MODELADO Y ANÁLISIS EN ANSYS DE MASA SEPARADORA PARA RIN DE VEHÍCULO DE RALLY MODIFICADO.

Mendoza Manriquez Adriana (ITESI), Razón González Juan Pablo (ITESI).

RESUMEN El motivo por el cual se realizó este proyecto surgió de la necesidad de solucionar un problema que se encontraba en un vehículo de alto rendimiento, pues fueron modificados su motor, suspensión y frenos para obtener mayor desempeño y de esta manera ser utilizado en carreras de tipo rally. Se propuso una masa separadora para aumentar la distancia neumático-resorte. Se realizó el análisis estructural de la pieza con la ayuda del software Ansys que trabaja a base del método de elemento finito. Se realizaron varias corridas cambiando el tamaño de los elementos con valores comprendidos entre 3 como tamaño mínimo y 10 como tamaño máximo. Todos los esfuerzos que se obtuvieron son positivos, por lo tanto presentan un esfuerzo de tensión. INTRODUCCIÓN El presente proyecto fue desarrollado en el Instituto Tecnológico Superior de Irapuato (ITESI), a partir de las necesidades específicas de un vehículo automotor. El motivo para realizar esta iniciativa surge de la necesidad de solucionar un problema que se encontraba en un vehículo de alto rendimiento, pues fueron modificados su motor, suspensión y frenos para obtener mayor desempeño y de esta manera ser utilizado en carreras de tipo rally. Al montar las llantas delanteras en este automóvil modificado, estos elementos neumáticos tenían contacto con el resorte del cuerpo de amortiguación, lo que provocaba que la fricción desgastara la llanta hasta hacerla reventar. Siendo imposible desplazar el amortiguador del auto hacia adentro por ser parte fija de la composición del vehículo, se optó por alejar las llantas delanteras a una mayor distancia entre centros., lo que sugiere una solución poco común y de alto coste económico, y de la poca oferta existente en el mercado, que hace que solucionar

este conflicto de manera tradicional sea por más arriesgado e ineficiente. Se propuso una masa separadora para aumentar la distancia neumático-resorte. Se realizó el análisis estructural de la pieza con la ayuda del software Ansys que trabaja a base del método de elemento finito. OBJETIVO Objetivo general: Llevar a cabo la fabricación de una masa separadora, la cual sea de fácil fijación al automóvil, resista los esfuerzos de torsión así como los esfuerzos derivados por el ciclo de fatiga debida a las vibraciones, mejorando la funcionalidad e incrementando la confiabilidad mecánica del vehículo. Objetivos específicos:

Realizar el diseño conceptual de la masa separadora.

Efectuar el análisis de esfuerzos a partir de software especializado en el método de elemento finito.

Manufacturar la pieza, dar acabado superficial y tratamiento térmico específico para las necesidades del vehículo.

MATERIAL Y MÉTODOS El drafting es el plano detallado y de trabajo que se utiliza a la hora de manufacturar la pieza, en él se encuentran todas las geometrías y requerimientos particulares del objeto a ser trabajado, de esta manera el operador tendrá el conocimiento necesario con respecto a cómo maquinar el trabajo para que cumpla con las necesidades y requerimientos.

MODELADO Y ANÁLISIS EN ANSYS DE MASA SEPARADORA PARA RIN DE VEHÍCULO DE RALLY MODIFICADO.

Mendoza Manriquez Adriana (ITESI), Razón González Juan Pablo (ITESI).

Figura 1. Vistas de la masa separadora rin-

neumático.

Figura 2. Dibujos de fabricación de la masa

separadora del sistema rin-neumático.

Se realizó el modelado en CATIA y se exporto al programa ANSYS para realizar el análisis. Se selecciona el tipo de análisis, en este caso estructural. Se introducen los datos del material, que son un módulo de elasticidad de 210 GPa y un módulo de Poisson de 0.33. A partir de estos datos el software realizará iteraciones más precisas de acuerdo a las propiedades del material. Sobre el dibujo se aplican las restricciones de movimiento y las cargas a las que será sometido el elemento; esto es sujetarlo de los barrenos de sujeción y que no exista movimiento, y aplicar un movimiento torsional (175 Nm) a la placa de apoyo, que hará girar la pieza de los barrenos de transmisión, obteniendo así el comportamiento simulado más preciso. Una vez colocadas las cargas y restricciones se procede a realizar el

mallado, en el cual, de acuerdo al refinamiento de la malla, se determina el número de elementos a los que se aplicara el cálculo de elemento finito. Visto de otro modo, es el número de elementos que componen nuestra matriz de cálculo de esfuerzos. El tiempo y la precisión de los cálculos dependen del refinamiento de la malla y por consiguiente del número de elementos y cálculos que debe realizar el software. Un refinamiento especial es sugerido para áreas con cambios de sección o geometría, en donde se requiere un barrido de malla con una mayor cantidad de elementos para suavizar las imperfecciones y darle más confiabilidad a los cálculos. Se llevaron a cabo 3 tipos de mallado con tamaños de 3, 5 y 10. RESULTADOS Mallado 3

El desplazamiento mínimo que se observa en esta figura es de color azul, el cual tiene un valor de 0.001217mm y las zonas de color rojo, son las de mayor desplazamiento con un valor de 0.10949mm.

Los esfuerzos en los nodos son mínimos, debido a que se hace un promedio entre los elementos que están alrededor de cada nodo. Los valores que se muestran son los de color azul

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Mendoza Manriquez Adriana (ITESI), Razón González Juan Pablo (ITESI).

marino de 13.6947N/m2 y azul cielo de 41.0842N/m2.

Los esfuerzos en los elementos son mayores debido a que se toma el volar de cada uno de ellos. El área sombreada de azul marino tiene un valor de 15.7019N/m2 y el área de azul cielo tiene un valor de 47.1017N/m2. Malla 5

El desplazamiento mínimo que se observa en esta figura es el área sombreada de color azul con un valor de 0.559578mm y el área de mayor desplazamiento es la de color rojo con un valor de 5. 0362mm.

El esfuerzo observado en los nodos es mínimo con un valor en el área azul marino de 5598.46N/m2 y el valor del área azul cielo es de 16795.4N/m2.

El esfuerzo que se obtuvo en este tipo de elemento fueron los siguientes: en el área de color azul marino 6445.86N/m2 y el área de color azul cielo es de 19337.4N/m2. CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN Se realizaron varias corridas cambiando el tamaño de elemento llegando a un máximo de elemento 10. Este no se incluyó aquí porque se observó que entre más pequeño sea el número de elemento los valores de los esfuerzos se encuentra el punto de convergencia. Todos los esfuerzos que se obtuvieron son positivos, de acuerdo a la teoría de Von Mises se aplica una carga a un material dúctil y no pasa su zona plástica y solo llegan a una zona elástica como es el caso, el material presentan un esfuerzo de tensión. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ThyssenKrupp Aceros y Servicios S.A. “Catálogo Comercial” México.

2. Autos Tuning en México “Pruebas de automóvil” 2014, México.

3. Dassault Systèmes “Criterio de máxima tensión de von Mises” 2010.

4. Dassault Systèmes “CATIA: Part Design” 2004, México.

5. Tirupathi R. Chandrupatla, Ashok D. Belegundu “Introducción al Estudio del Elemento Finito en Ingeniería” 1999.