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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN

“GUÍA PARA DISEÑO DE TRENES DE

ATERRIZAJE DE AERONAVES PEQUEÑAS

MEDIANTE ANSYS-CATIA”

TESINA

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN AERONÁUTICA

PRESENTA:

RANGEL ESCOBAR RAÚL

ASESORES:

ING. JULIO CESAR MILLÁN DÍAZ

ING. JUAN CARLOS TORRES ÁVILA

MÉXICO D.F. ABRIL DE 2015

“GUÍA PARA DISEÑO DE TRENES DE ATERRIZAJE DE AERONAVES PEQUEÑAS MEDIANTE ANSYS-CATIA”

Rangel Escobar Raúl IPN ESIME Ticomán Página 1

Agradecimientos

Deseo expresar mi gratitud a mi madre, Silvia.

A ti, mamá: la única persona en mi vida que a pesar de todos mis tropiezos y defectos como persona, ha creído en mí y me ha apoyado incansablemente. Te dedico esta tesina, al igual que todos mis futuros logros, pues a pesar de que mi papá no pudo estar con nosotros, saliste adelante profesionalmente, al tiempo que me criabas y me dabas una buena educación. No existen palabras suficientes para expresar mi admiración hacia ti, así que sólo diré: gracias, Ma. Eres increíble.

Agradezco a mi familia.

A mi tía Claudia, quien me apoyó en gran medida, y por un tiempo me dio un lugar donde vivir para estar más cerca de la escuela. A mis tías Eva, Teresa, Rocío y Cristina, quienes estuvieron ahí para mí en todas las ocasiones que hizo falta. A mi abuelita, Jacinta, quien me enseñó que perderse no es necesariamente una calamidad, sino una oportunidad de encontrar otro camino. Y a mis primos, por sacarme una sonrisa con sus chistes malos.

A mis amigos y compañeros

A Rex, con quien compartí clases, proyectos y tiempo en la escuela. Gracias, ex roomie, por hacer más amenos los días de exámenes, por divertirnos juntos cocinando, por disfrutar junto conmigo a Murakami y a Larsson, y por ser Infame. Y sobre todo, por demostrar que no es posible pasar largo tiempo enojado con los amigos verdaderos, (por no mencionar que te pueden perdonar que los hagas accidentalmente famosos). “Sé una reina de Palacio”, pero sólo con la Ingeniería.

También le agradezco a Alan Solís, Valeria Ramírez, y a Saúl Solís. Igualmente, le agradezco a la profesora Ing. María de los Ángeles Nieto por sus pláticas y consejos.

Y finalmente, le doy las gracias a aquellos que decidieron “removerse de la ecuación”, pues me enseñaron una lección importante: soy capaz de alcanzar metas por mi propia cuenta.

- Raúl Rangel Escobar



RESUMEN

El presente trabajo resume las nociones generales, los arreglos y tipos comunes de los Trenes de

Aterrizaje, así como una descripción de la construcción típica de éstos. A continuación, se detalla

el modelado y ensamble, paso a paso, de la sección de amortiguador de un tren de aterrizaje

principal de una aeronave genérica, en el software de diseño asistido por computadora CATIA.

Posteriormente, se exponen las condiciones y características de la simulación del modelo en el

software de análisis ANSYS, así como los detalles del pre procesamiento. Por medio de los

resultados de la simulación, se averiguarán las zonas con esfuerzos y deformaciones principales

del ensamble, entre otros indicadores de su comportamiento mecánico.



ABSTRACT

In this paper, are summarized the general notions, the common arrangements and types of Landing

Gears, as well as a description of their typical layout. Afterwards, the modeling and assembly of the

main landing gear dampening section from a generic aircraft, in the CAD software CATIA, is

detailed, step-by-step. Then, are deployed the conditions and features of the model simulation on

the engineering software ANSYS, besides the pre-processing specifications. Through the

simulation solutions, the maximum (principal) strain and stress areas on the assembly are located,

among other mechanical behavior parameters.



ÍNDICE

RESUMEN ..................................................................................................................................... 3

ABSTRACT ................................................................................................................................... 4

ÍNDICE ........................................................................................................................................... 5

GLOSARIO DE TÉRMINOS ....................................................................................................... 8

GLOSARIO DE ACRÓNIMOS.................................................................................................. 11

GLOSARIO DE SÍMBOLOS ..................................................................................................... 12

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. 13

LISTA DE TABLAS ..................................................................................................................... 18

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 19

JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................................... 20

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................... 21

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................... 22

HIPÓTESIS ................................................................................................................................. 23

ALCANCE .................................................................................................................................... 24

METODOLOGÍA ......................................................................................................................... 25

DESCRIPCIÓN DE CAPÍTULOS ............................................................................................. 26

CAPÍTULO I - MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 27

ANTECEDENTES DE CATIA Y ANSYS ............................................................................... 28

CRONOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE CATIA ............................... 28

CRONOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS DE ANSYS ........................................................ 31

EL TREN DE ATERIZAJE ......................................................................................................... 33

ANTECEDENTES .................................................................................................................. 33

ARREGLOS COMUNES DE LOS TRENES DE ATERRIZAJE ...................................... 33

TIPOS DE TRENES DE ATERRIZAJE ............................................................................... 36

CONSTRUCCIÓN DEL TREN DE ATERRIZAJE ............................................................. 38

CAPITULO II – MODELADO EN CATIA ..................................................................................... 42

....................................................................................................................................................... 42



INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 43

CARACTERÍSTICAS DEL MODELO ...................................................................................... 43

MODELADO DEL SHIM ............................................................................................................ 44

MODELADO DEL AXLE ............................................................................................................ 49

MODELADO DEL BRAKE DISC COVER PLATE ................................................................. 56

MODELADO DEL SPRING STRUT ........................................................................................ 61

SECCIÓN A: CUERPO .......................................................................................................... 61

SECCIÓN B: SOPORTE SUPERIOR ................................................................................. 68

SECCIÓN C: SOPORTE INFERIOR ................................................................................... 73

OPERACIONES DE ACABADO .......................................................................................... 77

ENSAMBLE DEL MODELO ...................................................................................................... 86

CAPÍTULO III - ANÁLISIS ESTRUCTURAL EN ANSYS ......................................................... 93

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 94

DETERMINACIÓN DE LA CARGA ......................................................................................... 94

CARGA TOTAL ....................................................................................................................... 94

CARGA EN TREN PRINCIPAL ............................................................................................ 95

CARACTERÍSTICAS DEL ANÁLISIS ................................................................................... 106

DATOS DE INGENIERÍA .................................................................................................... 106

GEOMETRÍA ......................................................................................................................... 107

MALLADO .............................................................................................................................. 107

CONFIGURACIÓN DE CARGAS Y SOPORTES ........................................................... 108

SOLUCIÓN ............................................................................................................................ 109

PRE PROCESAMIENTO ........................................................................................................ 109

DATOS DE INGENIERÍA .................................................................................................... 110

GEOMETRÍA ......................................................................................................................... 114

MALLADO .............................................................................................................................. 114

CONFIGURACIÓN DE CARGAS Y SOPORTES ........................................................... 116

SOLUCIÓN ............................................................................................................................ 120

RESULTADOS ...................................................................................................................... 121

RESULTADOS .............................................................................................................................. 130

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 135

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................. 140



ANEXO A: PLANO DEL MODELO ............................................................................................ 141

ANEXO B: EXTRACTO DEL PROJECT REPORT DEL ANÁLISIS ..................................... 144

CASO: ESTADO ESTÁTICO .................................................................................................. 145

CASO: MOMENTO DEL DESPEGUE .................................................................................. 147

ANEXO C: GRÁFICOS DE LOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS ........................................ 149

ANÁLISIS DEL MODELO EN ESTADO ESTÁTICO .......................................................... 151

ANÁLISIS DEL MODELO EN EL MOMENTO DEL DESPEGUE ..................................... 165



GLOSARIO DE TÉRMINOS

Árbol: estructura que engloba en orden jerárquico todas las operaciones y elementos que

conforman cualquier sketch, parte o producto, entre otros, producido en cualquier

plataforma de Dassault Systèmes. Por defecto, se ubica la zona superior izquierda de la

ventana principal del software en uso.

Arranque (de Programa): Periodo de carga en la memoria RAM de las diferentes

bibliotecas y módulos requeridos para ejecutar un programa.

Axis: en español, Eje. Cualquier elemento lineal perteneciente a un sistema de

coordenadas o a cualquier objeto o plano, utilizado como referencia para operaciones

como extrusión o Shafts.

Barra: representación gráfica cuadrangular del conjunto de operaciones u opciones

disponibles, dentro de un software, ordenadas de acuerdo a su función.

Barra de Tareas: conjunto de menús contextuales ubicado en la zona superior de la

ventana principal del software.

Barreno: orificio cilíndrico creado mediante una operación de maquinado. Normalmente

empleados para uniones no permanentes en dispositivos mecánicos.

Biblioteca: conjunto de opciones disponibles para un fin determinado, incluido en el

software para mayor conveniencia del usuario.

Boceto: trazo “a mano alzada”, sin restricciones ni consideración de las adecuadas

proporciones, utilizado como base del sketch.

Boolean Operation: operación especial basada en la sobreposición de dos o más objetos,

con el fin de crear uno nuevo a partir de la remoción, adición, intersección, etc. Su utilidad

radica en la posibilidad de crear un objeto de geometría compleja a partir de objetos más

simples.

Brújula: representación gráfica del sistema de ejes local, y de los planos derivados de los

mismos.

Código: secuencia de instrucciones escritas en lenguaje de programación informático.

Configuración: conjunto de especificaciones orientadas a definir una operación,

programa, acción, etc.

Constraint: en español: Restricción. Configuración que establece una relación entre dos o

más elementos, objetos, planos, piezas, etc. Su propósito es dar forma al producto, según

la intención de diseño, y evitar modificaciones indirectas o involuntarias durante el proceso

de modelado.



Cuerda: sección de algunos elementos mecánicos cilíndricos, caracterizada por presentar

una hélice extruida, cuya finalidad es la de generar uniones no permanentes con otros

elementos mecánicos.

Dinámica de Fluidos: rama de la Mecánica orientada al estudio del comportamiento de la

materia en estado no sólido (gases y líquidos), en movimiento.

Dress-Up Feature: operación de adición de material.

Elemento Finito: denominación más común del Análisis por Elemento Finito. Herramienta

basada en métodos numéricos, utilizada ampliamente en ingeniería para solucionar, por

medio de programas informáticos, problemas de mecánica, termodinámica, dinámica de

fluidos, etc.

Extrusión: operación de creación de elementos de sección transversal fija.

Fuselaje: estructura central de la aeronave, de geometría alargada y sección transversal

amplia, en la cual se acoplan las estructuras restantes.

Fusible Plug: dispositivo de la rueda de la aeronave lleno de un material con un punto de

fusión específico. Si el punto de fusión es alcanzado debido al calor del sistema de

frenado, el contenido del fusible plug se fundirá y desinflará la llanta.

Ingeniería Inversa: proceso orientado a conocer el proceso de diseño de un producto,

partiendo de un objeto terminado o existente.

Línea de Construcción: tipo de trazo cuya función es el mero apoyo visual en la

construcción de sketches.

Menú Contextual: menú representado mediante una lista, la cual emerge al hacer clic en

un determinado ítem.

Metering Pin: dispositivo de control de fluido utilizado para restringir progresivamente el

paso de fluido de una cámara a otra, suavizando el impacto durante el aterrizaje. La

geometría o contorno de éste dispositivo determina la cantidad de fluido que puede

moverse.

Modelado: proceso que integra todos los trazos y operaciones, orientado a la obtención de

una pieza.

Módulo: conjunto de funciones y operaciones de naturaleza similar, que se integran en un

entorno gráfico.

Nube: concepto de almacenamiento, transferencia y manipulación de información, cuyo

alojamiento no se localiza en el dispositivo del usuario, sino en uno o más servidores

remotos. Su principal beneficio es el acceso a los archivos desde cualquier dispositivo

electrónico, vía internet.

Origen: intersección entre los ejes principales de un espacio bi o tridimensional.



Part Design Workbench: módulo de CATIA cuya función es la creación de geometrías

poco complejas, además de generar objetos físicos a partir de ítems generados en otros

módulos.

Perfil: sección transversal utilizada como base para generar distintas geometrías

tridimensionales.

Pieza: producto final generado en un entorno CAD.

Plano: espacio bidimensional generado a partir de la intersección de dos ejes. Igualmente,

se le denomina así al elemento bidimensional de apoyo generado para la creación de

sketches, o para servir de apoyo en la construcción de diferentes geometrías.

PLM: siglas para Product Lifecycle Management. Metodología de diseño basada en la

atención integral a cada proceso del desarrollo del producto, incluyendo el final del “tiempo

de vida del mismo”, caracterizado por servirse de la retroalimentación obtenida en cada

paso, y cuyo propósito final es la optimización del diseño y su proceso de creación.

Release: actualización de un programa informático.

Rodada: trayecto de la aeronave, en tierra, durante su movimiento de un punto a otro fuera

o dentro de la pista de aterrizaje.

Shimmy Damper: Amortiguador Anti Oscilaciones. Unidad hidráulica individual que resiste

repentinas cargas de torsión aplicadas al Tren de Nariz durante la operación en tierra,

permitiendo un giro suave de la rueda.

Sketch: conjunto de trazos bidimensionales generados en el Sketch Workbench.

Spline: trazo construido a partir de puntos específicos, y que genera una curva interpolada

a partir de los mismos.

Superficie: elemento geométrico perteneciente a la cara de un objeto (o un plano de un

sistema de ejes) utilizado como base para la creación de geometrías o como apoyo en la

configuración de algunas operaciones.

Sweep: geometría extruida a partir de perfiles y guías curvas o irregulares.

Turborreactor: nombre corto asignado a aeronaves propulsadas por motores a reacción

(de turbina).

Wireframe: conjunto de elementos geométricos tipo “alambre”, empleados como base en

la construcción de superficies, en el módulo Generative Shape Design de CATIA.



GLOSARIO DE ACRÓNIMOS

ASME American Society of Mechanical Engineers

CAD Computer-Aided Design

CAE Computer-Aided Engineering

CAM Computer-Aided Manufacturing

CFD Computational Fluid Dynamics

FEA Finite Element Analysis

GCE Global Collaborative Environment

GSD Generative Shape Design

PLM Product Lifecycle Management



GLOSARIO DE SÍMBOLOS

𝛼𝑇𝑂 Ángulo de despegue

cos Coseno

𝑔𝑎𝑙 Galones (US)

𝐺𝑃𝑎 Giga Pascales

𝑘𝑔 Kilogramos

𝐿 Litros

𝑙𝑏𝑓 Libras-fuerza

𝑚3 Metros Cúbicos

𝑀𝑃𝑎 Mega Pascales

𝑁 Newtons

𝜌 Densidad

sin Seno

𝑉𝑓 Volumen del Combustible

𝑾 Peso Total de la Aeronave

𝑊𝐸 Peso del Motor

𝑊𝑓 Peso del Combustible

𝑊𝑃𝐴𝑌 Peso de Paga

𝑊𝑇𝑂 Peso al Despegue

𝑊𝑇𝑂−𝐿𝐺𝑅 Fuerza aplicada en cada sección del Tren de Aterrizaje Principal

𝑊𝑇𝑂𝐻 Componente vectorial en el eje Horizontal

𝑊𝑇𝑂𝑉 Componente vectorial en el eje Vertical.



LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. APARIENCIA DE LA INTERFAZ DE CATIA V2 ................................................................................................ 28

FIGURA 2. AERONAVE MODELADA EN LA VERSIÓN 3 DE CATIA .................................................................................... 28

FIGURA 3. PANTALLA DE INICIALIZACIÓN DE ANSYS RELEASE 15.0 ................................................................................. 33

FIGURA 4. AERONAVE CON TREN DE COLA O "CONVENCIONAL" ..................................................................................... 34

FIGURA 5. AERONAVE CON TREN DE ATERRIZAJE EN TRICICLO ........................................................................................ 35

FIGURA 6. CONFIGURACIÓN EN TÁNDEM ................................................................................................................... 36

FIGURA 7. WHEEL PANTS DE AERONAVE DE TREN FIJO .................................................................................................. 36

FIGURA 8. TREN ANTI CHOQUE ................................................................................................................................ 37

FIGURA 9. TREN DE ATERRIZAJE RÍGIDO .................................................................................................................... 38

FIGURA 10. SHIMMY DAMPER ................................................................................................................................ 41

FIGURA 11. CONSIDERACIÓN ESTABLECIDA PARA DETERMINAR LAS CARGAS EN LA AERONAVE. .............................................. 43

FIGURA 12. BOCETO PARA EL MODELADO DEL TREN DE ATERRIZAJE ................................................................................ 44

FIGURA 13. SKETCH BASE DE LA PIEZA SHIM .............................................................................................................. 45

FIGURA 14. VENTANA ‘PAD DEFINITION’ .................................................................................................................. 46

FIGURA 15. VENTANA 'HOLE DEFINITION' .................................................................................................................. 47

FIGURA 16. ÍCONO 'RECTANGULAR PATTERN' ............................................................................................................. 47

FIGURA 17. VENTANA 'RECTANGULAR PATTERN DEFINITION' ........................................................................................ 48

FIGURA 18. RESULTADO RECTANGULAR PATTERN ........................................................................................................ 48

FIGURA 19. ÍCONO 'APPLY MATERIAL' ...................................................................................................................... 48

FIGURA 20. RESULTADO DE LA APLICACIÓN DE MATERIAL SOBRE LA PIEZA SHIM ................................................................ 49

FIGURA 21. SKETCH BASE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA PIEZA AXLE ............................................................................. 50

FIGURA 22. RESULTADO DE MULTI-PAD .................................................................................................................... 50

FIGURA 23. ÍCONOS 'SKECTH PLANE' Y 'PROJECT 3D SILHOUETTE EDGES'........................................................................ 51

FIGURA 24. SKETCH UTILIZADO COMO PERFIL PARA LA OPERACIÓN SHAFT ........................................................................ 51

FIGURA 25. RESULTADO DE OPERACIÓN SHAFT Y VENTANA 'SHAFT DEFINITION' ............................................................... 51

FIGURA 26. SUPERFICIE DE REFERENCIA PARA PATRÓN RECTANGULAR Y RESULTADO DE LA OPERACIÓN .................................. 52

FIGURA 27. VENTANA 'POINT DEFINITION' Y RESULTADO SOBRE LA PIEZA AXLE ................................................................ 52

FIGURA 28. ÍCONO 'HELIX' ...................................................................................................................................... 53

FIGURA 29.VENTANA 'HELIX CURVE DEFINITION' Y RESULTADO SOBRE LA PIEZA AXLE. ....................................................... 53

FIGURA 30. PERFIL PARA OPERACIÓN VOLUME SWEEP. ................................................................................................ 53

FIGURA 31. ÍCONO 'VOLUME SWEEP' ........................................................................................................................ 53

FIGURA 32. VENTANA 'SWEPT VOLUME DEFINITION' Y EL EFECTO EN LA PIEZA AXLE .......................................................... 54

FIGURA 33. PARTBODY Y GEOMETRICAL SET.1 SELECCIONADOS COMO OBJETO DE TRABAJO ............................................... 54

FIGURA 34. ÍCONO 'REMOVE' / BARRA 'BOOLEAN OPERATIONS' .................................................................................... 54

FIGURA 35. VENTANA 'REMOVE' .............................................................................................................................. 55

FIGURA 36. ANTES Y DESPUÉS DE LA APLICACIÓN DE LA OPERACIÓN BOOLEANA 'REMOVE' ................................................... 55

FIGURA 37. BORDES SELECCIONADOS PARA REDONDEADO Y CONFIGURACIÓN ................................................................... 55

FIGURA 38. RESULTADO FINAL DEL MODELADO DE LA PIEZA AXLE .................................................................................. 56

FIGURA 39. SKETCH BASE DE LA OPERACIÓN SHAFT ...................................................................................................... 57

FIGURA 40. VENTANA 'SHAFT DEFINITION' Y RESULTADO .............................................................................................. 57

FIGURA 41. SKETCH PARA OPERACIÓN POCKET............................................................................................................ 58



FIGURA 42. VENTANA 'POCKET DEFINITION' Y ÁREA REMOVIDA DE LA PARTE BRKDSC_COVERPLATE ................................ 59

FIGURA 43. RESULTADO DE LA OPERACIÓN RECTANGULAR PATTERN ............................................................................... 59

FIGURA 44. ESQUINAS SELECCIONADOS PARA REDONDEO .............................................................................................. 60

FIGURA 45. RESULTADO FINAL DEL MODELADO DE LA PIEZA BRKDISC_COVERPLATE...................................................... 60

FIGURA 46. GEOMETRICAL SET EN EL ÁRBOL DE PROCESOS ........................................................................................... 61

FIGURA 47. PRIMER SKETCH CONSTRUIDO SOBRE EL PLANO XY ...................................................................................... 62

FIGURA 48. SEGUNDO SKETCH CONSTRUIDO EN EL PLANO XY ........................................................................................ 62

FIGURA 49. VENTANA ‘EXTRUDED SURFACE DEFINITION’ Y RESULTADO DE LA OPERACIÓN ................................................... 63

FIGURA 50. VENTANA ‘EXTRUDED SURFACE DEFINITION’, EXTRUSIÓN DEL PRIMER PERFIL Y SEGUNDO PERFIL EN EL PLANO XY .... 63

FIGURA 51. ÍCONO 'TRIM' ...................................................................................................................................... 63

FIGURA 52. VENTANA 'TRIM DEFINITION' .................................................................................................................. 64

FIGURA 53. VISTA FRONTAL Y TRASERA DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN TRIM .............................................................. 64

FIGURA 54. VISTA DEL BORDE SUPERIOR EMPLEADO COMO PERFIL DE LA OPERACIÓN ‘EXTRUDED SURFACE DEFINITION’ ............ 65

FIGURA 55. ÍCONO 'INTERSECTION' ........................................................................................................................... 65

FIGURA 56. CONFIGURACIÓN DE LA OPERACIÓN INTERSECTION Y RESULTADO ................................................................... 65

FIGURA 57. ÍCONO 'SPLIT’ ...................................................................................................................................... 65

FIGURA 58. VENTANA 'SPLIT DEFINITION' Y RESULTADO ............................................................................................... 66

FIGURA 59. EDGE EMPLEADO COMO PERFIL EN OPERACIÓN EXTRUDE, Y VENTANA ‘EXTRUDED SURFACE DEFINITION’ ............... 66

FIGURA 60. VENTANA ‘INTERSECTION DEFINITION’ Y RESULTADO DE LA OPERACIÓN INTERSECT ............................................ 67

