Facultad de Ingeniería
Trabajo de Investigación
“Análisis estructural del chasis de un vehículo buggy biplaza todo terreno de
uso turístico”
Autor(es): Adanaque Zapata, Alejandro Adid-1410946
Flores Pajuelo, Gean Pierr-1524268
Para obtener el Grado de Bachiller en:
Ingeniería Mecánica
Lima, diciembre del 2019
ii
iii
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RESUMEN
El trabajo de investigación tiene, como objetivo, analizar la estructura del chasis de un
vehículo buggy biplaza todo terreno de uso turístico, con la finalidad de salvaguardar la
vida de los ocupantes a bordo, en caso de accidente, choque o volcadura, considerando
una leve deformación en la estructura de un chasis. La investigación abarca cuatro
capítulos, en el Capítulo 1, se presenta los antecedentes de la investigación recopilada de
autores de tesis y de proyectos donde, en base a ellos, se respalda este trabajo de
investigación. En el Capítulo 2, se muestran los fundamentos teóricos tales como la historia
del buggy, los sistemas montados sobre el chasis, criterios técnicos de la estructura, cargas
aplicadas a la estructura, selección del material, software de diseño y software de análisis.
En el Capítulo 3, se establece la metodología de la solución, partiendo de parámetros
iniciales tales como el peso, las medidas generales de los sistemas montados sobre el
chasis y criterios técnicos. Asimismo, las medidas geométricas para la estructura son de
creación propia teniendo en cuenta que dos personas de 1.70m de estatura puedan
ingresar al habitáculo. Se seleccionó el material LAC ASTM A500 debido a sus propiedades
mecánicas y costos. El modelamiento de la estructura tubular se realizó con el software
Autodesk Inventor para luego ser analizado mediante el software de análisis computacional
ANSYS, lo cual generó resultados que se analizaron en el Capítulo 4, en donde se observa
el comportamiento de la estructura frente a diferentes situaciones de riesgo demostrando
resultados satisfactorios en el diseño estructural del chasis.
En conclusión, se logró comprobar que el diseño de la estructura tubular cumple con los
criterios y requisitos para salvaguardar la vida de los ocupantes y asegurar un viaje cómodo
y placentero en cualquier situación.
v
DEDICATORIA
A nuestros padres, por educarnos y
convertirnos en personas de bien, estando
presentes a pesar de situaciones difíciles
que se presentaron durante nuestra etapa
profesional, hasta obtener nuestras metas.
vi
AGRADECIMIENTO
Agradecemos a Dios por la vida, nuestras
familias por estar siempre presentes y al
equipo de docentes de la UTP por toda la
enseñanza brindada para desarrollarnos
durante la etapa profesional.
vii
ÍNDICE
RESUMEN……………………………………………………………………………… II
DEDICATORIA………………………………………………………………………… III
AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………… IV
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… IX
CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN……………………… 1
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO…………………………………………………… 4
2.1 Buggy……………………………………………………………………………… 4
2.1.1 Tipos de buggy………………………………………………………………… 5
2.2 Chasis……………………………………………………………………………….
2.2.1 Tipos de chasis ………………………………………………………………….
2.3 Sistemas montados sobre el chasis………………………………………………
2.3.1 Sistema de potencia…………………………………………………………….
2.3.2 Sistema de transmisión…………………………………………………………
2.3.3 Sistema de suspensión………………………………………………………….
2.3.4 Sistema de dirección…………………………………………………………….
2.3.5 Depósito de combustible………………………………………………………
2.3.6 Sistema de frenos……………………………………………………………
2.3.7 Sistema eléctrico……………………………………………………………
2.3.8 Sistema de confort…………………………………………………………
2.4 Criterios técnicos de la estructura…………………………………………
2.4.1 Criterio de espacio (ergonomía)………………………………………………
2.4.1.1 Representación del percentil 95……………………………………………
2.4.2 Criterio de rigidez………………………………………………………………...
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2.4.2.1 Rigidez flexional……………………………………………………………….
2.4.2.2 Rigidez torsional……………………………………………………………….
2.5 Opciones de diseño……………………………………………………………......
2.6 Método de diseño………………………………………………………………….
2.6.1 Medidas generales del buggy………………………………………………….
2.6.2 Espaciado del habitáculo………………………………………………………...
2.7 Cálculo de cargas aplicadas a la estructura……………………………………
2.7.1 Carga persistente………………………………………………………………
2.7.2 Carga de seguridad…………………………………………………………….
2.7.3 Carga muerta………………………………………………………………….
2.7.4 Carga viva…………………………………………………………………….
2.7.5 Carga aerodinámica…………………………………………………………….
2.7.6 Carga de diseño………………………………………………………………...
2.7.7 Carga de impacto……………………………………………………………….
2.8 Cálculo para la selección del material………………………………………….
2.8.1 Cálculo de la selección del perfil estructural………………………………….
2.9 Selección del material…………………………………………………………….
2.9.1 Tipo de material………………………………………………………………….
2.10 Software de diseño y análisis…………………………………………………….
2.10.1 Software de diseño…………………………………………………………….
2.10.2 Software de análisis……………………………………………………………
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CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA DE LA SOLUCIÓN……………………………… 29
3.1 Parámetros iniciales……………………………………………………………….
3.1.1 Sistemas montados sobre el chasis……………………………………………
3.1.2 Criterios de diseño del chasis………………………………………………….
29
29
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ix
3.2 Diseño de la estructura…………………………………………………………….
3.2.1 Determinación de las medidas generales del buggy………………………….
3.2.2 Determinación del espaciado del habitáculo…………………………………
3.2.3 Determinación de cargas……………………………………………………….
3.2.3.1 Cálculo de la carga muerta persistente……………………………………
3.2.3.2 Cálculo de la carga de seguridad…………………………………………….
3.2.3.3 Cálculo de la carga muerta……………………………………………………
3.2.3.4 Cálculo de la Carga viva…………………………………………………….
3.2.3.5 Cálculo de la carga aerodinámica…………………………………………….
3.2.3.6 Cálculo de la carga de diseño……………………………………………….
3.2.3.7 Cálculo de las cargas de impacto……………………………….................
3.2.4 Cálculos para la selección del material………………………………………...
3.2.4.1 Cálculos de la selección del perfil estructural……………………………….
3.2.4.2 Selección del material…………………………………………………….......
3.3 Selección del software de diseño…………………………………………………
3.3.1 Modelamiento de la estructura lineal…………………………………………...
3.3.1.1 Modelamiento de la estructura tubular………………………………………
3.4 Selección del software de análisis……………………………………………….
3.4.1 Determinación del tipo de análisis………………………………………………
3.4.2 Presentación de la geometría tubular………………………………………….
3.4.3 Determinación de la malla……………………………………………………….
3.4.4 Determinación de cargas y restricciones………………………………………
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CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Y DISCUSIÓN……………… 74
4.1 Ensayo de Flexión.........................................................................................
4.2 Ensayo de Torsión...........................................................................................
74
86
x
4.3 Ensayo de Impacto Frontal .............................................................................
4.4 Ensayo de Impacto Lateral……………………………………………………….
4.5 Ensayo de impacto superior……………………………………………………….
CONCLUSIONES……………………………………………………………………….
RECOMENDACIONES…………………………………………………………………
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122
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137
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………… 138
Anexo 1: Ficha de investigación
Anexo 2: Glosario
Anexo 3: Catalogo Aceros Arequipa tubo LAC ASTM A500
Anexo 4: Catalogo del aluminio 6063
Anexo 5: Propiedades del Titanio
Anexo 6: Propiedades de la Fibra de Carbono (tubo)
Anexo 7: Dimensionamiento del tubo redondo
Anexo 8: Dimensionamiento del tubo cuadrado
Anexo 9: Plano general estructural
xi
INTRODUCCIÓN
Durante la década del ´50 en los Estados Unidos de Norteamérica se crearon de forma
artesanal unos vehículos tubulares que se denominaron buggy. Actualmente, en el Perú,
se emplean este tipo de vehículos para el sector turístico (deporte arenero), donde gran
parte de estos se encuentran ubicados al sur del país donde abundan las dunas de arena,
por ejemplo, Ica, Paracas, Cerro Blanco, Nazca, entre otros.
La estructura sobre la cual estarán anclados todos los sistemas que conforman la totalidad
del vehículo, tiene que ser ergonómico y seguro, asimismo, capaz de soportar las cargas
mecánicas, tener una elevada rigidez, contar con un peso mínimo, brindar una cómoda
posición de conducción y finalmente, ofrecer la seguridad necesaria ante la posibilidad de
un choque y volcadura.
El trabajo de investigación tiene el propósito de analizar la estructura tubular de un vehículo
buggy biplaza todo terreno de uso turístico mediante la determinación del tipo de material,
ergonomía del piloto y pasajero, la seguridad y el confort. Este vehículo será diseñado para
uso en las dunas de arena al sur del país teniendo en cuenta los criterios y parámetros a
los que será sometido durante su conducción.
A continuación, se presentan los objetivos del trabajo de investigación:
Objetivo general:
Analizar la estructura del chasis de un vehículo buggy biplaza todo terreno de uso turístico.
Objetivos específicos:
• Determinar los parámetros iniciales y criterios técnicos de la estructura del chasis de
un vehículo buggy biplaza todo terreno de uso turístico.
• Determinar las medidas geométricas y el material de la estructura del chasis de un
vehículo buggy biplaza todo terreno de uso turístico.
xii
• Realizar el modelamiento de la estructura tubular del chasis de un vehículo buggy
biplaza todo terreno de uso turístico.
• Simular el comportamiento de la estructura del chasis de un vehículo buggy biplaza
todo terreno de uso turístico.
Las fuentes de información empleadas fueron obtenidas de diferentes autores de estudios
y tesis de origen nacional y extranjero sobre el diseño y análisis de estructuras tubulares.
Las limitaciones están referidas a la carencia de una normativa nacional sobre el diseño,
construcción y tipo de material empleado, así como la dificultad para obtener la licencia y
uso de los softwares especializados.
1
CAPÍTULO 1
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Los vehículos buggy fueron construidos en la década del ´50 en California, donde eran
diseñados y fabricados de forma artesanal sobre el bastidor de un vehículo de segunda
mano [1]. Los vehículos buggy se usan comúnmente en terrenos irregulares, para el
deporte, turismo y trabajo de campo. Estos vehículos se clasifican por el tipo de bastidor,
por el número de pasajeros, tipo de suelo en que se conducirán y su aplicación de
turismo o competencia, existen cuatro clasificaciones de buggy: monoplaza, biplaza, car
cross y monocasco [2].
Uno de los principales aspectos a considerar en un vehículo, es el bastidor también
conocido en término anglosajón como ¨chasis¨ en inglés ¨frame¨ [3]. Debido a que
sostiene todos los sistemas del vehículo, al piloto y a los pasajeros de manera segura
por lo cual merece la debida atención en el diseño y fabricación [4]. Se tiene en cuenta
que el vehículo buggy se desplaza en cualquier tipo de superficie como: arena, agua,
lodo, piedras, en pendiente de subida y bajada, para ello, el chasis del vehículo se
diseña para soportar diferentes tipos de pruebas estáticas y dinámicas [5].
También se analizan diferentes tipos de impactos, frontales, laterales, en la parte
trasera, en la parte superior del vehículo o una combinación de impactos. Para que, en
caso de accidente, volcadura o colisión, la estructura del chasis no se deforme o se
deforme lo mínimo posible, pero siempre preservando la vida del conductor y de los
pasajeros [6].
Para el diseño de un chasis se consideran diversos factores tales como: resistencia
estática, resistencia dinámica, rigidez, estabilidad de los elementos estructurales [7],
2
geometría, dimensiones, distribuciones, selección del material y soldadura, teniendo en
cuenta la seguridad, estabilidad y confort del conductor y pasajero [8].
