Propiedades mecanicas de los materiales

Cálculo de tensiones en el chasis de un automóvil en
movimiento: comparación entre resultados numéricos y
experimentales
R. Gutiérrez, J. Cuadrado, M. Landeira
Escuela Politécnica Superior, Mendizábal s/n, 15403 Ferrol
Tel: 981337400, Fax: 981337410, E-mail: rutgut@cdf.udc.es
Resumen
En el diseño de máquinas y mecanismos no sólo es importante conocer el movimiento, sino
también lastensiones de los componentes móviles. Los métodos para el análisis dinámico
de sistemas mecánicos multicuerpo por computador, permiten la obtención de las tensiones
en determinados componentes del sistema durante el movimiento del mismo, siempre y
cuando dichos componentes se modelicen como flexibles. En este artículo, se pretende
demostrar que la aplicación de esta técnica de cálculo proporcionabuenos resultados,
incluso cuando se estudian complejos sistemas reales. Para ello, se ha realizado el modelo
virtual de un prototipo de automóvil, comparando las tensiones medidas sobre el vehículo
real con las calculadas en el modelo numérico.
Palabras Clave: simulación, dinámica, máquinas, mecanismos, cálculo de tensiones
Abstract
Not only motion, but also stress calculation, is essentialfor the mechanical design of
machines and mechanisms. Computational methods for the dynamic analysis of multi-body
systems allow for stress calculation at certain system components as the motion takes place,
provided those components are modelled as flexible. This paper is aimed at showing that
the described technique produces satisfactory results, even when complex realistic systems
arestudied. To this end, the virtual model of a prototype car has been developed, and
comparison between stresses measured onboard the actual vehicle, and calculated within
the numerical model, has been established.
Keywords: simulation, dynamics, multi-body systems, stress calculation
1. Introducción
En el proceso de diseño de máquinas y mecanismos no sólo es importante conocer el
movimiento, sinotambién las tensiones de los componentes móviles. Una forma de
calcular los valores de las tensiones que sufren los componentes de un sistema mecánico
durante el movimiento de éste, es realizar un análisis dinámico por computador del
sistema en cuestión, considerando como flexibles aquellos componentes cuyas tensiones
se deseen conocer. En las últimas décadas, se han desarrollado numerososmétodos para
el análisis dinámico de mecanismos con elementos flexibles [1,2]. Sin embargo, hay dos
aspectos a mejorar: por un lado, la mayoría de los ejemplos propuestos son sencillos y
meramente académicos, no habiéndose abordado casos realistas de interés industrial;
por otro lado, no ha existido generalmente una validación experimental de los resultados
obtenidos, sino solamente, en el mejorde los casos, una validación mediante
comparación con otras técnicas de cálculo, como el análisis dinámico no lineal por el
método de los elementos finitos [3]. El objetivo de este trabajo es, por tanto, el cálculo
de las tensiones sufridas por el chasis de un vehículo automóvil durante su movimiento,
ejemplo de sistema mecánico realista y complejo, mediante técnicas de análisis
dinámico demecanismos con elementos flexibles, y la validación de los resultados
obtenidos mediante su comparación con los medidos en ensayos experimentales.
2. El prototipo real
El prototipo real, que puede verse en la Figura 1, es un vehículo cuyo chasis se ha
realizado en tubo de acero, y en el que los distintos componentes (motor, suspensiones,
dirección, ruedas, etc.) se han obtenido del desguace yadaptado convenientemente.
Figura 1. El prototipo real.
Para medir el movimiento del vehículo se han instalado cuatro acelerómetros triaxiales
en las cuatro esquinas de la base del chasis. Estas aceleraciones se integran dos veces,
mediante un procedimiento que asegura el cumplimiento de las restricciones entre los
cuatro puntos, y de sus dos primeras derivadas, para obtener, en cada...