Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio Coordinador: Dr. Jesús Toribio Quevedo Alumno: D. Roberto J. García Martín Zamora, 30 de Noviembre de 2005

Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio ÍNDICE

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Índice Índice 1.Introducción 2.Período de Docencia 1.Objetivos 2.Programa 3.Cursos Completados: a)Cursos Fundamentales b)Cursos Metodológicos 4.Conclusiones 3.Período de Investigación 1.Objetivos 2.Programa 3.Antecedentes 4.Cursos Completados 4.Conclusiones Finales Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 33 Zamora, 30 de noviembre de 2005

INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio INTRODUCCIÓN

Zamora, 30 de noviembre de Introducción: –Objetivos:  Obtener los conocimientos teóricos y prácticos que permitan al doctorando introducirse en la investigación en éste ámbito de la ciencia y técnica.  Preparación para el Desarrollo de la Tesis Doctoral  Reconocimiento de la Suficiencia Investigadora (obtención del Diploma de Estudios Avanzados) –Fases: 1.Período de Docencia (20 créditos) 2.Período de Investigación (12 créditos) Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 55 Zamora, 30 de noviembre de 2005

INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio PERIODO DE DOCENCIA

Zamora, 30 de noviembre de Período de Docencia: - INDICE - 1.Objetivos 2.Programa 3.Cursos Completados: a)Cursos Fundamentales b)Cursos Metodológicos 4.Conclusiones Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 77 Zamora, 30 de noviembre de 2005

Período de Docencia: (I) 1.Objetivos:  Profundizar en el estudio de la técnica de Ingeniería Mecánica y de Materiales en sus aspectos fundamentales y metodológicos. 2.Programa:  Completar los 20 créditos de los cursos o seminarios tanto fundamentales como metodológicos y superación de los mismos. Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 88 Zamora, 30 de noviembre de 2005

Período de Docencia: (II) 3.Cursos Completados: a) Cursos Fundamentales:  Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos  Introducción Teórico-Práctica al Método de los Elementos Finitos en Ingeniería Mecánica y Estructural  Aplicaciones Industriales del Láser  Mecánica de Fractura Avanzada  Fractura en Ambientes Agresivos Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 99

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Período de Docencia: (III) 3.Cursos Completados: b) Cursos Metodológicos:  Métodos Matemáticos para el Cálculo por Elementos Finitos  Metodología de Diseño de Sistemas de Control para Procesos Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1010

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Período de Docencia: (IV) 4.Conclusiones:  Criterio de elección de los cursos.  Conocer y aplicar los nuevos métodos y desarrollos para el análisis de los problemas de Ingeniería Mecánica y de Materiales.  Ampliación de conocimientos técnico-teóricos y tecnológicos en el campo de la mecánica y de los materiales.  Implementación informática de los conocimientos teóricos adquiridos mediante software o recursos CAE.  Familiarizarse con las nuevas y más recientes tecnologías. Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1111

Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio PERIODO DE INVESTIGACIÓN

Zamora, 30 de noviembre de Período de Investigación: - INDICE - 1.Objetivos 2.Programa 3.Antecedentes 4.Trabajos realizados: a)Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos. b)Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural 5.Conclusiones Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1313

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Período de Investigación: (I) 1.Objetivos:  Profundizar en el estudio de la ciencia de Ingeniería Mecánica y de Materiales en sus aspectos fundamentales y metodológicos. 2.Programa:  Completar los 12 créditos de los trabajos de investigación y superar los mismos mediante la presentación de los resultados obtenidos ante el Departamento responsable del programa. Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1414

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Período de Investigación: (II) 3.Antecedentes:  Situación actual: Área de Ingeniería Mecánica.  Posibles líneas de investigación. Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1515

Zamora, 30 de noviembre de Cursos Completados: a)Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos b)Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1616 Período de Investigación: (III)

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1717 “Modelo de Simulación mediante M.E.F. para el cálculo del contacto de una esfera contra un plano.” Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca INDICE - 1.Introducción 2.Antecedentes 3.Objetivo 4.Modelos de Simulación M.E.F. 5.Cálculos teóricos Herzt 6.Comparación: Simulación vs. Valores calculados teóricamente 7.Conclusiones Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Introducción (I)  Aplicaciones  Rodamientos, engranajes  Casos de estudio  Esferas  Cilindros  Vs Planos  Posibilidades Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Introducción (II)  Teoría de Herzt Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. Distribución Presiones semieliptica

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Antecedentes  Modelo de contacto: Cálculo Estático Lineal. Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. - Elemento TRIANG  Elemento 2D. - Dos grados de libertad. - Tres nodos. - Sencillo y eficaz. - Tensiones en plano X-Y.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Objetivo –Obtener resultados de nuestro modelo M.E.F. No lineal y cotejarlos con la teoría de Herzt. “Queremos validar el modelo M.E.F. para poder profundizar en los problemas de contacto” Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Modelo de Simulación M.E.F. (I) Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.  Modelo de contacto: Cálculo Estático No Lineal. - Elemento PLANE2D  Elemento 2D. - Dos grados de libertad nodos. - Tensiones en plano X-Y. Simetría de revolución Problema 3D  Elemento Axisymetric   Problema 2D