En la estructura, la rigidez es uno de los criterios principales a considerar en el chasis,
se consideran dos tipos de rigidez: rigidez torsional y rigidez flexional. La rigidez es la
resistencia que soporta el material cuando se aplica una fuerza sobre ella, sin tener
grandes deformaciones. Un chasis más rígido da como resultado un vehículo más
seguro [3]. La rigidez flexional es la resistencia que ofrece la estructura al soportar todo
el peso de los componentes y el efecto de la gravedad que ejerce sobre ella. La rigidez
flexional es despreciable en gran parte de los vehículos por dos motivos, la flexión
estática del chasis no afecta a la distribución de las cargas sobre la rueda, y si el chasis
tiene una excelente rigidez torsional por consiguiente tiene una buena rigidez flexional
[3]. La rigidez torsional es la característica más relevante que debe tener el chasis en
cuanto a rigidez, esta se puede apreciar cuando una rueda delantera pasa sobre un
bache, mientras que las demás no [9].
El modelo del bastidor y sus medidas son dadas por cada autor del diseño ya que no
existe un método específico para diseñar y calcular el chasis [2], para ello existen
requerimientos generales en el dimensionamiento matemático del chasis, tales como el
ancho de vías, ancho total, batalla, longitud total, altura, peso de la estructura [9].
Respecto al espacio se considera el confort de los ocupantes dentro del vehículo,
evitando que no ocurra ningún tipo de incomodidad al conducir y puedan evacuar
inmediatamente en caso de accidente, además el espacio debe permitir facilidad de
mantenimiento a los elementos [7]. Para el diseño de la estructura se toma en cuenta
los datos dimensionales del cuerpo humano bajo la regla del percentil 95% [8].
Para el criterio de peso y distribución, mientras menos peso tenga el bastidor, mayor
será el aprovechamiento de la potencia del motor y respecto al centro de gravedad,
mientras se encuentre lo más bajo posible, menor será el balanceo [6]. En la distribución
estática de pesos lo ideal es 40% adelante y 60% atrás [2].
3
Para la selección del material se calcula el esfuerzo de fluencia, partiendo de ese
resultado se busca un material que tenga igual o mayor esfuerzo de fluencia (MPa),
mayormente en las estructuras de los vehículos buggy el material que se utiliza es el
acero [6].
Para el modelamiento del chasis se toman en cuenta los requerimientos y criterios
expuestos, se puede plantear diferentes bocetos sobre opciones de diseño en la
estructura del chasis, debe contar con un arco principal, arco frontal, atenuadores de
impacto y habitáculo, dando como resultado el modelamiento de la estructura a través
de un software CAD, permitiendo realizar modelados en 2D y 3D, analizando y
proponiendo mejoras, como por ejemplo, implementar más nodos en la estructura
obteniendo un diseño más óptimo [8].
El análisis estructural se realiza usando la teoría de elementos finitos, para ello se simula
en un software computacional denominado ANSYS, el cual permite simular y analizar
diferentes tipos de análisis multifísicos. Así mismo, con ayuda de este software se
pueden conocer los puntos críticos donde se produce la deformación de la estructura
[10].
4
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1 Buggy
El buggy es un vehículo arenero diseñado para turismo, competencia o trabajos de
campo. Entre las características principales de este vehículo se menciona que tiene un
chasis liviano y compacto, por lo general sin techo, y ruedas grandes lo que permite
desplazarse en todo tipo de superficie: arena, agua, lodo, piedras, en pendiente de
subida y bajada, perfecto para disfrutar su conducción [11].
En la década del ‘60 el buggy se hizo popular en las familias estadounidenses, estos
vehículos se construían en un garaje como pasatiempo y luego se probaban en las
playas [1].
Bruce Meyers en 1964 usó su experiencia de la construcción de barcos y construyó un
buggy ligero y simple sobre el bastidor de un Volkswagen con carrocería de fibra de
vidrio y le denominó buggy Manx Meyers. El vehículo salió como portada en revistas
como “Hot Rod y Car & Driver” y luego empezaron a llegar los pedidos. Vendió más de
siete mil unidades y como su vehículo era fácil de copiar surgieron más de 300 empresas
de construcción de vehículo buggy similares o iguales al Manx Meyers [12].
En la actualidad en el Perú, los vehículos buggy se usan para turismo y deporte como
por ejemplo en la laguna de Huacachina en Ica, Pisco, Cerro Blanco, las líneas de Nazca
entre otros. Estos sitios son dunas, es decir lugares arenosos, donde para desplazarse
es necesario un vehículo todo terreno como es el caso del buggy. La geografía de las
dunas en el Perú permite que se usen también en competencias automovilísticas como
el Rally Dakar y el Rally Caminos del Inca [13].
5
2.1.1 Tipos de buggy
Los vehículos buggy se clasifican por el tipo de chasis, el número de pasajeros, terreno
de conducción y aplicación, entre los cuales existen diferentes tipos de clasificaciones
como: monoplaza, biplaza, car Cross y monocasco [2].
- Buggy monoplaza: Este tipo de vehículo está diseñado para una persona, se puede
conducir por diferentes tipos de terrenos irregulares tanto para turismo o competencia.
Se fabrican por lo general en estructura tubular con la finalidad de tener menos peso y
mayor rigidez, son vehículos muy cómodos y agresivos al momento de conducir como
se muestra en la Figura 1 [2].
Figura 1: Vehículo buggy monoplaza de estructura tubular [2]
- Buggy biplaza: Está diseñado para dos personas por lo tanto son vehículos muy
espaciosos y cómodos. Su estructura es tubular, debido a que ofrece mayor rigidez y
seguridad, este tipo de buggy es capaz de circular por todo tipo de superficie, por lo
tanto, necesita un motor con más de dos cilindros, como se muestra en la Figura 2 [2].
Figura 2: Vehículo buggy biplaza de estructura tubular [2]
6
- Buggy Car Cross: Se fabricó por primera vez en Francia [14], es de estructura tubular,
su diseño está preparado para competencias automovilísticas en terrenos planos de
arena y asfalto, está construido para una persona e impulsado mayormente por motores
de motocicletas, como se muestra en la Figura 3 [2].
Figura 3: Vehículo buggy car Cross [2]
- Buggy monocasco: También llamado como carrocería autoportante, son vehículos
diseñados para turismo. La marca Volkswagen fue la primera empresa que empezó a
comercializar esta clase de vehículos buggy, su estructura puede ser tubular con
recubrimiento de fibra de vidrio, su uso es limitado es solo para superficies planas,
debido a que su diseño es para turismo, como se muestra en la Figura 4 [2].
Figura 4: Vehículo buggy monocasco [2]
7
2.2 Chasis
Uno de los principales aspectos a considerar en un vehículo es el bastidor, debido a que
sostiene todos los sistemas del vehículo, al piloto y a los pasajeros de manera segura,
por la cual merece mayor atención en el diseño y fabricación [4]. El chasis y la carrocería
son dos elementos diferentes en el vehículo. Mientras el chasis es un conjunto de
perfiles unidos de manera que el conjunto es indeformable, la carrocería reviste todos
los sistemas y aloja al conductor y pasajeros [8].
Sí la unión del chasis con la carrocería es con pernos se denomina ¨carrocería
independiente¨ y si la unión es soldada se denomina ¨autoportante¨. La distancia entre
el eje delantero y el eje trasero se llama batalla y la separación entre las ruedas de un
mismo eje se denomina ancho de vía [6].
2.2.1 Tipos de chasis
En la industria automotriz el chasis ha evolucionado, obteniendo una relación de menos
peso de la estructura y manteniendo la rigidez del chasis. Entre los más renombrados
tipos de chasis se tiene:
- Chasis monocasco: En la actualidad el chasis monocasco es el más utilizado, debido
a su rigidez, bajo peso, flexibilidad y bajo costo, el material que se utiliza para su
fabricación normalmente es el acero, este es el más eficiente que cualquier otro tipo de
chasis debido a que está construido de una solo pieza. En caso de impacto las cargas
se distribuyen sobre toda la periferia de la estructura, como se muestra en la Figura 5
[15].
Figura 5: Chasis monocasco fabricado en acero [15]
8
- Chasis en escalera o bitubo: Es el más sencillo entre todos los tipos de chasis que
existen, este chasis son dos vigas tubulares laterales (Largueros) y algunos travesaños,
la desventaja es su peso y su poca rigidez torsional, y su gran ventaja es la fácil
fabricación, durabilidad y no sufre daños graves en un accidente, como se muestra en
la Figura 6 [15].
Figura 6: Chasis en escalera o bitubo con dos vigas tubulares laterales [15]
- Chasis multi-tubular: Cualquier tipo de chasis puede ser de estructura multi-tubular
sin embargo se le conoce así cuando tiene cuatro laterales y algunas diagonales para
rigidizar. El chasis multi-tubular es mejor que el chasis en escalera, además cuesta
menos su producción que la del chasis cercha, como se muestra en la Figura 7 [15].
Figura 7: Chasis multi-tubular con cuatro laterales de perfil tubular [15]
9
2.3 Sistemas montados sobre el chasis
2.3.1 Sistema de potencia
Es el encargado de transformar un tipo de energía en energía mecánica y entregarla al
sistema de transmisión de un vehículo. Entre ellos tenemos:
- Motor de combustión interna: Se encarga de transformar la energía química de la
combustión del combustible fósil (gasolina, diésel) en energía mecánica, en el sistema
de gasolina se produce cuando dentro del cilindro del motor el pistón comprime la
mescla del aire y el combustible, asimismo se genera una chispa dentro del cilindro por
medio de la bujía provocando así una explosión [16].
- Motores eléctricos: Es un motor con un funcionamiento sencillo que transforma la
energía electromagnética en energía mecánica y no generan alta temperatura, por ello
no llevan un sistema de enfriamiento convencional y se pueden cargar de noche para
su conducción mientras que de día se pueden auto recargar utilizando paneles solares
[17].
- Motores a gas: Los motores a gas o impulsado por gas son motores de combustión
interna cuyo sistema de alimentación que ingresa a la cámara de combustión del cilindro
puede ser el GLP o GNV más aire, producen un 14% menos de CO2 [18].
2.3.2 Sistema de transmisión
Se encarga de transmitir el giro que produce el motor hacia las ruedas motrices
obteniendo una relación de transmisión entre el embrague, caja de cambios, conjunto
diferencial, semiejes y las ruedas, obteniendo la potencia necesaria para el movimiento
del vehículo. Entre los más conocidos se mencionan:
- Transmisión manual: Este sistema de mecanismo es aplicado a través del conductor
de forma manual para cambiar de marcha accionando también el pedal de embrague
para su correcto funcionamiento [19].
- Transmisión automática: Se emplea mayormente en vehículos modernos donde los
cambios de velocidades se realizan automáticamente, tomando como parámetros la
10
posición del pedal de velocidad el cual envía una señal a la computadora, la cual,
mediante actuadores, comunica a la caja de cambios para su accionamiento, bien puede
ser hidráulica o electrónica [19].
2.3.3. Sistema de suspensión
La función principal es evitar la pérdida de adherencia y mantener el contacto de las
ruedas con el terreno absorbiendo las imperfecciones que se puedan presentar en la
vía durante la conducción, brindando un mayor control, seguridad, estabilidad del
vehículo y comodidad durante el manejo. Existen varios tipos de suspensión tales como:
- Suspensión por ballestas: Están conformado por un conjunto de hojas llamados
muelles y unidos por un perno central, a su vez alineadas por abrazaderas en los
costados para evitar que se abran o se muevan de su posición soportando así las cargas
y deformaciones tal como se muestra en la Figura 8 [20].
Figura 8: Suspensión por ballestas conformada por un conjunto de muelles [20]
- Suspensión por muelles (resorte helicoidal): Su fabricación es por medio de una
varilla de acero de alta resistencia brindando una rigidez menor a comparación de las
ballestas ocupando un menor espacio al ser instalado y con un peso mucho más bajo
que el anterior, como se muestra en la Figura 9 [20].
