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Lázaro Duarte, Carlos VelascoIngeniería de Refrigeradores. Mabe Tecnología y Proyectos

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

Contenido

1. Caracterización de materiales

2. Etapas para el desarrollo del modelo de elementos finitos

3. Características del modelo de elementos finitos

4. Descripción de las evaluaciones estructurales

5. Aspectos de mecánica experimental

6. Validación de modelos numéricos

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

COMPONENTES METALICOS(ACERO)

COMPONENTES PLASTICOS(ABS, HIPS, PU)

COMPONENTES METALICOS(ACERO)

COMPONENTES PLASTICOS(ABS, HIPS, PU)

PUERTACONGELADOR

PUERTAALIMENTOS

Caracterización de materiales en puertas

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

COMPONENTES METALICOS

COMPONENTES PLASTICOS

Caracterización de materiales en gabinete

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

PROBETAS HIPS/ABS/PU

PROBETAS ACERO

LAS PROBETAS DE MATERIALES PLASTICOS / METALICOS SE TOMARON DE MUESTRAS DE PUERTAS Y GABINETE DE PRODUCCION ACTUAL.

Caracterización de materiales

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

PROBETAS HIPS / ABS

PROBETAS PU

CURVAS ESFUERZO DEFORMACION

MODULO DEELASTICIDAD

MODULO DEPOISSON

μ, σ

MODULO DEELASTICIDAD

MODULO DEPOISSON

μ, σ

CURVAS ESFUERZO DEFORMACION

Caracterización de materiales

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

MODULO DEELASTICIDAD

MODULO DEPOISSON

μ, σ

PROBETAS ACERO

Caracterización de materiales

UNA VEZ DETERMINADAS LAS PROPIEDADES CONSTITUTIVAS DE LOS MATERIALESQUE CONTRIBUYEN A LA ESTRUCTURA TANTO DE LAS PUERTAS COMO DEL GABINETE

SE PROCEDE A ALIMENTAR LOS MODELOS DE ELEMENTOS FINITOS CON ESTA INFORMACION.

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Reparargeometría

Creaciónsello

Generarespuma Mallado

Gabinete

Puerta alimentos

Puerta congelador

Etapas para el desarrollo del modelo de elementos finitos

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

Modelo con elementos finitos:

• Shell63 para láminas, liners y forros• Solid45 para sólidos• Interacciones con acoplamientos, elementos MPC184, regiones adyacentes y áreas compartidas• Análisis cuasi – estático• Comportamiento lineal – elástico.

Mallado libre

• Rapidez en el mallado• Entre 8 y 10 veces más elementos que con un mallado mapeado• Menor capacidad de aproximación de elementos tetraédricos

Características del modelo de elementos finitos

Mallado mapeado y barrido

• Mejor aproximación de la discretización• Menor número de grados de libertad• Mayor control de la malla

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

Condición representada Condiciones de frontera

Grados de libertad UX UY UZ RotX RotY RotZ

Bisagra inferior alimentos

Bisagra intermedia (alimentos)

Bisagra intermedia (congelador)

Bisagra superior congelador

Tipo de carga Fx Fy Fz Mx My Mz

Alimentos: anaqueles intermedios

Alimentos: anaquel inferior

Congelador: anaqueles

Condición representada Condiciones de frontera

Grados de libertad UX UY UZ RotX RotY RotZ

Bisagra inferior alimentos

Bisagra intermedia (alimentos)

Bisagra intermedia (congelador)

Bisagra superior congelador

Evaluación estructural del sub – ensamble puertas

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

MECANICA EXPERIMENTAL

Necesidad: determinación de la magnitud de las fuerzas de sujeción que experimenta el refrigerador durante las evaluaciones estructurales.

Alternativas de bajo costopara medición de fuerza

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

y = 18.445197440x - 0.791386667

y = 12.88451494x + 0.20698257

y = 15.24556099x + 0.79458306

y = 17.79779908x + 0.02192022

y = 4.77482006006108x + 0.13083886039003

TRANSDUCTOR DE FUERZA

MODELO 3D PRO-E MODELO NUMERICO ANSYS SOLUCIONTIPO DE ELEMENTO : SOLID95HEXAEDROS / TETRAHEDROS

MIC

RO

DEF

OR

MA

CIO

NES

CARGA

PARA CALIBRAR EL TRANSDUCTOR SE APLICARON CARGAS CONOCIDAS Y SE ADQUIRIERON LAS MICRODEFORMACIONES RESULTANTES PARA DETERMINAR LAS ECUACIONES QUE RELACIONARAN LAS MICRODEFORMACIONES TOMADAS DURANTE LA PRUEBA DE GABINETE Y LAS REACCIONES QUE ACTUAN EN EL TRANSDUCTOR PARA POSTERIORMENTE APLICARLAS AL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DEL GABINETE.

VALIDACION

CALIBRACION

MECANICA EXPERIMENTAL

MATERIAL : ALUMINIO

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

[2] Strain[4] Strain[5] Strain

MIC

RO

DEF

OR

MA

CIO

NES

TIEMPO

[2] Fuerza[4] Fuerza[5] Fuerza

FUER

ZA

TIEMPO

y = 18.445197440x - 0.791386667

y = 12.88451494x + 0.20698257

y = 15.24556099x + 0.79458306

y = 17.79779908x + 0.02192022

y = 4.77482006006108x + 0.13083886039003

MIC

RO

DEF

OR

MA

CIO

NES

CARGA

MECANICA EXPERIMENTAL

ADQUISICION DE DATOS

DE ESTA MANERA CON UN ADQUISIDOR DE DATOS Y UN ECUACION DE TRANSFERENCIA SE OBTUVIERON LAS FUERZAS DE REACCION QUE ACTUAN EN EL GABINETE DURANTE LAS EVALUACIONES DEL SUBENSAMBLE DE GABINETE Y DE LA UNIDAD COMPLETA.

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

LABORATORIO

MODELO ELEMENTOFINITO

SOLUCION

TRANSDUCTOR

Evaluación estructural del sub – ensamble gabinete

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

GABINETECON CARGA DE PRUEBA

PUERTAS FZ / FFCON CARGA DE PRUEBA

+

MODELO NUMERICOREFRIGERADOR COMPLETO

Evaluación estructural del refrigerador completo

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Corr

elac

ión

2 3 4Indicador

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Cor

rela

ción

2 3 4 5

Indicador

PuertaCongelador

PuertaAlimentos

Validación de modelo numérico sub – ensamble puertas

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

Cor

rela

ción

1 2 5 6

Indicador

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

Cor

rela

ción

1 2 3 4 11 12 22

Indicador

Refrigeradorcompleto

Gabinete

Validación de modelo numérico – refrigerador completo

Refrigerador completo

Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE

Perspectiva para modelados futuros

Areas de oportunidad

• Determinación de constantes para modelos constitutivos no – lineales• Análisis no – lineal

• Contactos• Ecuaciones constitutivas no – lineales

• Eficiencia del mallado• Análisis de campos acoplados

Análisis termoestructuraly submodelado

Mallado con ANSYS tradicional

Mallado con ANSYS ICEM