FIGURA 61. DETALLE DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN SPLIT Y VENTANA ‘SPLIT DEFINITION’ .............................................. 67

FIGURA 62. VISTA ISOMÉTRICA Y VISTA LATERAL DERECHA DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN SPLIT ..................................... 67

FIGURA 63. DETALLE DE LA SECCIÓN SUPERIOR DE LA SUPERFICIE RESULTANTE ................................................................... 68

FIGURA 64. UBICACIÓN DE PONT.6 .......................................................................................................................... 68

FIGURA 65. UBICACIÓN DE POINT.7 ......................................................................................................................... 68

FIGURA 66. UBICACIÓN DE POINT.7 ......................................................................................................................... 69

FIGURA 67. ÍCONO 'POLYLINE' ................................................................................................................................. 69

FIGURA 68. CONSTRUCCIÓN POLYLINE ...................................................................................................................... 69

FIGURA 69. CONSTRUCCIÓN DE UN NUEVO PUNTO BASADO EN EL POINT.7 ...................................................................... 69

FIGURA 70. CONSTRUCCIÓN DE UN NUEVO PUNTO, BASADO EN POINT.6 ......................................................................... 70

FIGURA 71. CONSTRUCCIÓN DE UN NUEVO PUNTO BASADO EN POINT. 10 Y OTRO BASADO EN POINT.11 .............................. 70

FIGURA 72. POLYLINE CERRADO ............................................................................................................................... 70

FIGURA 73. WIREFRAME OBTENIDO CON LA CONSTRUCCIÓN DE 4 LÍNEAS QUE CONECTAN POLYLINE.1 Y POLYLINE.2 ............... 71

FIGURA 74. VISTA ISOMÉTRICA DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN MULTI-SECTIONS SURFACE Y VENTANA 'MULTI-SECTIONS

SURFACE DEFINITION' .................................................................................................................................... 71

FIGURA 75. CONSTRUCCIÓN DE LÍNEAS ENTRE POLYLINE.1 E INTERSECT.1 ........................................................................ 72

FIGURA 76. RESULTADO DE OPERACIÓN MULTI-SECTIONS SURFACE ................................................................................ 72

FIGURA 77. SUPERFICIE FINAL MODELADA PARA LA SECCIÓN B DE LA PIEZA SPRINGSTRUT ................................................ 72

FIGURA 78. CONSTRUCCIÓN DE LÍNEA ENTE LÍMITES DEL INTERSECT.2 ............................................................................. 73

FIGURA 79. CONSTRUCCIÓN DE PUNTO BASADO EN EL ORIGEN ....................................................................................... 73

FIGURA 80. CONSTRUCCIÓN DE PUNTO BASADO EN ESQUINA DE JOIN.1 ........................................................................... 74

FIGURA 81.CONSTRUCCIÓN DE POLYLINE CERRADO ..................................................................................................... 74

FIGURA 82. CONSTRUCCIÓN DE LÍNEAS DE CONEXIÓN ENTRE JOIN.1 Y POLYLINE.3 ............................................................. 75

FIGURA 83. CONSTRUCCIÓN DE CUATRO NUEVOS PUNTOS EQUIDISTANTES DE POLYLINE.3 .................................................. 75

FIGURA 84. CONSTRUCCIÓN DE POLYLINE.4 ............................................................................................................... 76

FIGURA 85. CONSTRUCCIÓN DE MULTI-SECTIONS SURFACE ENTRE JOIN.1 Y POLYLINE.3 ..................................................... 76

FIGURA 86. CONSTRUCCIÓN DE MULTI-SECTIONS SURFACE ENTRE POLYLINE.3 Y POLYLINE.4 .............................................. 76



FIGURA 87. ÁREA CERRADA POR LA OPERACIÓN FILL .................................................................................................... 77

FIGURA 88. ÁREA CERRADA POR LA OPERACIÓN FILL .................................................................................................... 77

FIGURA 89. SUPERFICIES UNIDAS POR MEDIO DE LA OPERACIÓN JOIN Y VENTANA 'JOIN DEFINITION' ...................................... 78

FIGURA 90. SKETCH BASE DE LA OPERACIÓN POCKET .................................................................................................... 78

FIGURA 91. SUPERFICIE REMOVIDA POR MEDIO DE LA OPERACIÓN POCKET ....................................................................... 79

FIGURA 92. ANTES Y DESPUÉS DE LA OPERACIÓN TRITANGENT FILLET .............................................................................. 79

FIGURA 93. SUPERFICIE BASE PARA SKETCH Y COORDENADAS DEL PUNTO CONSTRUIDO EN EL SKETCH .................................... 80

FIGURA 94. DETALLE DEL SKETCH Y DETALLE DEL RESULTADO DE LA OPERACIÓN POCKET ..................................................... 80

FIGURA 95. COORDENADAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN NUEVO SKETCH ..................................................................... 80

FIGURA 96. RESULTADO DEL RECTANGULAR PATTERN Y PESTAÑA VENTANA ‘RECTANGULAR PATTERN DEFINITION’ .................. 81

FIGURA 97. SUPERFICIE BASE DEL SKETCH Y CONSTRUCCIÓN DE PUNTO EN NUEVO SKETCH .................................................. 81

FIGURA 98. CONSTRUCCIÓN DEL HOLE Y DETALLE DE LA VENTANA 'HOLE DEFINITION' ........................................................ 82

FIGURA 99. RESULTADO APLICACIÓN RECTANGULAR PATTERN ....................................................................................... 82

FIGURA 100. BORDES SELECCIONADOS PARA APLICAR FILLET Y CONFIGURACIÓN (1) ........................................................... 82





FIGURA 105. ÍCONO 'THICKNESS' ............................................................................................................................. 84

FIGURA 106. VISTA LATERAL DERECHA DE LA PIEZA SPRINGSTRUT, Y SUPERFICIES SELECCIONADAS PARA ENGROSAMIENTO .... 84

FIGURA 107. VENTANA 'THICKNESS DEFINITION' ......................................................................................................... 85

FIGURA 108. VISTA LATERAL DERECHA DE LA PIEZA SPRINGSTRUT .............................................................................. 85

FIGURA 109. SUPERFICIE EMPLEADA PARA OPERACIÓN THICKNESS Y VENTANA 'THICKNESS DEFINITION' ................................. 85

FIGURA 110. VISTA ISOMÉTRICA FRONTAL Y TRASERA DEL MODELO FINAL DE LA PIEZA SPRINGSTRUT ................................ 86

FIGURA 111. LOCALIZACIÓN DEL MÓDULO ASSEMBLY DESIGN EN EL MENÚ START ............................................................. 86

FIGURA 112. BARRA ‘PRODUCT STRUCTURE TOOLS’ .................................................................................................... 87

FIGURA 113. ÍCONO 'EXISTING COMPONENT' ............................................................................................................. 87

FIGURA 114. ÁRBOL DE PROCESOS EN EL MÓDULO ASSEMBLY DESIGN, ANTES DE INSERTAR LAS PARTES ................................ 87

FIGURA 115. ÁRBOL DE PROCESOS TRAS LA INSERCIÓN DE LAS PARTES ............................................................................. 87

FIGURA 116. APARIENCIA DEL ENSAMBLE TRAS SU INSERCIÓN EN EL PRODUCT1 ................................................................ 88

FIGURA 117. PIEZAS SEPARADAS CON AYUDA DE LA BRÚJULA ........................................................................................ 88

FIGURA 118. SISTEMA DE EJES ABSOLUTO Y POSICIÓN ORIGINAL DE LA BRÚJULA ............................................................... 89

FIGURA 119. BARRA 'CONSTRAINTS' ......................................................................................................................... 89

FIGURA 120. ÍCONO 'COINCIDENCE CONSTRAINT' ....................................................................................................... 89

FIGURA 121. RESTRICCIÓN DE COINCIDENCIA ENTRE LA PARTE SPRINGSTRUT Y LA PARTE SHIM ....................................... 89

FIGURA 122. CONJUNTO DE RESTRICCIONES DE COINCIDENCIA A LO LARGO DEL ENSAMBLE ................................................. 90

FIGURA 123. ÍCONO ‘CONTACT................................................................................................................................ 90

FIGURA 124. CARA FRONTAL DE LA PARTE SPRINGSTRUT Y RESTRICCIÓN DE CONTACTO CON CARA TRASERA DE PIEZA SHIM .. 90

FIGURA 125. CONJUNTO DE RESTRICCIONES SOBRE EL ENSAMBLE ................................................................................... 91

FIGURA 126. ÍCONO 'UPDATE ALL' ........................................................................................................................... 91

FIGURA 127. APARIENCIA FINAL DEL ENSAMBLE .......................................................................................................... 91

FIGURA 128. APARIENCIA FINAL DEL ENSAMBLE LG_ASSEMBLY.CATPART .................................................................... 92

FIGURA 129. SKETCH BASE...................................................................................................................................... 96

FIGURA 130. POSICIÓN SKETCH BASE PARA PRIMER SOPORTE ........................................................................................ 96

FIGURA 131. APARIENCIA FINAL DE LA PIEZA EMPLEADA PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS ........................................ 96

FIGURA 132. LOCALIZACIÓN DE LA OPCIÓN DE GUARDADO DE ARCHIVO TIPO ‘STP’ ............................................................. 97



FIGURA 133. VENTANA DE INICIO DE ANSYS WORKBENCH ........................................................................................... 97

FIGURA 134. PROYECTO 'STATIC STRUCTURAL' ........................................................................................................... 98

FIGURA 135. ÍTEM 'ENGINEERING DATA' ................................................................................................................... 98

FIGURA 136. ÍTEM ‘SETUP’ EN EL PROYECTO ‘STATIC STRUCTURAL’ ................................................................................ 98

FIGURA 137. INTERFAZ DEL MÓDULO MECHANICAL DE ANSYS ..................................................................................... 99

FIGURA 138. LOCALIZACIÓN DEL ÍTEM 'FIXED SUPPORT' EN EL MENÚ 'SUPPORTS' .............................................................. 99

FIGURA 139. ÁREA SELECCIONADA COMO FIXED SUPPORT ILUMINADA EN COLOR VERDE Y SOPORTE ESTABLECIDO ................. 100

FIGURA 140. LOCALIZACIÓN DEL ÍTEM ‘FORCE’ EN EL MENÚ ‘LOADS’ ............................................................................ 100

FIGURA 141. ÁREA DE LA PIEZA SELECCIONADA PARA APLICAR LA FUERZA Y VENTANA ‘DETAILS OF’. .................................... 101

FIGURA 142. APARIENCIA DE LA SUPERFICIE EN LA CUAL SE HA APLICADO LA FUERZA. ........................................................ 101

FIGURA 143. VENTANA ‘DETAILS OF’ Y DIRECCIÓN DE LA FUERZA APLICADA .................................................................... 102

FIGURA 144. ÍTEMS ‘FORCE REACTION’ EN EL ÁRBOL DE PROCESOS, SIN CALCULAR .......................................................... 102

FIGURA 145. ÁRBOL DE PROCESOS MOSTRANDO ÍTEMS ‘MESH’ Y ‘COORDINATE SYSTEM’ EN LA VENTANA ‘OUTLINE’. ÍTEM

‘ELEMENT SIZE’ EN LA VENTANA ‘DETAILS OF “MESH”’ .................................................................................... 103

FIGURA 146. APARIENCIA DE LA MALLA OBSOLETA ..................................................................................................... 103

FIGURA 147. BOTÓN ‘SOLVE’ EN LA BARRA PRINCIPAL DE MENÚS................................................................................ 103

FIGURA 148. APARIENCIA DEL ÁRBOL DE PROCESOS ANTES Y DESPUÉS DEL CÁLCULO DE SOLUCIONES ................................... 104

FIGURA 149. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA FUERZA DE REACCIÓN EN EL SOPORTE DEL TREN DE NARIZ. COMPONENTES DE LA

FUERZA DE REACCIÓN EN LA VENTANA ‘TABULAR DATA’ ..................................................................................... 104

FIGURA 150. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA FUERZA DE REACCIÓN EN EL TREN PRINCIPAL DERECHO. COMPONENTES DE LA


FIGURA 151. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA FUERZA DE REACCIÓN EN EL TREN PRINCIPAL IZQUIERDO. COMPONENTES DE LA


FIGURA 152. VENTANA ‘ENGINEERING DATA SOURCES’ ............................................................................................. 110

FIGURA 153. ÍTEM 'ALLOY STEEL 4130' .................................................................................................................. 110

FIGURA 154. VENTANA 'PROPERTIES OF...: ALLOY STEEL 4130' ANTES DE LA ADICIÓN DE PROPIEDADES .............................. 111

FIGURA 155. CATEGORÍAS 'PHYSICAL PROPERTIES', 'LINEAR ELASTIC' Y 'STRENGTH' DE LA COLUMNA TOOLBOX .................... 111

FIGURA 156. ÍTEM ‘DERIVE FROM’ EN LA VENTANA ‘PROPERTIES OF…: ALLOY STEEL 4130’ ............................................. 111

FIGURA 157. ÍTEM ‘DERIVE FROM’ EN LA VENTANA ‘PROPERTIES OF…: ALLOY STEEL 4130’, CONFIGURADO ‘SHEAR MODULUS

AND YOUNG’S MODULUS’ ............................................................................................................................ 112

FIGURA 158. VENTANA ‘PROPERTIES OF…: ALLOY STEEL 4130’ CON PROPIEDADES ESTABLECIDAS ..................................... 112

FIGURA 159. BOTÓN ‘SAVE’ EN LA VENTANA ‘ENGINEERING DATA SOURCES’ ................................................................. 112

FIGURA 160. LOCALIZACIÓN DEL BOTÓN ‘ENGINEERING DATA SOURCES’ ....................................................................... 113

FIGURA 161. LOCALIZACIÓN DEL BOTÓN ‘UPDATE PROJECT’ ........................................................................................ 113

FIGURA 162. LISTA DE MATERIALES EN EL MENÚ CONTEXTUAL ‘(MATERIAL) ASSIGNMENT’ EN LA VENTANA ‘DETAILS OF…’ ..... 113

FIGURA 163. APARIENCIA DEL ÍTEM ‘GEOMETRY’ EN EL PROYECTO ‘STATIC STRUCTURAL’ ................................................. 114

FIGURA 164. LOCALIZACIÓN DEL ÍTEM ‘BROWSE’ ...................................................................................................... 114

FIGURA 165. APARIENCIA DEL MODELO EN EL ENTORNO MECHANICAL DE ANSYS ........................................................... 115

FIGURA 166. DETALLE DE LA VENTANA ‘DETAILS OF “MESH”’ ...................................................................................... 115

FIGURA 167. APARIENCIA DEL MODELO MALLADO CON ELEMENTOS DE 3 MM ................................................................. 116

FIGURA 168. SELECCIÓN DEL BARRENO TRASERO DEL SOPORTE SUPERIOR ....................................................................... 117

FIGURA 169. APARIENCIA FINAL DE LOS SOPORTES FIJOS EN EL MODELO ........................................................................ 117

FIGURA 170. SUPERFICIE DE APLICACIÓN DE LA FUERZA .............................................................................................. 118

FIGURA 171. DETALLE DE LA VENTANA ‘DETAILS OF…”FORCE”’ ................................................................................... 118

FIGURA 172. DETALLE DE LA VENTANA ‘DETAILS OF “FORCE” CON REQUERIMIENTO DE DATOS POR PARTE DE ANSYS ........... 118

FIGURA 173. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA FUERZA, EN ESTADO ESTÁTICO ................................................................. 119



FIGURA 174. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA FUERZA, AL MOMENTO DEL DESPEGUE ...................................................... 119

FIGURA 175. BARRA ENVIRONMENT ....................................................................................................................... 120

FIGURA 176. MENÚ 'LOADS' DESPLEGADO .............................................................................................................. 121

FIGURA 177. MENÚ 'SUPPORTS' DESPLEGADO.......................................................................................................... 121

FIGURA 178. VENTANA ‘ANSYS WORKBENCH SOLUTION STATUS’ ............................................................................... 122

FIGURA 179. ÍTEMS CALCULADOS, EN LA RAMA SOLUTION DEL ÁRBOL DE PROCESOS ........................................................ 122

FIGURA 180. VENTANA 'WORKSHEET', MOSTRANDO LA INFORMACIÓN DE LA SOLUCIÓN (SOLUTION INFORMATION) .............. 123

FIGURA 181. VENTANA 'DETAILS OF "TOTAL DEFORMATION"’, EFECTOS DE LA DEFORMACIÓN, Y VENTANA ‘GRAPH’.............. 124

FIGURA 182. BARRA 'RESULT' ............................................................................................................................... 124

FIGURA 183. REPRESENTACIÓN DEL VECTOR DE LA FUERZA DE REACCIÓN EN UN BARRENO ................................................ 126

FIGURA 184. VENTANA ' TABULAR DATA', DEL ÍTEM ‘FORCE REACTION’ ........................................................................ 126

FIGURA 185. MENSAJE DE GENERACIÓN DEL REPORTE EN LA VENTANA PRINCIPAL Y PESTAÑA 'REPORT PREVIEW' .................. 127

FIGURA 186. DETALLE DEL REPORT PREVIEW: LISTA DE CONTENIDOS ............................................................................ 128

FIGURA 187. BARRA 'REPORT PREVIEW' .................................................................................................................. 128

FIGURA 188. DETALLE DEL ÍTEM 'GEOMETRY' EN EL REPORT PREVIEW .......................................................................... 129

FIGURA 189. PLANO DEL ENSAMBLE FINAL .............................................................................................................. 142

FIGURA 190. PLANO DE LAS PIEZAS DEL ENSAMBLE ................................................................................................... 143

FIGURA 191. VISTAS ISOMÉTRICAS DEL MODELO EN ANSYS (GEOMETRÍA, MALLADO, FUERZAS Y SOPORTES). ..................... 150

FIGURA 192. DEFORMACIÓN TOTAL (ESTADO ESTÁTICO)............................................................................................ 151

FIGURA 193. DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE Z (ESTADO ESTÁTICO) ......................................................... 152

FIGURA 194. DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE Y (ESTADO ESTÁTICO) ........................................................ 153

FIGURA 195. DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE X (ESTADO ESTÁTICO) ........................................................ 154

FIGURA 196. DEFORMACIÓN ELÁSTICA EQUIVALENTE (ESTADO ESTÁTICO) ..................................................................... 155

FIGURA 197. ESFUERZO EQUIVALENTE (ESTADO ESTÁTICO) ........................................................................................ 156

FIGURA 198. DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE RESPECTO AL PLANO XZ (ESTADO ESTÁTICO) ........................................ 157

FIGURA 199. DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE RESPECTO AL PLANO XY (ESTADO ESTÁTICO) ........................................ 158

FIGURA 200. DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE RESPECTO AL PLANO YZ (ESTADO ESTÁTICO) ........................................ 159

FIGURA 201. ESFUERZO CORTANTE RESPECTO AL PLANO XY (ESTADO ESTÁTICO) ............................................................ 160

FIGURA 202. ESFUERZO CORTANTE RESPECTO AL PLANO XZ (ESTADO ESTÁTICO) ............................................................ 161

FIGURA 203. ESFUERZO CORTANTE RESPECTO AL PLANO XZ (ESTADO ESTÁTICO) ............................................................ 162

FIGURA 204. FUERZAS DE REACCIÓN (ESTADO ESTÁTICO) ........................................................................................... 163

FIGURA 205. FACTOR DE SEGURIDAD (ESTADO ESTÁTICO) .......................................................................................... 164

FIGURA 206. DEFORMACIÓN TOTAL (MOMENTO DEL DESPEGUE) ................................................................................ 165

FIGURA 207. DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE Z (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................................. 166

FIGURA 208. DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE Y (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................................. 167

FIGURA 209. DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE X (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................................. 168

FIGURA 210. DEFORMACIÓN ELÁSTICA EQUIVALENTE (MOMENTO DEL DESPEGUE) ......................................................... 169

FIGURA 211. ESFUERZO EQUIVALENTE (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................................................................. 170

FIGURA 212. DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE RESPECTO AL PLANO XZ (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................. 171

FIGURA 213. DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE RESPECTO AL PLANO XY (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................ 172

FIGURA 214. DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE RESPECTO AL PLANO YZ (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................. 173

FIGURA 215. ESFUERZO CORTANTE RESPECTO AL PLANO XY (MOMENTO DEL DESPEGUE) ................................................ 174

FIGURA 216. ESFUERZO CORTANTE RESPECTO AL PLANO YZ (MOMENTO DEL DESPEGUE)................................................. 175

FIGURA 217. ESFUERZO CORTANTE RESPECTO AL PLANO XZ (MOMENTO DEL DESPEGUE) ................................................ 176

FIGURA 218. FUERZAS DE REACCIÓN (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................................................................... 177

FIGURA 219. FACTOR DE SEGURIDAD (MOMENTO DEL DESPEGUE) ............................................................................... 178



LISTA DE TABLAS

TABLA 1. COORDENADAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LOS PUNTOS BASE DE LOS TRAZOS SPLINE ........................................... 58

TABLA 2. COORDENADAS DE LOS PUNTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA OPERACIÓN SPLINE ............................................... 62

TABLA 3. EXTRACTO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO 4130 ...................................................................... 106

TABLA 4. FUERZAS DE REACCIÓN (CASO ESTÁTICO) .................................................................................................... 132

TABLA 5. FUERZAS DE REACCIÓN (CASO EN MOMENTO DEL DESPEGUE) ........................................................................ 134

TABLA 6. EXTRACTO DE LAS TABLAS ‘STATIC STRUCTURAL/SOLUTION/RESULTS’ .............................................................. 145

TABLA 7. ‘STRESS SAFETY TOOLS’ ........................................................................................................................... 146

TABLA 8. EXTRACTO DE TABLA ‘STRESS TOOL/RESULT’ ............................................................................................... 146

TABLA 9. EXTRACTO DE LA TABLA ‘STATIC STRUCTURAL/SOLUTION/PROBES’ .................................................................. 146

TABLA 10. EXTRACTO DE LAS TABLAS ‘STATIC STRUCTURAL/SOLUTION/RESULTS’ ............................................................ 147

TABLA 11. ‘STRESS SAFETY TOOLS’ ........................................................................................................................ 148

TABLA 12. EXTRACTO DE TABLA ‘STRESS TOOL/RESULT’ ............................................................................................. 148

TABLA 13. EXTRACTO DE LA TABLA ‘STATIC STRUCTURAL/SOLUTION/PROBES’ ................................................................ 148



INTRODUCCIÓN

Con el presente trabajo se busca realizar un análisis estructural asistido por computadora, a partir

de un modelo CAD de la estructura perteneciente a la sección de principal del tren de aterrizaje de

una aeronave genérica pequeña; específicamente la sección amortiguadora. Todo lo anterior, con

el fin de desarrollar un material bibliográfico que sea utilizado como guía por alumnos de cursos de

Diseño Mecánico y Análisis Estructural, e interesados en el diseño CAD/CAE; además de servir

como material entregable, o antología, en la cual se integren los conocimientos aprendidos en los

módulos de Modelado Paramétrico, y Análisis, del Seminario “Modelado, Análisis y Diseño de

Elementos Mecánicos”.