Figura 9: Suspensión por resorte helicoidal [20]
11
- Suspensión por barra estabilizadora: Están ubicados dentro del sistema de
suspensión permitiendo estabilizar el vehículo ante una curva, la cual genera una fuerza
centrífuga inclinando hacia un costado el vehículo, manteniendo alineado los soportes
de cada lado del mismo eje, como se muestra en la Figura 10 [20].
Figura 10: Suspensión por barra estabilizadora [20]
- Suspensión por barra de torsión: Se utilizan mayormente en suspensiones
semindependientes de forma longitudinal o transversal y su función es comprimir las
deformaciones aplicadas ante una fuerza de torsión estando anclado en un extremo fijo
evitando todo el movimiento y dejando el otro extremo libre unido mediante una palanca
al eje de la rueda, como se muestra en la Figura 11 [20].
Figura 11: Suspensión por barra de torsión semindependientes [20]
12
2.3.4 Sistema de dirección
La función principal es orientar las ruedas directrices según requerimiento del conductor,
existen varios tipos de dirección tales como:
- Dirección con cremallera y piñón: Es un sistema práctico y sencillo que permite al
piñón desplazarse de lado a lado por medio de una cremallera, como se muestra en la
Figura 12 [21].
Figura 12: Dirección de accionamiento mecánico cremallera y piñón [21]
- Dirección con bolas recirculantes: Se aplica mayormente en vehículos pesados, un
tornillo sin fin gira y es guiado por varias bolas a través del roscado brindando al
conductor un giro del timón más suave, como se muestra en la Figura 13 [21].
Figura 13: Dirección con bolas recirculantes para vehículos pesados [21]
- Dirección asistida (hidráulica): Este sistema cuenta con un sistema hidráulico que
es accionado por una bomba que está conectado junto con el motor, el cuál envía un
fluido hasta la dirección permitiendo al conductor tener un viraje con mayor estabilidad
y menor esfuerzo para girar las ruedas, como se muestra en la Figura 14 [21].
13
Figura 14: Elementos que conforman la dirección asistida hidráulica [21]
2.3.5 Depósito de combustible
Es el encargado de almacenar de manera segura cualquier tipo de combustible para
luego alimentar al motor, para los motores de combustión se utilizan depósitos de
diferentes tamaños y material de fabricación dependiendo de la complejidad, los cuales
pueden ser de metal, aluminio y poliuretano de alta densidad [22].
2.3.6 Sistema de frenos
Se encarga de detener el vehículo cuando el conductor lo necesite con el mínimo
esfuerzo al accionar un pedal y consta de dos componentes principales: el freno de
servicio y el freno de estacionamiento, por accionamiento hidráulico y de manera
mecánica para dejar inmóvil el vehículo. Existen los siguientes tipos de sistema de freno:
- Frenos de zapata y tambor: Este sistema anteriormente se usaba en ambas ruedas,
en la actualidad en algunos vehículos solo son utilizados en las ruedas traseras por
tener un mayor agarre al frenado, pero tienden a calentar muy rápido y disipa mal el
calor generado por el frenado, como se muestra en la Figura 15 [23].
Figura 15: Sistema de freno accionado por zapata y tambor [23]
14
- Frenos de disco: Tiene la ventaja de disipar más rápido el calor generado por la
frenada y sus componentes son menos complejos que el de sistema de zapatas, siendo
accionado mediante unos pistones que presiona las pastillas de freno para la detención
del vehículo, como se muestra en la Figura 16 [23].
Figura 16: Sistema de freno accionado por disco [23]
- Frenos ABS: Este sistema se encarga de evitar que los frenos se bloqueen de manera
rápida permitiendo al conductor mayor estabilidad y control sobre su vehículo, debido
que se controla de manera automática, como se muestra en la Figura 17 [23].
Figura 17: Sistema de freno accionado por frenado antibloqueo (ABS) [23]
2.3.7 Sistema eléctrico
Suministra corriente eléctrica a los componentes principales necesarios dentro del
vehículo como el arrancador, sistema de encendido y accesorios alternos que se
requieran, para ello se utilizará un tipo de batería que servirá para el arranque del
vehículo y fuente de alimentación para otros componentes [24]. Entre los cuales son:
15
- Selladas libres de mantenimiento: Evita estar rellenando con agua destilada a cada
momento y brinda mayor seguridad evitando que el líquido se derrame ante una
conducción brusca, como se muestra en la Figura 18 [24].
Figura 18: Batería sellada libre de mantenimiento [24]
- Bajo mantenimiento: Tiene mayor eficiencia en su arranque en frio y cuentan con
medidor de carga para el electrolito, como se muestra en la Figura 19 [24].
Figura 19: Batería de bajo mantenimiento [24]
2.3.8 Sistema de confort
El principal elemento del sistema de confort son los asientos, debido que su función
primordial es proteger la vida de los conductores ante un accidente reduciendo al
mínimo los daños que se puedan generar ante este tipo de evento, utilizando
tecnologías que tengan un factor de seguridad para la protección como: asientos
deportivos homologados, cinturón de seguridad que proteja las partes del cuerpo
evitando que se deslice hacia la zona de impacto [2].
2.4 Criterios técnicos de la estructura
2.4.1 Criterio de espacio (ergonomía)
El espacio es un criterio fundamental en el diseño de un chasis, teniendo en cuenta las
dimensiones de los ocupantes en el habitáculo y conocimiento de los componentes que
16
estarán sujetos a ello, para obtener una distribución de peso óptimo. La ergonomía tiene
relación con el espacio del diseño y dimensionamiento en el habitáculo y está referida
al confort del piloto y pasajero dentro de la estructura [8].
2.4.1.1 Representación del percentil 95
La regla del percentil 95%, indica que el 95% de los hombres es de tamaño menor que
este modelo y que solo es 5% es mayor, como se muestra en la Tabla 1 [8],
considerando esta regla se dimensiona la longitud, ancho y altura del habitáculo del
vehículo.
Tabla 1: Dimensiones funcionales del cuerpo humano [8]
17
2.4.2 Criterio de rigidez
La rigidez es la resistencia que soporta el elemento estructural cuando se aplica una
carga sobre ella, sin tener grandes deformaciones. La estructura de un chasis más rígido
da como resultado un vehículo más seguro, hay dos tipos de rigidez: rigidez torsional y
rigidez flexional [3].
K=P
δ…………………………………………… (1)
Donde:
K: Rigidez (N/m)
P: Carga aplicada (N)
δ: Deformación (m)
2.4.2.1 Rigidez flexional
La rigidez flexional es la resistencia que ofrece el elemento estructural al oponerse a la
deformación en posición longitudinal al chasis, si la estructura tiene una excelente
rigidez torsional por consiguiente tiene una buena rigidez flexional, además la flexión
estática del chasis no afecta a la distribución de las cargas sobre la rueda [3].
2.4.2.2 Rigidez torsional
La rigidez torsional es la característica más relevante que debe tener el chasis en cuanto
a rigidez, esta se puede apreciar cuando una rueda pasa sobre un bache mientras que
las demás no [9]. Se calcula mediante la siguiente ecuación:
Ktors=GJ
L……………………………………… (2)
Donde:
Ktors: Rigidez torsional (N/m2)
G: Módulo de elasticidad transversal (N/m2)
J: Momento de inercia transversal (m4)
18
L: Longitud (m)
2.5 Opciones de diseño
Existen diversos tipos de estructuras tubulares, tales como:
- Car Cross: Tiene dos arcos principales, pocas barras extra largas, chasis con poca
triangulación y poca visión al piloto. Incomodidad al ingresar al vehículo debido a su
ergonomía en el habitáculo, como se muestra en la Figura 20 [1].
Figura 20: Diseño de estructura tubular tipo Car Cross [1]
- Formula SAE: Estructura tubular, triangulada, altamente rígido y seguro. Uso principal
de competencia estudiantiles, en circuitos cerrados, como se muestra en la Figura 21
[3].
Figura 21: Diseño de estructura tipo Formula SAE [3]
- Joyner (según reglamento del FEPAD anexo B11): Fabricados normalmente en
acero al carbono estirados en frio o tubo electro soldado o conformado. Distancia entre
19
ejes 3 m como máximo y 2.25 m como mínimo y habitáculo normalmente con paneles
de material metálico, como se muestra en la Figura 22 [25].
Figura 22: Diseño de estructura tipo Joyner [25]
2.6 Método de diseño
2.6.1 Medidas generales del buggy
Las medidas generales a considerar en los vehículos Buggy, como se muestra en la
Figura 23.
Figura 23: Medidas generales del buggy [12]
20
Donde:
De: Distancia entre ejes o batalla (m)
n: Largo (m)
o: Ancho (m)
p: Alto (m)
2.6.2 Espaciado del habitáculo
El habitáculo es el lugar donde estarán ubicados los ocupantes, se diseña manteniendo
la ergonomía y seguridad, teniendo como medidas principales las partes del cuerpo
según el percentil 95%. A continuación, en las siguientes Figuras (24) y (25) se muestran
las vistas del espaciado del habitáculo respetando la ergonomía de los ocupantes.
Figura 24: Vista lateral del espaciado del habitáculo respetando la ergonomía de los ocupantes [1]
Donde:
a: Largo mínimo del habitáculo (m)
b: Alto mínimo del habitáculo (m)
c: Alto mínimo para pedalera (m)
d: Largo máximo al conjunto de pedalera (m)
: Ángulo vertical de visión del ocupante (grados sexagesimales°)
21
Figura 25: Vista superior del espaciado del habitáculo respetando la ergonomía [1]
Donde:
e: Ancho mínimo del habitáculo (m)
f: Ancho del arco principal (m)
α: Ángulo de visión horizontal (grados sexagesimales °)
2.7 Cálculo de cargas aplicadas a la estructura
2.7.1 Carga Persistente
La carga persistente es el peso de los sistemas más el peso de la estructura [2].
Pe=( ∑ peso de los sistemas*gravedad)………………..… (3)
2.7.2 Carga de Seguridad
La carga de seguridad es el área del habitáculo por 20 kg [2].
Ah= (a * b)+(d-a)(c)………….………………..…. (4)
Donde:
Ah: Área del habitáculo
a: Largo mínimo del habitáculo (m)
b: Alto mínimo del habitáculo (m)
c: Alto mínimo para pedalera (m)
d: Largo máximo al conjunto de pedalera (m)
𝐶𝑠=20Kg
m2 *Ah……………………..……………… (5)
22
Cs: Carga de seguridad (N)
2.7.3 Carga muerta
Para estimar la carga muerta se suma la carga permanente más la carga de seguridad
[2].
Cm=Pe + Cs………………………………………(6)
Donde:
Cm: Carga muerta (N)
Pe: Carga permanente (N)
Cs: Carga de seguridad (N)
2.7.4 Carga viva
Las cargas vivas son aquellos componentes que se pueden cambiar de lugar y de
magnitud, son también conocidas como cargas móviles, un ejemplo de carga viva que
estará sobre el chasis a diseñar, es el piloto y el pasajero [8]. Se calcula considerando
una sobrecarga de 10 % [2].
Cvi=Peso ocupantes+(peso ocupantes * 0.1)………………(7)
2.7.5 Carga aerodinámica
La carga aerodinámica es la fuerza del aire que se opone a la estructura de la parte
frontal hacia atrás, se obtiene el coeficiente de resistencia del aire en la Tabla 2 [2].
Tabla 2: Valores del coeficiente de resistencia al aire [2]
Naturaleza del suelo Coeficiente de resistencia
al aire (ka)
Camiones 0.050
Autotrenes 0.095
Autobuses Normales 0.038
Autobuses de perfil aerodinámico 0.019
Coches 0.022 a 0.035
Coches de perfil aerodinámico 0.010 – 0.019
23
Af = e ∗ b…………………………………..… (8)
Cf=1
2(Cx**Af*V
2)………………..…………… (9)
Donde:
b: Alto mínimo del habitáculo (m)
e: Ancho mínimo del habitáculo (m)
Cf: Carga aerodinámica (N)
Cx: Coeficiente de resitencia del aire
: Densidad del aire (kg/m3)
V: Velocidad del aire (m/s)
Af: Área frontal del buggy
2.7.6 Carga de diseño
La carga de diseño es la sumatoria total de todas las cargas aplicadas a la estructura
[2].