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Modelo de Simulación M.E.F. (II) Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. 1 cm de radio P de 100 N E = 200Mpa = 0.3

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Cálculos teóricos Herzt Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación Resultados: (I) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Ry,fem (N) Ry,th (N)Error % afemNodoCoor. X /Y(mm)athError % / % Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación Resultados: (II) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. σxσx σyσy

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación Resultados: (III) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. Valor (  y ) Max (MPa) (  x ) Max (MPa) (  z ) Max (MPa) (  xy ) Max (MPa) Teórico Calculado Nodo Error relativo2% 1.5%56%

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación Resultados: (IV) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Conclusiones:  Análisis complejo, requiere estudio más profundo de la técnica de contacto.  Se debe mejorar el modelo tanto: geometría como distribución de la malla. Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3131 Zamora, 5 de Julio de 2005 Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural “Determinación de esfuerzos en engranajes cilíndricos mediante el M.E.F. convergencia con norma ISO ”

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3232 Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO –- INDICE - 1.Introducción 2.Antecedentes 3.Objetivo 4.Modelos de Simulación M.E.F. 5.Comparación: M.E.F vs. ISO a)Variante 1: correcciones b)Variante 2: parámetros herramienta 6.Conclusiones

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Introducción  Sistemas CAD\CAE  Problema de optimización. Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO Angulo de presión:  = 20  Factor de altura de cabeza del diente: ha* = ha / m =1 Factor de holgura radial: c* = c / m = 0,25 Factor del radio de curvatura en la zona de transición del pie diente  F* =  F /.

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Antecedentes Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. Area de Ingeniería Mecánica CUJAE La Habana Area de Ingeniería Mecánica E.P.S. Zamora [1] Henriot, Georges; Traité Théorique et Practique des engranajes. Edit. DUNOD, Paris 1999

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Objetivos Principal:  Evaluación de los esfuerzos en la base de los dientes en engranajes cilíndricos de dientes rectos con empleo del M.E.F. y convergencia con la norma ISO 6336 Pasos:  Obtener un procedimiento matemático para la generación de perfiles.  Determinación correcta de la carga y punto de contacto.  Trabajar con los parámetros de herramienta. Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Modelo de Simulación MEF. (I) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Modelo de Simulación MEF. (II) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO Elemento TRIANG

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Modelo de Simulación MEF. (III) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3939 Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO mz  Fan sF*sF*h Fa *Y FS YY  FISO MPa  FEM MPa  FISO /  FEM ,4  1,801,714,660,707329, , ,7  1,861,704,510,700315, , ,5  1,901,694,420,695307, , ,0  1,961,684,340,690299, , ,4  1,801,714,660,713132, , ,7  1,861,704,510,707127, , ,5  1,901,694,420,703124, , ,0  1,961,684,340,700121, , ,4  1,801,714,660,71683, , ,7  1,861,704,510,71078, ,5  1,901,694,420,70577, , ,0  1,961,684,340,70176,060 +0,21 5. Comparación : M.E.F vs. ISO (III)

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación: M.E.F vs. ISO (IV) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación : M.E.F vs. ISO (V) – diferentes x Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO CONDICION GENERAL: Resultados de los esfuerzos obtenidos con aplicación del método de los elementos finitos (  FICosmos) y el procedimiento ISO (  FISO).  = 20 , ha* = 1,  f* = 0,3, carga lineal 200 N/mm. CONDICION PARTICULAR: z1= 10 engranando con una rueda de z2= 10 dientes con diferentes correcciones. –VARIANTES-- a) z1=10 z2=10 x1=0 b) z1=10 z2=10 x1=0.25 c) z1=10 z2=10 x1=0.4

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación: M.E.F vs. ISO (VI) – par. herramienta Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO  f MEF (MPa) 14,5º340 20,0º300 25,0º298 z1= z2, x= 0

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Comparación: M.E.F vs. ISO (VII) – par. herramienta Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO f*f*  f ME (MPa) 0, , ,40419  f* = 0.2  f* = 0.3.  f* = 0.4 z1= z2, x= 0

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca Conclusiones. Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO  Diferencias M.E.F ISO Método B, inferiores al 4%. –Validación del método-.  Influencia del coeficiente de corrección frente al número de dientes de la rueda hasta z2 0,4.  Influencia del ángulo de presión frente al número de dientes de la rueda hasta z2<20.  Gran influencia radio de fondo para z pequeños y  f*>0.3

Zamora, 30 de noviembre de 2005 Conclusiones finales: –Periodo Docencia. –Periodo Investigador. –Actuaciones Futuras. Doctorado Bienio Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4545 Zamora, 30 de noviembre de 2005

INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio Coordinador: Dr. Jesús Toribio Quevedo Alumno: D. Roberto J. García Martín Zamora, 30 de Noviembre de 2005