JUSTIFICACIÓN

El presente trabajo ayudará a comprender de manera sencilla y directa el procedimiento para

modelar y analizar/simular adecuadamente un mecanismo, en este caso, una sección del tren de

aterrizaje de una aeronave genérica. Este trabajo ofrecerá un apoyo a estudiantes que busquen

una referencia de consulta en lo relacionado al diseño CAD (en el ambiente de CATIA) Y su

aplicación en software de análisis mecánico (ANSYS).

Se beneficia todo aquel que busque un ejemplo o método para analizar de manera sencilla

un mecanismo, partiendo de su modelado en un ambiente CAD. Igualmente, el documento sirve

como una antología de los conocimientos aprendidos a lo largo del Seminario de «Modelado,

Análisis y Diseño de Elementos Mecánicos», y como una práctica de los mismos.

Finalmente, con este proyecto, se está desarrollando una forma de exponer, de manera

escrita, la solución a la duda de cómo realizar un análisis estructural a partir del modelado CAD,

ofreciendo una perspectiva simple y útil sobre cómo atacar el problema de iniciarse en el modelado

y el análisis asistidos por computadora.



OBJETIVO GENERAL

Obtener una guía de utilidad en cursos de Diseño Mecánico, sobre el diseño y análisis asistidos

por computadora, de un mecanismo de un tren de aterrizaje de una aeronave pequeña, la cual se

encuentre basada en los contenidos aprendidos durante los módulos de Dibujo de Sólidos Asistido

por Computadora y Análisis Mecánico Asistido por Computadora, del Seminario “Modelado,

Análisis y Diseño de Elementos Mecánicos”.



OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir los antecedentes del software de diseño asistido por computadora CATIA, así

como del software de ingeniería ANSYS, denotando su relevancia en la industria

aeronáutica, y en general, en la historia reciente de la ingeniería. Igualmente, exponer un

resumen de las características de los diferentes tipos de trenes de aterrizaje.

Plantear un mecanismo genérico de una sección de amortiguador de una aeronave

pequeña y modelarla en el ambiente CATIA V5, detallando paso a paso el procedimiento.

Simular el modelo CAD, en el software de ingeniería ANSYS Mechanical, bajo

determinadas condiciones, con el fin de conocer y comparar su comportamiento mecánico

en estado estático y en el momento del despegue.



HIPÓTESIS

Si se exponen, de manera bien estructurada y detallada, los pasos para diseñar y analizar un

mecanismo del tren de aterrizaje a través de los softwares CATIA y ANSYS, el presente trabajo

servirá como guía y material bibliográfico para estudiantes en cursos de diseño mecánico y, en

general, para la comunidad interesada en el diseño CAD/CAE.



ALCANCE

Alrededor de este trabajo existen variables sobre las cuales hay que delimitar el proyecto. En

primer lugar, se tiene el tipo de tren de aterrizaje a analizar, que para la aeronave en cuestión

(tamaño pequeño), se cuenta con el tren tipo flat (plano) y el tipo tubular. Se tomará el modelo del

primero.

Por otra parte, se requiere definir la sección específica del tren de aterrizaje que se

analizará, siendo ésta precisamente la del amortiguador, de su soporte en el fuselaje hasta la

sección donde se encuentra el anclaje para la rueda.

El software de análisis estructural y de modelado también deben ser determinados, con el

propósito de utilizar herramientas reconocidas, y que utilizadas ampliamente en la industria

aeronáutica (y afine): el modelo se desarrollará en el ambiente CAD de CATIA V5, mientras que la

simulación y se correrá en el entorno Mechanical Workbench del software de ingeniería ANSYS.

Finalmente se entregará un trabajo que sirva como guía a estudiantes de cursos de Diseño

Mecánico, y a interesados en el modelado y análisis asistidos por computadora; pero que

igualmente cumpla como evidencia de los contenidos vistos en el Seminario de “Modelado, Análisis

y Diseño de Elementos Mecánicos”.



METODOLOGÍA

La metodología a seguir durante el desarrollo del presente trabajo, es del tipo Investigación

Aplicada, pues no pretende ser pura o experimental, se limita a hacer uso del conocimiento

existente. Por otra parte, el nivel de investigación corresponde al Explicativo y Descriptivo, pues

busca definir la relación entre las variables y sus propiedades.

La aproximación de la investigación corresponde a la Cualitativa, ya que su objeto está

basado, precisamente, en cualidades, y va de lo particular a lo general, finalizando con una

apreciación.

En cuanto a la secuencia de pasos en la investigación, se considera lo siguiente:

Recopilación de la información (revisión de la bibliografía)

Redacción protocolo y marco teórico

Modelado asistido por computadora en CATIA

Análisis y simulación en ANSYS Mechanical Workbench

La dificultad prevista para el desarrollo del proyecto es la falta de bibliografía en español, lo

cual implica el manejo de tecnicismos que llegan a resultar desconocidos o difíciles de interpretar.

La solución para librarse de este obstáculo es la consulta a académicos y la revisión en referencias

bibliográficas complementarias.



DESCRIPCIÓN DE CAPÍTULOS

Capítulo I - Marco Teórico

En este capítulo se expone el concepto del tren de aterrizaje como mecanismo de soporte de las

aeronaves, su desarrollo a través de la historia. De forma similar, se presentan antecedentes,

cronología y características generales de CATIA y ANSYS.

Capítulo II - Modelado CAD en CATIA

El segundo capítulo expone la intención de diseño del tren de aterrizaje. Posteriormente describe

los detalles del modelado de las partes en la plataforma CATIA V5; y finaliza con el procedimiento

de ensamble del modelo.

Capítulo III - Análisis Estructural en ANSYS

En el tercer capítulo, se determina la carga aplicada al modelo. Igualmente, se explican y definen

las características y condiciones de la simulación. Finalmente, se detallan los pasos de pre

procesamiento del análisis; así como de la visualización e interpretación de resultados.



CAPÍTULO I - MARCO TEÓRICO



ANTECEDENTES DE CATIA Y ANSYS

CRONOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE CATIA

1981 Se crea Dassault Systèmes con el fin de desarrollar productos en un entorno

tridimensional, por ingenieros de Dassault Aviation. Y en el transcurso del mismo año

lanzan CATIA en su primera versión, con el fin de apoyar a la industria aeronáutica. Al

mismo tiempo, Honda, Mercedes-Benz, entre otras, comienzan a emplear esta plataforma.

1981 CATIA V1 sale al mercado.

1984 CATIA V2 es lanzado al público, e implementa nuevas herramientas 2D y 3D.

CATIA se posiciona como líder en diseño aeroespacial. Boeing, comienza a utilizar

CATIA.

Figura 1. Apariencia de la Interfaz de CATIA

V2 (Dassault Systèmes, 2015)

1988 CATIA ocupa el lugar principal en software CAD para el sector automotriz.

Dassault Systèmes presenta la versión 3 de CATIA.

Figura 2. Aeronave modelada en la versión 3 de CATIA

(Dassault Systèmes, 2015)

1993 CATIA V4 es lanzado, incluyendo nuevas funcionalidades, como la generación de

ensambles totales de los productos.



1994 Dassault Systèmes incursiona en nuevos sectores industriales, como los Bienes de

Consumo, Construcción Naval y Energía.

1997 Solid Works es adquirida por el Grupo Dassault Systèmes, con lo cual obtiene una

herramienta que mejora la transición del diseño 2D a 3D.

1998 Se crea ENOVIA, entorno orientado a la gestión y administración de los datos e

información generados en CATIA.

1999 Sale al mercado el primer Release de CATIA V5, que surge como una

herramienta totalmente renovada que integra funciones orientadas a la industria basada en

el PLM.

2000 AIRBUS firma con CATIA para la integración del software a su empresa. Dassault

Systèmes presenta DELMIA, una plataforma de simulación de fabricación, que integra

planificación de procesos digitales, simulación de robots y tecnología de modelización

humana.

2001-2003 Se firman contratos con Toyota y Volvo, así como con Sony, BMW Group y

Ford Company.

2004 Un acuerdo estratégico con Boeing redunda en la creación de GCE, una

plataforma que integra la colaboración de Boeing y colaboradores para el desarrollo del

787 Dreamliner.

2005 La marca Abaqus es adquirida, con lo que el grupo Dassault Systèmes crea

SIMULIA, marca principal en su conjunto de herramientas de simulación.

2007 ICEM, empresa británica de vanguardia en renderización, modelado de superficies

y soluciones estéticas, es adquirida para ampliar las capacidades de CATIA.

2010 Dassault Systèmes se asocia con Amazon Web Services para el uso de servicios

en la nube.

2012-2013 Se adquieren marcas como Geovia, Netvibes, Apriso y Archivideo,

orientadas al desarrollo de modelado del planeta (de aplicaciones mineras) y en general

para la optimización de entornos 3D.

CATIA es un programa informático desarrollado por la francesa Dassault Systèmes y cuyas siglas

significan representan “Computer-Aided Three Dimensional Interactive Application”, que en



términos de lengua castellana se puede interpretar como “Aplicación Tridimensional Interactiva

Asistida por Computadora”, y cuyo propósito inicial fue funcionar como herramienta de diseño en la

industria aeronáutica para la compañía que lo desarrollo. Sin embargo, dada su eficiencia, su uso

se expandió rápidamente al sector automotriz.

Sin alejarse de su propósito original, CATIA es acogido por compañías como Boeing,

entre otras del ramo aeroespacial. Posteriormente su implementación se extendió a sectores como

el de bienes de consumo, naval, de defensa, de electrónicos, e incluso el arquitectónico.

CATIA funciona como una plataforma de código abierto, para que se facilite el trabajo de

desarrolladores de nuevas aplicaciones afines, lo cual ha resultado benéfico a lo largo de la historia

del grupo Dassault Systèmes, pues su modelo de negocio se basa en la adquisición de nuevas

marcas y tecnologías que optimicen y potencialicen sus propios productos.

Debido a este enfoque orientado a la mejora continua, que este programa informático se ha

hecho un nicho importante en toda la industria del diseño, pues la integración de diversos servicios

que conectan a proveedores, diseñadores, clientes, las diferentes áreas de las empresas, y los

usuarios en general, permite que el producto sea analizado y optimizado incluso antes de ser

construido, mejorando así costos y reduciendo tiempos.

Las características de las últimas versiones de CATIA sirven a distintos ramos del diseño,

y al flujo de trabajo, que busca estilización y tratamiento de superficies. A lo largo de su historia,

CATIA se ha definido como una herramienta de diseño intuitiva, sencilla, y con capacidad para el

diseño de superficies complejas. Algunas de las funciones que CATIA ofrece, permiten al usuario

manejar ingeniería inversa, propagación inmediata de cambios en el diseño, y utilidades que

ofrecen diagnóstico en tiempo real.

CATIA permite a los ingenieros de diseño trabajar en forma colaborativa en el diseño de

productos, para ello ha integrado la tecnología de “la nube” para mejorar la fluidez del diseño al

reducir costos de hardware y de instalación. De igual manera, se protegen los datos y el sistema

por Dassault Systèmes. La colaboración en línea permite que diferentes proveedores y equipos de

ingeniería integren sus ideas al diseño, en cualquier parte del mundo. Esta tendencia se ha

convertido en poco más que cotidiana en la industria, reduciendo periodos de diseño y cambios

fuera de tiempo, igualmente, elimina la necesidad de protegerse contra pérdida de datos y de

accesos no autorizados.

La versión V5-V6R2014 de CATIA mejora las capacidades de integración del software en

la plataforma 3DEXPERIENCE incluye dos nuevos módulos, orientados principalmente a la

producción y mejora de superficies avanzadas y al uso de metales y materiales compuestos en



ellos. También permite la personalización de símbolos de tolerancias geométricas, con lo que se

puede dar mejor soporte a normas ASME.

CRONOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS DE ANSYS

1950 – 1960 Surgen los primeros métodos de análisis por Elemento Finito, basados en

fuerzas, y no en desplazamientos.

1963 John Swanson comienza a trabajar para Westinghouse Nuclear Labs, en

Pittsburgh, siendo responsable del análisis de esfuerzos de los componentes del reactor

nuclear.

1969 Swanson abandona Westinghouse tras el rechazo de la empresa ante su petición

de apoyo en el desarrollo del código para un programa que denominó STASYS.

1970 Se comienza a emplear calculadoras en análisis de Elemento Finito. Es fundada

Swanson Analysis Systems, Inc. tras la salida de John Swanson de Westinghouse, los

cuales, se convierten en el primer cliente de ANSYS. A finales de año, es lanzada la

primera versión de ANSYS.

1973 Peter Kohnke se integra a Swanson Analysis Systems, Inc., en donde trabajará a la

par del mismo Swanson, asumiendo la dirección y administración de algunas áreas de

éste, y finalmente, asumiendo la responsabilidad de todas las áreas de la empresa.

1975 Hasta el momento, sólo un número pequeño de ordenadores (de universidades o

grandes compañías) cuentan con la capacidad de correr ANSYS. ALTAIR, el primer

ordenador personal (o mini ordenador) es lanzado al mercado. No es capaz de correr

ANSYS.

1979 En su versión 3.0, ANSYS logra correr en una mini computadora: VAX 11-780.

1980 - 1984 Se toma la decisión de escribir el código de ANSYS para procesadores que

manejen punto flotante. Se lanza la versión 4.1 del programa, que incluye compatibilidad

con modelos de entornos CAD.

1986 Rita Schnipcke desarrolla las bases de FLOTRAN, que más tarde vendería a

COMPUFLO. Posteriormente, Schnipcke comienza un nuevo programa basado en el

análisis de Elemento Finito para Dinámica de Fluidos, al que llamaría CFDesign.



1992 ANSYS obtiene FLOTRAN, por medio de la adquisición de COMPUFLO.

1994 La versión 5.1 sale a la venta, integrando en una interfaz consolidada FLOTRAN y

ANSYS. En el mismo año Swanson Analysis Systems es vendida a TA Associates, unión

de la cual nace ANSYS, Inc.

1995 Windows lanza el sistema operativo WINDOWS 95, abriendo paso al cálculo

“pesado” en ordenadores personales.

1998 ANSYS/Ed es presentado a la comunidad académica y al periodismo especializado

para su uso y revisión, respectivamente. En el transcurso del año, John Swanson se retira,

realizando consultas de manera esporádica.

2000 - 2001 ANSYS adquiere ICEM CFD, y posteriormente CADOE S.A.,

especializados en ambientes CAD/CAE. Al mismo tiempo se anuncia una alianza con SAS

LLC (quienes proveen servicios a NASTRAN Simulation), con el fin de desarrollar nuevas

herramientas exclusivas de ANSYS, Inc. En el primer año de la década se anuncia AI

Environment, una interfaz que combina las tecnologías pre y post procesamiento de ICEM

CFD. Se lanza la versión 6.0 de ANSYS.

2003 ANSYS adquiere CFX, herramienta que sustituirá a FLOTRAN, en el alba de una

plataforma Multifísica.

2004 Es lanzado ANSYS 8.1, versión que incluye la última actualización de FLOTRAN,

previo a su descontinuación. Es lanzado ICEM CFD 5.0.

2005 Se da un gran paso en la búsqueda de un software de análisis Multifísico por

medio de la adquisición de Century Dynamics, desarrolladores de AUTODYN.

2006 ANSYS adquiere finalmente la plataforma FLUENT.

2008 El grado de precisión y confianza de ANSYS le lleva a participar en una simulación

del colapso del World Trade Center de Nueva York en 2001 (por el National Institute of

Standars and Technlology).

2015 Sale a la venta ANSYS 16.0.



Figura 3. Pantalla de Inicialización de ANSYS Release 15.0

EL TREN DE ATERIZAJE

ANTECEDENTES

Los primeros trenes de aterrizaje eran en extremo sencillos, incluso el biplano de los hermanos

Wright contaba sólo con superficies deslizantes parecidas a patines. Más tarde, tras librarse de los

problemas sobre sustento y vuelo, los trenes de aterrizaje cobraron importancia, ya que entre los

nuevos objetivos que se perseguían en el diseño de aeronaves, se encontraba el de conseguir

mayor estabilidad y control del vehículo en tierra. En un inicio, se utilizaron ruedas tipo bicicleta,

que precedieron a su vez a las ruedas y trenes de aterrizajes diseñados especialmente para

soportar y absorber las pesadas cargas transmitidas durante los despegues y aterrizajes. A su vez,

se implementaron sistemas de frenado para obtener un control más eficiente y seguro para

ralentizar la aeronave tras su aterrizaje. En años posteriores, en los que el diseño de las aeronaves

se orientaba a incrementar velocidad y eficiencia, se desarrollaron sistemas de retracción para

almacenar el tren de aterrizaje durante el vuelo, y con ello reducir arrastre y cargas aerodinámicas.

ARREGLOS COMUNES DE LOS TRENES DE ATERRIZAJE

Los primeros aviones utilizaron trenes de aterrizaje tipo triciclo. En dicha configuración, las

ruedas principales están localizadas detrás del centro de gravedad de la aeronave, mientras que la

rueda auxiliar, o de nariz, se sitúa al frente del vehículo. Cuando las aeronaves con hélice al frente

reemplazaron a aquellas de hélice trasera (o tractora), el tren de aterrizaje en cola comenzó a

usarse, con el fin de mantener a la hélice a una altura considerable del suelo, dada su



configuración frontal. Este tren de aterrizaje se tornó popular, al grado de que se le conoce como el

"tren de aterrizaje convencional", no obstante la gran desventaja que representa la falta de

maniobrabilidad en tierra.

Tras desarrollarse motores que produjeran potencia a velocidades que, a su vez,

permitieran hélices más cortas, las ventajas del manejo en tierra del tren de aterrizaje en triciclo,

recobraron su popularidad. Las aeronaves menos veloces alcanzaron eficiencia en vuelo por medio

de los trenes de aterrizaje fijos. Sin embargo, mientras que la velocidad de la aeronave se

incrementa, el arrastre parásito del tren de aterrizaje fijo se compensa debido a su reducido peso.

Por ello, es más ventajoso retraer el tren dentro del ala y no el fuselaje, con el fin de disminuir el

arrastre.

La configuración del tren de aterrizaje es determinada por el fabricante. El arreglo más

común en las aeronaves modernas es el tren de aterrizaje en triciclo. También se puede encontrar

la configuración de tren de aterrizaje en cola (o convencional), y el arreglo en tándem, en el cual

las llantas se localizan bajo la línea central del eje longitudinal de la aeronave.

DE COLA

Las aeronaves de tipo tailwheel se configuran con dos ruedas principales localizadas por delante

del centro de gravedad de la aeronave, y con una rueda mucho más pequeña en la cola. Los

pedales del timón se conectan a la cola manejando por medio de un sistema de control de cables y

un resorte, el cual provee de amortiguamiento en el manejo.

Figura 4. Aeronave con Tren de Cola o "Convencional" (Federal Aviation Administration, s.f.)



Algunas aeronaves no cuentan con un control para manipular el tren de cola, en cuyo caso la

rueda se fija en línea con el fuselaje, para el despegue, y se desacopla para el aterrizaje,

permitiéndole girar libremente en taxi. De este modo, el control en tierra se consigue utilizando un

freno diferencial.

EN TRICICLO

La mayoría de las aeronaves producidas en la actualidad utilizan la configuración en triciclo, en la

cual el tren principal se ubica detrás del centro de gravedad de la aeronave, y la nariz de la

aeronave se apoya en un tren “propio”.

Figura 5. Aeronave con Tren de Aterrizaje en Triciclo (Federal Aviation Administration, s.f.)

El manejo de la rueda de nariz, a través de las conexiones con los pedales del timón, permite

control en tierra para aeronaves pequeñas, mientras que aeronaves de grandes utilizan cilindros

hidráulicos de dirección para controlar la posición de la rueda de nariz.

TÁNDEM

El arreglo en tándem es empleado rara vez en aviación civil, respecto a otros planeadores. Algunos

bombarderos robustos del pasado han implementado este arreglo. Las llantas se encuentran en

línea, bajo el fuselaje y las ruedas estabilizadoras de apoyo en ambos lados del ala.



Figura 6. Configuración en Tándem (Federal Aviation Administration, s.f.)

TIPOS DE TRENES DE ATERRIZAJE

FIJO

Este tipo de tren se emplea en aeronaves pequeñas, debido a sus dimensiones reducidas. La

implementación del tren fijo implica la presencia de arrastre parásito debido a la presencia del

cuerpo del tren con la corriente del aire. Las aeronaves grandes no poseen este problema, debido

a que pueden retraer u ocultar el tren de aterrizaje. Para reducir los efectos del arrastre, los trenes

de aterrizaje se alojan en carenados, denominados wheel pants. Además, el cuerpo del tren consta

de un strut o tubo, de superficies frontales pequeñas, produciendo bajo arrastre.

Figura 7. Wheel Pants de aeronave de tren fijo (Federal Aviation Administration, s.f.)



ANTICHOQUE

Algunos trenes de aterrizaje absorben el impacto del aterrizaje, pero otros no. Estos últimos

incluyen resorte de acero, compuestos, rígidos y de construcción con cuerda tipo bungee. Los

trenes de aterrizaje anti choque incorporan amortiguadores que transforman el movimiento en una

forma distinta de energía, comúnmente, calor.

Figura 8. Tren Anti choque (Federal Aviation Administration, s.f.)

MUELLE

La mayoría de las aeronaves incluyen algún medio para absorber el impacto al aterrizaje y el

choque del rodaje sobre terreno irregular o áspero. Por otra parte, existen aeronaves que no

absorben realmente estos impactos, sino que aceptan la energía en algún tipo de medio elástico

que la regresa en una tasa que la aeronave puede sobrellevar. La forma más popular de tren de

aterrizaje que lleva a cabo esto es el tren de muelle, utilizado por la mayor parte de aeronaves

monomotor Cessna. Estas aeronaves usan, ya sea una hoja plana de acero o un montante tubular

(spring steel strut), que acepta las cargas y las regresa de tal manera que no provoca un rebote en

la aeronave.

RÍGIDO

Cierto tipo de aeronaves viejas usan este tipo de tren de aterrizaje, que transmite todas las cargas

del aterrizaje directamente a la estructura del fuselaje. Algo del choque es absorbido por medio de

la naturaleza elástica de las llantas. No obstante, este sistema de tren de aterrizaje no es



solamente rudo con los pasajeros de la aeronave, sino que además puede llevar a una falla

estructural durante el aterrizaje. Ciertas aeronaves, como son los helicópteros, que normalmente

aterrizan suavemente, implementan este tipo de tren de aterrizaje.