Cd=Cvi + Cf + Cs + Cm……………………..………… (10)
Donde:
Cd: Carga de diseño (kg)
Cvi: Carga viva (kg)
Cf: Carga aerodinámica (kg)
Cs: Carga de seguridad (kg)
Cm: Carga muerta (kg)
- Cálculo de la ubicación longitudinal del centro de gravedad: Para calcular y ubicar
el centro de gravedad de la estructura es necesario determinar el peso total persistente
del vehículo y la distribución del peso entre el eje delantero y eje trasero determinando
el momento aplicado al punto cero de la estructura como se muestra en la Figura 26 [2].
24
Figura 26: Centro de gravedad del vehículo [2]
.
De = m + k………………………………………………. (11)
Pd ∗ (m + k) = P ∗ k………………………..………………… (12)
Donde:
De: Batalla (m)
m: Distancia entre Pd y P (m)
k: Distancia entre Pt y P (m)
Pd: Peso del eje delantero (kg)
Pt: Peso del eje trasero (kg)
P: Peso del vehículo (kg)
- Cálculo vertical del centro de gravedad: Se considera el radio del neumático y el
ángulo de inclinación entre ejes [2].
H=P(Rn(tan)+k)-𝑃𝑡(m+k)
P tan…………………..…….. (13)
Donde:
H: Altura del piso al punto del centro de gravedad (m)
: Angulo de inclinación entre ejes (grados sexagesimales)
Rn: Radio del neumático (m)
𝑃𝑡: Peso del eje trasero (kg)
P: Peso del vehículo (kg)
m: Distancia entre Pd y P (m)
25
k: Distancia entre P y Pt (m)
- Distribución de peso: Se determina la distribución de peso teniendo conocimiento del
peso de cada uno de los sistemas que estarán ubicados sobre el chasis, para que el
centro de gravedad se encuentre ubicado en la parte baja del chasis, mientras menos
peso tenga el chasis, mayor será el aprovechamiento de la potencia del motor y respecto
al centro de gravedad y esté lo más bajo posible será menor el balanceo [6]. Además,
si se obtiene una elevada rigidez con el mínimo peso posible, quiere decir que es un
chasis eficiente, esto dará muchas ventajas tales como menor consumo del combustible,
menor desgaste de neumáticos y mayor velocidad [2].
2.7.7 Carga de impacto
La carga de impacto es la fuerza ejercida sobre la estructura en caso de accidente o
volcadura. Los tipos de impacto que sufre la estructura en caso de accidente o volcadura
pueden ser: frontal, lateral, superior, trasero o una combinación de los mismos.
2.8 Cálculo para la selección del material
2.8.1 Cálculo de la selección del perfil estructural
Para el cálculo del perfil tubular, se considera la estructura del chasis como una viga
apoyada y la carga de diseño como carga vertical distribuida [2].
w=Cd
De …………………………………….. (14)
Dónde:
Cd: Carga de diseño puntual (N)
W: Carga total distribuida (N/m)
De: Longitud entre ejes (m)
Para calcular el esfuerzo máximo se usa la siguiente ecuación:
σmax=Mmax
Sxx ………………………………… (15)
Dónde:
σmax: Esfuerzo máximo (MPa)
26
Mmax: Momento máximo (Nm)
Sxx: Sección de inercia (cm3)
-Propiedades mecánicas de diversos materiales
Se escoge un material de un catálogo, por ejemplo, un tubo de acero estructural de
seccionamiento circular y/o cuadrado y se obtienen las propiedades del material, tales
como el límite de tensión, límite elástico, límite de fluencia (Sy). Luego se calcula el
esfuerzo máximo [2].
σmax=Sy
n…………………………………….… (16)
Dónde:
Sy: Límite de fluencia
n: Factor de seguridad
σmax: Esfuerzo máximo (MPa)
Teniendo el valor del esfuerzo máximo (σmax) se calcula la sección de inercia de un
material tubular:
Sxx≥Mmax
σmax…………………………………….. (17)
Donde:
σmax: Esfuerzo máximo (MPa)
Mmax: Momento máximo (Nm)
Sxx: Sección de inercia (cm3)
Según catálogo se escoge un perfil estructural que tenga un mayor valor al cálculo de
la sección de inercia (Sxx). Luego se asume el valor de la sección de inercia del catálogo
y se calcula con la ecuación (15), obteniendo un nuevo valor de esfuerzo máximo. Luego
se despeja el factor de seguridad de la ecuación (16) y se calcula con los nuevos valores
obtenidos. Si el factor de seguridad resulta ser mayor o igual a 1, quiere decir que el
material es el adecuado para soportar las fuerzas sometidas durante la vida útil [2].
27
2.9 Selección del material
2.9.1 Tipos de materiales
Los materiales aplicados al chasis han mejorado a lo largo de la historia con el fin de
obtener mayor seguridad, debido a las propiedades mecánicas de resistencia y
ductilidad que ofrece el material, como, por ejemplo: aceros, aluminio, fibra de carbono
y otros [26].
2.10 Software de diseño y análisis
2.10.1 Software de diseño
Es un programa que se utiliza para diseñar cualquier pieza a través de un boceto,
planos, ensambles y animaciones. Medida que se desarrolla un conjunto de piezas se
almacena en un historial de cada operación realizada para un fácil acceso a ellas y
realizar cualquier tipo de modificaciones de manera automática, tiene un módulo
inteligente para detectar algún tipo de error que se pueda cometer en cada operación
[27].
- Software Autodesk Inventor: Brinda información para ingenieros y diseñadores de
manera profesional al momento de realizar un mecanismo o estructura por medio de
bocetos en un plano 2D y 3D teniendo variedad de herramientas de modelado,
simulación [28].
- Software CAD SOLIDWORKS: El diseño mecánico que permite generar aplicación de
automatización a los diseñadores con rapidez por medio de cotas, produciendo dibujos
detallados realizados por un modelado en 3D, creando también diseños en 2D en la
misma ventana de ensamblaje teniendo visualización detallada en 3D [29].
2.10.2 Software de análisis
El método de elementos finitos o MEF es un programa que consiste en la simulación de
estructuras o fluidos a través de una geometría dada por un número finito de elementos
que comprenden dicha estructura y son llamados nodos.
28
Los nodos son la cantidad de puntos que comprende cada elemento estructural, y sobre
ello puede incrementar dependiendo el tipo de enmallado que se requiera realizar
aplicando un tipo de refinamiento a la estructura con una condición de contorno, el
programa de elementos finitos genera de manera automática las ecuaciones necesarias
a través de diferentes teoremas de integrales facilitando una simulación más real dando
como solución diferentes tipos de análisis [30].
- Software de análisis ANSYS: Permite hacer simulaciones y predecir como
reaccionara una pieza bajo un entorno real sometido a esfuerzos térmicos, fluidos,
vibración o aplicaciones específicas. El software de análisis ANSYS genera un
resultados a través de una gráfica de colores permitiendo verificar en que tonalidad se
encuentra y cuanto es la fuerza, MPa y otros máximos es soportado permitiendo
comprobar los valores si se encuentran dentro del rango permitido, dentro del sistema
de análisis tiene el CFX (Dinámica de fluidos computacional), Fluent, Mechanical
(Análisis estructural), Mesching –(Generador de Mallas), Desing Modeler (Software
CAD), entre otros. [31].
29
CAPÍTULO 3
METODOLOGÍA DE LA SOLUCIÓN
3.1 Parámetros iniciales
3.1.1 Sistemas montados sobre el chasis
Lo primero que se debe considerar es tener conocimiento de las medidas y pesos de
los sistemas montados sobre el chasis, estos serán los parámetros iniciales. Al diseñar
un vehículo buggy, lo recomendable es empezar por los neumáticos y por último el
chasis.
Por lo tanto, para el desarrollo de la investigación del análisis estructural del chasis de
un vehículo buggy biplaza todo terreno de uso turístico, se tomará como parámetros
partida los siguientes sistemas montados en el chasis:
• Sistema de potencia:
El sistema de potencia es de un vehículo Volkswagen Beetle modelo 1300 como se
muestra en la Figura 27, este motor de combustión interna a gasolina, de propulsión
trasera con una potencia máxima de 44 Caballos de vapor (CV) a 4000 rpm y
refrigeración por aire [32], son características perfectas para un vehículo buggy de uso
turístico debido a que tiene un peso de 53kg, además su consumo es bajo a altas
velocidades y su operación de mantenimiento es simple, a su vez es de fácil
adquisición y su precio en el mercado es económico frente a otros motores de cuatro
cilindros.
30
Figura 27: Motor Volkswagen Beetle modelo 1300
• Sistema de transmisión:
El sistema de transmisión es de un vehículo Volkswagen Beetle modelo 1300 tal como
se muestra en la Figura 28. El motor es de propulsión trasera por lo tanto la transmisión
estará situada en la parte de atrás por delante del motor, la transmisión cuenta con una
caja de cambios de accionamiento manual con 5 marchas (4 velocidades y 1 retroceso)
y semiejes, el conjunto de transmisión pesa 44.5kg.
Figura 28: Transmisión del vehículo Volkswagen Beetle modelo 1300
31
• Sistema de suspensión:
Los sistemas de suspensión y ejes que están anclados al chasis son propios del
vehículo Volkswagen Beetle modelo 1300.
- Suspensión del eje delantero:
La suspensión delantera es de tipo independiente en las dos ruedas mediante barra de
torsión y amortiguadores de fricción. La vía mide 1390 mm y su peso es de 58kg, como
se muestra en la Figura 29 [32].
Figura 29: Suspensión y eje delantero del vehículo Volkswagen Beetle modelo 1300
-Suspensión eje trasero:
La suspensión trasera es de tipo semieje oscilante independiente en las dos ruedas
mediante barra de torsión, la barra de torsión tiene una longitud de 551.18mm con
diámetro de 22.098 mm y amortiguadores de fricción, la vía mide 1290 mm y su peso
es de 41kg, como se muestra en la Figura 30 [32].
Figura 30: Suspensión trasera y eje del vehículo Volkswagen Beetle modelo 1300
32
• Depósito de combustible:
El depósito es de poliuretano de alta densidad, su peso es de 4kg sin combustible y
tiene una capacidad de 29.5lt (20kg). La suma de los elementos del sistema de
combustible incluyendo el depósito (vacío) es de 11kg.
• Sistema de frenos:
El sistema de freno es de tipo zapata y tambor propio del mismo vehículo Volkswagen,
los cuales en conjunto pesan 10 kg, como se muestra en la Figura 31.
Figura 31: Sistema de freno tipo zapata y tambor
• Sistema eléctrico:
Uno de los principales elementos del sistema eléctrico es la batería, que almacena
energía para luego dar funcionamiento a los componentes que lo requieran. La batería
montada en el chasis es de libre mantenimiento como se visualiza en la Figura 18, el
cual es apropiado para este tipo de vehículo buggy por ser sellada evitando algún tipo
de derrame debido a las imperfecciones del terreno, la batería es de 13 placas con un
peso de 17kg y la suma de todos los elementos del sistema eléctrico más la batería es
34.5kg.
• Sistema de confort:
Los asientos ubicados en el chasis son semibaquets, son asientos especialmente
diseñados para vehículos de competición, sin embargo, se pueden ubicar en cualquier
tipo de vehículo debido a su ventaja de proteger la vida del conductor contra muchos
33
riesgos en caso de un accidente. Además, son ergonómicos y cómodos que permiten
un gran confort al conducir, se puede regular la altura, la distancia al volante y el
respaldar, pesan aproximadamente 8.4kg, como se muestra en la Figura (32) y (33).
