MEMORIAS DEL XIX CONGRESO INTERNACIONAL …somim.org.mx/memorias/memorias2013/pdfs/A6/A6_174.pdf ·...

1

MEMORIAS DEL XIX CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 25 al 27 DE SEPTIEMBRE, 2013 PACHUCA, HIDALGO, MXICO

OPTIMIZACIN ESTRUCTURAL DE UN VEHCULO MANUAL EMPLEANDO ALGORITMOS GENTICOS Y MEF

1Oscar Ignacio Zavala Martnez, 1Pedro de J. Garca Zugasti, 1Jaime S. Ayala Dorantes, 2Carlos Eusebio Mar Orozco

1Instituto Tecnolgico de San Luis Potos. Av. Tecnolgico s/n Soledad de Graciano Snchez, S.L.P. Tel 01 444 8047610

2Instituto Tecnolgico Superior de Tantoyuca. Desv. Lindero Tametate S/N Col. La Morita Tantoyuca, Ver. Tel 01 789 8931552

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Palabras clave: Optimizacin, Algoritmos genticos, Mtodo del elemento finito (MEF), Elemento lineal, Elemento Hexadrico, Marco rgido.

RESUMEN En este trabajo se presenta la optimizacin de la

estructura de un vehculo manual de carga empleando algoritmos genticos y el mtodo del elemento finito. Para el anlisis de la estructura, fueron considerados los criterios de rigidez, las propiedades mecnicas y las normas de ergonoma y diseo. Se muestran los resultados obtenidos de la optimizacin de la seccin transversal tipo C de la estructura del vehculo. Para verificar y validar los resultados de la optimizacin se utiliz el anlisis y simulacin por MEF.

ABSTRACT

This paper presents a study to show the structure optimization of a loading vehicle . The genetic algorithms method and the finite element method was used to analyze the structure vehicle. The stiffness criteria, mechanical properties, guidelines ergonomics and design standards were considered to the study. The optimization results of the vehicle C cross section structure are showed with the validation and verification results using the FEM analysis and simulation.

NOMENCLATURA F Fuerzas Aplicadas Deformaciones Unitarias VM Esfuerzo de Von Mises Y Esfuerzo de fluencia xi Variables de Diseo

xL

k Lmite inferior x

k Valor medio

xU

k Lmite superior bm Representacin de no. Binario pi Precisin m Bits b Longitud del ala h Altura del alma e Espesor del perfil

INTRODUCCIN Hoy en da la Industria Metal-Mecnica est regida

por la cultura de la Calidad, aplicndose estrictas normas de calidad con la finalidad de satisfacer adecuadamente las necesidades as como los requerimientos de sus clientes. Por tal motivo dentro de estas empresas se establecen distintos mecanismos para supervisar y controlar estrictamente todas sus operaciones. Un ejemplo de ello es realizar de manera eficiente y segura la manipulacin de materias primas, productos terminados, desechos slidos, etc. Por otra parte dada la necesidad de transportar las materias primas desde el almacn hasta las reas de produccin y producto terminado, se requiere del manejo seguro con los equipos adecuados, vehculos motrices y herramientas que satisfagan las exigencias particulares de cada empresa.

El presente trabajo de investigacin se enfoca a la optimizacin estructural de los vehculos manuales de carga cuya caracterstica es presentar seguridad y confiabilidad, cumpliendo de esta manera las exigencias particulares de cada empresa, tomando en cuenta la Norma Mexicana NOM-006-STPS-2000 acerca del Manejo y almacenamiento de materiales-condiciones y procedimientos de seguridad, que establece la capacidad humana permisible para el transporte de carga con estos vehculos.