Figura 9. Tren de Aterrizaje Rígido (Federal Aviation Administration, s.f.)

CONSTRUCCIÓN DEL TREN DE ATERRIZAJE

CUERPO PRINCIPAL

Es la sección del tren de aterrizaje que conecta la sección de rueda con la estructura principal de la

aeronave, se encarga de transmitir y soportar las cargas, por lo cual es fabricado de materiales

resistentes, de un módulo elástico y de cedencia elevados como lo son las diferentes aleaciones

de acero de grado aeronáutico. Puede estar construido a modo de “armadura” simple, como

resorte o muelle, o integrado por múltiples eslabones mecánicos, como en trenes de aeronaves

tipo Airbus o Boeing.

MONTANTE

El amortiguamiento más ampliamente utilizado en aeronaves es el del amortiguador aire-aceite,

más conocido como amortiguador de óleo. El cilindro de este amortiguador se sujeta a la estructura

de la aeronave, y un pistón ajustado se mueve libremente arriba y abajo dentro del cilindro. Dicho



pistón se mantiene alineado e impedido de salirse del cilindro. La conexión superior se articula al

cilindro, mientras que la inferior lo hace al pistón. La rueda y el eje son montados a la porción del

pistón del amortiguador.

AMORTIGUADOR

El cilindro de un amortiguador se divide en dos compartimientos por un tubo de pistón. El pistón

mismo se ajusta en el cilindro alrededor del tubo. Un metering pin cónico, que es parte del pistón,

se planta en un hoyo en el fondo del tubo del pistón. Para llenar el amortiguador, el pistón es

presionado hasta el fondo dentro del cilindro. El amortiguador se rellena entonces con líquido

hidráulico al nivel de la válvula de carga. Con el peso de la aeronave en la rueda, se bombea

suficiente aire o nitrógeno comprimido a través de la válvula de carga para elevar la aeronave

hasta que el pistón sobresalga del cilindro una distancia especificada por el fabricante.

En muchos casos, los actuadores de dirección sirven como amortiguadores de dirección

debido a que se encuentran constantemente cargados con fluido hidráulico bajo presión. Al tiempo

que la rueda de nariz intenta vibrar u oscilar, estos cilindros restringen el movimiento del tren de

nariz. Este tipo de sistema es utilizado en aeronaves grandes, mientras que un shimmy damper de

pistón se implementa usualmente en aeronaves pequeñas.

RUEDAS

Las ruedas realizan una pesada labor sin atraer mucho la atención. Se consideran componentes

vitales, ya que soportan grandes esfuerzos, y son el punto de contacto entre la aeronave y el suelo

en el momento del aterrizaje.

Fueron diseñadas en un principio como unidades de una pieza. Los neumáticos eran

suficientemente flexibles como para ser introducidos a la fuerza en el ring de la rueda con

herramientas de un modo muy parecido a los neumáticos de automóvil. Sin embargo, los

neumáticos para aeronaves de la actualidad normalmente son tan rígidos que no pueden ser

introducidos por medio de la fuerza en el ring, trayendo como resultado que prácticamente todas

las ruedas de aeronaves modernas se construyan en unidades de dos piezas.

El desarrollo de los neumáticos sin cámara condujo al desarrollo de las ruedas de dos

piezas que se encuentran divididas por el centro y se tornan herméticas gracias a una junta

colocada entre ambas mitades. Actualmente, esta clase de rueda es la más popular para



aeronaves de todo tamaño, desde las pequeñas que se usan para entrenamiento, hasta grandes

jets de transporte.

Las llantas de la aeronave deben de ser de peso ligero, y resistentes. La mayoría de

ruedas se fabrican en aleaciones de aluminio o magnesio, y dependiendo de sus requerimientos

estructurales (esfuerzo, resistencia, etc.), se pueden obtener ya sea a través de fundición o de

forja. El alojamiento es considerado la zona crítica de la rueda. Para incrementar la resistencia de

la rueda en la superficie donde recibe las cargas del neumático, los alojamientos son áreas que por

su disposición almacenan una precarga de compresión en su superficie.

Uno o más fusibles (fusible plugs), son instalados en la mitad interior de las ruedas

principales de aeronaves turborreactor para liberar el aire del neumático si llegara a presentarse

algún evento que provoque un extremo sobrecalentamiento, tal como el frenado rudo en

despegues abortados. En lugar de permitir que el calor lleve a un aumento de presión en el interior

del neumático tal que éste explote, la aleación de bajo punto de fusión en el centro del plug se

fundirá y provocará que el neumático se desinfle sin mayores daños.

La mitad exterior (outboard) de la rueda se atornilla a la mitad interna (inboard), y entre

ambas gira un rodamiento cónico. Una junta protege las superficies del rodamiento del agua y

polvo, y retiene el lubricante en su sitio.

SISTEMA DE DIRECCIÓN

La dirección de la rueda de nariz se encuentra en la mayoría de los aviones con tren de aterrizaje

en triciclo. En aeronaves pequeñas la rueda de nariz usualmente es controlada en conexión directa

entre los pedales del timón y el tren de nariz. La dirección para aeronaves grandes se activa

usualmente por un actuador hidráulico controlado por los pedales de timón o por un mecanismo de

dirección separado. Un shimmy damper también es parte de la mayoría de los sistemas de

dirección de trenes de nariz.

Casi todas las aeronaves con tren de aterrizaje en triciclo emplean algún tipo de dirección

nariz-rueda en tierra. Algunas de las más pequeñas aeronaves poseen una rueda de nariz en

lanzadera. En estos casos, el freno diferencial realiza la tarea de la dirección. Otras aeronaves

pequeñas conectan la rueda de nariz a los pedales de timón directamente.

Las aeronaves grandes se conducen en tierra dirigiendo presión hidráulica hacia los

cilindros de los shimmy dampers. Un volante de control, operado por el piloto, dirige fluido bajo

presión hacia uno u otro de los cilindros de dirección. El control real del fluido puede ser transmitido



de manos del piloto (control de piloto) a la unidad del control hidráulico mecánicamente,

eléctricamente o hidráulicamente. El fluido proveniente del lado opuesto del pistón en estos

cilindros se dirige de regreso al reservorio del sistema por medio de una válvula de alivio de

presión que mantiene la presión constante sobre el sistema para eliminar cualquier oscilación. Un

acumulador, localizado en línea para aliviar la válvula, mantiene la presión sobre el sistema cuando

la válvula de control de dirección se encuentra en posición neutral o cuando la presión hacia el

sistema de amortiguador de dirección se pierde.

SHIMMY DAMPER

La geometría de la rueda de nariz hace posible que ésta “baile” u oscile en vaivén a ciertas

velocidades, algunas veces violentamente. Para prevenir esta condición altamente indeseable, casi

todas las ruedas de nariz se equipan con alguna forma de amortiguador anti oscilaciones (o

simplemente shimmy damper) hidráulico como parte del sistema de dirección de la rueda de nariz.

El shimmy damper es un dispositivo absorbe impactos hidráulico que es instalado entre el

empalme de la rueda del tren de nariz y su cilindro.

Los shimmy dampers aparecen normalmente como pequeños cilindros hidráulicos tipo

pistón que controlan el flujo de fluido entre los dos lados del pistón. El fluido restringido evita

movimientos rápidos del pistón, pero no tiene efecto sobre la operación normal de la dirección.

Figura 10. Shimmy Damper (Federal Aviation Administration, s.f.)



CAPITULO II – MODELADO EN

CATIA



INTRODUCCIÓN

Este capítulo comprende el proceso de modelado, en el software CATIA, de las piezas que

conforman la sección del Tren de Aterrizaje principal, destinada a ser analizada en el siguiente

capítulo, en el software ANSYS.

CARACTERÍSTICAS DEL MODELO

El tren de aterrizaje empleado para el modelado y análisis corresponde al de una aeronave

genérica pequeña, con una configuración de Tren de Nariz, y de amortiguador tipo resorte (Spring

Strut), implementado en aeronaves tipo Cessna de los años 70. En virtud de la condición genérica

de la aeronave, las dimensiones aplicadas al modelo y análisis han sido propuestas, en base a las

dimensiones y cargas asociadas a ciertas aeronaves de características similares. Es así que las

dimensiones del tren de aterrizaje han sido establecidas como se muestra en la Figura 11, en la

que se muestra la separación del tren de aterrizaje Principal y de Nariz, y la Figura 12, que muestra

la intención de diseño del ensamble del tren Principal.

Figura 11. Consideración establecida para determinar las cargas en la aeronave.



Figura 12. Boceto para el modelado del Tren de Aterrizaje

A lo largo del presente capítulo, se especificarán las dimensiones de cada parte que integran el

ensamble. Cabe destacar que el modelado de las piezas únicamente incluye partes no

normalizadas, como tornillos, tuercas, rondanas, etc. Igualmente, se suprime tanto del modelado,

como del análisis, las partes del sistema de frenado y de la rueda (incluyendo neumático).

MODELADO DEL SHIM

Para modelar esta pieza de geometría sencilla, únicamente hace falta trazar el sketch base,

extruírlo y realizar un par de operaciones para aplicar los barrenos.

Inicialmente, se debe abrir el software CATIA, ya sea desde el menú Inicio o desde el

correspondiente ícono en escritorio o en barra de tareas. En algunos equipos, el tiempo de

arranque del programa es considerable; tras el tiempo de espera, CATIA lanza una ventana de

bienvenida (Welcome to CATIA V5), donde se pide al usuario seleccionar el módulo de trabajo.

Para el presente caso, se debe optar por cerrar la ventana con el botón Close, así como la ventana



Product1 que se abre por defecto. Para comenzar el modelado de la pieza SHIM, se abre un nuevo

archivo mediante la siguiente secuencia, partiendo de la barra superior:

1. Seleccionar File.

2. Seleccionar New…

3. Seleccionar la opción Part de la lista “List of Types” en la ventana que acaba de emerger y

cerrar con OK.

4. Definir el nombre del archivo (SHIM, en este caso) en la caja “Enter Part Name” de la

ventana emergente New Part. No modificar las opciones restantes, y cerrar ventana con el

botón OK.

El siguiente paso, será seleccionar el plano donde se trazará el Sketch base, lo cual definirá la

dirección en la que se construya la pieza, reflejándose en las vistas (superior, frontal, lateral

izquierda…), por lo que en lo posterior nos basaremos en el plano YZ para referirnos al plano que

arroja la vista Frontal.

Del Árbol, se selecciona el plano al que se acaba de hacer referencia (YZ), y se oprime el

botón Sketch de la barra homónima. Con ello, se abre el plano para trazar sketches, y la

orientación del mismo se puede observar en la Brújula (Compass), ubicada en el área derecha

superior del a ventana. El sketch a trazar es el siguiente:

Figura 13. Sketch base de la pieza SHIM

Como se aprecia, el sketch se encuentra centrado en el origen. Igualmente, el trazo es de color

verde, ya que es menester establecer restricciones (o Constraints) al mismo, con el fin de evitar

modificaciones accidentales o derivadas de modificaciones realizadas por el usuario.



Para extruir la pieza, se hará uso de la herramienta Pad, localizada en primera posición en

la barra Sketch-Based Features (Operaciones Basadas en Bocetos/Trazos/Sketches). Al hacer

clic sobre dicho botón, se abre la ventana mostrada a continuación. En ella se ingresa la longitud

de la extrusión (Length) y, en caso de encontrarse previamente seleccionado, se define el sketch

en el que se basa la operación. CATIA ofrece una vista previa de los efectos de la operación,

mostrándolos en color naranja sobre la pieza al oprimir Preview. Si la extrusión fue realizada en el

sentido opuesto al deseado por el usuario, el botón Reverse Direction debe oprimirse. El Pad

queda definido y se cierra la ventana con OK.

Figura 14. Ventana ‘Pad Definition’ mostrando la configuración de la operación Pad

El último paso en la construcción de la pieza es realizar la operación conocida como Hole, y

posteriormente, será aplicada la operación de transformación Rectangular Pattern con el fin de

“multiplicar” la operación Hole sin necesidad de definir su localización, y los detalles del mismo,

para cada barreno. El procedimiento para definir el Hole es:

1. Seleccionar la cara frontal de la pieza y abrir un nuevo Sketch.

2. Crear un punto por medio del botón Point de la barra Reference Elements (No confundir

con botón Point Filter de la barra User Selection Filter). Al hacer clic, se pide que se realice

un nuevo clic sobre la pantalla en el lugar que el usuario requiera. En el presente caso,

será cualquier zona en el "cuadrante” superior izquierdo de la cara del SHIM.

3. Realizar restricciones para establecer el punto a 20 mm del eje Horizontal de la pieza, y 35

mm del eje Vertical.

4. Oprimir botón Exit Workbench de la barra Workbench.

5. De regreso en el módulo Part Design (que puede ser verificado en la barra Workbench

con el botón Part Design encendido), hacer clic sobre el punto de referencia recién

creado, tras lo cual se debe hacer clic en el botón Hole de la barra Sketch-Based



Features. Como se observa, aparece una vista previa de la operación, y el centro del

barreno provisional se encuentra en el punto de referencia (si se realizó de manera

adecuada, debe notarse la restricción de coincidencia en dicha posición).

6. Definir la configuración del Hole como se muestra en la ventana Hole Definition de la

siguiente imagen:

Figura 15. Ventana 'Hole Definition'

7. Se confirma la configuración cerrando la ventana con el botón OK.

Y para concluir, se establece una operación de Patrón Rectangular, como se mencionó. Y el

procedimiento es el siguiente:

1. Seleccionar la operación Hole directamente del Árbol, preferentemente.

2. Hacer clic sobre el botón Rectangular Pattern de la barra Transformations.

Figura 16. Ícono 'Rectangular Pattern'

3. Configurar el patrón como se muestra en las imágenes, en la dirección correspondiente:

First Direction y Second Direction (Reference Element: Y Axis y Z Axis respectivamente).

En caso de que la vista previa muestre las instancias fuera de la pieza o del lugar deseado,

aplicar Reverse en la ventana.



Figura 17. Ventana 'Rectangular Pattern Definition'. Primera Dirección (izq.) y Segunda Dirección (der.)

4. Se confirma la configuración con OK.

Figura 18. Resultado final del Patrón Rectangular (Rectangular Pattern)

Para que la pieza adquiera la apariencia y/o las propiedades mecánicas del material especificado

en los requerimientos de diseño, se realiza un sencillo procedimiento:

1. Oprimir el botón Apply Material en la barra homónima.

Figura 19. Ícono 'Apply Material'

2. Seleccionar el material deseado de las diferentes clases que ofrece CATIA en su

Biblioteca. En este caso, se optará por la opción Steel de la pestaña Metal.

3. En caso de que no se ilumine aún el botón OK o Preview, seleccionar la raíz del Árbol, en

este caso, dando clic sobre la palabra SHIM.



4. Para visualizar la apariencia con el material definido, se debe aplicar la vista Shading With

Material de la sub-barra View Mode de la barra View.

Figura 20. Resultado de la aplicación de material sobre la pieza SHIM

Para guardar la pieza, se sigue el mismo procedimiento al estilo Windows: File» Save As/Save»

Seleccionar Nombre» OK. Se recomienda guardar los cambios con frecuencia para evitar la

pérdida del avance alcanzado.

MODELADO DEL AXLE

El cuerpo principal del Eje de la Rueda se desarrolla a partir de una Extrusión Múltiple (Multi-Pad),

sin embargo, incluye el trazado de una hélice desde el módulo Generative Shape Design para

obtener la guía de la cuerda, añadiendo un poco de complejidad al modelado.

Siguiendo el procedimiento de creación de nuevas partes, como el expuesto en la

descripción del modelado anterior, se genera una nueva Parte denominada AXLE. Una vez creado

el archivo, el usuario debe asegurarse de que el módulo Part Design se encuentre activo. En caso

contrario, se puede modificar desde la barra Workbench, haciendo clic sobre el ícono activo y

seleccionando el módulo necesario.

A partir de la siguiente imagen, se traza un nuevo sketch en el plano YZ. Se puede copiar

el sketch base de la pieza anterior (o partir del mismo archivo, creando una copia de éste), para

obtener esta pieza, no obstante deben ser generadas las restricciones necesarias para mantener

las dimensiones. Si se continúa de ese modo, se añade una circunferencia centrada en el origen, a

la cual se le aplica una restricción para establecer su diámetro (o radio).



Figura 21. Sketch base para la construcción de la pieza AXLE

1. Tras seleccionar el Sketch recién creado, oprimir el botón Multi-Pad (a un costado de

Pad), en la barra Sketch-Based Features.

2. En la ventana Multi-Pad Definition se selecciona un dominio (Domain) y se introduce la

longitud requerida para cada el mismo. Para el sketch externo, se requiere una longitud de

18 mm y el interno 200 mm.

Figura 22. Resultado de la Extrusión Múltiple (Multi-Pad)

3. Verificar el sentido de la extrusión, si es errónea, modificar con el botón More>> y Reverse

Direction.

4. Se confirman la configuración cerrando la venta con OK.

Ahora que se generó la pieza base, se aplicará una operación Shaft para completar la pieza. Para

ello, se realiza el siguiente procedimiento:



1. Seleccionar el plano longitudinal de la pieza (plano ZX) del Árbol y crear un sketch nuevo

en él.

2. De la barra Visualization oprimir el botón Cut Part by Sketch Plane.

3. Proyectar el límite de la zona cilíndrica de la pieza por medio de Project 3D Silhouette

Edges, ubicado en la barra Operations. En caso de que emerja un mensaje de error,

ignorar por medio del botón ACEPTAR.

Figura 23. Íconos 'Skecth Plane' (izq.) y 'Project 3D Silhouette Edges' (izq.)

4. Eliminar la línea inferior generada.

5. Convertir la línea restante en Línea de Construcción con el botón Construction/Standard

Element de la barra Sketch Tools.

6. Sobre dicha línea construir el siguiente trazo, considerando las restricciones apropiadas:

Figura 24. Sketch utilizado como perfil (Profile) para la operación Shaft

7. Salir del Sketch Workbench y aplicar la operación Shaft con el botón homónimo, ubicado

en la barra Sketch-Based Features, basándose en el sketch recién creado. Construir

tomando el Eje X como Eje, y bajo las medidas mostradas en la siguiente imagen.

Figura 25. Resultado de la operación Shaft (izq.) y ventana 'Shaft Definition' (der.) con la configuración de la operación



8. Confirmar configuración con el botón OK.

Igualmente puede modificarse el sentido en que se genera el Shaft con el botón Reverse

Direction, no obstante, se puede observar que el resultado es el mismo en cualquier dirección.

Para realizar las ranuras en la base de la pieza, se procede a partir del mismo procedimiento que

en el ranurado de la pieza anterior, seleccionando la cara apropiada para trabajar. El diámetro,

configuración y patrón para las ranuras, es exactamente el mismo que en la parte SHIM.

Figura 26. Superficie de referencia para la configuración del Patrón Rectangular iluminada en color naranja (izq.) y resultado de la operación (der.)

Para continuar, se seleccionará el módulo Generative Shape Design como el entorno de trabajo.

Ya sea por medio del botón Workbench o seleccionando el módulo desde el menú Start de la

barra superior: Menú Start>> Shape>> Generative Shape Design. A continuación, se expone el

procedimiento para construir la cuerda:

1. Crear un punto de referencia, oprimiendo el botón Point en la barra Wireframe y siguiendo

las coordenadas mostradas en la Figura 20.

Figura 27. Ventana 'Point Definition' mostrando las coordenadas del punto (izq.) y resultado de la construcción del punto sobre la pieza AXLE (der.)



2. A continuación, se oprime el botón Helix de la sub-barra Curves, ubicada en la barra

Wireframe.

Figura 28. Ícono 'Helix'

Ingresar la configuración mostrada en la siguiente imagen, donde Point.1 es el punto

creado en el paso anterior y el eje de la hélice es el Eje X (seleccionándolo del menú

contextual emergente tras hacer clic derecho en la caja Axis).

Figura 29.Ventana 'Helix Curve Definition' (izq.) mostrando la configuración de la hélice. A su derecha, el resultado de la operación sobre la pieza AXLE.

3. Abrir un nuevo Sketch en el plano XZ y trazar un sketch a partir del punto de referencia

Point.1, como se muestra a continuación.

Figura 30. Sketch utilizado como perfil para la operación Volume Sweep.

4. Regresar al entorno GSD

5. Crear una hélice a partir del botón Volume Sweep, localizado en la barra Volumes.

Figura 31. Ícono 'Volume Sweep'



En la ventana emergente Swept Volume Definition, configurar el volumen como se

denota en la siguiente imagen, considerando que el perfil “extruido” es el Sketch creado en

el punto 3 y la Curva Guía es la hélice definida en el punto 2. (Sólo se presenta un

extracto, ya que los parámetros restantes permanecen sin modificar):

Figura 32. Ventana 'Swept Volume Definition' (izq.) y el efecto de la operación Sweep Volume en la pieza AXLE (der.)

6. Confirmar la configuración oprimiendo el botón OK. En este punto, se habrá generado un

volumen helicoidal de tonalidad violeta.

7. Definir el PartBody como el objeto de trabajo, haciendo clic derecho en PartBody

directamente en el Árbol y seleccionando Define In Work Object del menú contextual. Se

apreciará el cambio, ya que ahora la “rama” que representa el PartBody lucirá subrayado y

el cuerpo del Swept Volume resaltará en color naranja.

Figura 33. PartBody (izq.) y Geometrical Set.1 (der.) seleccionados como Objeto de Trabajo o 'In Work Object'

8. Seleccionar el botón Remove de la barra Boolean Operations. (Igualmente, se puede

seleccionar ésta operación desde el menú Insert>> Boolean Operations>> Remove…).

Figura 34. Ícono 'Remove' perteneciente a la barra 'Boolean Operations'



9. Seleccionar el Swept Volume como el cuerpo a ser removido (Remove), así como al

PartBody como el objeto desde el cual se debe remover (From), en la ventana emergente.

Confirmar la selección con el botón OK.

Figura 35. Ventana 'Remove' mostrando la configuración de la operación

10. Para visualizar los efectos de la operación, el usuario debe hacer clic derecho con el

puntero sobre el volumen helicoidal y elegir la opción Hide/Show del menú contextual.

Figura 36. Comparación del antes (izq.) y después (der.) de la aplicación de la operación booleana 'Remove'

11. Redondear las esquinas de la base (seleccionándolas en conjunto con ayuda de la tecla

Ctrl), que son mostradas en la siguiente figura, bajo los parámetros expuestos, con la

operación Edge Fillet de la barra Dress-Up Features.

