Laboratorio Nro.5

CALCULO DE ELEMENTOS FINITOS MC-516 5TO LABORATORIO Alumno: Larico Condori, Marco Antonio

20090079E

En este proyecto, vamos a diseñar un cuadro de bicicleta utilizando un tubo de aluminio hueco. Las dimensiones esquemáticas de la bicicleta se muestran en la figura. Inicialmente, las dimensiones de la sección transversal que fluyen se utilizan para todos los marcos: diámetro exterior

ø = 25 𝑚𝑚 y espesor: 𝑡 = 2 𝑚𝑚 Las propiedades del material del aluminio se dan en la tabla. Incluso si la bicicleta está bajo las cargas dinámicas, aquí solo se consideran dos criterios de diseño estático. Prueba de flexión vertical: cuando un adulto monta la bicicleta, la carga nominal se puede estimar mediante la carga verticalmente descendente de 600N en la posición del asiento y la carga de 200N en la ubicación de la manivela del pedal. Cuando se simula un entorno dinámico utilizando el análisis estático, Las cargas estáticas se multiplican a menudo por un cierto factor G. en este proyecto, usa G = 2. Utilice la condición de límite de rótula para la caída frontal y la condición de límite deslizante para las abandonas traseras.

Impacto horizontal: el manual de "requisitos para bicicletas" de la BNA (Oficina de Afiliados) exige una prueba de carga de compresión única. Se aplica una carga de 980 N a la puntería delantera horizontalmente con las punteras traseras restringidas de cualquier movimiento de traslación, use G = 2 Se supone que el informe debe ser legible y completo por sí mismo, por ejemplo, incluyendo introducción, enfoque, supuestos, resultados, conclusión, discusión y referencias. No tienes que enviar el archivo de modelo de tu computadora. Sin

embargo, se supone que debes mantener el archivo durante el semestre. Si es necesario, el instructor le pedirá el archivo de la computadora individualmente. En su informe, debe incluir lo siguiente:

1.- Especifique claramente los sistemas de unidades que utilizó en el modelo y el informe. 2.- Realizar análisis preliminares de la prueba de flexión vertical y estimar la tensión máxima y el desplazamiento vertical máximo. 3.- Usando elementos finitos de viga, realice un análisis de elementos finitos en el diseño inicial para ambos casos y tabule la tensión máxima y desplace de la siguiente manera Test Case

Max.Stress

Max.x-displ

Max. Y-displ

Vertical test Horinzontal Impact

Tienes que identificar claramente las condiciones de contorno y las cargas aplicadas. Proporcione la forma de la sección transversal de la viga hueca, el modelo de elementos finitos con números de nodos, el elemento finito con números de elementos, diagramas de contorno de tensión de von mises en geometría deformada. Opcionalmente, trace el diagrama de los momentos de flexión si su software lo permite. Además, trace la distribución de tensiones en la sección transversal en el punto máximo de las esteras.

4.- Al considerar la propiedad de fatiga del aluminio, sería apropiado limitar la tensión máxima a menos de 70 MPa. Además, el desplazamiento máximo en cualquier dirección debe ser inferior a 0,6 mm. En la etapa de diseño, la sección transversal de cada línea en la figura se puede modificar (solo diámetros, no grosor). El objetivo del diseño es encontrar la mejor combinación de los diámetros

del cuadro de la bicicleta para minimizar el peso del cuadro y satisfacer los criterios de diseño para la prueba de flexión vertical. Usando su sentido de la ingeniería o cualquier herramienta de diseño, encuentre la mejor combinación de diámetros. Por razones de costo de fabricación, solo se permitieron cinco diámetros diferentes. Proporcione la misma información que en la pregunta 2 en el diseño óptimo. Tabule el peso, la tensión máxima y un desplazamiento máximo en cada etapa del diseño. Limite sus iteraciones máximas de diseño por cinco. Solución Primero se dibuja el modelo de la estructura de la bicicleta entregado por el profesor.

Con las dimensiones y propiedades que se encuentran en la hoja propuesta.

Prueba de flexión vertical Diámetro exterior

ø = 25 𝑚𝑚

Espesor: 𝑡 = 2 𝑚𝑚 Fuerza vertical (eje ‘y’) de 600 N en el asiento (G=2 se convierte en 1200N Fuerza vertical de 200 N en los pedales (G=400N) Y las restricción como se ve la figura

Realizando la simulación en el PATRAN

Por esta tabla notamos que el desplazamiento es menor a 0.6 mm

En esta tabla se nota el resultado de los máximos esfuerzos y mínimos no pasa de LOS 70 MPA=7*10^7 PA. CONCLUSIÓN AQUÍ SE NOTA QUE LAS MEDIDAS DE LOS TUBOS DE 25 MM DE DIÁMETRO EXTERNO Y 2 MM DE ESPESOR SON PREFERIBLES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE NUESTRA BICICLETA. Impacto horizontal Diámetro exterior

ø = 25 𝑚𝑚

Espesor: 𝑡 = 2 𝑚𝑚 Fuerza vertical (eje ‘y’) de 980N en el asiento (G=2 se convierte en 1960N) Como se ve en la figura.

Realizando la simulación en el Patran

Como se ve en la tabla algunas deformaciones superan más de 0.6 mm.

Aquí se ve claramente que los esfuerzos en elemento 1 sobrepasan los 70 MPa. CONCLUSIÓN ENTONCES AQUÍ TENDRÍAMOS QUE HACER UNA MODIFICACIÓN EN EL DISEÑO PARA EL ELEMENTO 1. REALIZACION DEL NUEVO TEST DE CARGA A) Se pondrá el tubo 1,la cual no ayudaba en el diseño, una barra de 30mm y 2.5 de diámetro y los demás de la misma manera.

Cambiando esos parámetros y realizando la simulación en el Patran. Prueba de flexión vertical

En esta prueba nadie supera los 0.6 mm de acuerdo al diseño.

Aquí sigue notándose los esfuerzos no superan los 70 MPa. Hasta ahora el diseño es el adecuado. Impacto horizontal Una barra de 30mm y 2.5 de diámetro En el Patran se realiza la simulación

Se nota que en el nodo supera lo que nos indica la deformación 0.6 mm así que se tendrá que tener que adecuar los demás nodos.

Ahora ya no superan los esfuerzos de 70 MPa en el nodo 1 así que ahora si la simulación esta en lo correcto.

B) Sea el elemento 1,2 y 3 de diámetro 30 mm y espesor de 2.5 mm y los demás elementos de 25 mm de diámetro y 2 mm de espesor. Prueba de flexión vertical Cambiando los parámetros ya indicados y simulando en el Patran.

La deformación sigue debajo de los 0.6 mm seguimos con un buen diseño.

Los esfuerzos siguen por debajo de 70 MPa. Impacto horizontal Según Patran

El nodo 1 ya es poco deformable, pero ahora el problema radica en el nodo 2 el cual está formado por los elementos 1 y 2 los cuales ya fueron rediseñados y poseen un diámetro de 30 mm.

Los esfuerzos siguen debajo de los 70 MPa estamos en lo correcto en el diseño. DISEÑO FINAL PARA EL PROBLEMA DE LA BICICLETA 

Los elementos 1, 2 y 9 tendrán un diámetro externo de 30 mm con un espesor de 2.5 mm



Los elementos 3, 4, 5, 6, 7 y 8 tendrán de diámetro externo 25 mm y espesor 2 mm.



EN ESTE CASO SE UTILIZO EXTRUSAX CATALOGOS DE PERFILES NORMALIZADOS.

ANEXOS