Para lograr la optimizacin estructural del vehculo manual de carga se emplearon la tcnica de optimizacin de los Algoritmos Genticos y el Mtodo del Elemento Finito (MEF) en las etapas de anlisis y verificacin de resultados, as se verificar que las propuestas analizadas cumplan con las normas establecidas en el diseo de dichos vehculos. VEHCULO MANUAL DE CARGA

Son diversas las herramientas que se utilizan en el manejo de materiales para que permitan que el hombre mueva objetos pesados, los desplace ms aprisa, o lo haga con menos esfuerzo. Estas herramientas aprovechan las

ISBN 978-607-95309-9-0 Pgina | 1444 Derechos Reservados 2013, SOMIM

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

2

ventajas mecnicas de la palanca o el plano inclinado, valindose de dispositivos tales como la rueda y su eje. Estos aparatos y herramientas permiten que el hombre mueva o levante objetos que, de otro modo, no podra mover. Estos equipos y herramientas deben estar debidamente diseados y construidos, y se les tiene que usar y mantener adecuadamente. [1]

Tipos

Existen diferentes clases de equipo manual que se utilizan en el manejo de materiales. Los descritos a continuacin son los equipos manuales que comnmente ms se utilizan: [1]

Carretillas de una rueda

Plataformas de bastidor

Carretillas de dos ruedas

Carretilla para tambores

Carretilla de volteo para garrafones

Carretilla para cilindros

Carretilla manual de plataforma

Plataforma semimvil

En el presente trabajo se analizar nicamente los vehculos manuales de plataforma, como el que se muestra en la Fig. 1, ya que cuentan con una gran aplicacin en el transporte de materiales.

Fig. 1. Vehculo Manual del tipo Plataforma.

MTODO DEL ELEMENTO FINITO

Para efectuar los anlisis del presente trabajo por el Mtodo del elemento finito se emplearon dos diferentes elementos de discretizacin, esto debido a la naturaleza de la estructura, siendo tales elementos los conocidos como hexadricos (8 nodos) y elementos isoparamtricos (4 nodos). Elemento Hexadrico (8 Nodos)

El elemento lineal [2] de 8 nodos tambin conocido como Elemento Hexadrico (ver Fig. 2), es uno de los elementos fundamentales para el desarrollo del Mtodo del Elemento Finito, consiste en un cuerpo de forma cbica cuyos 8 vrtices representan los 8 nodos del elemento, significando ello 3 grados de libertad por cada nodo y por consiguiente 24 grados de libertad por cada elemento lineal al ser generados en el mallado.

Fig. 2. Elemento lineal.

En base al desarrollo terico del principio de

energa potencial o Enfoque de Galerkin [2] es posible desarrollar la matriz de rigidez k

e de cada elemento, la

cual es conformada por una matriz de 24 24, tal como se muestra en la siguiente ecuacin.

(1) De esta manera se puede determinar los desplazamientos generados por la situacin de carga, mediante la siguiente ecuacin matricial global: [3]

{K} [Q] = [F] (2)

Elemento isoparamtrico (4 Nodos) Los elementos isoparamtricos de 4 nodos [2] son empleados en anlisis de casos bidimensionales y tridimensionales de ingeniera (ver Fig. 3). Tal elemento se conforma por 8 grados de libertad los cuales estn considerados en cada vrtice del elemento (dos grados de libertad por vrtice).

Fig. 3. Elemento isoparamtrico de cuatro nodos.

La matriz de rigidez para el elemento

isoparamtrico de 4 nodos puede obtenerse de la energa de deformacin unitaria en el cuerpo dada por la siguiente ecuacin. [3]


3

Esfuerzo de Von Mises

El esfuerzo de Von Mises se usa como un criterio [3] para determinar la aparicin de una falla en materiales dctiles. El criterio de falla establece que el esfuerzo de Von Mises (VM) debe ser menor que el esfuerzo de fluencia (Y) del material. En forma de desigualdad, el criterio puede escribirse como

VM Y (4) Mediante la Teora de la Mxima Energa de Distorsin [4] (esfuerzos de Von Mises) obtenemos:

ALGORITMOS GENTICOS

Los algoritmos genticos [5] son estrategias de bsqueda basadas en las reglas de la gentica evolutiva. Los algoritmos genticos han sido usados para solucionar una variedad de problemas de diseo estructural. La idea principal de los algoritmos genticos es simular la conducta de la seleccin natural evolutiva.

Los algoritmos genticos estn reconocidos como distintos de las diversas tcnicas tradicionales de optimizacin [6], mostrndose enseguida 4 caractersticas particulares:

1. Los algoritmos genticos trabajan con un cdigo de las variables de diseo y parmetros en el problema, en vez de los parmetros actuales.