Figura 37. Bordes o ‘Edges’ seleccionados para aplicar la operación de redondeado (izq.) y configuración de dicha operación (der.)



12. Aplicar material bajo el mismo procedimiento utilizado en la parte SHIM, empleando en

este caso, el material Steel (Acero) de la pestaña Metal.

Figura 38. Resultado final del modelado de la pieza AXLE

MODELADO DEL BRAKE DISC COVER PLATE

El modelado de esta pieza se basa en una operación Shaft y dos operaciones “vaciado” (Pocket),

sin embargo, uno de los Sketches se traza con Splines guiados por puntos con coordenadas

específicas, para obtener la geometría deseada.

1. Crear una nueva pieza en el Part Design Workbench, bajo el nombre

BRKDISC_COVERPLATE.

2. Trazar el Sketch que servirá como perfil para la creación de la operación Shaft. A

continuación se muestra el Sketch, que requiere ser trazado en el plano ZX y apoyado en

el eje horizontal del plano.



Figura 39. Sketch base de la operación Shaft

3. Se aplica una operación Shaft, haciendo clic en el ícono correspondiente y seleccionando

el perfil creado en el punto 2. La configuración requerida se muestra en la siguiente figura.

Figura 40. Ventana 'Shaft Definition' mostrando la configuración de la operación (izq.) y resultado de ésta (der.)

4. En siguente instancia, se requiere trazar un nuevo Sketch, ubicado en el plano YZ. El trazo

de dicho Sketch se muestra en la siguiente imagen, donde se puede apreciar que se ha

proyectado el contorno de la pieza base, como línea de construcción (línea punteada en

color amarillo), con el botón Project 3D Elements de la barra Operation. Por otra parte,

las coordenadas de los puntos que definen, tanto al Spline del área inferior izquierda como



del área superior derecha, se enlistan en la Tabla 1, y deben ser construidos mediante el

botón Point by Coordenates, localizado en la sub-barra Point de la barra Profile.

Spline.1

Pt. #

Coordenadas H Coordenadas V Spline.2

Pt. #

Coordenadas

H

Coordenadas

V

1 -84.26 -70.70 1 40.00 30.55

2 -69.83 -74.18 2 43.60 36.51

3 -57.38 -64.39 3 51.21 40.15

4 -53.38 -53.87 4 59.28 37.25

5 -54.31 -46.88 5 62.17 33.59

6 -47.87 -44.86 6 67.03 28.41

7 -40.00 -49.446 7 86.61 26.86

8 95.83 40.15

9 95.73 54.18

Tabla 1. Coordenadas para la construcción de los Puntos base de los trazos Spline

Figura 41. Sketch final utilizado para la operación Pocket, conformado por dos trazos Spline, una curva y una recta.

5. A continuación, el perfil creado por medio del Sketch del punto 4, será aplicado en una

operación de “vaciado”, por medio del botón Pocket, localizado en la barra Sketch Based

Features. Si ocurre el caso en que el área mostrada en la Vista Previa (área iluminada en

color naranja) no fuera la que se desea eliminar, oprimir el botón Reverse Side. Así

mismo, verificar que la dirección en que se aplica el Pocket, sea la correcta. La siguiente



imagen muestra la configuración de la operación, donde el Sketch.3 es el creado en el

paso anterior.

Figura 42. Ventana 'Pocket Definition' presentando la configuración de la operación Pocket (izq.) y área removida de la parte BRKDSC_COVERPLATE iluminada en color naranja (der.)

6. Del mismo modo que en las piezas anteriores, se realizarán barrenos en la cara frontal de

la presente pieza, con las dimensiones, cantidad y disposición especificada en las mismas.

Figura 43. Resultado de la operación Rectangular Pattern

7. Se aplicarán operaciones de redondeo (Fillets) en las zonas mostradas en la imagen

inferior, del mismo modo en que se aplicaron en el paso 11 de la pieza anterior, excepto

que el radio del redondeo será de 9 mm.



Figura 44. Esquinas seleccionados para aplicar la operación de redondeo (Fillet)

8. Para aplicar el material a la pieza, nuevamente se recurre a la opción Apply Material y se

selecciona el metal apropiado, que en este caso será Steel (Acero) de la pestaña Metal.

Figura 45. Resultado final del modelado de la pieza BRKDISC_COVERPLATE



MODELADO DEL SPRING STRUT

Esta pieza del ensamble es la que engloba mayor complejidad y laboriosidad, pues consta de

diversas geometrías, además de estar modelada, casi en su totalidad, en el Generative Shape

Design Workbench, basándose en curvas, planos y operaciones de relimitación entre otros.

Para una mejor comprensión de la secuencia de modelado, ésta se ha dividido en cuatro

secciones. De las cuales, la primera expone la construcción del cuerpo principal del SPRING

STRUT, la segunda sección explica la definición del soporte superior (a fuselaje), la tercera

comprende la construcción del soporte inferior, finalmente, la cuarta sección describe las últimas

operaciones que se deben aplicar al modelo, así como detalles de acabado.

Para comenzar, se crea el archivo de Parte respectivo, que será nombrado

SPRING_STRUT.

SECCIÓN A: CUERPO

1. Crear un Geometrical Set, para ello, se sigue la siguiente secuencia:

Menú Insert>> Geometrical Set>> Escribir GeoSetStrut en la caja Name>> OK

El Geometrical Set es una sección del Árbol en la cual se generan las geometrías,

"Alambres" (Wire) y puntos que sirven como base o referencia para la construcción de

sólidos. CATIA genera el Geometrical Set de manera automática, y pueden ser creados

más de uno, en función de las necesidades de usuario y de la complejidad de la pieza a

modelar, sin embargo, para el presente modelo, se ha decidido crear manualmente el

Geometrical Set para familiar al usuario con su función y localización en el Árbol. En la

Siguiente Imagen se aprecia la apariencia del Geometrical Set en el Árbol.

Figura 46. Geometrical Set en el Árbol de Procesos

2. Activar el módulo Generative Shape Design.



3. Construir 5 puntos en el plano ZX, con ayuda del botón Point de la barra Wireframe.

Seguir las siguientes coordenadas:

Punto # Coord. X Coord. Y Coord. Z

1 0 0 0

2 -10.33 0 91 3 -64.50 0 338 4 -140.0 0 540 5 -180.0 0 604

Tabla 2. Coordenadas de los puntos para la construcción de la operación Spline

4. Crear un Spline con los puntos del paso anterior, siguiendo la misma secuencia con que

fueron creados.

5. Crear un nuevo Sketch en el plano ZX.

6. Crear 5 Puntos, cada uno ubicado en una zona cercana a los puntos construidos en el

paso 3.

7. Crear una Restricción de Paralelismo (Paralelism) y de Distancia (de 12.7 mm) entre

cada punto recién creado y el Spline del punto 4.

8. Construir un nuevo Spline (sin salir del Sketch Workbench), a partir de los puntos recién

creados, en el sentido que fue definido el anterior Spline.

9. Crear un nuevo Sketch en el plano XY, donde una recta debe ser trazada a partir del

origen, con las dimensiones que se muestran en la Figura 47.

Figura 47. Primer Sketch construido sobre el plano XY

10. Un segundo Sketch es creado en el plano XY (por separado), donde se dibujará el

siguiente trazo:

Figura 48. Segundo Sketch construido en el plano XY



11. Regresando al GSD Workbench, serán extruidos el Spline.1 y el Spline 2, bajo la

siguiente configuración:

Figura 49. Ventana ‘Extruded Surface Definition’ (izq.), en la que se muestra la configuración de la operación Extruded Surface; resultado de la operación Extruded Surface (centro); y acercamiento a las superficies original y extruida (der.)

12. De forma similar, tanto el Sketch.3 y el Sketch.4 son extruidos, bajo la siguiente

configuración:

Figura 50. Ventana ‘Extruded Surface Definition’ (izq.), en la cual se pueden apreciar las especificaciones de la operación de Extrusión. Extrusión del primer perfil (centro) y segundo perfil (der.) en el plano XY

13. A continuación, se aplicará una operación de recorte, a través de Trim, ubicado en la

barra Operations.

Figura 51. Ícono 'Trim' de la barra 'Operations'

Al hacer clic sobre el botón, seleccionar primero sólo un par de planos. Como se notará,

los planos se recortan desde sus intersecciones. En caso de que el recorte no produzca la



forma requerida, se puede corregir con los botones Other Side/Next Element y Other

Side/Previous Element de la ventana Trim Definition.

Figura 52. Ventana 'Trim Definition'

Al encontrar la configuración adecuada, continuar seleccionando sólo un plano más y

repetir la operación de corrección (sin cerrar aún la ventana Trim Definition). Continuar

este proceso hasta obtener la siguiente figura:

Figura 53. Vista Frontal (izq.) y Trasera (der.) de la superficie obtenida como resultado de la operación Trim

14. El siguiente paso es crear una extrusión basada en el borde superior del Trim.1, mostrado

en la imagen. Igualmente se muestra la configuración y longitud de la operación.



Figura 54. Vista del borde superior resaltado en color rojo (izq.) empleado como perfil de la operación de extrusión, cuya configuración es mostrada en la ventana ‘Extruded Surface Definition’ (der.)

15. El siguiente paso es crear una intersección entre el plano creado en el punto anterior y el

Trim.1, por medio del botón Intersection de la barra Wireframe.

Figura 55. Ícono 'Intersection', localizado en la barra Wireframe

Con esta operación, emerge el contorno rectangular del borde superior del Trim.

Figura 56. Configuración de la operación Intersection (izq.) y su resultado, resaltado en color naranja

16. Realizar una operación de división por medio del botón Split.

Figura 57. Ícono 'Split’, perteneciente a la barra ‘Operations’

Al hacer clic sobre el ícono, la configuración en la ventana Split Definition debe ser la

mostrada en la imagen inferior. Nuevamente, se puede hacer uso de los botones Remove,

Replace y Other Side para obtener la división apropiada.



Figura 58. Ventana 'Split Definition' (izq.) y resultado de la operación (der.) en la cual la sección remanente tras la operación resalta en color anaranjado

17. Realizar una nueva extrusión, con el borde de la zona inferior trasera del Trim.1. La

configuración se muestra en la imagen.

Figura 59. Edge empleado como perfil en operación Extrude, iluminado en color rojo (izq.); y ventana ‘Extruded Surface Definition’ (der.)

18. Un nuevo Intersect es creado, entre el Extrude.6 y el Split.1 (Al realizar operaciones de

este tipo, las anteriores modificaciones se integran en la más reciente operación, como

sucedió con Trim.1), arrojando una silueta cuasi trapezoidal.



Figura 60. Ventana ‘Intersection Definition’ (izq.) y perfil arrojado como resultado de la operación Intersect (der.)

19. Un segundo Split es realizado entre el Split.1y el Extrude creado en el punto 17. Verificar

la configuración de la división.

Figura 61. Detalle del efecto de la operación Split (izq.) y ventana ‘Split Definition’ (der.)

20. Ocultar los Sketches 3 y 4, directamente del Árbol. El resultado obtenido es una sección

más limpia formada por los distintos planos y operaciones.

Figura 62. Vista Isométrica (izq.) y Vista Lateral Derecha (der.) de la superficie resultante



Figura 63. Detalle de la sección superior de la superficie resultante

SECCIÓN B: SOPORTE SUPERIOR

Esta sección se construye en base a geometrías sencillas y operaciones simples, se localiza en la

parte superior de la pieza y sirve como anclaje al fuselaje de la aeronave.

1. Comprobar que el módulo GSD se encuentre activo.

2. Construir un punto basado en coordenadas (X=-55, Y=0, Z=45), y con origen en la

esquina superior derecha del Intersect.1. Con ello se crea Point.6.

Figura 64. Ubicación de Pont.6

3. Construir un punto basado en coordenadas (X=-55, Y=0, Z=45), con origen en la esquina

superior izquierda del Intersect.1. Con ello se crea Point.7.

Figura 65. Ubicación de Point.7



4. Crear un punto con origen en Point.7 con coordenadas X=0, Y=0, Z=-15.

Figura 66. Ubicación de Point.7

5. Utilizar las mismas coordenadas para crear un punto con origen en Point.6.

6. Crear un Polyline por medio del ícono ubicado en la barra Wireframe.

Figura 67. Ícono 'Polyline' de la barra 'Wireframe'

Para construirlo, seleccionar los Puntos creados en los 4 pasos anteriores y marcar la

casilla Close Polyline para formar un trazo cerrado.

Figura 68. Construcción Polyline

7. Con origen en Point.7, crear un nuevo punto con las coordenadas X=-220, Y=-22, Z=0.

Figura 69. Construcción de un nuevo punto basado en el Point.7

8. Crear un punto con origen en Point.6 y cuyas coordenadas serán X=-220, Y=-135, Z=0.



Figura 70. Construcción de un nuevo punto, basado en Point.6

9. Del mismo modo, crear un punto con origen en Point.10 y otro con origen en Point.11,

ambos con coordenadas X=0, Y=0 y Z=-15.

Figura 71. Construcción de un nuevo punto basado en Point. 10 (izq.) y otro basado en Point.11 (der.)

10. Crear un Polyline a partir de los 4 últimos puntos creados, marcando la casilla Close

Polyline.

Figura 72. Polyline cerrado

11. Crear 4 líneas con ayuda del botón Line de la barra Wireframe. Cada línea tendrá origen

en una esquina del Polyline.1 y se cerrará en su contraparte del Polyline.2, como se

muestra en la Figura 73.



Figura 73. Wireframe obtenido con la construcción de 4 líneas que conectan Polyline.1 y Polyline.2

12. Crear un Multi-Sections Surface (Superficie Multi-Secciones) Tomando como secciones

al Polyline.1 y al Polyline.2. Hacer clic dentro de la caja de la pestaña Guides y seleccionar

las Líneas creadas en el paso anterior. Verificar que los Closing Points (Puntos de Cierre)

de la sección 1 y la sección 2 sean puntos en contraparte, así como el sentido que muestre

la flecha. Para corregir los puntos de cierre, el usuario debe hacer clic derecho sobre el

punto de cierre a modificar, seleccionar la opción Replace, y seleccionar el punto de cierre

apropiado. En cuanto al sentido de la flecha, un solo clic sobre la misma bastará para

cambiar su sentido.

Figura 74. Vista Isométrica del resultado de la operación Multi-Sections Surface (izq.) y ventana 'Multi-Sections Surface Definition'

13. Construir 4 líneas (Guías) del mismo modo que en el paso 11, a partir del Interesect.1 y el

Polyline.1.



Figura 75. Construcción de líneas entre Polyline.1 e Intersect.1, resaltadas en color anaranjado

14. Crear un nuevo Multi-Sections Surface tomando como secciones al Intersect.1 y al

Polyline.1, y como guías, las 4 líneas creadas en el punto anterior. Verificar puntos de

cierre y sentido de las flechas.

Figura 76. Resultado de la aplicación de operación Multi-Sections Surface

Finalmente, se obtiene una superficie cuasi cerrada como la mostrada en la siguiente imagen.

Figura 77. Superficie final modelada para la sección B de la pieza SPRINGSTRUT



SECCIÓN C: SOPORTE INFERIOR

Esta sección del SPRING_STRUT se conecta al eje de la rueda y posee una geometría

ligeramente más compleja que la sección del soporte superior.

1. Crear una línea que conecte la sección abierta del trapezoide formado con el Intersect.2.

Figura 78. Construcción de línea ente límites del Intersect.2

2. Seleccionar la línea creada en el punto 1 y el Intersect.2 para unirlos en un único elemento,

por medio de la herramienta Join, ubicada en la barra Operations.

3. Crear un punto con origen en el sistema absoluto de coordenadas y las coordenadas

X=18, Y=0, Z=-15.

Figura 79. Construcción de punto basado en el origen

4. Crear un punto con origen en la esquina frontal derecha del Join.1, con coordenadas X=18,

Y=13, Z=-15



Figura 80. Construcción de punto basado en esquina de Join.1

5. Crear un punto con origen en el punto del paso 3 y otro con origen en el punto del paso 4,

ambos con coordenadas X=-13, Y=0, Z=0.

6. Crear un nuevo Polyline, construido a partir de los últimos 4 puntos creados. Marcar la

casilla Close Polyline.

Figura 81.Construcción de Polyline cerrado

7. De manera similar a los puntos 11 y 13, crear 4 líneas entre el Join.1 y el Polyline.3, como

se muestra en la siguiente imagen.



Figura 82. Construcción de líneas de conexión entre Join.1 y Polyline.3

8. Crear 4 puntos, cada uno con origen en cada esquina del Polyline.3, y con coordenadas

X=0, Y=0, Z= -131.

Figura 83. Construcción de cuatro nuevos puntos equidistantes de Polyline.3

9. Conectar los 4 puntos recién creados con un Polyline, procurando dejar marcada la casilla

Close Polyline.



Figura 84. Construcción de Polyline.4

10. Crear un Multi-Sections Surface entre Join.1 y Polyline.3, siguiendo el mismo

procedimiento de los anteriores Multi-Sections Surface.

Figura 85. Construcción de Multi-Sections Surface entre Join.1 y Polyline.3

11. Crear un último Multi-Sections Surface, entre Polyline.3 y Polyline.4. No se requiere

especificar Guides para esta operación.

Figura 86. Construcción de Multi-Sections Surface entre Polyline.3 y Polyline.4



OPERACIONES DE ACABADO

1. Crear una superficie de llenado (Fill) basada en el Polyline.2, ubicado en la zona hueca del

extremo posterior de la sección B.

Figura 87. Área cerrada por la operación Fill, resaltada en color anaranjado

2. Crear una segunda superficie de llenado, a partir del Polyline.4, ubicado en el extremo

inferior de la sección C.

Figura 88. Área cerrada por la operación Fill, resaltada en color anaranjado

3. Realizar una operación de unión (Join) para consolidar en una sola superficie los

siguientes elementos: Fill.1, Multi-Sections Surface.1, Multi-Sections Surface.2, Split.4,

Multi-Sections Surface.3, Multi-Sections Surface.4 y Fill. 2. Verificar que todas las

superficies se encuentren iluminadas en color anaranjado antes de confirmar la

configuración con OK.



Figura 89. Superficies unidas por medio de la operación Join (izq.) y ventana 'Join Definition' (der.)

4. Activar módulo Part Design.

5. Oprimir el ícono Close Surface, ubicado en la barra Surface-Based Features.

Seleccionar Join.2 del Árbol y cerrar la ventana Close Surface Definition con el botón OK.

6. Seleccionar el Geometrical Set GeoSetStrut y ocultarlo por medio de Hide/Show en la

barra View. Como se puede notar, ahora se tiene un objeto físico (color azul violáceo),

derivado de la superficie compleja (color amarillo) ubicada en el Geometrical Set.

7. Crear un nuevo Sketch en la cara frontal de la sección C (soporte inferior), y trazar la

siguiente figura. Considérese que la línea iluminada en color naranja es el límite inferior de

la cara donde se estableció el Sketch.

Figura 90. Sketch construido como base de la operación Pocket



8. Realizar una operación de Pocket a partir del Sketch anterior, del tipo (Type) Up To Last.

Verificar la correcta ejecución de la operación, y corregir con los botones Reverse Side o

Reverse Direction.

Figura 91. Superficie removida por medio de la operación Pocket, resaltada en color anaranjado

9. Aplicar un redondeado tipo Tritangent Fillet en el extremo trasero de la sección superior,

seleccionando las caras iluminadas en color naranja como las caras a redondear (Faces to

Fillet) y la cara violeta como la cara a remover, según la siguiente imagen.

Figura 92. Antes (izq.) y después (der.) de la aplicación de la operación Tritangent Fillet

10. Crear un sketch tomando como referencia la superficie del soporte superior y posicionar un

punto de acuerdo a las coordenadas mostradas.



Figura 93. Superficie base para el Sketch, resaltada en color anaranjado (izq.) y coordenadas del punto construido en el Sketch (der.)

11. A partir de dicho punto, dibujar una circunferencia de 4 mm de radio y aplicar una

operación Pocket configurada Up to Next. Verificar la correcta orientación de la operación

de vaciado.

Figura 94. Detalle del Sketch, mostrando la circunferencia construida (izq.), y detalle del resultado de la operación Pocket (der.)

12. Generar una circunferencia de diámetro de 9.472 mm en la misma cara del soporte

superior, con centro en las coordenadas mostradas en la imagen inferior.

Figura 95. Coordenadas para la construcción de un nuevo Sketch

13. Aplicar una operación Pocket a partir del Sketch del paso 12, del tipo Up To Next.



14. Generar un patrón rectangular para reproducir el Pocket del paso 13. Definir la operación

según la siguiente imagen. El Patrón se propaga únicamente en la dirección del Eje Y.

Figura 96. Resultado del Rectangular Pattern (izq.) y pestaña ‘First Direction’ de la ventana ‘Rectangular Pattern Definition’ (der.)

15. Crear un sketch en la superficie frontal del soporte inferior. Trazar un punto con las

coordenadas mostradas, apoyándose de líneas de construcción proyectadas.

Figura 97. Superficie base del Sketch (izq.), y construcción de punto en nuevo Sketch (der.)

16. Crear un Hole, seleccionando el punto recién creado y configurarlo según el extracto

mostrado de la ventana Hole Definition. Verificar la posición del Hole mediante el símbolo

de Restricción Coincidence.



Figura 98. Construcción del Hole (izq.) y detalle de la ventana 'Hole Definition' (der.)

17. Realizar una operación de Transformación Rectangular Pattern a partir del Hole anterior.

La configuración será la misma utilizada para esta operación en las piezas anteriores.

Figura 99. Resultado aplicación Rectangular Pattern

18. Para finalizar, se realizan operaciones de redondeo (Fillet) en las esquinas mostradas en

las siguientes imágenes. A un costado de cada una, se presentan los respectivos radios

del redondeo.

Figura 100. Bordes seleccionados para aplicar Fillet (izq.) y configuración de la operación (der.)




19. Aplicar una operación de Engrosamiento para aumentar el espesor de la pieza.

Seleccionar las áreas mostradas a continuación, y oprimir el ícono Thickness.

Figura 105. Ícono 'Thickness'

Configurar la operación según se muestra. Confirmar la operación con el botón OK,

Figura 106. Vista Lateral Derecha (izq.) en la que se aprecia el espesor de la pieza SPRINGSTRUT, y superficies seleccionadas para aplicar operación de engrosamiento (der.)



Figura 107. Ventana 'Thickness Definition'

Figura 108. Vista Lateral Derecha de la pieza SPRINGSTRUT, donde se aprecia el cambio de espesor

20. Realizar una nueva operación Thickness sobre la cara frontal del soporte inferior. Aplicar

un aumento de espesor de 2mm.

