OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Departamento B.J.D. ESTRUCTURAS MEMORIA DE CALCULO OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA COOD-JBDE-001 Documento Código del documento Revisión Contratista. Revisión Fecha 01 30/01/2020 Elaborado por: Marco Navarrete Collaguazo Jesús Quiguango Cristian Ushiña Alex Revisado por: Aprobado por: Ing. Abatta Lenin Ing. Abatta Lenin Revisado por: Aprobado por: Ing. Abatta Lenin Ing. Abatta Lenin 02 03 Revisión Revisión Fecha 01 30/01/2020 Elaborado por: Marco Navarrete Collaguazo Jesús Quiguango Cristian Ushiña Alex 02 03 Historial de revisión No revisión 1 Fecha Páginas revisadas Motivo de la revisión. OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 2 Contenido 1. OBJETO .................................................................................................................................. 3 2. DOCUMENTOS RELACIONADOS ........................................................................................... 3 3. MATERIALES.......................................................................................................................... 3 4. DISEÑO DE LA GEOMETRÍA .................................................................................................. 4 5. CONDICIONES DE APOYO ..................................................................................................... 4 6. CARGAS DE DISEÑO .............................................................................................................. 5 7. ANALISIS DE DISEÑO ............................................................................................................. 6 8. FACTOR DE SEGURIDAD ....................................................................................................... 7 9. OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA ............................................................................................... 7 OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 3 1. OBJETO El presente documento tiene como finalidad las distintas actividades hechas con el uso de ANSYS Workbench para la optimización topológica del diseño de un pedal y los diferentes criterios que están inmersos a esta optimización. Objetivos específicos Diseñar un pedal utilizando la herramienta de ANSYS Workbench Utilizar la optimización topológica para obtener un diseño óptimo del pedal 2. DOCUMENTOS RELACIONADOS Planos de Diseño final del pedal. Nota: Planos de detalle se encuentran adjuntados al final del documento. 3. MATERIALES Plancha de Aluminio 6061, de un espesor de 25 mm que cumplen las características: Tabla 1 Propiedades del material Aluminio 6061 Densidad Coeficiente Módulo de de Elasticidad poissson g/cm3 2,70 Pa 0,3 6,95 ∗ 1010 Esfuerzo de Fluencia Efuerzo último Mpa MPa 276 220 OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 4 4. DISEÑO DE LA GEOMETRÍA El diseño del pedal se tomó formas Diseño libre (geometría) para la conexión entre los agujeros y el pedal como se detalla a continuación Fig. 1 Geometría del pedal 5. CONDICIONES DE APOYO Las condiciones de apoyo para este pedal están dadas por las restricciones dadas en el agujero superior e inferior, donde el agujero superior será articulado mientras el inferior será simplemente apoyado. Para lo que fue necesario en los dos agujeros utilizar restricciones de soportes cilíndricos en el software Ansys Workbench, para el primer para el agujero superior para que sea articulado como se puede ver en la Fig. 2 se dejo libre el movimiento radial mientras que se restringió los movimientos tangenciales y axiales para simular el efecto de una articulación. OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 5 Fig. 2 Restricciones para la articulación En el agujero inferior igualmente se utilizaron restricciones de soportes cilíndricos donde para que este simplemente apoyado se dejo libre el movimiento tangencial como radial como se puede apreciar en la Fig. 3 Fig. 3 Restricciones simplemente apoyado 6. CARGAS DE DISEÑO La única carga que se detalla en el diseño es 750 N en el extremo superior del pedal l cual fue agregada como otra condición que va tener nuestro modelo en Ansys como detalla en la Fig. 4 la que representa la acción del pie al frenar. OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 6 Fig. 4 Fuerza aplicada en el pedal 7. ANALISIS DE DISEÑO Para analizar los distintos estados tensiónales y las deflexiones que tiene nuestro pedal al ser sometido a una fuerza de 750 N donde los agujeros en su parte superior sirven como soportes uno articulado y otro simplemente apoyado se hizo el análisis del esfuerzo equivalente de von mises y la deformación total sufrida estos dos análisis son los resultados de una simulación de la geometría anterior con sus debidas restricciones alrededor de sus caras. - Esfuerzo Equivalente de Vonmises Como se puede ver en la Fig. 5 el esfuerzo máximo soportado por nuestro modelo es de 102,84 Mpa y este está soportado por nuestro apoyo en forma de articulación al aplicar esta fuerza como 102,86 es menor a 276 podemos decir que nuestro modelo no entra en fluencia. OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 7 Fig. 4 Esfuerzo Equivalente de Von Mises - Deformación total La deformación máxima del pedal se la tiene en el extremo superior la cual es de 1,0091 mm donde es aplicada la fuerza 750 N Fig. 5 Deformación Máxima 8. FACTOR DE SEGURIDAD El mínimo factor de seguridad 2,6839 es decir que nuestro pedal va soportar los esfuerzos que va estar sometido si este factor sería menor a uno diríamos que nuestra pieza falla tal como está dispuesta Fig. 6 Deformación Máxima 9. OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Esta optimización se la hace según los lugares en nuestro modelo donde el esfuerzo equivalente es cero el software nos permite reducir estas áreas o eliminarlas, ya que estas están mínimamente cargados y tener elementos robustos para soportar pequeñas cargas hace OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 8 que nuestro diseño no sea eficiente y la robustez está ligado a la utilización de más materia prima de lo estrictamente necesario. Fig. 7 Deformación Máxima En el modelo del pedal se realizó la optimización topológia removiendo el 40% de la masa total teniendo una masa restante del 60 % hay que decir que las zonas removidas son las que tienen un esfuerzo equivalente que tiende a 0 OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Memoria de cálculos Departamento: DCEM Código No: EM-2136-BJD-2019-001 Revisión: 0 Página No: 9 Declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría. Firmas: ________________________________ Nombre: Marco Navarrete CI: 0401732938 ________________________________ Nombre: Jesús Collaguazo CI: 1722506266 ________________________________ Nombre: Cristian Quiguango CI: 1717376675 ________________________________ Nombre: Alex Ushiña CI: 1717376675