2. Los algoritmos genticos hacen uso de bsquedas de tipo poblacional. Muchos puntos diferentes de diseo son evaluados durante cada iteracin en lugar de hacer movimientos secuenciales de un punto a otro.

3. Los algoritmos genticos solo necesitan una funcin objetivo o de rigidez. No se necesita realizar derivaciones u obtener gradientes.

4. Los algoritmos genticos usan reglas probabilsticas de transicin para encontrar nuevos puntos de diseo para exploracin en vez de usar reglas determinsticas basadas en informacin de gradientes para encontrar nuevos puntos.

La estructura bsica para el desarrollo de los algoritmos genticos es la que se muestra en la Fig. 4: [5]

Fig. 4. Flujo en un simple Algoritmo Gentico.

El algoritmo bsico

Los algoritmos genticos son usados para solucionar los siguientes problemas: Minimizar: f (x) (6) Sujeto a: x

Lk x

k x

Uk k = 1, 2, .., n (7)

Codificacin y decodificacin binaria de variables de diseo

La codificacin binaria es la va ms fcil de codificar las variables de diseo. Un nmero binario es representado como (bm . b1 b0)2 donde bi esta entre 0 y 1. Por lo tanto tenemos (bm b1 b0)2 = (2

0 b0 + 2

1b1 +...2

mbm)10 (8)

Variables continuas de diseo Una variables de diseo xi esta entre x

Li y x

Ui. Note

que xi es un numero decimal. Si m bits estn disponibles para representar xi, luego la precisin pi con el cul el nmero es representado, es dado por

pi = x

Ui - x

Li (9)

2m 1

Donde m son los bits, y el rango de valores entre

xL

i y xU

i es dividido por 2m 1.

La decodificacin es obtenida usando

(3)


4

x = x

L + p (bm . b1 b0)2 (10)

Variables enteras de diseo Con variables enteras de diseo, previamente se observo con la ec. (9), con la precisin p y calculando el nmero ms pequeo de bits requerido para conseguir la precisin. Usando m = log (x

Ui - x

Li + 1)/log (2) (11)

2m 1 = x

Ui - x

Li (12)

p Formulacin de los problemas

Los algoritmos genticos fueron desarrollados para abordar los problemas de optimizacin sin restricciones. Sin embargo, como se ha mencionado antes, la gran mayora de problemas de ingeniera y diseo estructural son problemas de optimizacin con restricciones [5]. El acercamiento estndar es transformar el problema original con restricciones a uno sin restricciones, por lo tanto:

Encontrar: x Minimizar:

l

f (x) = f (x) + ci max (0, gi) + cj | hj | (13)

i = 1

Sujeto a: xL

k x k x

Uk , k = 1, 2, .. , n

Donde ci y cj son parmetros de penalizacin. La

seleccin de los pesos apropiados de la penalizacin ci y cj son siempre igual de problemticos que en los esquemas tradicionales de Problemas de Programacin No lineal. Tpicamente, un valor largo es usado inicialmente para estos parmetros. Estos valores son luego reducidos a medida que las iteraciones del diseo continan. EXIGENCIAS EN EL DESARROLLO DE VEHCULOS MANUALES DE CARGA

Se establecen exigencias de acuerdo a la finalidad que van a desempear dichos vehculos, considerando que debern cumplir de manera exitosa todas sus funciones tales como su principio de funcionamiento, su proceso de manufactura, el desarrollo de su operacin, su fcil manipulacin, su fcil acceso para su limpieza y/o mantenimiento requerido. Ya establecidas estas exigencias, el vehculo tambin deber ser diseado bajo ciertos lineamientos dictaminados por instituciones normativas. Por tal motivo se estableci para tal efecto hacer referencia a la norma NOM-006-STPS-2000, Manejo y almacenamiento de materiales-condiciones y procedimientos de seguridad, que en su apartado 8.5g menciona: la carga que sea mayor de 2000 N, con el empleo de diablos, carretillas o patines, se realice al menos con dos trabajadores. [7]

De esta manera se establece la lista de especificaciones para desarrollar el vehculo manual de carga, como se muestra a continuacin.

