Análisis Estructural 2

Transcripción

1 Análisis Estructural 2 Curso CÁLCULO DE UN BRAZO DE SUSPENSIÓN DE BICICLETA DE MONTAÑA POR EL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS

2 Objetivo El objetivo de este trabajo es efectuar un cálculo estructural del brazo principal de la suspensión trasera de una bicicleta de montaña de doble suspensión, modelo Orbea rallon evo. La figura 1 muestra una vista general de la bicicleta, en la que puede verse la pieza a estudiar, la cual está articulada en su parte delantera al cuadro, mientras que en su parte posterior lleva montado el eje trasero. El brazo está unido por su parte superior al resto de la suspensión, donde se sitúa el elemento muelle amortiguador. Modelización La pieza a calcular se muestra en detalle en la figura 2. Se creará un modelo de elementos finitos de la misma que sea adecuado para su cálculo, por lo que puede simplificarse en aquellas partes que no se considera que afecten a su comportamiento estructural. El modelo se creará y se calculará por elementos finitos mediante el programa Cosmos. Para facilitar la creación de este modelo se dispone de un modelo CAD, que está disponible en los ordenadores de las salas de alumnos en la ruta Q:\AE2\Practica2. El brazo está fabricado en aluminio calidad Como cargas exteriores, se aplicarán las cargas necesarias para simular el ensayo de resistencia a fatiga a que se someterá la pieza posteriormente. Este ensayo se llevará a cabo según la norma europea pren 14766, en su apartado 8.6 Frame - Fatigue test with a vertical force (página 51). La norma completa está contenida en el.archivo pren14766mtb.pdf que se incluye en la ruta Q:\AE2\Practica2. La figura 3 muestra las dimensiones principales del montaje del brazo en el conjunto de la bicicleta. Se empleará el tamaño M, al que corresponde el modelo CAD. El ensayo de fatiga se efectuará en esta posición, en la cual el amortiguador está alineado con la línea que une el anclaje del mismo y el eje trasero. Indicaciones prácticas Para el análisis de la pieza se utilizará el programa de cálculo por elementos finitos Cosmos, ejecutándolo desde el entorno SolidWorks. Para ello se debe incluir en SolidWorks un plugin que permite usar COSMOS. Para activar este plugin, una vez dentro de SolidWorks, se debe entrar en el menú Tools > Add-ins y marcar las opciones CosmosMotion 2006 y 1

3 CosmosWorks 2006, que permiten lanzar análisis de mecanismos y estructural respectivamente. SolidWorks lee ficheros de nativos de ProE, incluso intenta convertir las Features originales. Aun así, es recomendable pasar a IGES o STEP desde ProE pues no siempre lee bien los Features de ProE Al cargar una pieza aparece una solapa nueva en el árbol del modelo correspondiente al módulo de COSMOSWorks y un menú en la parte superior llamado COSMOSWorks. Desde este menú se pueden realizar todos los comandos necesarios para el análisis de elementos finitos. Cuando se carga un conjunto aparecerán dos solapas nuevas en el árbol del modelo, correspondientes a los módulos de COSMOSWorks y COSMOSMotion. Aparecerá también un menú COSMOSWorks y otro COSMOSMotion equivalentes al anterior. Para asegurar que los resultados se guardan correctamente hay que indicar al programa que los guarde en el disco local de cada usuario, dado que por defecto el programa intentará guardarlo en el directorio de SolidWorks. Para ello, se entra en el menú COSMOSWorks > Options > Results (Lengüeta) y en el apartado Results folder for new studies se indica una carpeta local en cada cuenta. En el apartado Report folder for new studies se debe comprobar que está marcado el punto Use results folder o, si no, marcar el directorio en la cuenta local que se desee. Cualquier duda sobre el uso del programa, contactar directamente con Carlos Casanueva [email protected] o extensión Cálculos y resultados Se efectuará un análisis estático empleando el programa Cosmos, que permita predecir el comportamiento de la pieza en el futuro ensayo de fatiga. Como resultado del estudio se entregará un informe conteniendo como mínimo lo siguiente Descripción del modelo creado para la pieza, incluyendo un croquis acotado completo. Descripción de las características del material. Descripción justificada de las cargas aplicadas. Descripción de las condiciones de ligadura empleadas. Resultados obtenidos, en la forma más detallada posible. Se incluirán, como mínimo: 2

4 Mapas de la tensión de Von Mises. Para cada caso se incluirán las imágenes necesarias de tal forma que muestren en detalle el estado de tensiones en la pieza. Se identificarán los valores máximos que se producen y se compararán con los admisibles. En función de los resultados anteriores, se estimará la vida a fatiga de la pieza. Representación gráfica de la deformada de la pieza. Se indicará el valor numérico de las deformaciones máximas que se producen. Empleando estas deformaciones se estimará el valor numérico de la rigidez del brazo. Valores numéricos de las reacciones en las articulaciones de unión del brazo con el cuadro y con el amortiguador. Figuras Figura 1. Conjunto de la bicicleta. 3

5 Figura 2. Modelo CAD del brazo de suspensión Figura 3. Dimensiones principales 4