Figura 109. Superficie empleada para la aplicación de operación Thickness (izq.) y ventana 'Thickness Definition'

21. Aplicar material en la pieza. Seleccionar Steel (Acero) de la pestaña Metal. El resultado

final de la pieza se muestra a continuación.



Figura 110. Vista Isométrica Frontal (izq.) y Trasera (der.) del modelo final de la pieza SPRINGSTRUT

ENSAMBLE DEL MODELO

La última parte del presente capítulo expone la configuración del ensamble de las piezas

modeladas. Para ello, el usuario deberá guardar y cerrar las piezas en caso de no haber realizado

dichas acciones. El paso inicial para construir un ensamble es abrir el módulo Assembly Design

de CATIA, posteriormente, se añadirán las piezas al producto, y finalmente se aplican las

restricciones necesarias para obtener el ensamble final.

A continuación se especifica cada paso del proceso previamente descrito:

1. Abrir el menú Start de la barra superior de menús. Y seleccionar Assembly Design del

sub menú Mechanical Design.

Figura 111. Localización del módulo Assembly Design en el menú Start



2. Ubicar la barra Product Structure Tools y hacer clic sobre el ícono Existing Component.

Figura 112. Barra ‘Product Structure Tools’

Figura 113. Ícono 'Existing Component'

3. Hacer clic sobre la raíz del árbol (Product1).

Figura 114. Árbol de Procesos en el Módulo Assembly Design, antes de insertar las partes

4. Al abrirse la ventana File Selection, localizar las partes que se incluirán en el ensamble,

seleccionarlas con ayuda de la tecla Ctrl y confirmar con el botón Abrir.

Figura 115. Árbol de Procesos tras la inserción de las partes

Como se apreciará, las partes se han añadido al ensamble en la posición en que fueron

creadas, respecto al origen del sistema de coordenadas, por lo que se encontrarán

sobrepuestas.



Figura 116. Apariencia del ensamble tras su inserción en el Product1

5. Para colocar las piezas en una posición desde la cual puedan apreciarse mejor sus

caras, y sea factible aplicar las restricciones, el usuario requerirá arrastrar la Brújula,

haciendo clic en el “origen” de ésta (cuadro rojo), y soltarla sobre cualquier pieza, en

alguna cara paralela al plano ZY. Repetir la operación arrastrando la brújula de pieza en

pieza, de modo que la pieza AXLE quede al frente, seguido del

BRKDISC_COVERLPATE, la pieza SHIM, y finalmente la pieza SPRINGSTRUT.

Figura 117. Piezas separadas con ayuda de la Brújula



6. Arrastrar la Brújula hasta el eje de coordenadas de la esquina inferior derecha de la

ventana principal, con lo cual regresará a su posición original (esquina superior derecha).

Figura 118. Sistema de Ejes Absoluto (izq.) y posición original de la Brújula (der.)

7. Localizar la barra Constraints, y hacer doble clic sobre el ícono Coincidence Constraint,

con el fin de crear restricciones consecutivamente.

Figura 119. Barra 'Constraints'

Figura 120. Ícono 'Coincidence Constraint'

8. Al activar la restricción, seleccionar la cara interna de un Hole en la primera pieza

(SPRINGSTRUT) y la cara interna de su contraparte en la siguiente pieza (SHIM).

Figura 121. Restricción de Coincidencia entre la parte SPRINGSTRUT y la parte SHIM (Modelo no Actualizado)



9. Aplicar la restricción descrita en el paso anterior para el par de Piezas SHIM-

BRKDISC_COVERPLATE, y BRKDISC_COVERPLATE. Oprimir la tecla Esc para salir del

modo de Definición de Restricciones de Coincidencia.

Figura 122. Conjunto de restricciones de Coincidencia a lo largo del Ensamble

10. Generar una restricción de Contacto con el botón Contact Constraint, y seleccionando la

cara frontal del soporte inferior de la parte SPRINGSTRUT y la cara posterior de la parte

SHIM.

Figura 123. Ícono ‘Contact

Figura 124. Cara frontal de la parte SPRINGSTRUT (izq.) formando una restricción de Contacto con la cara trasera de la pieza SHIM (der.)



11. De forma similar, aplicar restricciones de contacto entre los pares de caras

correspondientes entre la parte SHIM - BRKDISC_COVERPLATE, y BRKDISC_

COVERPLATE - AXLE.

Figura 125. Conjunto de restricciones sobre el ensamble (Modelo no Actualizado)

12. Oprimir el ícono Update All, o en su defecto, teclear el comando Ctrl+U. Esta actualización

mostrará el estado final del ensamble tras la aplicación de las restricciones.

Figura 126. Ícono 'Update All'

Figura 127. Apariencia final del ensamble tras la actualización



13. Guardar el Producto con el nombre LG_ASSEMBLY.

14. Guardar el archivo como documento stp, mediante la opción de guardado Save As.

El archivo final del ensamble, se generará con extensión .CATProduct, mientras que su copia en

formato stp se generará como LG_ASSEMBLY.stp. El archivo stp se utilizará para la simulación en

ANSYS, pues conserva muchas de las propiedades definidas dentro de CATIA para las partes y

el ensamble.

Figura 128. Apariencia final del ensamble LG_ASSEMBLY.CATPart



CAPÍTULO III - ANÁLISIS

ESTRUCTURAL EN ANSYS



INTRODUCCIÓN El presente capítulo expone el análisis estructural por medio del software ANSYS, específicamente

en el Mechanical Workbench, o Módulo Mecánico. Para comenzar, se realizará un cálculo

sencillo para determinar la carga aplicada en el tren de aterrizaje, basándose en el peso de una

aeronave pequeña promedio, del peso de su respectivo motor, y del peso del combustible.

Posteriormente, se realiza el análisis del ensamble obtenido en el capítulo anterior, en condiciones

estáticas y en despegue. Es importante mencionar que en el cálculo de la carga en el momento del

despegue no se considera el efecto del levantamiento producido por el ala de la aeronave en

términos de sustentación. Es decir, únicamente se considera que el ala produce un efecto de

palanca sobre la aeronave (en un instante dado), descargando todo el peso de la aeronave en el

tren principal.

DETERMINACIÓN DE LA CARGA

CARGA TOTAL

La fuerza que debe soportar el tren de aterrizaje se calcula a partir de la siguiente ecuación,

correspondiente al Peso Total al Despegue:

𝑾𝑻𝑶 = 𝑾𝑬 + 𝑾𝑷𝑨𝒀 + 𝑾𝒇 Ec. 1

Se propone un peso en bruto de la aeronave de una magnitud de 2300 lb; el motor sugerido se

basa en un modelo Lycoming O-320-E2D, poseedor de un peso en seco de 269 lb; finalmente,

basándose en el peso de la aeronave, se propone en un volumen de combustible al despegue de

42 gal. Dado que es el Sistema Internacional el sistema de unidades empleado para trabajar en el

modelado y análisis, se calcula el peso total de la aeronave en las unidades de fuerza

correspondientes.

Peso del Motor

𝑾𝑬 = 𝟐𝟔𝟗 𝒍𝒃𝒇 (𝟒.𝟒𝟒𝟖𝟐 𝑵

𝟏 𝒍𝒃𝒇) = 𝟏 𝟏𝟗𝟔. 𝟓𝟕 𝑵 Ec. 2

Peso en Bruto de la Aeronave

𝑾𝑷𝑨𝒀 = 𝟐𝟑𝟎𝟎 𝒍𝒃𝒇 (𝟒.𝟒𝟒𝟖𝟐 𝑵

𝟏 𝒍𝒃𝒇) = 𝟏𝟎 𝟐𝟑𝟎. 𝟗 𝑵 Ec. 3



Peso del Combustible al Despegue

Densidad del Combustible:

𝝆 = 𝟖𝟎𝟎 𝒌𝒈/𝒎𝟑 Ec. 4

Volumen del Combustible en SI:

𝑽𝒇 = 𝟒𝟐 𝒈𝒂𝒍 (𝟑.𝟕𝟖𝟓𝟒 𝑳

𝟏 𝒈𝒂𝒍) (

𝟎.𝟎𝟎𝟏 𝒎𝟑

𝟏 𝑳) = 𝟎. 𝟏𝟓𝟖𝟗𝟖 𝒎𝟑 Ec. 5

∴ 𝑾𝒇 = 𝝆 𝑽𝒇 𝒈 = 𝟖𝟎𝟎𝒌𝒈

𝒎𝟑 (𝟎. 𝟏𝟓𝟖𝟗𝟖 𝒎𝟑) (𝟗. 𝟖𝟎𝟔𝟔𝟓𝒎

𝒔𝟐) = 𝟏 𝟐𝟒𝟕. 𝟑𝟓 𝑵 Ec. 6

Peso Total de la Aeronave al Despegue

𝑾𝑻𝑶 = 𝟏 𝟏𝟗𝟔. 𝟓𝟕 𝑵 + 𝟏𝟎 𝟐𝟑𝟎. 𝟗 𝑵 + 𝟏 𝟐𝟒𝟕. 𝟑𝟓 𝑵 Ec. 7

∴ 𝑾𝑻𝑶 = 𝟏𝟐 𝟔𝟕𝟒. 𝟖𝟐 𝑵 Ec. 8

CARGA EN TREN PRINCIPAL

Para comenzar el análisis estructural, se definirá la carga aplicada en el tren de aterrizaje. Como se

estableció en el capítulo anterior, el tren de aterrizaje pertenece a la configuración de Tren de

Nariz, y corresponde a una aeronave genérica de tamaño pequeño.

Las dimensiones del tren de aterrizaje establecen que el tren de aterrizaje principal se

encuentre separado por una distancia de 48 pulgadas ente la sección derecha y la sección

izquierda, y que el tren de nariz se localiza a 65.3 pulgadas por delante del eje conformado por el

tren principal. Para determinar la fuerza aplicada en cada sección del tren de aterrizaje, se

considerará que el peso de la aeronave es una carga distribuida sobre una placa triangular con

soportes en cada esquina, separados por dimensiones iguales a las del tren de aterrizaje

analizado. La fuerza de reacción en cada soporte, arroja el valor de las cargas requeridas para

continuar el análisis. En la siguiente sección del presente capítulo se analizarán a fondo los

parámetros básicos del análisis en el Mechanical Workbench de ANSYS, por lo que en el análisis

que a continuación se despliega, sólo se describirá con sencillez el proceso requerido, es decir, la

obtención de las cargas:

1. Crear un sketch sobre el plano ZY, en el software CATIA, con las dimensiones mostradas

en la siguiente figura. Las acotaciones pertenecen a la distancia que separa las secciones

del tren de aterrizaje (48 in = 1658.62 mm; 65.3 in = 1219.2 mm):



Figura 129. Sketch base

2. Extruir el sketch con una operación Pad a lo largo de 50 mm.

3. Trazar un nuevo sketch en la cara trasera del Pad, localizándolo en cualquiera de las

esquinas del mismo y asignarle una forma triangular de dimensiones arbitrarias.

Figura 130. Posición Sketch base para primer soporte

4. Repetir el paso anterior para las dos esquinas restantes.

5. Extruir 20 mm mediante una operación Pad los tres sketches recién creados.

Figura 131. Apariencia final de la pieza empleada para la determinación de las cargas



6. Guardar la parte, con el nombre CARGAS, como archivo tipo stp en una ubicación fácil de

localizar.

Figura 132. Localización de la opción de guardado de archivo tipo ‘stp’

7. Cerrar el software CATIA y abrir ANSYS Workbench, ya sea desde el menú inicio en

Windows, o desde la barra de tareas del mismo sistema operativo.

8. En la ventana que emergerá, tras la pausa del arranque del programa, se puede apreciar la

sección Project Schematic y la columna Toolbox.

Figura 133. Ventana de inicio de ANSYS Workbench

Dar doble clic sobre la sección Analysis Systems, en caso de no encontrarse

desplegadas las funciones que ofrece. Localizar el Static Structural Solver y arrastrarlo al

área superior izquierda de la ventana Project Schematic.



Figura 134. Proyecto 'Static Structural' dentro de la ventana 'Project Schematic'

9. Como se puede observar, de las distintas fases del análisis, sólo se encuentra establecida

la sección Engineering Data, que define las propiedades mecánicas de los materiales

utilizados en el análisis. Para este análisis, se utilizarán los datos que ofrece por defecto

ANSYS.

Figura 135. Ítem 'Engineering Data'

Para cargar la geometría, hacer clic derecho sobre el recuadro Geometry y seleccionar la

opción Import Geometry>> Browse… del menú contextual emergente. Localizar el

archivo CARGAS.stp creado anteriormente y dar doble clic sobre el mismo.

10. Para configurar las condiciones a las que se someterá la pieza, hacer doble clic sobre el

recuadro Setup del análisis Static Structural del Project Schematic.

Figura 136. Ítem ‘Setup’ en el proyecto ‘Static Structural’



11. Al abrirse el módulo Mechanical, se pueden apreciar las barras, la ventana Outline, la

ventana Details of..., la ventana Graph, la ventana Tabular Data, y el modelo en la zona

principal.

Figura 137. Interfaz del Módulo Mechanical de ANSYS

En la ventana Outline, seleccionar del árbol Project la rama Static Structural, y de las

opciones desplegadas en la zona superior, hacer clic sobre Supports y a continuación

sobre la opción Fixed Support del menú contextual.

Figura 138. Localización del ítem 'Fixed Support' en el menú 'Supports'



12. Manipulando el modelo en la ventana principal, seleccionar la base del soporte de una de

las esquinas del modelo.

Figura 139. Área seleccionada como Fixed Support iluminada en color verde (izq.) y soporte establecido, iluminado en color azul (der.)

13. Repetir el paso 11 y 12 para los soportes restantes.

14. Definir la carga de 12 674.82 N (establecida en el capítulo 2): hacer clic sobre Loads y

seleccionar la opción Force del menú contextual.

Figura 140. Localización del ítem ‘Force’ en el menú ‘Loads’

Al abrirse la ventana Details of “Force”, manipular el modelo, seleccionar la cara superior

del mismo, y oprimir el botón Apply para establecer la zona donde se localiza la carga.



Figura 141. Área de la pieza seleccionada para aplicar la fuerza, iluminada en color verde (arriba), y detalle de la ventana ‘Details of’ con el botón ‘Apply’ (abajo).

15. Previo a ingresar la carga, verificar que las unidades con las que se trabaja corresponden

al Sistema Internacional en milímetros, en el menú Units. En caso contrario, seleccionar la

opción Metric (mm, kg, N, s, mV, mA). ANSYS conservará está configuración para los

análisis posteriores. Hacer clic sobre el recuadro Magnitude en la ventana Details of

“Force”, e ingresar el valor de la carga: 12 674.82. Oprimir la tecla ENTER para confirmar

el cambio. Notar que el área donde se aplica la carga se ha iluminado en color rojo.

Figura 142. Apariencia de la superficie en la cual se ha aplicado la fuerza, iluminada en color rojo.



16. Aún queda por establecer la dirección de la carga. Hacer clic sobre el recuadro Direction

de la ventana Details of “Force”. Hacer clic sobre las flechas para obtener la dirección

requerida y oprimir el botón Apply para confirmar los cambios.

Figura 143. Ventana ‘Details of’ (izq.) mostrando el botón ‘Apply’, y dirección de la fuerza aplicada (der.)

17. Con ayuda de la tecla Ctrl, seleccionar Fixed Support, Fixed Support 2 y Fixed Support

3, y arrastrarlos a la rama Solutions. Con ello se crea una solución Force Reaction

(Fuerza de Reacción) para cada soporte.

Figura 144. Ítems ‘Force Reaction’ en el Árbol de Procesos, sin calcular

18. Antes de ordenarle al programa que resuelva el análisis, se refinará la malla: hacer clic

sobre la rama Mesh del Árbol Project. Expandir la lista de opciones Sizing en la ventana

Details of “Mesh”. Hacer clic sobre el recuadro Element Size e ingresar 7, para establecer

el tamaño de los elementos en 7 mm. Confirmar el cambio oprimiendo la tecla ENTER.



Figura 145. Árbol de Procesos mostrando el ítem ‘Mesh’ debajo de ‘Coordinate System’ en la ventana ‘Outline’ (izq.). Ítem ‘Element Size’ en la Ventana ‘Details of “Mesh”’

Se puede observar que la malla establecida por defecto por el programa, resaltó en color amarillo.

Figura 146. Apariencia de la malla obsoleta, iluminada en color amarillo (Obsolete Mesh), sobre el modelo

19. Hacer clic sobre el botón Solve de la barra superior.

Figura 147. Botón ‘Solve’ (der.) en la Barra Principal de Menús

Tras el periodo de cálculo de la solución, se notará que los ítems por resolver (identificados por un

rayo amarillo) del Árbol, presentan una “palomita” verde.



Figura 148. Apariencia del Árbol de Procesos antes (izq.) y después (der.) del cálculo de soluciones

20. Al hacer clic sobre cada solución Force Reaction en la rama Solution del árbol, se

encontrará en la ventana Tabular Data la reacción en el Eje X, la cual representa la carga

soportada por cada sección del tren de aterrizaje.

Figura 149. Representación gráfica de la Fuerza de Reacción en el soporte del Tren de Nariz (arriba). Componentes de la Fuerza de Reacción en la ventana ‘Tabular Data’ (abajo)



Figura 150. Representación gráfica de la Fuerza de Reacción en el Tren Principal derecho (supra). Componentes de la Fuerza de Reacción en la ventana ‘Tabular Data’ (abajo)

Figura 151. Representación gráfica de la Fuerza de Reacción en el Tren Principal izquierdo (arriba). Componentes de la Fuerza de Reacción en la ventana ‘Tabular Data’ (abajo)

Para comprobar que las reacciones efectivamente contrarrestan la carga, se realiza una sumatoria

de las mismas:

𝑾 = 𝟒 𝟐𝟐𝟎. 𝟗 𝑵 + 𝟒 𝟐𝟐𝟕 𝑵 + 𝟒 𝟐𝟐𝟔. 𝟗 𝑵 = 𝟏𝟐 𝟔𝟕𝟒. 𝟖 𝑵 Ec. 9

Las fuerzas de reacción en los soportes correspondientes al tren de aterrizaje principal, son de

4227 N y 4226.9 N. Para fines prácticos, se considerará la segunda reacción como 4227 N.



CARACTERÍSTICAS DEL ANÁLISIS

Recapitulando, se puede mencionar que el análisis mecánico básico de ANSYS requiere definir 5

aspectos principales:

Datos de Ingeniería: conjunto de datos de propiedades mecánicas llamados para definir el

material o materiales implicados en el análisis.

Geometría: objeto o conjunto de objetos a ser sometidos a fuerzas en la simulación.

Mallado: proceso mediante el cual la Geometría es dividida en elementos para su análisis.

Configuración: aplicación de cargas, fuerzas, presiones, empotres, soportes, etcétera, a

la Geometría.

Solución: especificación de los ítems requeridos como resultado del análisis del modelo,

tales como Deformaciones, Reacciones, Esfuerzos, etc.

DATOS DE INGENIERÍA

El modelo empleado para obtener las reacciones en el tren de aterrizaje, en la sección anterior del

presente capítulo, descartó la opción de especificar el material del modelo. El programa ANSYS

definió el material de la pieza como Acero Estructural (Structural Steel) por defecto. Si bien, las

bibliotecas de Datos de Ingeniería (Engineering Data) poseen un amplio abanico de materiales,

no incluyen todos los materiales empleados por el usuario, en un contexto de ingeniería mecánica,

tales como aleaciones o materiales compuestos específicos.

El material de las piezas del ensamble del tren de aterrizaje que se analiza en el presente trabajo,

fue definido como Steel (Acero) para cada una, en el software CATIA. No obstante, se empleará

una aleación específica de Acero para el modelo, la cual será definida dentro del entorno

Engineering Data de ANSYS. La aleación de Acero propuesta para el modelo es la 4130, cuyas

propiedades mecánicas básicas se enlistan a continuación.

ACERO 4130

Propiedad Mecánica Magnitud Unidad Módulo de Young 205 GPa Módulo Cortante 80 GPa

Densidad 7833.44 Kg/m^3 Esfuerzo a la Cedencia 517.1 MPa

Tabla 3. Extracto de las Propiedades Mecánicas del Acero 4130 (Aceros Fortuna: Departamento Técnico, s.f.)



GEOMETRÍA

El programa ANSYS contiene un módulo de trazado de geometría para generar modelos, sin

embargo no es tan amigable con el usuario, ni tan intuitivo como la interfaz que ofrece CATIA. Por

ello es recomendable construir el modelo en la plataforma ofrecida por Dassault Systems, y

generar el modelo final como archivo tipo stp, el cual es compatible con el Mechanical Workbench

de ANSYS. Dicho archivo stp fue generado al final del capítulo anterior, por lo que la geometría

será establecida en ANSYS simplemente cargando el archivo LG_ASSEMBLY.stp.

MALLADO

El Análisis por Elemento Finito (FEA) es un método de análisis numérico basado en la división del

elemento, superficie o cuerpo a analizar en pequeños objetos de geometría sencilla, como

elementos lineales, triángulos o tetraedros.

El software ANSYS emplea el FEA para levar a cabo los análisis mecánicos,

termodinámicos y de dinámica de fluidos, entre otros. El Mallado, o Meshing, es el proceso

mediante el cual se calculan y obtienen los elementos empleados como base del análisis. ANSYS

genera la Malla de forma automática, previo al cálculo de la solución requerida por el usuario, sin

embargo, el tamaño del “grano” de los elementos, o el refinamiento del mallado determina la

precisión del cálculo, por lo que una malla con elementos más pequeños o con una distribución

más numerosa en determinadas zonas del modelo, mejorará los resultados.

Este refinamiento del mallado, fue empleado en el primer análisis de este capítulo (paso

18), con el fin de obtener resultados más cercanos a la realidad, que es la naturaleza misma de la

simulación de ANSYS.

Es menester mencionar que un refinado excesivo de la Malla, si bien arrojará resultados

con las virtudes recién descritas, requerirá un tiempo de procesamiento considerablemente mayor,

que en muchas ocasiones se puede tratar de lapsos de horas (o días), por no mencionar los

efectos en el poder de procesamiento y almacenamiento de memoria del ordenador (ANSYS

presentará mensajes de error en casos como este, si el procesador aún tiene capacidad para

reconocer problemas).

Se sugiere que las características de la Malla utilizadas en el análisis del tren de aterrizaje,

sólo emplee la modificación del tamaño del elemento (Element Size), estableciéndolo en 5 mm.



CONFIGURACIÓN DE CARGAS Y SOPORTES

La aplicación de cargas y soportes sobre el modelo determina el comportamiento de éste, por lo

que aplicarlos sobre las ubicaciones apropiadas es necesario para obtener la solución requerida

por el usuario.