1. Capacidad mxima de carga: 4000 N 2. Cantidad mnima de Rodajas: 4 Rodajas 3. Ancho mnimo requerido del vehculo: 1000 mm 4. Largo mnimo requerido del vehculo: 1000 mm

La magnitud asignada a la dimensin del ancho mnimo requerido del vehculo es propuesto a partir de aspectos antropomtricos, ya que dicho vehculo ser operado como mximo por 2 personas, por lo tanto se considera que la longitud del ancho del vehculo ser de acuerdo a la longitud medida de hombro a hombro en un hombre promedio, la cual es de 450 mm [8], por lo que se estableci como el valor de 1000 mm en el ancho del vehculo. ANLISIS ESTTICO DEL VEHCULO MANUAL

DE CARGA Se realizar el anlisis esttico del vehculo el cual

determinar la magnitud de la fuerza con la cual cambie su estado de reposo y tambin se determinar la magnitud de la fuerza con la cual se mantenga en estado de movimiento constante. Para ello se considerarn todas las cargas que impidan al vehculo realizar el movimiento lineal en el plano, como la friccin esttica, la resistencia a la rodadura, etc. De igual forma se consideran las fuerzas conocidas que se encuentren en el sistema como la carga mxima con la cual se podr operar el vehculo. A continuacin se muestra el diagrama de cuerpo libre del vehculo.

Fig. 5. Diagrama de cuerpo libre del Vehculo manual

con carga (Acotacin en mm). Realizando el anlisis esttico respectivo se determina la fuerza F de 600 N, esto indica la fuerza requerida para poder romper el estado de reposo del sistema. Tambin se determina la fuerza con la cual se mantenga en estado de movimiento constante el vehculo, la cual es de 27 N. Bajo estas consideraciones de cargas se contempla realizar los anlisis consecutivos al vehculo manual de carga.


5

EVALUACIN DEL VEHCULO MANUAL DE CARGA POR EL MTODO DEL ELEMENTO FINITO (MEF)

Primeramente se establece la forma estructural del vehculo manual de carga, empleando para ello la metodologa de diseo bajo los criterios de bsqueda de conformacin del vehculo. Los resultados obtenidos describen un marco rgido con una superficie la cual cuenta con 4 rodajas, tal como se ilustra en la Fig. 6.

Fig. 6. Modelo del Vehculo Manual de Carga.

A partir de un anlisis esttico se obtienen las dimensiones y la forma del perfil, con ello se seleccion un perfil estructural tipo c con las siguientes dimensiones: 76.2 mm de altura en el alma, 34.93 mm de longitud en el ala y 4.76 mm de espesor como se muestra en la Fig. 7. Como material para el marco rgido se seleccion acero ASTM A36 considerando al material para su anlisis como isotrpico. De la misma manera se seleccion una madera contrachapada para la parte de la plataforma la cual fue considerada como un material ortotrpico para su estudio.

Fig. 7. Perfil c seleccionado (Acotacin en mm).

Bajo estos lineamientos se realiza el modelo del vehculo manual de carga con las propiedades fsicas y mecnicas ya mencionadas, tal como lo ilustra la Fig. 7, tomando en cuenta las longitudes de cada elemento del marco rgido el cual es de 1000 mm. Se considera tambin las condiciones de carga en el vehculo. El modelo generado se realizara en el software Catia V5 R12. Como siguiente paso se elabora el mallado en las zonas del marco rgido con elementos isoparamtricos de 4 nodos, como se muestra en la Fig. 8.

Fig. 8. Mallado del Marco Rgido.

Posteriormente se realiza el ensamble de la madera contrachapada con el marco rgido en el modelo inicial, mallando con elementos hexadricos de 8 nodos la parte de la plataforma, dichas mallas se unen mediante conexiones rgidas. La carga considerada en el estudio tendr la magnitud de 4000 N ubicada sobre toda la superficie de la plataforma. Las condiciones de frontera se ubicaran en los cuatro vrtices inferiores de dicho marco. As se realizan los anlisis estructurales con el Mtodo del elemento finito con ayuda del mdulo de simulacin del software Catia V5 R12, obtenindose los siguientes resultados de los desplazamientos y esfuerzos de von Mises que se muestran en las Figs. 9, 10 y 11 respectivamente.

