356Solución optima 11 488 2 817
miércoles, 18 de abril de 2012 15
Solución optima 11.488 2.817
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
ContenidoANÁLISIS EXPERIMENTAL DE LA ESTABILIDAD
INTRODUCCIÓN
ESTABILIDAD
ESTÁTICA •Circular •Doble Cambio de Carril•Cambio de carril
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
Ay Semi central50% Fll 0.568100% Fll 0.527
Ay Semi Central
50% Fll.Máx 0.197Min -0.443Dif 0 689
Ay Semi Central
50% Fll
Máx 0.145Min -0.527Dif 0 716Herramientas de
simulación yoptimización
Dif 0.689
100% Fll
Máx 0.249Min -0.469Dif 0.753
Dif 0.716
100% Fll.Máx 0.169Min -0.533Dif 0.743
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
Dif 0.753 Dif 0.743Resonancia entre las acciones dinámicas del vehículo y del oleaje en el interior de lavirola.Los umbrales de vuelco al 50% de Fll son menores que al 100%
miércoles, 18 de abril de 2012 16
El factor de mayoración del momento de vuelco para el 50% era de 1.82
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS
Contenido Modelos de cálculo cuasi-estáticos
HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+IModelos de dinámicos
INTRODUCCIÓN Con interacción con la carga líquida
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de 11 11 11y y y⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥&& &
VISUALIZACIÓN RESULTADOS
Herramientas desimulación yoptimización
[ ] [ ] [ ]
21 21 21
1 1 1
1 1 1
1 1 1
y y y
y y yx x x
θ θ θ
⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢
&& &&& &
&& &
&& &[ ]
⎥⎥⎥⎥⎥
DATOS EXPERIMENTALES
ENSAYOS CONVEHÍCULOS
Herramientas desimulación
[ ] [ ] [ ]1 1 1
12 12 12
12 12 12
22 22 22
x x xM R K
y y yθ θ θθ θ θ
⋅ + ⋅ + ⋅⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢
&& &
&& &
&& &
&& &
[ ] 0e+ =⎥⎥⎥⎥⎥⎥ Vehículo
EXCITACIÓNV y Giro Ruedas
Carga Líquida
miércoles, 18 de abril de 2012 17
22 22 22
2 2 2
y y yx x x
⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦&& &
⎥⎥⎥
1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer
CONCLUSIONES
Contenido El transporte en cisternas es seguro por cuanto el número de accidentes por añoes pequeño no obstante el potencial riesgo nos obliga a mejorar la seguridad
HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+I
INTRODUCCIÓN
es pequeño, no obstante, el potencial riesgo nos obliga a mejorar la seguridaddel mismo.La suma de todos los casos con resultado final de vuelco es el segundo enimportancia.
ESTABILIDAD
ESTÁTICA
importancia.Se ha mostrado la viabilidad técnica del empleo de técnicas de simulación para elanálisis de la estabilidad,
Así en condiciones cuasi-estáticas, el caso más desfavorable es el 100 % de
DINÁMICA
Diseño virola
Herramientas de
Fll, y se puede reproducir con modelos sencillos masas-muelles.En condiciones dinámicas, los llenados parciales son más desfavorables.
Empleando ensayos, se ha cuantificado el factor de mayoración delHerramientas desimulación yoptimización
momento de vuelco.Empleando analogías mecánicas es posible reproducir el oleajeEmpleando CFD, además de reproducir el oleaje, se posibilita optimizarl di ñ i l i l i d fl t l li i í lENSAYOS CON
VEHÍCULOS
Herramientas desimulación
el diseño e incluso incluir deflectores o rompeolas y se eliminaría lanecesidad de realizar ensayos.Empleando modelos multi-cuerpo del vehículo, con analogíasmecánicas se puede llegar a reproducir convenientemente el
miércoles, 18 de abril de 2012 18
mecánicas se puede llegar a reproducir convenientemente elcomportamiento del mismo.
Instituto Universitario de Investigación del Automóvil
INSIAINSIACampus Sur de la UPM. Carretera de
Valencia, km.7 28031 - MADRIDTel: 91 336 53 00www.insia-upm.es
miércoles, 18 de abril de 2012