El modelo del tren de aterrizaje posee tres orificios, en el soporte superior de la pieza

SPRING_STRUT, los cuales se emplearán para aplicar Soportes de Fijación (Fixed Support),

simulando la fijación a la estructura del fuselaje.

En la sección anterior del presente capitulo se estableció que la carga aplicada sobre el ensamble

del tren de aterrizaje, dadas las condiciones propuestas, es de 4227 N. Dicha carga corresponde a

las condiciones del tren de aterrizaje principal (derecho o izquierdo) en estado estático, con el

tanque del combustible lleno.

Para calcular la carga en el despegue, se propone un ángulo de despegue de 16°. Dicho ángulo

representa el vector en el que se aplica la carga sobre el tren de aterrizaje, arrojando efectos

distintos en la solución. Debido a que la carga, en el momento del despegue, se distribuye

únicamente entre las dos partes del tren de aterrizaje principal, la carga total es dividida entre

ambas partes, aumentando el esfuerzo, respecto a la simulación de la aeronave “estacionada”. El

vector necesario para aplicar la carga se puede hallar mediante un sencillo cálculo.

Ángulo de despegue

𝜶𝑻𝑶 = 𝟏𝟔° Ec. 10

Fuerza aplicada en cada sección del Tren de Aterrizaje Principal

𝑾𝑻𝑶−𝑳𝑮𝑹=

𝟏𝟐 𝟔𝟕𝟒.𝟖 𝑵

𝟐= 𝟔 𝟑𝟑𝟕. 𝟒 𝑵 Ec. 11

Componente vectorial en el eje Vertical.

𝑾𝑻𝑶𝑽= 𝑾𝑻𝑶−𝑳𝑮𝑹

𝐜𝐨𝐬 𝜶 = 𝟔 𝟑𝟑𝟕. 𝟒 𝑵 𝐜𝐨𝐬 𝟏𝟔° = 𝟔 𝟎𝟗𝟏. 𝟖𝟗 𝑵 Ec. 12

Componente vectorial en el eje Horizontal

𝑾𝑻𝑶𝑯= 𝑾𝑻𝑶−𝑳𝑮𝑹

𝐬𝐢𝐧 𝜶 = 𝟔 𝟑𝟑𝟕. 𝟒 𝑵 𝐬𝐢𝐧 𝟏𝟔° = 𝟏𝟕𝟒𝟔. 𝟖𝟐 𝑵 Ec. 13



SOLUCIÓN

El usuario tiene una gama amplia de respuestas a sus requerimientos sobre el análisis del modelo,

en función de la configuración. Entre dichas respuestas, se encuentran las Deformaciones

(Deformation), Esfuerzos (Strain), Tensiones (Stress), que corresponden al tipo de solución

requerida para el presente análisis. Específicamente, se configurará el análisis para arrojar

resultados de los siguientes ítems:

Deformación Total (Total Deformation)

Deformación Direccional (Directional Deformation) en el eje X, Y, y Z.

Esfuerzo Equivalente por Von-Misses (Equivalent Strain von-Misses)

Tensión Equivalente por Von-Misses (Equivalent Stress von-Misses)

Esfuerzo Cortante (Strain>> Shear)

Tensión Cortante (Stress>> Shear)

Además, se puede conocer la Fuerza de Reacción (Force Reaction) en los soportes, para lo cual

se utiliza la herramienta Probe (Sonda). La solución ofrecida por dicha herramienta es la misma

arrojada por el método utilizado en el análisis de la sección anterior del capítulo, empleado para

conocer las cargas en el tren de aterrizaje.

PRE PROCESAMIENTO

Ahora que se han expuesto los pormenores de la configuración de la simulación del tren de

aterrizaje, se describirá paso a paso el Pre Procesamiento. Antes de comenzar, es necesario crear

un nuevo Proyecto:

1. En el menú File, de la barra superior, seleccionar New. O en su defecto, escribir el

comando Ctrl + N al abrir el ANSYS Workbench.

2. Arrastrar el ítem Static Structural de la categoría Analysis Systems de la columna

Toolbox a la ventana Project Schematic.

3. Guardar el provecto como SIM_LG. (Notar que la extensión del archivo es .wbpj).

El primer ítem a configurar en el proyecto es Engineering Data. Como se recordará, es requerido

añadir un material nuevo a la biblioteca.



DATOS DE INGENIERÍA

El proceso mediante el cual se define un nuevo material en el entorno Engineering Data se

describe debajo:

1. Hacer doble clic sobre el recuadro Engineering Data del Análisis Estático Estructural

(Static Structural en el Project Schematic).

2. Al abrirse la ventana Engineering Data, se despliegan distintas sub ventanas: Toolbox,

Engineering Data Sources, Outline of…, Properties of…, entre otras. En la sub ventana

Engineering Data Sources, hacer clic sobre el último recuadro de la columna Data

Source, el cual tiene escrito (en letras de color gris claro) “Click here to add a new

library”. Ingresar el nombre User Defined y oprimir la tecla Enter. Se abrirá una ventana

Guardar Como (o Save As) para especificar la ubicación donde se guardará el Data

Source (o Fuente de Datos). Confirmar la creación del Data Source introduciendo

nuevamente el nombre de la Fuente de Datos y oprimiendo el botón Guardar.

3. Marcar la casilla de la columna B (Edit Library) frente a la fila donde se encuentra User

Defined, en la sub ventana Engineering Data Sources. Esto permite añadir un nuevo

material a la Fuente de Datos User Defined.

Figura 152. Ventana ‘Engineering Data Sources’

4. En la ventana Outline of User Defined hacer clic sobre la casilla con la leyenda “Click

here to add a new material”, e introducir el nombre del nuevo material: Alloy Steel 4130.

Oprimir la tecla Enter. Ahora el material ha sido añadido al Data Source, sin embargo,

debido a que no ha sido definido, un signo de interrogación acompañará la leyenda con su

nombre.

Figura 153. Ítem 'Alloy Steel 4130'

Debajo de la sub ventana Outline of… aparecerá la sub ventana Propretores of…, la cual

no contiene ningún ítem o propiedad.



Figura 154. Ventana 'Properties of...: Alloy Steel 4130' antes de la adición de propiedades

5. De la columna Toolbox, hacer doble clic sobre los siguientes ítems:

i. Density, de la categoría Physical Properties.

ii. Isotropic Elasticity, de la categoría Linear Elastic.

iii. Tensile Yield Strength, de la categoría Strength.

Figura 155. Categorías 'Physical Properties', 'Linear Elastic' y 'Strength' de la columna Toolbox

6. En la ventana Outline of…, previamente vacía, ahora aparecen los siguientes ítems, entre

los que se requiere la entrada de cuatro valores (casillas marcadas en color amarillo),

pertenecientes a las propiedades mecánicas del material.

Figura 156. Ítem ‘Derive From’ en la Ventana ‘Properties of…: Alloy Steel 4130’



7. Hacer clic sobre la columna Value, frente a la fila Derive From, y seleccionar la opción

Shear Modulus and Young’s Modulus. Ahora las casillas resaltadas en amarillo han

cambiado.

Figura 157. Ítem ‘Derive From’ en la Ventana ‘Properties of…: Alloy Steel 4130’, configurado ‘Shear Modulus and Young’s Modulus’

8. Ingresar los datos pertinentes, a partir de la información de la Tabla 3 (vigilar las unidades

en que se ingresan los datos, y hacer las correcciones necesarias). ANSYS calcula

automáticamente las propiedades restantes.

Figura 158. Ventana ‘Properties of…: Alloy Steel 4130’ con propiedades establecidas

9. Oprimir el botón Save, localizado en la columna C (Location), en la fila User Defined.

Figura 159. Botón ‘Save’ (símbolo de disquete) en la ventana ‘Engineering Data Sources’

10. Ahora que el material fue añadido a la Biblioteca de Materiales Engineering Data,

seleccionar el Data Source User Defined (asegurarse que la casilla Edit Library, en la

columna B de la sub ventana Engineering Data Sources, no se encuentre marcada).

11. En la sub ventana Outline of oprimir el botón Add To en la columna B, frente al material

que el usuario desea añadir, en este caso, frente al Material Alloy Steel 4130.



12. Regresar a la ventana Project, oprimiendo el botón homónimo, en la zona superior de la

ventana.

Figura 160. Localización del botón ‘Engineering Data Sources’

13. Oprimir el botón Update Project, de la barra que se encuentra por encima de la ventana

Project Schematic.

Figura 161. Localización del botón ‘Update Project’ (zona inferior derecha)

14. Ignorar el mensaje de advertencia. Regresar al entorno Mechanical, y expandir la rama

Geometry.

15. Seleccionar cualquier objeto. Hacer clic en Details of…>> Material>> Assignment y

seleccionar el material recién creado: Alloy Steel 4130.

Figura 162. Lista de materiales en el menú contextual ‘(Material) Assignment’ en la ventana ‘Details of…’

16. Repetir el paso anterior para cada objeto de la rama Geometry.

De este modo, se ha creado y asignado un material específico a las partes que conforman el

modelo. Si el usuario desea emplear un material incluido en la biblioteca de ANSYS, debe localizar

dicho material y continuar con los pasos 11 hasta el paso 15.



GEOMETRÍA

Tras la selección del material, el siguiente paso en el pre procesamiento del análisis, es la creación

o adición de la geometría del modelo. El presente análisis está basado en el ensamble generado

en el capítulo anterior, por lo cual no es requerido crear nueva geometría. El procedimiento para

cargar la geometría al proyecto, es el siguiente:

1. Hacer clic derecho sobre el ítem Geometry, en el proyecto Static Structural, en el Project

Schematic.

Figura 163. Apariencia del ítem ‘Geometry’ en el proyecto ‘Static Structural’

2. Del menú contextual, hacer clic sobre el ítem Import Geometry, y seleccionar la opción

Browse del segundo menú contextual.

Figura 164. Localización del ítem ‘Browse’

3. De la ventana Abrir, seleccionar el archivo LG_ASSEMBLY.stp y confirmar la selección con

un clic sobre el botón Abrir. Como se podrá apreciar, ahora el ítem Geometry ha cambiado

el signo de interrogación por una "palomita" verde, indicando que la geometría ha sido

cargada apropiadamente.

MALLADO

Los pasos para generar el mallado apropiado para el análisis, son los siguientes:



1. Hacer doble clic sobre el ítem Model (o Setup, es indistinto) en el proyecto Static

Structural del Project Schematic. Tras una pausa, se abrirá la ventana del Módulo

Mecánico de ANSYS.

Figura 165. Apariencia del modelo en el entorno Mechanical de ANSYS

2. Seleccionar el ítem Mesh de la rama Model, en la ventana Outline.

3. Expandir el ítem Sizing (Tamaño), en la ventana Details of “Static Structural”.

4. Cambiar el tamaño del elemento (Element Size) a 3mm. Confirmar el cambio oprimiendo

la tecla Enter.

Figura 166. Detalle de la ventana ‘Details of “Mesh”’

5. Hacer clic derecho sobre el ítem Mesh en la rama Model en el Árbol de procesos y

seleccionar la opción Update del menú contextual. Tras una pausa, el nuevo mallado del

modelo quedará terminado.



Figura 167. Apariencia del modelo mallado con elementos de 3 mm

CONFIGURACIÓN DE CARGAS Y SOPORTES

La siguiente configuración corresponde a la aplicación de la carga y el señalamiento de los

soportes. Como se mencionó, el análisis del tren de aterrizaje se hará considerando que la

aeronave se encuentra estática, y que la aeronave se encuentra despegando. La diferencia entre

ambos casos, es la configuración de la carga: mientras que la primera se considera aplicada en un

eje únicamente, la segunda está compuesta por una componente en el eje vertical (Eje Z del

ensamble) y otra en el eje horizontal (Eje Y del ensamble). A continuación, se expone la aplicación

de los soportes y la configuración de fuerza para ambos casos:

SOPORTES

1. Seleccionar la Rama Static Structural del Árbol de Procesos

2. Hacer clic sobre el botón Supports en la barra Environment.

3. Seleccionar la opción Fixed Support.

4. Seleccionar la superficie de la cara interna del barreno mostrado en la imagen:



Figura 168. Selección del barreno trasero del soporte superior

5. Repetir los pasos 2 a 4 para cada barreno restante del soporte superior. Igualmente, el

usuario puede ayudarse de la herramienta Duplicate para crear nuevos soportes,

haciendo clic derecho sobre Fixed Support en el Árbol y seleccionando Duplicate.

Asegurarse de crear los 3 Soportes mostrados en la imagen.

Figura 169. Apariencia final de los Soportes Fijos en el modelo (iluminados en color azul)

CARGA: AERONAVE EN ESTADO ESTÁTICO

1. Hacer clic sobre Static Structural, en el Árbol de Procesos.

2. Seleccionar Force del menú Loads, en la barra Environment.

3. Seleccionar el cuerpo cilíndrico del eje (AXLE) del ensamble. Utilizar la herramienta

Extend to Limits para seleccionar la superficie completa, como se muestra en la siguiente

figura:



Figura 170. Superficie de aplicación de la fuerza (iluminada en color verde intenso)

4. Confirmar la selección oprimiendo el botón Apply delante de Geometry.

Figura 171. Detalle de la ventana ‘Details of…”Force”’

5. En la ventana Details of “Force” hacer clic delante de la casilla Define By y modificar la

selección de Vector a Components. Nótese que el contenido de la ventana Details ha

cambiado, mostrando tres casillas iluminadas en color amarillo.

Figura 172. Detalle de la ventana ‘Details of “Force”, mostrando un requerimiento de datos por parte de ANSYS (casillas iluminadas en color amarillo)

6. En la casilla amarilla frente a Z Component, introducir la magnitud de la carga que se ha

determinado para el presente caso: 4227 N. Confirmar el cambio oprimiendo Enter en el

teclado.



Figura 173. Representación gráfica de la fuerza, en estado estático

Como se apreciará, la carga ya ha sido establecida. Si bien la carga, en el mundo real, es aplicada

sobre el soporte superior del SPRING_STRUT, para la simulación se ha considerado que la carga

es aplicada en el eje de la rueda (AXLE), en sentido contrario respecto a la carga del mundo real.

CARGA: AERONAVE EN EL MOMENTO DEL DESPEGUE

1. Realizar los pasos 1 a 5 expuestos en el Caso ii.

2. En la casilla Z Component, introducir la magnitud 6091.89.

3. En la casilla Y Component, introducir la magnitud 1746.82.

Como se puede apreciar, el vector de la carga se encuentra inclinado sobre el eje Y positivo,

correspondiendo con la carga (de equilibrio) de la aeronave al despegue.

Figura 174. Representación gráfica de la fuerza, al momento del despegue



SOLUCIÓN

El procedimiento para ordenar soluciones al programa es similar a la introducción de fuerzas y

soportes. De acuerdo a la configuración establecida anteriormente, se procederá a exponer la

configuración de las soluciones.

1. Seleccionar la rama Solution del árbol de procesos.

2. Abrir el menú Deformation, y seleccionar Total.

3. Abrir el menú Deformation, y seleccionar Directional.

4. Hacer clic derecho sobre Directional Deformation (en la rama Solution) y seleccionar la

opción Duplicate dos veces.

5. Seleccionar Directional Deformation en el Árbol y modificar Orientation de Z Axis a X

Axis. Repetir esta operación para Directional Deformation 2 y Directional Deformation

3, modificando Orientation a Y Axis y Z Axis, respectivamente.

6. Abrir el menú Strain y seleccionar la opción Equivalent (von-Mises).

7. En el mismo menú, seleccionar la opción Shear.

8. Abrir el menú Stress y seleccionar la opción Equivalent (von-Mises).

9. En el mismo menú, seleccionar la opción Shear.

10. Abrir el menú Probe, y seleccionar la opción Force Reaction.

11. En la ventana Details of, hacer clic en la casilla frente a Boundary Condition, y del menú

contextual seleccionar Fixed Support.

12. Duplicar el ítem Force Reaction en el Árbol para crear dos fuerzas de reacción más.

13. Seleccionar Fixed Support 2 y Fixed Support 3 como condición de frontera (Boundary

Condition) para Force Reaction 2 y Force Reaction 3 respectivamente.

14. Finalmente, abrir el menú Tools y seleccionar el ítem Stress Tool.

Figura 175. Barra Environment, presentando (de izq. a der.) el menú 'Inertial', menú 'Loads', menú 'Supports', menú 'Conditions' y menú Direct FE'



Figura 176. Menú 'Loads' desplegado

Figura 177. Menú 'Supports' desplegado

RESULTADOS

Los resultados arrojan animaciones y datos sobre el comportamiento del modelo bajo las

condiciones definidas. Tras terminar con la configuración del análisis, se arranca el cálculo de los

resultados por medio del botón Solve, caracterizado por un rayo de color amarillo, empleado al

final del análisis de la primera sección del capítulo (Figura 147).



En función de la velocidad del procesador de la computadora en la que se corra el análisis,

el tiempo necesario para realizar el cálculo de las soluciones puede ser considerable. Otro factor

que influye en la duración de dicho periodo, es la complejidad de los requerimientos de la solución,

el refinamiento intensivo de la malla, o el tipo de análisis (mecánico, dinámica de fluidos,

termodinámico, etc.). Durante el procesamiento de las soluciones, ANSYS lanza a la pantalla

una ventana de Estatus de Solución o ‘Solution Status’, donde se muestra el progreso general del

cálculo, y el progreso de la tarea específica que se está llevando a cabo.

Figura 178. Ventana ‘ANSYS Workbench Solution Status’

Al mismo tiempo, en el Árbol de Procesos, los ítems que están en proceso de resolución, lucen un

símbolo de rayo en color verde, ligeramente difuminados. Tras esta espera, los ítems presentan la

“palomita” verde (observada en el análisis previo), representando un procesamiento finalizado y

correcto. En cada caso, la visualización de resultados es distinta, así como la presentación de las

animaciones ofrecidas por ANSYS.

A continuación son descritos brevemente los pasos para accesar a los resultados e

interpretar los datos arrojados por el análisis.

Figura 179. Ítems calculados, en la rama Solution del Árbol de Procesos



INFORMACIÓN DE LA SOLUCIÓN (SOLUTION INFORMATION)

Al hacer clic sobre este ítem en el árbol, se abre la ventana ‘Worksheet’, desplegando la

información estadística de ANSYS (versión, licencias, características del sistema, etc.) y del

análisis (número de elementos generados, máximos y mínimos, localización de nodos relevantes,

memoria utilizada, etc.). En versiones anteriores del programa ANSYS, esta ventana contenía la

información relevante del análisis, debido a la interfaz “poco amigable con el usuario”.

Figura 180. Ventana 'Worksheet', mostrando la información de la solución (Solution Information)

DEFORMACIÓN TOTAL (TOTAL DEFORMATION)

Este ítem muestra la Deformación Total (en tres dimensiones) del modelo ante la aplicación de la

fuerza, en términos dimensionales (es decir, la cantidad de mm que se desplaza el objeto). Al

seleccionar dicho ítem, en la ventana principal el modelo se presentará iluminado en una gama de

colores que representan los máximos y mínimos (azul y rojo, normalmente). En el apartado

‘Results’ de la ventana ‘Details of “Total Deformation”’ ANSYS despliega la magnitud máxima

(‘Maximum’) y mínima (‘Minimum’) en las unidades establecidas (mm en este caso), además de la

localización de éstas.

Entre los datos restantes de la ventana ‘Details of…’ se pueden observar el lapso de

tiempo en que ocurre la simulación y el número de pasos en que se aplica la fuerza. Para todos los

ítems de la Solución, esta información es la misma.



Figura 181. Ventana 'Details of "Total Deformation"' (izq.), ventana principal (der. arriba), mostrando los efectos de la deformación, y ventana ‘Graph’ (der. abajo.), desde la cual se activa la animación del modelo

Para activar la animación de la simulación (para este caso y los demás). Sólo hace falta oprimir el

botón ‘Play’ de la barra ‘Animation’, dentro de la ventana ‘Graph’, además se puede modificar el

lapso de duración de la animación y el número de cuadros por segundo de la misma. Cabe

destacar que la escala a la que se presentan las animaciones y resultados gráficos, se presentan

por default a una escala automática. No obstante, puede cambiarse la escala para exagerar los

efectos o visualizar los resultados a una escala real, seleccionando la opción requerida del menú

contextual al inicio de la barra ‘Result’, en la que se presentan diversas opciones de visualización

de los resultados gráficos.

Figura 182. Barra 'Result', mostrando (de izq. a der.) el menú de escalas, menú ‘Geometry’, menú ‘Contours’, menú ‘Edges’, ícono ‘Graphics’, ícono ‘Maximum’, ícono ‘Minimum’, ícono ‘Probe’ y menú 'Display’

DEFORMACIÓN DIRECCIONAL (DIRECTIONAL DEFORMATION)

Este ítem presenta los resultados de la Deformación Direccional, y funciona igual que el anterior

ítem, excepto que como el nombre indica, arroja la deformación obtenida en una única dimensión,

ya sea en el Eje X, Y o Z. En el paso V.5 se expuso la configuración de la dirección en que se



desea tener resultados. Los datos arrojados tanto en la ventana ‘Details of “Directional

Deformation”’, como en la ventana de visualización de modelo, presentan las mismas

características que en ‘Total Deformation’.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA EQUIVALENTE (EQUIVALENT ELASTIC STRAIN)

Esta solución arroja resultados sobre la Deformación Elástica Equivalente del modelo. Las

unidades en que se presenta, son mm/mm, lo que implica que la solución es adimensional, y debe

ser interpretada en términos de proporciones. Los resultados gráficos son similares a los del

siguiente ítem (Equivalent Stress).

TENSIÓN EQUIVALENTE (EQUIVALENT STRESS)

El cuarto ítem seleccionado ofrece información sobre el Esfuerzo Equivalente (calculado según la

teoría de Von Mises) aplicado en el modelo, en unidades de Pa o MPa.

DEFORMACIÓN ELÁSTICA CORTANTE (SHEAR ELASTIC STRAIN)

El cuarto ítem (Deformación Elástica Cortante), presenta los efectos del esfuerzo cortante sobre

el modelo en términos adimensionales (mm/mm). Se podrá notar que las zonas que resaltan

mayormente son las localizadas en los orificios de soporte (por defecto, el programa configura la

orientación de esta solución respecto al plano XY).

Para poder calcular y visualizar los resultados en los planos restantes, se debe seleccionar

el plano deseado en el menú contextual de la opción ‘Orientation’, en la ventana ‘Details of

“Shear Elastic Strain”’, y a continuación hacer clic derecho sobre el ítem en el árbol y seleccionar

la opción “Evaluate All Results”, o en su defecto, simplemente oprimir el botón Solve. El tiempo

de respuesta del sistema deberá ser mínimo, y los efectos en el modelo, se podrán apreciar

distintos de plano en plano.