Fig. 9. Resultados de los Desplazamientos Generados.


6

Fig. 10. Mximo desplazamiento en la plataforma.

El valor del mximo desplazamiento generado es de 0.0742 mm el cual se ubic en la parte central de la plataforma, ver Fig. 10. El valor mximo del esfuerzo de Von mises generado fue de 18.9 N/mm

2, las cuales se

ubicaron en los vrtices del marco, ver Fig. 11 y 12.

Fig. 11. Resultados de los Esfuerzos de Von Mises.

Fig. 12. Zona de Mxima Concentracin de los

Esfuerzos de Von Mises en la plataforma

Con los resultados ya obtenidos se realiza la comparacin de acuerdo a la norma ACI 318-02 [9], la cual indica que el desplazamiento permitido en este tipo de estructuras no deber ser mayor a L / 480, observando en los resultados que se alcanza una relacin demasiado alta de 28.1 de acuerdo al desplazamiento obtenido contra el permitido. Por tal motivo se determin llevar a cabo el proceso de optimizacin en lo que respecta a la seccin transversal del perfil c del vehculo manual de carga.

OPTIMIZACIN DE LAS DIMENSIONES DEL PERFIL ESTRUCTURAL EMPLEANDO LOS ALGORITMOS GENTICOS El mtodo a utilizar para optimizar la seccin transversal del perfil son los algoritmos genticos, con lo cual se optimizarn las dimensiones del perfil c, se obtendr con ello las caractersticas dimensionales adecuadas. Primeramente se presentarn las variables de diseo las cuales son b, h, e, que corresponden a la longitud del ala, altura del alma y al espesor del perfil. Posteriormente se determina la funcin de minimizacin f (b, h, e) la cual se formula considerando el volumen del cuerpo o elemento estructural a optimizar. Como siguiente paso se especifican las funciones de restriccin, g1 se obtiene al considerar el esfuerzo de fluencia y las caractersticas de rigidez de la estructura como lo es su momento de inercia, g2 se formula al considerar una relacin de forma que depende de las dimensiones con respecto a la altura y alma del perfil c. El ltimo paso es establecer los lmites de las variables de diseo b, h, e, los cuales se propusieron en base a los aspectos tcnicos de su proceso de fabricacin. A continuacin se detallan las ecuaciones planteadas para efectuar la optimizacin. Encontrar variables: {b, h, e} La funcin de Minimizacin es: f (b, h, e) = 1000 {(bh) [(b e)(h 2e)]} (14) Donde las funciones de restriccin son: g1 (x) = 4032.25 h 1 0 (15) bh

3 [1/6(b e)(h 2e)

3]

g2 (x) = b/h 1 0 (16) Por lo tanto los lmites de las variables son: 19 mm b

19 mm h < 76.2 mm 1.252 mm e < 4.76 mm Para el desarrollo numrico de los algoritmos genticos (Ver Fig. 4) se emple el software Undo, donde se realizarn las iteraciones necesarias para la optimizacin del presente trabajo. Los pasos mencionados anteriormente para generar las funciones de minimizacin y de restriccin son declarados en el software Undo. En la Fig. 13 se muestra la forma en que se represento el problema de


7

optimizacin en el programa de algoritmos genticos ya mencionado.

Fig. 13. Implementacin de Algoritmos Genticos.

Ahora se realiza el proceso de iteraciones o

llamado tambin creacin de generaciones, esto se efecta asignando al azar valores numricos a cada variable de diseo para cada funcin declarada (funciones de minimizacin y de restricciones), tras cada iteracin del modelo son comparados los resultados obtenidos con respecto a los valores propuestos de las funciones de restriccin, de ah se decide si los valores numricos atribuidos al azar son aptos o no para cumplir las condiciones de igualdad. Si son aptos o cercanos los valores a dichas condiciones se repite el proceso de iteraciones con los valores numricos a una mayor precisin a la realizada a la generacin que le antecede. As el proceso de iteraciones se vuelve repetitivo, esto concluye cuando las tres variables son acordes y cumplan con las restricciones o igualdades planteadas, considerando para ello los lmites de las variables de diseo.