Figura 32: Asiento semibaquets [33]
Figura 33: Medidas del asiento semibaquets [33]
• Otros elementos:
Dentro del vehiculó se encuentran otros elementos distribuidos en la estructura, que
aportan peso al valor total del vehículo, estos son:
- Volante: 1.5kg
- Sistema de dirección: 4kg
34
- Pedales: 3kg
- Plancha del piso: 3kg
- Neumáticos: 7.5kg * 4 = 24kg
3.1.2 Criterios de diseño del chasis
Como segundo parámetro en base a lo expuesto en el marco teórico, se detalla los
criterios a tomar en cuenta para modelar la estructura del chasis. A continuación, se
presentan los siguientes criterios:
• Criterio de espacio (ergonomía):
- Si ocurre un accidente el piloto debe evacuar del vehículo con facilidad.
- En el diseño del chasis, se considera el espacio para instalar los componentes y
además el espacio permita dar mantenimiento a los sistemas.
- El habitáculo debe tener suficiente espacio para que el conductor pueda maniobrar
los pedales con facilidad.
- El conductor debe tener espacio suficiente, tanto en las extremidades inferiores
como las superiores para dar comodidad en la conducción, además la estructura no
debe obstaculizar el manejo del conductor.
- El chasis debe tener excelente visibilidad del terreno, especialmente porque es un
vehículo de uso turístico.
- La persona a ingresar en el habitáculo deberá tener una medida de 1,70 m de altura
para un fácil acceso.
• Criterio de rigidez:
- La estructura debe poseer triangulación para alcanzar la rigidez flexional y torsional.
3.2 Diseño de la estructura
Con el conocimiento previo de diversos tipos de estructuras tubulares descritas en el
acápite 2.5, se procede a realizar un boceto, para obtener un diseño óptimo que cumpla
con los criterios, como se muestra en la Figura 34.
35
Figura 34: Boceto estructural del vehículo buggy
3.2.1 Determinación de las medidas generales del buggy
Las dimensiones son de creación propia, teniendo en cuenta que el modelo del chasis
diseñado es para dos personas específicamente de uso turístico, obteniendo siempre la
seguridad, estabilidad y confort de los ocupantes en el vehículo.
Entonces en el diseño de la estructura del chasis se establecieron las siguientes
medidas generales, como se muestra en la Figura 35:
Figura 35: Dimensiones de las medidas generales del vehículo buggy biplaza
36
Donde:
De: Distancia entre ejes o batalla (2.200m)
n: Largo (2.800m)
O: Ancho (1.200m)
P: Alto (1.150m)
3.2.2 Determinación del espaciado del habitáculo
En la determinación del espaciado del habitáculo se toma en cuenta el criterio de
espacio y ergonomía. Para ello en base a dimensiones de una persona de 1.70m se
toma medidas de las partes de cuerpo de dicha persona que estará dentro del vehículo.
En la Figura 36 se encuentran dimensionada en mm, una persona de 1.70m, obtenidas
de la Tabla 1 del percentil 95%. Para este trabajo de investigación las medidas son del
95%, esto quiere decir que solo el 95% de la población puede ingresar al habitáculo del
vehículo, como se muestra en la Figura (36), (37) y (38).
Figura 36: Vista lateral ergonómica del cuerpo humano con medidas
37
Figura 37: Vista frontal ergonómica del cuerpo humano con medidas
Figura 38: Vista superior ergonómica del cuerpo con medidas
38
Después de obtener las medidas de los ocupantes dentro del vehículo Figura (36), (37)
y (38) y las medidas de los asientos semibaquets, se procede a dimensionar las
medidas de la estructura del habitáculo, como se muestra en la Figura (39), (40) y (41).
Figura 39: Vista lateral de la estructura del habitáculo con medidas
Donde:
a: Largo mínimo del habitáculo (0.945 m)
b: Alto mínimo del habitáculo (1.250 m)
c: Alto mínimo para pedalera (0.300 m)
d: Largo máximo al conjunto de pedalera (1.490 m)
: Ángulo vertical de visión (50° sexagesimales)
Figura 40: Vista superior de la estructura del habitáculo con medidas
39
e: Ancho mínimo del habitáculo (1.170 m)
f: Ancho del arco principal (1.140 m)
α: Ángulo de visión horizontal (120° sexagesimales)
Figura 41: Vista frontal de la estructura del habitáculo con medidas
3.2.3 Determinación de las cargas
3.2.3.1 Cálculo de la carga persistente
Para el cálculo de la carga persistente se aplicará la ecuación (3). Para ello en la Tabla
3 se observa el valor estimado del peso total del vehículo con ocupantes más
combustible y sin ocupantes ni combustible, para obtener el peso total del vehículo se
estima que la estructura del chasis a modelar no debe exceder a 220kg, al realizar el
modelamiento de la estructura con el material asignado en el software de diseño, el valor
del peso de la estructura en el software debe ser igual o menor al peso estimado, debido
que el vehículo Buggy se desplaza por pendiente en las dunas lo cual requiere un chasis
40
ligero, así, obteniendo mejor conducción, mayor aprovechamiento en la potencia del
motor y combustible.
Tabla 3: Sumatoria de pesos para el centro de gravedad
Peso estimado de los sistemas del vehículo (sin ocupantes ni combustible)
Estructura tubular 220kg
Sistema de potencia 53kg
Sistema de transmisión 44.5kg
Sistema de suspensión del eje delantero 58kg
Sistema de suspensión del eje trasero 41kg
Sistema de combustible 11kg
Sistema de frenos 14kg
Sistema eléctrico 34.5kg
Sistema de confort 8.4kg
Otros elementos 35.5kg
Total 519.9kg
Peso estimado del vehículo en desplazamiento
Peso de los ocupantes 160kg
Peso del combustible 20kg
Peso del vehículo 519.9kg
Peso total 699.9=700kg
Pe=( ∑ peso de los sistemas*gravedad)
-Sumatorio total del vehículo: 700kg
𝑃𝑒 = 700kg ∗ 9.81
𝑃𝑒 = 6867N
41
g: Gravedad (9.81m/s2)
𝑃𝑒: Carga persistente (N)
3.2.3.2 Cálculo de la carga de seguridad
Para la carga de seguridad primero se debe hallar el área del habitáculo utilizando la
ecuación (4) dichos valores están en la Figura 39, para luego hallar la carga de
seguridad en la ecuación (5). Con el valor obtenido en kg se multiplica por la gravedad
para obtener el resultado en Newton (N).
Ah= (a * b)+(d-a)(c)
Donde:
a: Largo mínimo del habitáculo (0.945 m)
b: Alto mínimo del habitáculo (1.250 m)
c: Alto mínimo para pedalera (0.300 m)
d: Largo máximo al conjunto de pedalera (1.490 m)
Ah= (0.945*1.250)+(1.490-0.945)(0.30)
Ah= 1.345m2
Ah: Área del habitáculo (m2)
𝐶𝑠=20kg
m2*Ah
𝐶𝑠=20kg
m2*1.345m2
Cs= 26.9kg
𝐶𝑠=26.9kg*9.81m/s2
𝐶𝑠= 263.889N
𝐶𝑠: Carga de seguridad (N)
42
3.2.3.3 Cálculo de la carga muerta
Es la sumatoria de los valores de carga persistente más la carga de seguridad utilizando
la ecuación (6).
Cm=Pe + Cs
Donde:
Pe: Carga persistente (6867N)
Cs: Carga de seguridad (263.889N)
Cm=6867N + 263.889N
Cm= 7130.889N
Cm: Carga muerta (N)
3.2.3.4 Cálculo de la carga viva
Para el cálculo de la carga viva se utiliza la ecuación (7), el valor de los ocupantes se
obtiene de la Tabla 3. El resultado estará en kg, luego se multiplica por la gravedad,
obteniendo el resultado en (N).
Cvi=Peso ocupantes+(peso ocupantes * 0.1)
𝐶𝑣𝑖=180+(180 * 0.1)
𝐶𝑣𝑖=198kg
𝐶𝑣𝑖=198kg*9.81m/s2
𝐶𝑣𝑖=1942.38N
𝐶𝑣𝑖: Carga viva(N)
3.2.3.5 Cálculo de la carga aerodinámica
Para el cálculo de la carga aerodinámica se utiliza la ecuación (9), para ello se calcula
el área frontal del vehículo con la ecuación (8), dichos valores de la ecuación están en
las Figuras (39) y (40). Para luego obtener la carga aerodinámica se propone que el
vehículo va en marcha a 61.2 Km/h y el coeficiente de resistencia aerodinámica para
coches ligeros es 0.3 valor obtenido de la Tabla 2.
43
Af = e ∗ b
b: Alto mínimo del habitáculo (1.250 m)
e: Ancho mínimo del habitáculo (1.170 m)
Af = 1.250m ∗ 1.170m
𝐴𝑓 = 1.4625m2
Af: Área frontal (m2)
Cf=1
2(Cx**Af*V
2)
Donde:
: Densidad del aire (1.2kg/m3)
V: Velocidad (17m/s)
Cx: Coeficiente de resistencia aerodinámico (0.3 para coches ligeros)
Cf: Carga aerodinámica (kg)
Cf=1
2(0.3*1.2*14625*17
2)
Cf= 76.079N
3.2.3.6 Cálculo de la carga de diseño
Se realiza la sumatoria de todas las cargas obtenidos por medio de la ecuacion (10).
Cd=Cvi + Cf + Cs + Cm
Donde:
Cvi: Carga viva (1942.380N)
Cf: Carga aerodinámica (76.079kg)
Cs: Carga de seguridad (263.889N)
Cm: Carga muerta (7130.889N)
Cd: Carga de diseño (N)
Cd=1942.380N + 76.079N + 263.889N + 7130.889N
Cd=9413.237N
44
Una vez obtenida la carga de diseño, se procede a calcular el centro de gravedad,
teniendo en cuenta un porcentaje de peso ideal compartido en la estructura tubular de
48% en el eje delantero y 52% en el eje trasero, como se muestra en la Tabla 4 y en la
Figura 42:
Tabla 4: Distribución de pesos para el centro de gravedad
Peso del vehículo 9413.237N
Pd: Porcentaje de peso del eje delantero 48% 4518.354N
Pt: Porcentaje de peso del eje trasero 52% 4894.883N
Figura 42: Centro de gravedad del vehículo buggy biplaza
Donde:
De: Distancia entre ejes o batalla (m+k=2.200m)
m: Distancia entre Pd y P (m)
k: Distancia entre P y Pt (m)
Pd: Peso del eje delantero (4518.354N)
Pt: Peso del eje trasero (4894.883N)
Cd: Carga de diseño (9413.237N)
45
- Cálculo longitudinal del centro de gravedad:
Para el cálculo longitudinal del centro de gravedad, se calcula una de las distancias de
m o k. Se sabe que la distancia entre ejes es de 2.2m dicho valor indicado en el acápite
3.2.1 Figura 35.
De = m + k
Donde:
m: Distancia entre Pd y P (m)
k: Distancia entre Pt y P (m)
De: Distancia entre ejes (2.2m)
m + k = 2.2
Pd ∗ (m + k) = Cd ∗ m
𝑃𝑑: Peso del eje delantero (4518.354N)
𝐶𝑑: Carga de diseño (9413.237N)
4518.354N*(2.2)=9413.237N*m
m = 1.056m
Reemplazamos en la ecuación (11):
m + k = 2.2
Donde:
𝑘: Distancia entre Pt y P (m)
𝑚: Distancia entre Pd y P (m)
m + 1.056 = 2.2
k = 1.144m
- Cálculo vertical del centro de gravedad:
Después de tener una medida referencial del centro de gravedad de manera longitudinal
se procederá a ubicar de manera vertical empleando la ecuación (13).
46
H=Cd(Rn(tan)+k)-Pt(m+k)
Cd tan
Donde:
Rn: Radio del neumático (0.279m)
: Ángulo de inclinación de la carrocería (37°)
Pt: Peso del eje trasero (4894.883N)
m: Distancia entre Pd y P (1.144m)
k: Distancia entre Pt y P (1.056m)
Cd: Carga de diseño (9413.237N)
H: Altura del piso al punto del centro de gravedad (m)
H=9413.237(0.279(tan37)+1.056)-4894.883(2.2)
9413.237 tan37
H=0.384m
-Distribución de pesos
Una vez obtenido el centro de gravedad de manera longitudinal y vertical se realiza la
distribución de medidas y peso teniendo como parámetro inicial la distancia entre ejes
o batalla que es 2.200m.
