simulación estructural por elementos finitos - análisis ... · los resultados obtenidos de...

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Código Proyecto: B184 Tipo: Benchmark

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SIMULACIÓN ESTRUCTURAL

Descripción del caso: Fue realizado un análisis estructural sobre el sistema de elevación de una pala mecánica de gran porte. El principal objetivo de este trabajo fue el de conocer el estado de tensiones general de la estructura para predecir su durabilidad a fatiga y establecer la potencia hidráulica necesaria en cada uno de los 3 actuadores hidráulicos para poder maniobrar carga de 2 toneladas aplicadas sobre la pala. La Fig. 1 muestra el modelo CAD 3D utilizado en las simulaciones.

Fig. 1 - Modelo CAD 3D de la pala mecánica

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La estructura fue analizada en 5 posiciones distintas, con una misma posición relativa del ángulo de la pala. Las posiciones evaluadas fueron las siguientes:

Fig. 2 - Posiciones evaluadas

L

10° 20°

30° 45°

60° L=2 ton

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Desarrollo: En el modelo de elementos finitos creado, los actuadores hidráulicos fueron modelados a través de elementos de viga (“beams”) que permitirán evaluar los esfuerzos en los mismos de manera eficaz, no es de interés en éste trabajo analizar el comportamiento de los actuadores hidráulicos mas allá del esfuerzo axial que éstos deberán proporcionar. La pala soporta una carga de 2 toneladas, el peso propio de la estructura fue considerado.

Fig. 3 - Malla del modelo de elementos finitos

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A continuación se muestran los resultados obtenidos en las 5 posiciones analizadas, destacando en todos el campo de tensiones de la pieza mas tensionada.

10°

Fig. 4 - Distribución de tensiones. Posición de 10°.

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20°

Fig. 5 - Distribución de tensiones. Posición de 20°.

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30°

Fig. 6 - Distribución de tensiones. Posición de 30°.

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45°

Fig. 7 - Distribución de tensiones. Posición de 45°.

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60°

Fig. 8 - Distribución de tensiones. Posición de 60°.

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Los resultados obtenidos de esfuerzo en los actuadores hidráulicos y tensión máxima en la pieza crítica de la pala se muestran en el siguiente gráfico:

Fig. 9 - Potencia de suministrada por los actuadores y tensión máxima

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Conclusiones: Con los resultados obtenidos en las simulaciones se pudo conocer el estado tensional de la estructura para de ésta manera evaluar su comportamiento a fatiga y poder determinar su vida.

Por otro lado se obtuvieron resultados necesarios para el dimensionamiento y diseño del sistema hidráulico de la máquina como son los esfuerzos que cada actuador hidráulico deberá proporcional para poder realizar la maniobra simulada.

De esta manera se logró dimensionar el circuito hidráulico de manera óptima, evitando sobredimensionamientos innecesarios que incrementan el costo final del equipo y su peso.

También, en función de los resultados de tensión obtenidos, fue posible realizar estimaciones de la vida a fatiga lo que permitió garantizar la calidad del producto desde la etapa de diseño, sin la necesidad de instrumentar el equipamiento una vez fabricado para obtener tensiones de servicio y evitando la construcción de una estructura de prueba para tales fines.