Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 Coordinador: Dr. Jesús.

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1 Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 Coordinador: Dr. Jesús Toribio Quevedo Alumno: D. Roberto J. García Martín Zamora, 30 de Noviembre de 2005

2 Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 ÍNDICE

3 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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 33 Zamora, 30 de noviembre de 2005

4 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 INTRODUCCIÓN

5 Zamora, 30 de noviembre de 2005 1.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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 55 Zamora, 30 de noviembre de 2005

6 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 PERIODO DE DOCENCIA

7 Zamora, 30 de noviembre de 2005 2.Período de Docencia: - INDICE - 1.Objetivos 2.Programa 3.Cursos Completados: a)Cursos Fundamentales b)Cursos Metodológicos 4.Conclusiones Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 77 Zamora, 30 de noviembre de 2005

8 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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 88 Zamora, 30 de noviembre de 2005

9 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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 99

10 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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1010

11 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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1111

12 Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 PERIODO DE INVESTIGACIÓN

13 Zamora, 30 de noviembre de 2005 3.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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1313

14 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 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1414

15 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Período de Investigación: (II) 3.Antecedentes:  Situación actual: Área de Ingeniería Mecánica.  Posibles líneas de investigación. Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1515

16 Zamora, 30 de noviembre de 2005 4.Cursos Completados: a)Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos b)Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1616 Período de Investigación: (III)

17 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 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.

18 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1818 - 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.

19 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 1919 1.Introducción (I)  Aplicaciones  Rodamientos, engranajes  Casos de estudio  Esferas  Cilindros  Vs Planos  Posibilidades Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

20 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2020 1.Introducción (II)  Teoría de Herzt Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. Distribución Presiones semieliptica

21 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2121 2. 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.

22 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2222 3. 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.

23 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2323 4. 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. - 4-8 nodos. - Tensiones en plano X-Y. Simetría de revolución Problema 3D  Elemento Axisymetric   Problema 2D

24 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2424 4. 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

25 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2525 5. Cálculos teóricos Herzt Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

26 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2626 6.Comparación Resultados: (I) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Ry,fem (N) Ry,th (N)Error % 99.841000.16 afemNodoCoor. X /Y(mm)athError % 0.15763180.157/9.99870.1486% Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

27 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2727 6. Comparación Resultados: (II) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M. σxσx σyσy

28 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2828 6. 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-2176-1741 217.6 Calculado Nodo6320 -2135-1773-1715122.5 Error relativo2% 1.5%56%

29 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 2929 6. Comparación Resultados: (IV) Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.

30 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3030 7. 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.

31 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 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 ”

32 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 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 6336-3 a)Variante 1: correcciones b)Variante 2: parámetros herramienta 6.Conclusiones

33 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3333 1.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 /.

34 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3434 2. 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

35 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3535 3. 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

36 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3636 4.Modelo de Simulación MEF. (I) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

37 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3737 4.Modelo de Simulación MEF. (II) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO Elemento TRIANG

38 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 3838 4.Modelo de Simulación MEF. (III) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

39 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 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 214 32,4  1,801,714,660,707329,5300 +8,9 217 30,7  1,861,704,510,700315,7285 +9,7 220 29,5  1,901,694,420,695307,9285 +7,4 225 28,0  1,961,684,340,690299,5280 +6,5 514 32,4  1,801,714,660,713132,9115 +13,5 517 30,7  1,861,704,510,707127,5110 +13,7 520 29,5  1,901,694,420,703124,3110 +11,5 525 28,0  1,961,684,340,700121,5110 +9,4 814 32,4  1,801,714,660,71683,465 +22,1 817 30,7  1,861,704,510,71078,960 +23.9 820 29,5  1,901,694,420,70577,960 +23,0 825 28,0  1,961,684,340,70176,060 +0,21 5. Comparación : M.E.F vs. ISO 6336-3 (III)

40 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4040 5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (IV) Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO

41 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4141 5. Comparación : M.E.F vs. ISO 6336-3 (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

42 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4242 5.Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (VI) – par. herramienta Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO  f MEF (MPa) 14,5º340 20,0º300 25,0º298 z1= z2, x= 0

43 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4343 5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (VII) – par. herramienta Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO f*f*  f ME (MPa) 0,20490 0,30465 0,40419  f* = 0.2  f* = 0.3.  f* = 0.4 z1= z2, x= 0

44 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4444 6. Conclusiones. Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO  Diferencias M.E.F ISO 6336-3-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

45 Zamora, 30 de noviembre de 2005 Conclusiones finales: –Periodo Docencia. –Periodo Investigador. –Actuaciones Futuras. Doctorado Bienio 2003-2005 Ingeniería Mecánica y de Materiales Universidad de Salamanca 4545 Zamora, 30 de noviembre de 2005

46 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005 Coordinador: Dr. Jesús Toribio Quevedo Alumno: D. Roberto J. García Martín Zamora, 30 de Noviembre de 2005