- Peso que soporta el eje delantero:
Porcentaje (%) del peso en el eje delantero, se obtiene con la distancia de Pd a P entre
el valor de distancia entre ejes De.
1.056 / 2.2=0.48*100=48% es el porcentaje soportado en la parte delantera del chasis.
Luego se procede a calcular el peso de la parte delantera:
Peso del vehículo en desplazamiento: 700kg *48% = 336kg
- Peso que soporta el eje trasero:
Porcentaje (%) del peso en el eje trasero, se obtiene con la distancia de Pt a P entre el
valor de distancia entre ejes De.
1.144/2.2=0.52*100=52% es el porcentaje soportado en la parte trasera del chasis.
47
Luego se procede a calcular el peso de la parte trasera:
Peso del vehículo en desplazamiento: 700kg * 52% = 364kg
En la distribución de peso del vehículo, se determinará el peso que corresponde en la
parte delantera y posterior de acuerdo a la distancia obtenida, como se muestra en la
Tabla 5.
Tabla 5: Distribución de pesos por el centro de gravedad
Sistemas montados en el chasis
Peso
trasero
(kg)
Peso
delantero
(kg)
Estructura tubular 100 120
Sistema de potencia 53 -
Sistema de transmisión 44.5 -
Sistema de suspensión del eje delantero - 58
Sistema de suspensión del eje trasero 41 -
Sistema de frenos 7 7
Sistema eléctrico - 34.5
Sistema de combustible - 31
Asientos 5 3.4
Peso de los ocupantes 100 60
Otros elementos 13.5 22
Total 364 335.9
3.2.3.7 Cálculo de las cargas de impactos
Se aplicarán 3 tipos de cargas en 3 lados diferentes para evaluar que tan eficiente es la
estructura tubular. Donde 1 (Cd) = 9413.237N, la cual se aplicará 3 (Cd)= 28239.711N
de impacto frontal, 2.5 (Cd)= 23533.0925 de impacto superior y 2 (Cd)= 18826.474 para
la parte lateral.
48
3.2.4 Cálculos para la selección del material
3.2.4.1 Cálculo de la selección del perfil estructural
Cálculo de la carga total distribuida, utilizando la ecuación (14).
w=Cd
𝐷𝑒
w=9413.237
2.2
w=4278.744N/m
Donde:
Cd: Carga de diseño (9413.237N)
𝐷𝑒: Longitud entre ejes (2.2m)
W: Carga total distribuida (N/m)
La estructura del chasis esta soportada por dos vigas por lo tanto se analizará la viga
apoyada como se muestra en el diagrama de cuerpo libre, luego se determina el
diagrama de fuerzas cortantes y diagrama de momentos. En el diagrama de momentos
se determina el momento máximo del chasis, como se muestra en la Figura (43), (44) y
(45).
W1: Carga distribuida por viga (2139.37205N/m)
Figura 43: Diagrama de cuerpo libre del chasis (graficadora de la página SkyCiv)
49
Figura 44: Diagrama de fuerzas cortantes (N) del chasis (graficadora de la página SkyCiv)
Figura 45: Diagrama de Momentos (N-m) chasis (graficadora de la página SkyCiv)
Mmax = 1273.01Nm
50
𝑀𝑚𝑎𝑥: Momento máximo (Nm)
-Propiedades mecánicas de diversos materiales (Tubería Perfil circular)
Obtenido el momento máximo, se utiliza el catálogo con diversos materiales y sus
propiedades tales como el límite de tensión, límite elástico, límite de fluencia (Sy).
Luego de obtener dichas propiedades se calcula el esfuerzo máximo y el momento
máximo empleando las ecuaciones (15) y (16), utilizando un valor de factor de seguridad
n=1.25. Hallando la inercia teórica en la ecuación (17) se pasa a revisar un valor de
inercia normalizado, para hallar el esfuerzo máximo real y el factor de seguridad real.
A continuación, se desarrollarán cálculos en diversos tipos de materiales que sean
factibles para la estructura.
- Propiedades del material de Acero LAC ASTM A500 Grado B
Valores obtenidos del Anexo 3:
Límite de tensión: 400 MPa
Límite de fluencia: 290 MPa
Cálculo del esfuerzo máximo teórico:
σmax=Sy
n
Donde:
𝑆𝑦: Límite de fluencia (290 MPa)
n: Factor de seguridad teórico (1.25)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (MPa)
σmax=290
1.25
σmax= 232MPa
Cálculo de la sección de inercia teórica:
SXX≥𝑀𝑚𝑎𝑥
σmax
51
Donde:
𝑀𝑚𝑎𝑥: Momento máximo (1273.01Nm)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (232MPa)
SXX: Sección de inercia teórica (cm3)
SXX=1273.01
232
SXX=5.49cm3
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 7, un valor de sección de inercia
normalizado aproximado al valor obtenido de la sección de inercia teórica, siendo este
un tubo ∅38,1 x 3,2 con SXX=5.66cm3 .
Cálculo del esfuerzo real máximo:
σmax=Mmax
SXX
Donde:
𝑀𝑚𝑎𝑥: Momento máximo (1273.01Nm)
SXX: Sección de inercia normalizado (5.66cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real (MPa)
σmax=1273.01
5.66
σmax= 224.91MPa
Cálculo del factor de seguridad real:
σmax=Sy
n
Donde:
𝑆𝑦: Límite de fluencia (290 MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (224.91MPa)
n: Factor de seguridad real
52
n=290
224.91
n= 1.29
-Propiedades del material de Aluminio 6063
Valores obtenidos del Anexo 4:
Límite de tensión: 69 MPa
Límite elástico: 108 MPa
Sy: Límite de fluencia: 152 MPa
Cálculo del esfuerzo máximo teórico:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (152 MPa)
n: Factor de seguridad teórico (1.25)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (MPa)
σmax=152
1.25
σmax= 121.6MPa
Cálculo de la sección de inercia teórica:
𝑆𝑥𝑥≥𝑀𝑚𝑎𝑥
σmax
Donde:
𝑀𝑚𝑎𝑥: Momento máximo (1273.01Nm)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (121.6MPa)
𝑆𝑥𝑥: Sección de inercia teórica (cm3)
𝑆𝑥𝑥=1273.01
121.6
53
𝑆𝑥𝑥= 10.47cm3
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 7, un valor de sección de inercia
normalizado aproximado al valor obtenido de la sección de inercia teórica, siendo este
un tubo ∅50,8 x 3,2 con 𝑆𝑥𝑥= 10.72cm3
Cálculo del esfuerzo real máximo:
σmax=𝑀𝑚𝑎𝑥
𝑆𝑥𝑥
Donde:
𝑀𝑚𝑎𝑥: Momento máximo (1273.01Nm)
𝑆𝑥𝑥: Sección de inercia normalizado (10.72cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real (MPa)
σmax=1273.01
10.72
σmax= 118.75MPa
Cálculo del factor de seguridad real:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (152 MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (118.75MPa)
n: Factor de seguridad real
n=152
118.75
n= 1.28
-Propiedades del material de Titanio
Valores obtenidos del Anexo 5:
Límite elástico: 344 MPa
54
Sy: Límite de fluencia (275 MPa)
Cálculo del esfuerzo máximo teórico:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (275 MPa)
n: Factor de seguridad teórico (1.25)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (MPa)
σmax=275
1.25
σmax= 220MPa
Cálculo de la sección de inercia teórica:
Sxx≥Mmax
σmax
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (220MPa)
Sxx: Sección de inercia teórica (cm3)
Sxx=1273.01
220
Sxx= 5.79𝑐𝑚3
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 7, un valor de sección de inercia
normalizado aproximado al valor obtenido de la sección de inercia teórica, siendo este
un tubo de ∅44,45 x 2,5 con Sxx= 6.55c𝑚3.
Cálculo del esfuerzo máximo real:
σmax=Mmax
Sxx
55
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
Sxx: Sección de inercia normalizado (6.55cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real (MPa)
σmax=1273.01
6.55
σmax= 194.35MPa
Cálculo del factor de seguridad real:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (275 MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (194.35MPa)
n: Factor de seguridad
n=275
194.35
n= 1.41
-Propiedades del material de Fibra de carbono
Valores obtenidos en el Anexo 6:
Límite de tensión: 1200 MPa
Límite elástico: 800 MPa
Sy: Límite de fluencia (1100 MPa)
Cálculo del esfuerzo máximo teórico:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (1100 MPa)
56
n: Factor de seguridad teórico (1.25)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (MPa)
σmax=800
1.25
σmax= 880𝑀𝑃𝑎
Cálculo de la sección de inercia teórica:
Sxx≥Mmax
σmax
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
σmax: Esfuerzo máximo teórico (880MPa)
Sxx: Sección de inercia teórica (cm3)
Sxx=1273.01
880
Sxx= 1.45𝑐𝑚3
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 7, un valor de sección de inercia
normalizado aproximado al valor obtenido de la sección de inercia teórica, siendo este
un tubo ∅25,4 x 2,0 con Sxx= 1.6 c𝑚3.
Cálculo del esfuerzo máximo real:
σmax=Mmax
Sxx
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
Sxx: Sección de inercia normalizado (1.6cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real
σmax=1273.01
1.6
σmax= 795.63MPa
57
Cálculo del factor de seguridad real:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (1100 MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (795.63MPa)
n: Factor de seguridad
n=1100
795.634
n= 1.38
Propiedades mecánicas de diversos materiales (Perfil cuadrado)
-Propiedades del material de Acero LAC ASTM A500
Valores obtenidos en el Anexo 3:
Límite de tensión: 400 MPa0.1
Límite de fluencia: 315 MPa
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 8, un valor de sección de inercia
normalizado Sxx= 6.47c𝑚3, siendo este un tubo cuadrado 30x50x2.5.
Cálculo del esfuerzo máximo real:
σmax=Mmax
Sxx
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
Sxx: Sección de inercia normalizado (6.47cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real (MPa)
σmax=1273.01
6.47
σmax= 196.75MPa
58
Cálculo del factor de seguridad real:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (1100 MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (196.75MPa)
n: Factor de seguridad
n=315
196.75
n= 1.179
-Propiedades del material de Aluminio 6063
Valores obtenidos en el anexo (4):
Límite de tensión: 69 MPa
Límite elástico: 167 MPa
Límite de fluencia: 206 MPa
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 8, un valor de sección de inercia
normalizado Sxx= 10.72c𝑚3, siendo este un tubo cuadrado 40x60x2.5.
Cálculo del esfuerzo máximo real:
σmax=Mmax
Sxx
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
Sxx: Sección de inercia normalizado (10.72cm3)
σmax: Esfuerzo máximo
σmax=1273.01
10.72
σmax= 118.75MPa
59
Cálculo del factor de seguridad real:
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (206MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (118.75MPa)
n: Factor de seguridad
n=206
118.75
n= 1.73
-Propiedades del material de Titanio
Valores obtenidos en el anexo (5):
Límite elástico: 344 MPa
Límite de fluencia: 275 MP
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 8, un valor de sección de inercia
normalizado Sxx= 6.47c𝑚3, siendo este un tubo cuadrado 30x50x2.5.
Cálculo del esfuerzo máximo real:
σmax=Mmax
Sxx
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
Sxx: Sección de inercia normalizado (6.47cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real (MPa)
σmax=1273.01
6.47
σmax= 196.75MPa
Cálculo del factor de seguridad real:
60
σmax=Sy
n
Donde:
Sy: Límite de fluencia (275MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (196.75MPa)
n: Factor de seguridad
n=220
196.75
n= 1.4
-Propiedades del material de Fibra de carbono
Valores obtenidos en el anexo (6):
Límite de tensión: 1200 MPa
Límite elástico: 800 MPa
Límite de fluencia: 1100 MPa
Se procede a revisar en el catálogo del Anexo 8, un valor de sección de inercia
normalizado Sxx= 1.66c𝑚3, siendo este un tubo cuadrado 20x30x1.6.
