Desarrollo de un modelo de deformaciones del mecanismo pistón-biela-manivela de un motor alternativo GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA AUTOR: Miguel Rueda Cuerda DIRIGIDO POR: Jaime Martín Díaz CO-TUTOR: Enrique Nadal Soriano

Índice Objetivos Metodología utilizada Análisis por Elementos Finitos (MEF) Modelo Sólido Rígido Resultados Sólido Rígido Modelo Sólido Flexible Resultados Sólido Flexible Conclusiones

Objetivos -Metodología para calcular deformaciones mecánicas en el mecanismo pistón-biela-manivela mediante Elementos Finitos -Obtención de la evolución de fuerzas sobre el mecanismo -Cuantificación aproximada de deformaciones mecánicas producidas en el mecanismo

Metodología utilizada

Análisis por Elementos Finitos (MEF) Malla de EF Sistema real Discretización Desplazamiento de nodos Condiciones De contorno Cargas externas

Análisis de Sólido Rígido 1. CAD 2. Cargas aplicadas 3. Propiedades de materiales Efecto de presión en la cámara F (α) ω(cte) Movimiento del mecanismo 4. Uniones entre componentes

Análisis de Sólido Rígido (efecto inercia) 1. CAD 2. Cargas aplicadas 3. Propiedades de materiales Efecto de presión en la cámara F (α) ω(cte) Movimiento del mecanismo 4. Uniones entre componentes

Análisis de Sólido Rígido Dos objetivos: Comprobar el correcto movimiento del mecanismo Obtener reacciones en las áreas de contacto entre componentes (en los joints)

Resultados de Sólido Rígido Reacciones en las áreas de contacto entre componentes

Resultados de Sólido Rígido Relación entre fuerzas de inercia y fuerzas por efecto de presión

Resultados de Sólido Rígido Mostrar resultados en α Obtención de fichero de cargas Equilibrio de fuerzas y momentos Estado inercial del cuerpo Condiciones de contorno en el análisis de sólido flexible

Análisis de Sólido Flexible Las REACCIONES solo se pueden aplicar en un componente por individual para cada análisis distinto Obtención de un modelo MEF para cada componente y cada posición α

Análisis de Sólido Flexible 2. Cargas aplicadas Reacciones Extraídas del archivo de cargas de SR (α) Fixed support Necesario para restringir los 6 GDL’s mínimos Falda pistón: solo eje Y Restricción de desplazamientos Cojinete inferior: ejes X, Y

Análisis de Sólido Flexible Para indicar las deformaciones se marcan áreas de interés (zona que se deforma de ‘x’ forma) Pistón Biela Y Y Z Y X Y X Y X Y

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre el pistón: Mayoritarias en el eje Y (de compresión), máximas en PMS. De tracción en el eje Z (en menor medida)

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre el pistón: Mayoritarias en el eje Y (de compresión), máximas en PMS. De tracción en el eje Z (en menor medida)

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre el pistón: Mayoritarias en el eje Y (de compresión), máximas en PMS. De tracción en el eje Z (en menor medida)

Resultados Sólido Flexible Efecto de las fuerzas de inercia Valor reducido en comparación con las fuerzas de presión Sentido contrario al de las fuerzas de presión. Tracción en Y .

Resultados Sólido Flexible Efecto de las fuerzas de inercia Valor reducido en comparación con las fuerzas de presión Sentido contrario al de las fuerzas de presión. Tracción en Y (el pistón se alarga)

Resultados Sólido Flexible Efecto de las fuerzas de inercia Valor reducido en comparación con las fuerzas de presión (sobre todo eje Z) Sentido contrario al de las fuerzas de presión. Tracción en Y (el pistón se alarga)

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre la biela: Estado multi-axial (no solo se producen tensiones en eje Y) Elemento esbelto a compresión, necesidad de diseñar a pandeo

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre la biela: Estado multi-axial (no solo se producen deformaciones en eje Y) Elemento esbelto a compresión, necesidad de diseñar a pandeo

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre la biela: Estado multi-axial (no solo se producen tensiones en eje Y) Elemento esbelto a compresión, necesidad de diseñar a pandeo

Resultados Sólido Flexible Deformaciones mecánicas sobre la biela: Estado multi-axial (no solo se producen deformaciones en eje Y) Elemento esbelto a compresión, necesidad de diseñar a pandeo

Conclusiones Se ha obtenido un análisis de sólido rígido en el que se ve la evolución de las reacciones sobre los distintos componentes. Se ha comprobado el efecto de las inercias sobre el movimiento. Se ha estudiado las deformaciones mecánicas sobre dos de los componentes del mecanismo pistón-biela-manivela: pistón y biela

Puntos de mejora de la metodología El ensayo tiene en cuenta esfuerzos estáticos, no considera esfuerzos producidos por ciclos de carga. Elementos finitos obtiene una solución aproximada, necesidad de validar modelo en base a resultados experimentales. Se ha simplificado el cigüeñal a una sola manivela, sin embargo sobre esta no se ha obtenido resultados. ANSYS puede representar modelos rígidos y flexibles a la vez, pero necesita potencia de cálculo.

Gracias por su atención