A continuacin se ilustra en la Fig. 14 los diversos resultados que se obtuvieron con las iteraciones generadas mediante el software Undo, mostrndose al final los valores ptimos para cada variable estudiada.

Fig. 14. Resultados obtenidos.

De esta forma los resultados obtenidos se sitan con las siguientes dimensiones al perfil c estructural, ver la Tabla 1:

Tabla 1. Resultados obtenidos de las dimensiones del perfil c.

Variable de diseo Dimensin Final Optimizada (mm)

b 19.05 h 19.05 e 1.252

El siguiente paso es analizar nuevamente el marco

rgido empleando el mtodo del elemento finito con las dimensiones ya optimizadas. EVALUACIN DEL VEHCULO MANUAL DE CARGA OPTIMIZADO De igual manera se realizar el anlisis por el Mtodo del elemento finito al marco rgido con las mismas condiciones de carga, semejantes condiciones de parametrizacin del mallado, incluso las dimensiones de longitud del marco rgido del primer estudio se contemplaron, modificando en este estudio solo las dimensiones de la seccin transversal del perfil estructural optimizado como se observa en la figura 15.

Fig. 15. Perfil estructural optimizado (Acotacin

en mm). Las siguientes figuras 16 y 17 ilustran los resultados obtenidos de los desplazamientos y concentracin de esfuerzos de Von Mises de la estructura al realizar el anlisis por el mtodo del elemento finito.


8

Fig. 16. Resultados de los Desplazamientos Generados.

Fig. 17. Resultados de los Esfuerzos Von Mises

Generados.

El valor del mximo desplazamiento generado en este anlisis fue de 0.902 mm, para los esfuerzos de Von Mises fue de 228 N/mm

2.

Al modelo del marco rgido se agregar un

manubrio el cual brindar resultados cercanos a sus condiciones de trabajo. Para ello se considerarn las mismas caractersticas del material, las condiciones de carga y las restricciones no variarn, solamente se incorporar una carga similar a la que aplicara el operario sobre el manubrio del vehculo manual de carga para iniciar el movimiento de este ltimo, dicha magnitud ser de 600 N. El manubrio ser conformado por un tubo de calibre 40 de acero ASTM A36 considerando al material para su anlisis como isotrpico, con un dimetro nominal de 25.4 mm, su altura ser de 800 mm, y su longitud ser de 1000 mm. Los elementos de discretizacin que se emplearon para este manubrio son los elementos isoparamtricos de 4 nodos. En las figuras 18 y 19 se ilustran tanto el manubrio como el modelo final ensamblado con sus tres elementos.

Fig. 18. Manubrio (Acotacin en mm).

Fig. 19 Modelo Final Optimizado.

La siguiente figura ilustra los resultados obtenidos en el anlisis estructural realizado al modelo final optimizado.

Fig. 20. Desplazamientos en el Modelo Final

Optimizado.


9

La magnitud del mximo desplazamiento generado en este caso es de 1.09 mm, la cual se ubic en la parte central de la plataforma tal como se puede observar en la figura 21.

Fig. 21. Mximo desplazamiento en la plataforma del

Modelo Final Optimizado. La magnitud del valor mximo del esfuerzo de Von Mises es de 224 N/mm

2, la cual obtuvo su valor

mximo en la parte inferior del manubrio del marco rgido, ver Fig. 22 y 23.

Fig. 22. Esfuerzos Von Mises en el Modelo Final

Optimizado.

Fig. 23. Localizacin del mximo Esfuerzo de Von Mises

generado en el modelo final optimizado.

ANLISIS DE RESULTADOS

Por consiguiente los resultados de los desplazamientos generados, son comparados con la norma ACI 318-02 los cuales se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2. Resultados obtenidos de los desplazamientos.

Modelo de Anlisis

Desplaza-mientos

obtenidos (mm)

Norma ACI

318-02 (L / 480)

Relacin Desp.

Permitido / Desp.