Cálculo del esfuerzo máximo real:
σmax=Mmax
σmax
Donde:
Mmax: Momento máximo (1273.01Nm)
Sxx: Sección de inercia normalizado (1.66cm3)
σmax: Esfuerzo máximo real (MPa)
σmax=1273.01
1.66
σmax= 766.87MPa
Cálculo del factor de seguridad real:
61
σmax=Sy
n
n=1100
766.87
Donde:
Sy: Límite de fluencia (1100MPa)
σmax: Esfuerzo máximo real (766.87MPa)
n: Factor de seguridad
n= 1.43
3.2.4.2 Selección del material
Después de comparar varios tipos de materiales, propiedades y medidas se optó por
seleccionar la fibra de carbono, pero, por tema de costos, se decidió emplear el acero
LAC ASTM A500 debido que cumple con las características apropiadas en el diseño y
simulación que se realizara.
3.3 Selección del software de diseño
Se utilizó el software Autodesk Inventor 2019 debido a la facilidad que brinda, dicho
programa se encuentra a disposición del alumnado por el tipo de convenio que tiene la
universidad y el fácil acceso para realizar el diseño, como se muestra en la Figura 46.
Figura 46: Software de diseño Autodesk Inventor 2019 (selección de pieza en mm)
62
3.3.1 Modelamiento de la estructura lineal
Para la estructura lineal primero se realiza un boceto en 2D, generado en el plano eje
XZ, el cual dará inicio a un croquis, luego se inserta las medidas y secciones de los
sistemas anclados a la estructura tubular como se muestra en la Figura 47.
Figura 47: Selección de boceto en 2D en el plano XZ
Después de seleccionar el plano al cual se va a realizar la estructura lineal, se procede
con el diseño, las medidas geométricas de la estructura del chasis se establecieron en
el acápite 3.2, sobre el espaciado del habitáculo y medidas generales del vehículo, como
se muestra en la Figura 48.
63
Figura 48: Modelamiento de la estructura lineal
3.3.1.1 Modelamiento de la estructura tubular
Para la creación de los perfiles estructurales, en base a la estructura lineal realizada en
el punto anterior, se procederá a aplicar las propiedades del material LAC ASTM A500,
dando así el modelamiento realizado en software satisfactoriamente como se muestra
en la Figura 49.
Figura 49: Modelamiento de la estructura lineal
64
Teniendo un peso total la estructura de 196.276kg como se muestra en la Figura 50.
Figura 50: Peso total de la estructura
65
3.4 Selección del software de análisis
Se utiliza el software de análisis ANSYS 2019 R1 por un factor económico y fácil acceso
al programa disponible en versión estudiantil, y al conocimiento del manejo del
programa. A continuación, se detalla el procedimiento:
3.4.1 Determinación del tipo de análisis
Teniendo definido la estructura se procede a seleccionar el tipo de análisis al cual será
sometido, para ello se utiliza un tipo de análisis que permita hallar las cargas y realizar
un tipo de mallado permitiendo así tener valores mínimos y máximos que será sometido
mediante una representación gráfica de colores, como se muestra en la Figura 51.
Figura 51: Selección de la herramienta análisis estructural en el software de análisis ANSYS 2019 R1
66
3.4.2. Presentación de la geometría tubular
Es la fijación de la geometría 3D en el espacio de trabajo de la simulación ubicado
correctamente en el origen de coordenadas al cual será analizada la estructura como
se muestra en la Figura 52.
Figura 52: Presentación de la geometría estructural 3D en el software de análisis ANSYS 2019 R1
3.4.3 Determinación de la malla
Para realizar el mallado a toda la estructura ya ubicada dentro del software de análisis,
primero se selecciona un método de auto size (auto tamaño), el cual será aplicado a
toda la estructura, luego se define el tipo de acabado médium (medio) y una transición
de acabado fast (rápida), para finalmente generar la malla teniendo una cantidad de
nodos de 397006 y 396490 elementos como se muestra en la Figura 53.
67
Figura 53: Resultado de malla generada al modelamiento estructural en el software de análisis
68
3.4.4 Determinación de cargas y restricciones
Para la prueba de análisis de nuestra estructura se realizará el método lineal de la
estructura debido que todo está formado por tubería estructural siendo así una
deformación lineal, por ello se va a realizar 3 tipos casos variando la cantidad de nodo
y el número de elementos para nuestras pruebas que se va a realizar más adelante
como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6: Casos de deformación para las pruebas en el diseño
N° NODOS N° ELEMENTOS
CASO 1 397006 396490
CASO 2 533894 748374
CASO 3 777031 156918
Los 3 ejemplos de casos se aplicarán a las siguientes pruebas:
- Determinación de cargas y restricciones para la prueba de flexión:
Permite examinar la conducta del chasis de forma óptima bajo parámetros estáticos, se
realizará el análisis de las cargas con el centro de gravedad y los nodos representativos
al cual se aplicará la carga de diseño dividida en la cantidad de nodos verticales que
serán de color “rojo” con restricciones que serán los soportes fijos representados en
color “morado” como se muestra en la Figura 54.
69
Figura 54: Análisis de flexión en el software de análisis ANSYS 2019 R1
70
- Determinación de cargas y restricciones para la prueba de torsión:
Para realizar el análisis de torsión se genera restricción a toda la zona posterior de la
estructura, aplicando una fuerza en la parte delantera donde se ancla la suspensión,
generando cargas representativas en direcciones opuestas a una determinada distancia
como se muestra en la Figura 55.
Figura 55: Análisis de torsión en el software de análisis ANSYS 2019 R1
71
- Prueba de impacto frontal.
Para esta prueba se aplicará una fuerza de 28239.11N, equivalente a 3 veces la carga
de diseño a la cual será sometida la estructura como se muestra en la Figura 56.
Figura 56: Análisis de impacto frontal en el software de análisis ANSYS 2019 R1
.
72
- Pruebas de impacto lateral.
Para esta prueba se aplicará una fuerza de 18826N, equivalente a 2 veces la carga de
diseño, a la cual será sometida la estructura como se muestra en la Figura 57.
Figura 57: Análisis de impacto lateral en el software de análisis ANSYS 2019 R1
73
- Pruebas de impacto superior.
Para esta prueba se aplicará una fuerza de 23533.09N, equivalente a 2.5 veces más
que la carga de diseño, a la cual será sometida la estructura como se muestra en la
Figura 58.
Figura 58: Análisis de impacto superior en el software de análisis ANSYS 2019 R1
74
CAPÍTULO 4
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se procede analizar el resultado de las cargas y fuerzas producidas en cada parte de la
estructura tubular.
4.1 Ensayo de Flexión
- Prueba de ensayo con 397006 nodos y 396490 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 59.
Figura 59: Prueba de flexión con valores obtenidos
Este ensayo ayuda a evaluar el comportamiento de la estructura mediante esfuerzos y
deformaciones a los que fueron sometidos por una fuerza de 9500N con resultados
representados por una gráfica de colores como: azul mínimo y rojo máximo de dobles,
75
el cual se genera en la estructura para cada situación como se muestra en las Figuras
(60), (61) y (62).
Figura 60: Resultado de la deformación total
76
Figura 61: Resultado del esfuerzo equivalente
77
Figura 62: Resultado de la tensión máxima equivalente
78
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 0.369mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 60, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 25.772MPa de color naranja como se observa en la estructura de la Figura 61, siendo
un valor menor al límite de fluencia del material 290MPa y manteniendo su integridad y
una tensión máxima equivalente entre 0.00011mm/mm de color amarillo como se
observa en la Figura 62.
- Prueba de ensayo con 533899 nodos y 748374 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 63.
Figura 63: Prueba de flexión con valores obtenidos
El resultado obtenido mediante una representación de colores nos permite observar en
que parámetros se encuentra como se muestra en las Figuras (64), (65) y (66):
79
Figura 64: Resultado de la deformación total
80
Figura 65: Resultado del esfuerzo equivalente
81
Figura 66: Resultado de la tensión máxima equivalente
82
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 0.380mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 64, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 31.291MPa de color anaranjado como se observa en la estructura de la Figura 65,
siendo un valor menor al límite de fluencia del material 290MPa y manteniendo su
integridad y una tensión máxima equivalente entre 0.000162mm/mm de color
anaranjado como se observa en la Figura 66.
- Prueba de ensayo con 777031 nodos y 748374 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 67.
Figura 67: Prueba de flexión con valores obtenidos
El resultado obtenido mediante una representación de colores nos permite observar en
que parámetros se encuentra como se muestra en las Figuras (68), (69) y (70):
83
Figura 68: Resultado de la deformación total
84
Figura 69: Resultado del esfuerzo equivalente
85
Figura 70: Resultado de la tensión máxima equivalente
86
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 0.39mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 68, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 75,7MPa de color azul como se observa en la estructura de la Figura 69, siendo un
valor menor al límite de fluencia del material de 290MPa y manteniendo su integridad y
una tensión máxima equivalente entre 0.51mm/m del mismo color azul como se observa
en la Figura 70.
4.2 Ensayo de Torsión
- Prueba de ensayo con 397006 nodos y 396490 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 71.
Figura 71: Prueba de torsión con valor obtenidos
El resultado obtenido mediante una representación de colores nos permite observar en
que parámetros se encuentra, como se muestra en las Figuras (72), (73) y (74):
87
Figura 72: Resultado de la deformación total
88
Figura 73: Resultado del esfuerzo equivalente
89
Figura 74: Resultado de la tensión máxima equivalente
90
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.10mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 72, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 161.17MPa de color ¨verde¨ cómo se observa en la estructura mostrada en la Figura
73, siendo un valor menor al límite elástico del material de 290MPa y manteniendo su
integridad y una tensión máxima equivalente entre 0.00080mm/mm de color celeste l¨
cómo se observa en la Figura 74.
- Prueba de ensayo con 533899 nodos y 748374 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 75.
Figura 75: Prueba de torsión con valores obtenidos
El resultado obtenido mediante una representación de colores nos permite observar en
que parámetros se encuentra, como se muestra en las Figuras (76), (77) y (78):
91
Figura 76: Resultado de la deformación total
92
Figura 77: Resultado del esfuerzo equivalente
93
Figura 78: Resultado de la tensión máxima equivalente
94
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.30mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 76, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 127.11MPa de color ¨verde¨ cómo se observa en la estructura mostrada en la Figura
77, siendo un valor menor al límite elástico del material de 290MPa y manteniendo su
integridad y una tensión máxima equivalente entre 0.00063mm/mm de color celeste l¨
cómo se observa en la Figura 78.
- Prueba de ensayo con 777031 nodos y 156918 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 79.
Figura 79: Prueba de torsión con valor obtenidos
El resultado obtenido mediante una representación de colores nos permite observar en
que parámetros se encuentra como se muestra en las Figuras (80), (81) y (82):
95
Figura 80: Resultado de la deformación total
96
Figura 81: Resultado del esfuerzo equivalente
97
Figura 82: Resultado de la tensión máxima equivalente
98
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.44mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 80, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 137,86MPa de color ¨azul¨ cómo se observa en la estructura mostrada en la Figura
81, siendo un valor menor al límite elástico del material de 320MPa y manteniendo su
integridad y una tensión máxima equivalente entre 0.69mm/m del mismo color ¨azul¨
cómo se observa en la Figura 82.
4.3 Ensayo de Impacto Frontal
- Prueba de ensayo con 397006 nodos y 396490 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 83.
Figura 83: Prueba de impacto frontal con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 28239.11N, como se muestra en las Figuras
(84), (85) y (86):
99
Figura 84: Resultado de la deformación total
100
Figura 85: Resultado del esfuerzo equivalente
101
Figura 86: Resultado de la tensión máxima equivalente
102
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 5.38mm
en el eje “z” como se muestra en la Figura 84, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 131.9MPa de color ̈ celeste¨ cómo se observa en la estructura de la Figura 85, siendo
un valor menor al límite de tensión del material de 400MPa y manteniendo su integridad
y una tensión máxima equivalente de 0.00066mm/m de color ¨celeste¨ cómo se observa
en la Figura 86.
