Desarrollo y aplicación de un innovado banco de ensayo ... · aparacion de fisuras por fatiga....
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Desarrollo y aplicación de un innovadobanco de ensayo frente a fatiga de
semirremolques
1ª Jornada sobre investigación y desarrollo aplicado al vehículo industrial
Zaragoza, Abril de 2012
El transporte de mercancías por carretera constituye uno de los medios que mayor repercusión tiene en el mercado logístico actual
Los profesionales dedicados a este sector demandan vehículos más ligeros, resistenversátiles y fiables.
Hasta fecha recientes los procesos de diseño de semirremolques y vehículos pesados destinados al transporte de mercancías consistía en la combinación de herramientas dcálculo no muy precisas y sobre todo la experiencia aportada por los constructor
La aplicación del Método de los Elementos Finitos (MEF) permite de reproducir de formael comportamiento mecánico de las estructuras analizadas proporcionando resultados etérminos de rigidez y resistencia.
Esta técnica ha permitido revolucionar la industria de los semirremolquesconsiguiendo grandes reducciones de masa mientras se cumplen los criterios de resistencia y rigidez impuestos.
Introducción
El uso de aceros de alto limite elástico ha permitido reducir la sección resistente de los componentes estructurales, obteniendo importantes mejoras en la tara del vehiculos. Esto y el uso intensivo de los vehiculos ha propiciado la aparición de un fenómeno inexistente en este tipo de vehículos hasta la fecha, el fallo por fatiga.
El fallo por fatiga se localiza fundamentalmente en las uniones de los distintos elementos estructurales. En funcion del tipo de union, soldadura, atornillado o remachado aparecen distintas tipologias de fallos.
La tecnica mas utilizada historicamenta en la union de piezas ha sido la soldadura y esta union es especialmente sensible a la aparacion de fisuras por fatiga. Fundamentalmente por la modificacion de propiedades del material original durante el proceso de soldadura. Zona afectada termicamente (ZAT).
Aunque teoricamente se puede calcular o estimar la vida de las uniones, numericamente es muy complicado e impreciso y hace necesario la comprobacion mediante pruebas reales.
Introducción
Otro aspecto fundamental en el proceso de diseño se este tipo de vehículos consiste en el desarrollo y ensayo de prototipos que aseguren el buen comportamiento del vehículo antes de su lanzamiento definitivo al mercado.
En la actualidad las técnicas de ensayo se limitan a ensayos mediante técnicas extensométricas que permitan validar el proceso de optimización realizado mediante el Método de los Elementos Finitos y comprobar la correlacion existente entre los valores teoricos y los reales en pruebas de campo.
Ocasionalmente se realizan ensayos de fatiga en pista, los cuales resultan muy costosos desde el punto de vista económico y temporal, lo que supone un retraso en el lanzamiento del vehículo al mercado.
Introducción
Desarrollo de banco de ensayos
Soporte de rueda (VertMesa king-pin
Soporte king pin (Horizon
Componentes estructurales
Desarrollo de banco de ensayos 0,77 mm
0,66 mm
0,54 mm
0,43 mm
0,31 mm
0,20 mm
0,08 mm
‐0,03 mm
1,84 MPa
3,01 MPa
4,17 MPa
5,34 MPa
6,50 MPa
7,67 MPa
8,83 MPa
0,00 MPa
Análisis numérico de componentes estructurales
76,00 MPa
65,14 MPa
54,29 MPa
43,43 MPa
32,57 MPa
21,71 MPa
10,86 MPa
Construcción de banco de ensayos
Construcción de banco de ensayos
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50 60
Tiempo (s)
Des
plaz
amie
nto
(mm
)
Cilindro 1 - Eje de
Cilindro 2 - Eje de
Cilindro 3 - Eje cen
Cilindro 4 - Eje cen
Cilindro 5 - Eje tra
Cilindro 6 - Eje tra
Perfil de ensayos de fatiga para semirremolquResultado de la colaboración entre la
empresa LECITRAILER S.A. y el grupo dinvestigación VEHIVIAL
binación de la maniobra de giro e radio mínimo y marcha por
carretera
Ensayos de fatiga de semirremolques
10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (s)
ndro 1 - Eje delantero pared
ndro 2 - Eje delantero centro
ndro 3 - Eje central pared
ndro 4 - Eje central centro
ndro 5 - Eje trasero pared
ndro 6 - Eje trasero centro
ndro 7 – Cilindro King-pin
Ensayos de fatiga de semirremolques
Ensayos de fatiga de semirremolques
Resultados: Análisis de fatiga de prototiposCambio de sección del larguero
000400
000300
000200
000100
,000000
,000100
,000200
,000300
,000400
,000500
,000600
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tiempo(s)
Ciclo 50
Ciclo 5900
Ciclo 6750
Ciclo 7200
Ciclo 7950
Ciclo 8100
Ciclo 8550
Ciclo 9000
Ciclo 9450
Ciclo 9900
Ciclo 10350
Ciclo 10800
Ciclo 11250
Ciclo 11700
Ciclo 12150
Ciclo 13050
Ciclo 13500
Ciclo 14650
Ciclo 15200
Ciclo 15650
Ciclo 16100
Ciclo 16550
Ciclo 17000
Ciclo 17450
Ciclo 19050
Ciclo 19500
Ciclo 20400
Roseta alma larguero en la zona del cambio de sección
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Tiempo(s)
Ciclo 50
Ciclo 5900
Ciclo 6750
Ciclo 7200
Ciclo 7950
Ciclo 8100
Ciclo 8550
Ciclo 9000
Ciclo 9450
Ciclo 9900
Ciclo 10350
Ciclo 10800
Ciclo 11250
Ciclo 11700
Ciclo 12150
Ciclo 13050
Ciclo 13500
Ciclo 14650
Ciclo 15200
Ciclo 15650
Ciclo 16100
Ciclo 16550
Ciclo 17000
Ciclo 17450
Ciclo 19050
Ciclo 19500
Ciclo 20400
Resultados: Análisis de fatiga de prototipos
Resultados: Validación de modelos numéricos M.E.F. Ensayo Erro
Rosetas (MPa)
Cartabón 26,37 27,91 5
Soporte 124,23 123,75 0
Alma larguero
25,39 25,09 1
Galga unidireccional ( µε )
Llanta larguero
235,57 224,0 4
Puente transversal
437,4 431,0 0
Puente longitudinal
153,1 161,0 5
Travesaño eje
29,0 22,1 2
Llanta larguero
-393,3 -391.0 0
Alma larguero
-227,6 -242 5
Desarrollo y aplicación de un innovadobanco de ensayo frente a fatiga de
semirremolques
1ª Jornada sobre investigación y desarrollo aplicado al vehículo industrial
Zaragoza, Abril de 2012