Obtenido

Marco Rgido Propuesto

0.0742 2.083

28.1

Marco Rgido Optimizado

0.902 2.083

2.3

Marco rgido Plataforma- Manubrio final Optimizado

1.09 2.083

1.9

Con lo cual se observa que los resultados

obtenidos muestran una relacin Desplazamiento Permitido / Desplazamiento Obtenido del marco rgido optimizado es mejor que el marco rgido propuesto. La relacin del primer estudio es de 2.3, del segundo es de 28.1 y del ltimo caso es de 1.9, de esta forma es visible el buen desempeo del empleo del mtodo de optimizacin en el presente trabajo. En contra parte los resultados de los esfuerzos de Von Mises se muestran en la Tabla 3.


10

Tabla 3. Resultados obtenidos de los Esfuerzos de Von Mises.

Modelo de Anlisis

Esfuerzo de Von Mises (N/mm

2)

Marco Rgido Propuesto

18.9

Marco Rgido Optimizado

228

Marco rgido Plataforma- Manubrio final Optimizado

224

Es evidente que si se comparan los resultados obtenidos con respecto al valor del esfuerzo de fluencia del acero ASTM A36 cuyo valor nominal es de 250 N/mm

2 se

mantiene la condicin del criterio de falla establecida por Von Mises, la cual se determina por la ecuacin (4). CONCLUSIONES En este estudio se analiz numricamente el primer diseo realizando de forma posterior una optimizacin del vehculo manual del tipo plataforma. Seguido de ello se requiri realizar un segundo anlisis numrico del vehculo ya optimizado. Considerando los resultados obtenidos y comparados con anterioridad es visible notar que el marco rgido optimizado realizar las mismas funciones que el marco rgido propuesto, pero el segundo modelo contar con un mejor desempeo respecto a su funcionamiento, puesto que ser un vehculo con mayor ligereza ya que su peso estructural ser de 21.15 N contra 187.4 N del primer modelo analizado, reduciendo sustancialmente la cantidad de peso del vehculo.

Se hace notar que el empleo de los algoritmos genticos es de gran ayuda para obtener los resultados ptimos y esperados. Los anlisis junto a las simulaciones realizadas con programas que aplican el mtodo del elemento finito dan una vasta idea del uso, as como aplicaciones para el diseo de dispositivos y estructuras similares. Queda en extenso para un trabajo posterior la fabricacin del vehculo manual, as como el desarrollo del diseo de experimentos el cual se evale en condiciones de operacin. AGRADECIMIENTOS Se agradece el total apoyo al Instituto Tecnolgico de San Luis Potos para el desarrollo del presente trabajo, en especial al Departamento de Metal-Mecnica y al rea de Divisin de Estudios de Posgrado e Investigacin. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS [1] Bureau of Labor Standards. Seguridad industrial. Serie C. Ed. Herrero Hermanos Sucs. Mxico, 1975.

[2] Chandrupatla, Tirupathi R., (2002), Introduction to finite elements in engineering, Prentice-Hall, Upper Saddle River N.J., Third Edition. USA. [3] Rao, Singiresu S, (2004). The finite element method in Engineering, Elsevier Science & Technology Books, Burlington, MA, USA. Fourth Edition. [4] Budynas, Richard G. (1999), Advanced Strength and Applied Stress Analysis. McGraw-Hill, Boston, Mass. USA. Second Edition. [5] Goldberg, David E. (1989), Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Boston, MA, USA. First Edition. [6] Rajan, S. D., (2001), Introduction to Structural Analysis and Design, John Wiley & Sons, New York, USA. First Edition. [7] Secretara del Trabajo y Previsin Social. NOM-006-STPS-2000. Manejo y almacenamiento de materiales, condiciones y procedimientos de seguridad. Diario official de la federacin. Mxico. 2001. [8] vila Chaurand, Rosalo, Prado Len, Lilia R. (2001) Dimensiones antropomtricas de poblacin latinoamericana. Universidad de Guadalajara. Diseo-Centro de Investigaciones en Ergonoma. [9] ACI 2002. Notes on ACI 318-02 Building Code Requirements, Portlan Cement Association, Illinois.


PutConferenceHerePutAuthorsHere

MEMORIAS DEL XIX CONGRESO INTERNACIONAL …somim.org.mx/memorias/memorias2013/pdfs/A6/A6_174.pdf ·...

Documents

Transcript of MEMORIAS DEL XIX CONGRESO INTERNACIONAL …somim.org.mx/memorias/memorias2013/pdfs/A6/A6_174.pdf ·...