- Prueba de ensayo con 533899 nodos y 748374 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 87.
Figura 87: Prueba de impacto frontal con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 28239.11N, como se muestra en las Figuras
(87), (88) y (89):
103
Figura 87: Resultado de la deformación total
104
Figura 88: Resultado del esfuerzo equivalente
105
Figura 89: Resultado de la tensión máxima equivalente
106
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 5.38mm
en el eje “z” como se muestra en la Figura 87, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 131.9MPa de color ̈ celeste¨ cómo se observa en la estructura de la Figura 88, siendo
un valor menor al límite de tensión del material de 400MPa y manteniendo su integridad
y una tensión máxima equivalente de 0.00085mm/m de color ¨celeste¨ cómo se observa
en la Figura 89.
- Prueba de ensayo con 777031 nodos y 156918 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 90.
Figura 90: Prueba de impacto frontal con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 28239.11N, como se muestra en las Figuras
(91), (92) y (93):
107
Figura 91: Resultado de la deformación total
108
Figura 92: Resultado del esfuerzo equivalente
109
Figura 93: Resultado de la tensión máxima equivalente
110
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.44mm
en el eje “X” como se muestra en la Figura 91, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 324MPa de color ¨azul¨ cómo se observa en la estructura de la Figura 92, siendo un
valor menor al límite de tensión del material de 400MPa y manteniendo su integridad y
una tensión máxima equivalente de 1.62mm/m del mismo color ¨azul¨ cómo se observa
en la Figura 93.
4.4 Ensayo de Impacto Lateral
- Prueba de ensayo con 397006 nodos y 396490 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 94.
Figura 94: Prueba de impacto lateral con valor obtenidos
Los resultados que fueron obtenidos con un impacto de 18826N, como se muestra en
las Figuras (95), (96) y (97).
111
Figura 95: Resultado de la deformación total
112
Figura 96: Resultado del esfuerzo equivalente
113
Figura 97: Resultado de la tensión máxima equivalente
114
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.37mm
en el eje “Y” como se muestra en la Figura 95, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 150MPa de color ¨anaranjado¨ cómo se observa en la estructura de la Figura 96,
siendo un valor menor al límite de tensión del material de 400MPa y manteniendo su
integridad y una tensión máxima equivalente de 0.00078mm/m de color ¨anaranjado¨
cómo se observa en la Figura 97.
- Prueba de ensayo con 533899 nodos y 748374 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura 98.
Figura 98: Prueba de impacto lateral con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 18826N, como se muestra en las siguientes
Figuras (99), (100) y (101).
115
Figura 99: Resultado de la deformación total
116
Figura 100: Resultado del esfuerzo equivalente
117
Figura 101: Resultado de la tensión máxima equivalente
118
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.42mm
en el eje “Y” como se muestra en la Figura 99, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 164.36MPa de color ¨verde claro¨ cómo se observa en la estructura de la Figura 100,
siendo un valor menor al límite de tensión del material de 400MPa y manteniendo su
integridad y una tensión máxima equivalente de 0.00086mm/m de color ¨verde¨ cómo
se observa en la Figura 101.
- Prueba de ensayo con 777031 nodos y 156918 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura
102.
Figura 102: Prueba de impacto lateral con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 18826N, como se muestra en las Figuras
(103), (104) y (105):
119
Figura 103: Resultado de la deformación total
120
Figura 104: Resultado del esfuerzo equivalente
121
Figura 105: Resultado de la tensión máxima equivalente
122
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.44mm
en el eje “Y” como se muestra en la Figura 103, con un esfuerzo equivalente Von Mises
de 33MPa de color ¨azul¨ cómo se observa en la estructura de la Figura 104, siendo un
valor menor al límite de tensión del material de 400MPa y manteniendo su integridad y
una tensión máxima equivalente de 0.44mm/m del mismo color ¨azul¨ cómo se observa
en la Figura 105.
4.5 Ensayo de impacto superior
- Prueba de ensayo con 397006 nodos y 396490 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura
106.
Figura 106: Prueba de flexión con valor obtenidos
Los resultados que fueron obtenidos con un impacto de 23533.09N, como se muestra
en la Figura (107), (108) y (109).
123
Figura 107: Resultado de la deformación total
124
Figura 108: Resultado del esfuerzo equivalente
125
Figura 109: Resultado de la tensión máxima equivalente
126
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 5.289mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 107, con un esfuerzo equivalente Von
Mises de 347MPa de color ¨celeste¨ cómo se observa en la parte superior de la
estructura en la Figura 108, siendo un valor menor al límite de tensión del material de
400MPa y manteniendo su integridad y una tensión máxima equivalente de
0.000200mm/m del mismo color ¨celeste¨ cómo se observa en la Figura 109.
- Prueba de ensayo con 533899 nodos y 748374 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura
110.
Figura 110: Prueba de impacto lateral con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 23533.09N, como se muestra en las Figuras
(111), (112) y (113):
127
Figura 111: Resultado de la deformación total
128
Figura 112: Resultado del esfuerzo equivalente
129
Figura 113: Resultado de la tensión máxima equivalente
130
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 5.50mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 111, con un esfuerzo equivalente Von
Mises de 367.78MPa de color ¨celeste¨ cómo se observa en la parte superior de la
estructura en la Figura 112, siendo un valor menor al límite de tensión del material de
400MPa y manteniendo su integridad y una tensión máxima equivalente de
0.00188mm/mm del mismo color ¨anaranjado¨ cómo se observa en la Figura 113.
- Prueba de ensayo con 777031 nodos y 156918 elementos
En esta prueba se tomará en cuenta el valor obtenido como se muestra en la Figura
114.
Figura 114: Prueba de impacto superior con valor obtenidos
Los resultados obtenidos con un impacto de 23533.09N, como se muestra en las Figuras
(115), (116) y (117):
131
Figura 115: Resultado de la deformación total
132
Figura 116: Resultado del esfuerzo equivalente
133
Figura 117: Resultado de la tensión máxima equivalente
134
- Los resultados obtenidos bajo la fuerza a la cual fue sometida la estructura, teniendo
como base la carga de diseño mediante nodos con una deformación total de 2.44mm
sobre el eje “Z” como se muestra en la Figura 115, con un esfuerzo equivalente Von
Mises de 245MPa de color ¨celeste¨ cómo se observa en la parte superior de la
estructura en la Figura 116, siendo un valor menor al límite de tensión del material de
400MPa y manteniendo su integridad y una tensión máxima equivalente de 1.25mm/m
del mismo color ¨celeste¨ cómo se observa en la Figura 117.
Después de obtener el resultado para cada ensayo se realiza una tabla comparando los
valores como se muestra en las Tablas (7), (8), (9):
Tabla 7: Caso 1: 397006 NODOS, 396490 ELEMENTOS
Caso 1: 397006 NODOS, 396490 ELEMENTOS
Deformación total
(mm)
Estrés equivalente
Von Mises MPa
Tensión máxima
equivalente mm/mm
FLEXION 0.369 25.772 0.00011
TORSION 2.10 161.17 0.00080
IMPACTO FRONTAL 5.38 131.9 0.00066
IMPACTO LATERAL 2.376 150 0.00078
IMPACTO SUPERIOR 5.289 3.47.68 0.00200
Tabla 8: Caso 2: 533899NODOS, 748374 ELEMENTOS
Caso 2: 533899NODOS, 748374 ELEMENTOS
Deformación total
(mm)
Estrés equivalente
Von Mises MPa
Tensión máxima
equivalente mm/mm
FLEXION 0.38 31.291 0.001625
TORSION 2.30 127.11 0.00063
IMPACTO FRONTAL 5.38 131.9 0.00085
IMPACTO LATERAL 2.42 164.36 0.00086
IMPACTO SUPERIOR 5.50 367.78 0.00188
135
Tabla 9: Caso 3: 777031NODOS, 156918 ELEMENTOS
Caso 3: 777031NODOS, 156918 ELEMENTOS
Deformación total
(mm)
Estrés equivalente
Von Mises MPa
Tensión máxima
equivalente mm/mm
FLEXION 0.39 75.7 0.00051
TORSION 2.44 137.86 0.000.69
IMPACTO FRONTAL 2.44 324 0.00162
IMPACTO LATERAL 2.44 33 0.00044
IMPACTO SUPERIOR 2.44 2.45 0.00125
El resultado obtenido de las Tablas (7), (8) y (9) nos muestra que ninguno sobrepasa al
límite de tensión y límite de fluencia y al utilizar 777031 nodos y 156918 elementos, la
variación de deformidad total se mantiene constante teniendo resultados favorables.
136
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
1. Se diseñó y analizó la estructura del chasis de un vehículo buggy biplaza todo
terreno de uso turístico con resultados favorables.
2. Se determinaron los parámetros iniciales: 6867N de peso en los sistemas
montados en el chasis y una distribución de peso: 52% en el eje posterior y 48%
en el eje delantero. Además, el espaciado del habitáculo para dos personas es
de 1.70m de estatura.
3. Se determinaron las medidas geométricas del vehículo buggy biplaza, distancia
entre ejes: 2.20m, largo: 2.80m, ancho: 1.20m, alto: 1.15m, así como el material
seleccionado fue el acero LAC ASTM A500, debido a sus propiedades
mecánicas tales como límite de tensión: 400MPa y límite de fluencia: 290MPa.
4. Se realizó el modelamiento de la estructura tubular del chasis de un vehículo
buggy biplaza mediante el software Autodesk inventor, con las medidas del
material LAC ASTM A500 de sección circular: 38.1mm y espesor: 3.2mm,
valores obtenidos del catálogo que se adjunta en el Anexo 3.
5. Se simuló la estructura del chasis del vehículo buggy biplaza mediante el
software de análisis computacional ANSYS obteniendo los siguientes resultados
ante una deformación: ensayo de flexión: 0.39 mm, ensayo de torsión: 2.44mm,
impacto frontal: 2.44mm, impacto lateral: 2.44mm e impacto superior: 2.44mm,
con resultados favorables.
137
RECOMENDACIONES
1. Se recomienda emplear otro software de analisis mas sofisticado para optimizar la
geometria que permita evaluar e identificar el comportamiento y deformacion de la
estructuctura tubular del vehículo.
2. Se recomienda utilizar los cálculos y resultados obtenidos para evaluar el tipo de
material aplicado a la estructura del vehículo para la disminución de peso y mejorar la
ergonomía del habitaculo.
138
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142
ANEXOS
Anexo 1:
Anexo 2: Glosario
1- Buggy: Vehículo diseñado para deporte, turismo o trabajo de campo, por lo
normal es conducido en las dunas.
2- Bache: Hoyo o desnivel del pavimento de calles, carreteras o camino.
3- Boceto: Es un ensayo o esquema en el cual solo se traza lo principal de una obra
artística o algún tema.
4- Chasis: Encargado de soportar los sistemas que conforman el vehículo y
salvaguardar la vida de los ocupantes dentro de ella ante un accidente.
5- Colisión: Situación en la cual dos o más cuerpos chocan por encontrarse en el
mismo camino, al menos uno de los cuerpos se encuentra en movimiento.
6- Cargas: Fuerza ejercida sobre una superficie.
7- Dunas: Aglomeración de arena en zonas desérticas.
8- Nodo: Punto de intersección, conexión o unión de elementos en un mismo lugar.
Anexo 3: Catalogo Aceros Arequipa tubo LAC ASTM A500
Anexo 4: Catalogo del aluminio 6063
Anexo 5: Propiedades del Titanio
Anexo 6: Propiedades de la Fibra de Carbono (tubo)
Anexo 7: Dimensionamiento del tubo redondo
Anexo 8: Dimensionamiento del tubo cuadrado
Anexo 9: Planos