TENSIÓN CORTANTE (SHEAR STRESS)

El Esfuerzo Cortante se presenta (gráficamente) de forma similar al Shear Elastic Strain, sólo que

presentado en términos de MPa. Igualmente, el programa arroja resultados respecto al plano XY

por defecto, y los pasos para obtener resultados en los planos restantes son los mismos

presentados en el ítem anterior.

FUERZA DE REACCIÓN (FORCE REACTION)

El ítem de Fuerza de Reacción no posee la naturaleza de las soluciones anteriores, ya que arroja

un resultado propio de una sonda o galga, de ahí el término ‘Probe’. Determina una fuerza de

reacción, en este caso, en un lugar específico (como un barreno, una superficie, etc.). La fuerza de

reacción se visualiza en el modelo como un vector, cuya magnitud resultante y en los componentes

X, Y, y Z, se localiza en la ventana ‘Tabular Data’ o en la ventana ‘Details of “Force Reaction”’.

Figura 183. Representación del vector de la Fuerza de Reacción en un barreno

Figura 184. Ventana ' Tabular Data', del ítem ‘Force Reaction’



FACTOR DE SEGURIDAD (SAFETY FACTOR)

La herramienta de cálculo de Factor de Seguridad de ANSYS arroja resultados totalmente variados

entre simulación y simulación, considerando en cada caso, la geometría del modelo, las

condiciones a que es sometido, la naturaleza del material empleado, etc. En términos generales,

es un indicador de las áreas del modelo con mejor o peor respuesta mecánica a las condiciones

impuestas en la simulación. Ergo, las zonas iluminadas en color azul se pueden considerar más

que óptimas, mientras que las zonas iluminadas en tonos rojizos/anaranjados son aquellas en las

que el diseño debe mejorarse, dadas las circunstancias de la simulación. En los casos en que el

modelo muestra una tonalidad predominantemente roja o azul (Factor de Seguridad 0 y 15,

respectivamente), se considera que el diseño está errado, ya sea por presentar una geometría de

proporciones exageradas, o por el contrario, el modelo contiene geometría inapropiada o con muy

bajo espesor.

REPORTE DEL PROYECTO (PROJECT REPORT)

Esta herramienta ofrecida por ANSYS, es una forma refinada, y amigable con el usuario, de la

información del ítem Project Information, pues los datos del pre procesamiento y de los

resultados del análisis, se agrupan en apartados bien definidos. Cada apartado contiene tablas y/o

gráficos que reflejan cada aspecto relacionado con la simulación, integrando la información de

cada ítem del Árbol de Procesos del proyecto.

Se puede accesar a la Vista Previa del Reporte haciendo clic en la pestaña Report

Preview, localizada debajo de la ventana de visualización del modelo.

Figura 185. Mensaje de generación del Reporte en la ventana principal (arriba) y Pestaña 'Report Preview' (abajo)



Tras una espera en la que el programa genera el reporte, se puede observar el enlistado de tablas,

gráficos y datos generales de la simulación.

Figura 186. Detalle del Report Preview: Lista de Contenidos

El Reporte del Proyecto puede ser guardado en formato tipo .doc/.docx, .ppt/.pptx, o .mht (similar a

los archivos .html), o ser directamente impreso. El acceso a estas opciones de guardado se realiza

de la siguiente manera:

1. Localizar la barra Report Preview.

2. Hacer clic sobre ‘Send To’.

3. Seleccionar el ítem ‘Microsoft Word…’ o ‘Microsoft PowerPoint…’ desde el menú

contextual, según se requiera.

4. En función del tipo de archivo requerido, ANSYS genera directamente un archivo con el

despliegue completo del reporte (Word), o una presentación de los gráficos del reporte

(PowerPoint).

5. Guardar el archivo, asegurándose que el formato sea el apropiado.

Figura 187. Barra 'Report Preview'

El reporte en archivo .mht se generará haciendo clic en el botón ‘Publish’ de la barra ‘Report

Preview’, tras lo cual se requiere determinar la ubicación de guardado.



Como se puede apreciar, en la barra ´Report Preview’ existen dos ítems más: enviado del

reporte como archivo adjunto (‘Send To’>> ‘Email Recipient’) y modificación del tamaño de la

fuente (‘Font Size’).

Figura 188. Detalle del ítem 'Geometry' en el Report Preview



RESULTADOS

De acuerdo con el Reporte del Proyecto emitido por ANSYS, respecto a la simulación del Tren de

Aterrizaje en el momento del despegue, se ha obtenido la siguiente información:

Geometría

Las dimensiones generales del cuadro delimitador (Bounding Box) del modelo son del orden de

679.8 x 215.81 x 810.18 mm (profundidad, ancho y altura, respectivamente).

El volumen del modelo es de 2.627 x10^6 mm3.

La masa total del ensamble es de 20.584 kg.

Conexiones

ANSYS generó automáticamente, y con éxito, las conexiones establecidas desde el ensamble en

el programa CATIA.

Malla

El número de nodos creados en el Mallado, fue de 79 550, mientras que el número de elementos

fue 42 193.

ANÁLISIS DEL MODELO: ESTADO ESTÁTICO


o Deformación máxima = 0.00 mm, localizada en la pieza SPRING_STRUT.

o Deformación máxima = 35.13 mm, localizada en la pieza AXLE.

Deformación Direccional en el Eje Z (Directional Deformation)

o Deformación mínima = -3.8137e-002 mm (localizada en SPRING_STRUT)

o Deformación máxima = 20.9 mm (localizada en AXLE)

Deformación Direccional en el Eje Y (Directional Deformation 2)





Deformación Direccional en el Eje X (Directional Deformation 3)

o Deformación Mínima = -3.0837e-002 mm (localizada en SPRING_STRUT)

o Deformación Máxima = 31.708 mm (localizada en BRKDISC_COVERPLATE)

Deformación Equivalente (Equivalent Elastic Strain)

o Mínima = 4.8974e-009 mm/mm (localizada en AXLE)

o Máxima = 3.4181e-003 mm/mm (localizada en SPRING_STRUT)

Esfuerzo Equivalente por Von-Misses (Equivalent Stress)

o Mínimo = 7.7972e-004 MPa (localizado en AXLE)

o Máximo = 699.11 MPa (localizado en SPRING_STRUT)

Deformación Cortante respecto al plano XZ (Shear Elastic Strain)

o Mínima = -2.4953e-003 mm/mm (localizada en SPRING_STRUT)


Deformación Cortante respecto al plano XY (Shear Elastic Strain 2)

o Mínima = -1.8556e-003 mm/mm (SPRING STRUT)

o Máxima = 1.7511e-003 mm/mm (SPRING STRUT)

Deformación Cortante respecto al plano YZ (Shear Elastic Strain 3)



Tensión Cortante respecto al plano XY (Shear Stress)

o Mínima = -148.45 MPa (localizada en SPRING_STRUT)

o Máxima = 140.09 MPa (localizada en SPRING_STRUT)



Tensión Cortante respecto al plano YZ (Shear Stress 2)

o Mínima = -60.106 MPa (SPRING STRUT)

o Máxima = 110.49 MPa (SPRING STRUT)

o

Tensión Cortante respecto al plano XZ (Shear Stress 3)



Fuerza de Reacción en Sondas (Probes: Force Reaction 1,2 y3)

Fuerza de Reacción 1

(Force Reaction) [N]


(Force Reaction 2) [N]



Eje X - 801.88 169.11 632.76

Eje Y -398.31 -854.02 1252.3

Eje Z 1658.4 -3752.6 -2132.8

Total 1884.7 3852.3 2553

Tabla 4. Fuerzas de Reacción (Caso Estático)

Factor de Seguridad (Stress Tool: Safety Factor)

La teoría utilizada por ANSYS fue la del Esfuerzo Máximo Equivalente.

o Resultado Mínimo = 0.73966 (Localizado en el SPRING_STRUT)

ANÁLISIS DEL MODELO: MOMENTO DEL DESPEGUE


o Deformación máxima = 50.782 mm, localizada en la pieza AXLE.

Deformación Direccional en el Eje Z (Directional Deformation)





Deformación Direccional en el Eje Y (Directional Deformation 2)



Deformación Direccional en el Eje X (Directional Deformation 3)

o Deformación Mínima = -5.2908e-002 mm (localizada en SPRING_STRUT)

o Deformación Máxima = 46.34 mm (localizada en BRKDISC_COVERPLATE)

Deformación Equivalente (Equivalent Elastic Strain)

o Mínima = 8.0922e-009 mm/mm (localizada en AXLE)


Esfuerzo Equivalente por Von-Misses (Equivalent Stress)

o Mínimo = 2.4536e-004 MPa (localizado en AXLE)

o Máximo = 1088.6 MPa (localizado en SPRING_STRUT)

Deformación Cortante respecto al plano XZ (Shear Elastic Strain)

o Mínima = -3.6556e-003 mm/mm (localizada en SPRING_STRUT)


Deformación Cortante respecto al plano XY (Shear Elastic Strain 2)



Deformación Cortante respecto al plano YZ (Shear Elastic Strain 3)





Tensión Cortante respecto al plano XY (Shear Stress)

o Mínima = -253.07 MPa (localizada en SPRING_STRUT)

o Máxima = 237.48 MPa (localizada en SPRING_STRUT)

Tensión Cortante respecto al plano YZ (Shear Stress 2)



Tensión Cortante respecto al plano XZ (Shear Stress 3)

o Mínima = 292.45 MPa (SPRING STRUT)


Fuerza de Reacción en Sondas (Probes: Force Reaction 1, 2 y 3)


(Force Reaction) [N]





Eje X - 1 266.2 - 5 731.8 6 998

Eje Y - 391.95 - 2 551.1 1 196

Eje Z 2 303.4 5 585.4 - 13 981

Total 2 567.5 8 399.9 15 680

Tabla 5. Fuerzas de Reacción (Caso en Momento del Despegue)

FACTOR DE SEGURIDAD (STRESS TOOLS: SAFETY FACTOR)

La teoría utilizada por ANSYS fue la del Esfuerzo Máximo Equivalente

o Resultado Mínimo = 0.47503 (Localizado en el SPRING_STRUT)



CONCLUSIONES

DEFORMACIÓN TOTAL

Claramente, la deformación máxima ocurrida en el Tren, al momento del despegue, es mayor en

un porcentaje de 44.55%, lo cual representa casi la mitad de la deformación en estado estático.

Ambas deformaciones máximas ocurren en el SPRING_ STRUT, como es de esperar.

En total, la magnitud del desplazamiento, respecto a su posición original, es de 3.5 cm y

5.07 cm (en estado estático y en el momento del despegue, respectivamente).

DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE Z

En el sistema de coordenadas, el eje Z corresponde al eje en el que se extiende la altura del

modelo, por lo que la deformación se refleja en un desplazamiento de la geometría del modelo

(hacia arriba o abajo, respecto al soporte superior), específicamente, refleja un levantamiento del

eje de la rueda, el cual alcanza los 3 cm en el momento del despegue, y apenas 2 cm en estado

estático.

DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE Y

En la simulación, este eje representa el largo de la aeronave, y la deformación del modelo en dicho

eje representa un desplazamiento de unos mm a lo largo del modelo, visto desde el costado de la

aeronave. En estado estático, esta deformación se puede considerar despreciable, mientras que

en el caso del momento del despegue es apenas perceptible (3 mm).

DEFORMACIÓN DIRECCIONAL RESPECTO AL EJE X

La deformación en este eje refleja un alejamiento del modelo respecto al cuerpo de la aeronave.

En otras palabras, debido a la carga, el Tren de Aterrizaje se abre (visto desde el frente de la

aeronave). La deformación es mucho más notoria en comparación con la ocurrida en el Eje Y, pues

en el momento del despegue es casi 17 veces mayor (4.5 cm aproximadamente, al tiempo que en

estado estático es de 3.5 cm).



DEFORMACIÓN EQUIVALENTE

El comportamiento del Tren de Aterrizaje, tanto en el momento del despegue, como en estado

estático, reflejó un nivel mínimo de deformación en el extremo exterior del eje de la rueda, al

tiempo que la deformación equivalente máxima en la sección en que se conecta el cuerpo del

Spring Strut con el soporte inferior de dicha pieza, específicamente en la intersección de vértices

sin redondeos.

ESFUERZO EQUIVALENTE

El caso anterior y éste son iguales en naturaleza, excepto que mientras que la deformación

equivalente arroja resultados adimensionales, el esfuerzo equivalente ofrece respuestas en

unidades de esfuerzo (MPa). Dicho en otras palabras, las zonas que presentan un esfuerzo

equivalente mínimo o máximo, son aquellas en las que se dieron los respectivos picos de

deformación equivalente. No obstante, este parámetro indica el esfuerzo máximo al que se somete

el tren en dichas áreas críticas. En la zona de conexión del cuerpo del Spring Strut y el soporte que

conecta el eje de la rueda, se observa un esfuerzo máximo del rango de los 700 MPa hasta los

1088 MPa (caso estático y caso en despegue, respectivamente). Este indicador verifica las

propiedades mecánicas, como la del esfuerzo a la cedencia (517 MPa) pues el modelo presenta

deformación elástica, sin llegar a la zona plástica o a la ruptura.

DEFORMACIÓN CORTANTE (PLANO XZ)

La deformación cortante en función del plano XZ representa la proporción de la deformación

cortante en función del plano frontal del modelo. Se puede observar que la deformación cortante

permanece prácticamente constante en todo el Tren de Aterrizaje, presentando el pico máximo y

mínimo (en ambos casos), al frente y en la zona posterior (respectivamente) de la sección en que

se conecta el cuerpo del Spring Strut y el soporte inferior.

DEFORMACIÓN CORTANTE (PLANO XY)

Este tipo de deformación permite al usuario observar la deformación desde una perspectiva “en

planta” de la aeronave. Tanto el caso en estado estático, como en el momento del despegue, la



deformación máxima y mínima ocurren en el soporte fijo 3 (Fixed Support 3). El resto de los

barrenos se comporta de forma similar.

DEFORMACIÓN CORANTE (PLANO YZ)

Este tipo de deformación presenta máximos y mínimos (en ambo casos), en la intersección del

soporte del eje de la rueda (en el Spring Strut), y en el barreno del soporte fijo 3 (Fixed Support 3),

respectivamente. Este comportamiento responde a un esfuerzo cortante mayo en el área en que

las líneas de flujo de esfuerzo son discontinuas.

ESFUERZO CORTANTE (PLANO XY)

Este indicador es el espejo de la deformación cortante, en términos de MPa. Precisamente, es en

los sitios donde se presentaron los máximos y mínimo de la deformación cortante en el plano XY,

que el esfuerzo máximo y mínimo se presentaron. En el caso estático, el esfuerzo cortante máximo

fue de 140 MPa, mientras que al despegue, aumentó 70% aproximadamente (hasta 237.48 MPa).

ESFUERZO CORTANTE (PLANO YZ)

De manera análoga a la deformación cortante en XY, el pico máximo y mínimo se presentó en los

respectivos máximo y mínimo de la deformación cortante: en la intersección del Spring Strut

(Soporte inferior-cuerpo principal). En términos de unidades de esfuerzo, el máximo ocurrido fue de

135 MPa al despegue, al tiempo que en estado estático el esfuerzo fue de 110 MPa (25% menos).

ESFUERZO CORTANTE (PLANO XZ)

Al igual que con la deformación cortante en el plano XZ, la intersección en el Spring Strut presentó

el máximo y el mínimo (tanto en despegue como en estado estático). Al momento del despegue,

dicha zona experimenta un rango de esfuerzo cortante que va de los -292 MPa hasta los 475 MPa,

mientras que, en estado estático, dicho rango es de -199MPa a 295 MPa.



FUERZA DE REACCIÓN EN LOS SOPORTES

La fuerza de reacción en los soportes se eleva al momento del despegue en 41% en el soporte 1

(Fixed Support), 118% en el soporte 2 (Fixed Support 2), y hasta un 514 % en el soporte 3 (Fixed

Support 3). Esto indica que la transición de soportar aproximadamente un tercio de la carga total

de la aeronave a soportar la mitad del peso, repercute mayormente en el soporte trasero-exterior

de la sección del soporte superior del Spring Strut: poco más de 6 veces la fuerza soportada en

estado estático. El soporte interno (Fixed Support) se ve menos afectado por el despegue.

FACTOR DE SEGURIDAD

Según el análisis sobre el factor de seguridad del tren de aterrizaje, las zonas que requieren una

modificación en su diseño son los orificios exteriores del soporte superior del Spring Strut, al igual

que la intersección entre el cuerpo de dicha pieza y la sección de soporte al eje de rueda. La

superficie “interna” de la pieza (el área vista desde debajo del tren de aterrizaje) presenta áreas

sujetas a modificaciones, específicamente la sección que conecta el cuerpo principal del Spring

Strut con el soporte superior. No obstante, la simulación del tren en el momento del despegue

indica un bajo factor de seguridad a lo largo de la superficie “exterior” del cuerpo del Spring Strut, y

un valor mínimo en la zona típica del soporte al eje de la rueda, a lo largo y ancho de su geometría.

CONCLUSIÓN FINAL Y RECOMENDACIONES

o De acuerdo con los asesores, la presente Guía se ha redactado bajo un estilo pedagógico,

y se considera útil como material de ayuda en clase, y adecuado como referencia

bibliográfica para estudiantes de diseño mecánico y análisis asistidos por computadora.

Con ello, se comprueba positivamente la hipótesis presentada, así como los objetivos.

o La geometría de la sección de intersección entre el soporte a eje de la rueda y el cuerpo

principal de la pieza Spring Strut requiere modificaciones en espesor y ancho, así como

una geometría general basada en curvas, para favorecer la continuidad de las líneas de

flujo de esfuerzo.



o La zona crítica del barreno ubicado en el Soporte 3 (Fixed Support 3), y el barreno

adyacente (Fixed Support 2) requieren una modificación en el borde entre la cara interna y

la superficie del soporte, lo cual se puede solucionar con un avellanado ligero o agregando

material alrededor del contorno de los barrenos.

o La superficie interna del cuerpo principal del Spring Strut requiere modificar su geometría a

un acabado curvo y con puntos de inflexión no tan pronunciados. En general, dicha pieza

requiere un ligero aumento de espesor, y del ancho en su zona inferior. Igualmente,

requiere redondeado en sus vértices.



BIBLIOGRAFÍA

Aceros Fortuna: Departamento Técnico, s.f. Aceros Fortuna. [En línea]

Available at:

www.acerosfortuna.com.mx/hojas_tecnicas/aceros_de_baja_aleacion/4130.pdf

[Último acceso: 6 Enero 2015].

ANSYS, Inc, 2015. ANSYS Mechanical - Mechanical Design Software. [En línea]

Available at:

http://www.ansys.com/staticassets/ANSYS/staticassets/resourcelibrary/brochure/structur

al-mechanics-solutions.pdf


Budynas, R. G. & Nisbett, J. K., 2012. Diseño en Ingeniería Mecánica de Shigley. 9a ed.

México: McGraw-Hill Interamericana.

Chandrupatla, T. R. & Belegundu, A. D., 199. Introducción al Estudio del ELEMENTO FINITO

EN INGENIERÍA. 2a ed. México: Pearson.

Dassault Systèmes, 2015. Dassault Systemes. [En línea]

Available at: http://www.3ds.com/es/acerca-de-3ds/historia/1981-1997/


Federal Aviation Administration, s.f. www.faa.gov. [En línea]

Available at:

https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aircraft/amt_airframe_ha

ndbook/media/ama_Ch13.pdf

[Último acceso: 25 09 2014].

Jeppesen, 2009. A&P Technician Airframe Textbook. EUA: Jeppesen Sanderson, Inc.

Matthews, C., 2008. Aeronautical Engineer's Data Book. Eastbourne, United Kingdom:

Butterworth-Heinemann.

Peery, D. J., 2011. Aircraft Structures. Mineola, New York: Dover Publications, Inc.

Pytel, A. & Singer, F. L., 1994. Resistencia de Materiales. 4a ed. México, D.F.: Oxford.

University Press.



ANEXO A: PLANO DEL MODELO



Figura 189. Plano del Ensamble Final



Figura 190. Plano de las Piezas del Ensamble



ANEXO B: EXTRACTO DEL PROJECT REPORT

DEL ANÁLISIS



CASO: ESTADO ESTÁTICO

Object Name

Total Deformation

Directional Deformation


2

Directional Deformation 3

Equivalent Elastic Strain

Equivalent Stress Shear Elastic

Strain Shear Elastic

Strain 2 Shear Elastic

Strain 3 Shear Stress

Shear Stress 2

Shear Stress 3

State Solved

Definition

Type Total

Deformation Directional Deformation


Equivalent (von-Mises) Stress

Shear Elastic Strain Shear Stress

Orientation

Z Axis Y Axis X Axis

XY Plane YZ Plane XZ Plane XY Plane YZ Plane XZ Plane

Coordinate System

Global Coordinate System


Results

Minimum 0. mm -3.8137e-002 mm

-4.2856e-002 mm

-3.0837e-002 mm

4.8974e-009 mm/mm

7.7972e-004 MPa

-1.8556e-003 mm/mm

-7.5132e-004 mm/mm

-2.4953e-003 mm/mm

-148.45 MPa

-60.106 MPa

-199.62 MPa

Maximum 35.13 mm 20.9 mm 0.12287

mm 31.708 mm

3.4181e-003 mm/mm

699.11 MPa 1.7511e-003

mm/mm 1.3811e-003

mm/mm 3.6948e-003

mm/mm 140.09 MPa

110.49 MPa

295.59 MPa

Minimum Occurs On

SPRING_STRUT AXLE SPRING_STRUT

Maximum Occurs On

AXLE BRKDISC_

COVERPLATE SPRING_STRUT

Minimum Value Over Time

Minimum 0. mm -3.8137e-002 mm

-4.2856e-002 mm

-3.0837e-002 mm

4.8974e-009 mm/mm

7.7972e-004 MPa

-1.8556e-003 mm/mm

-7.5132e-004 mm/mm

-2.4953e-003 mm/mm

-148.45 MPa

-60.106 MPa

-199.62 MPa

Maximum 0. mm -3.8137e-002 mm

-4.2856e-002 mm

-3.0837e-002 mm

4.8974e-009 mm/mm

7.7972e-004 MPa

-1.8556e-003 mm/mm

-7.5132e-004 mm/mm

-2.4953e-003 mm/mm

-148.45 MPa

-60.106 MPa

-199.62 MPa

Maximum Value Over Time

Minimum 35.13 mm 20.9 mm 0.12287

mm 31.708 mm

3.4181e-003 mm/mm

699.11 MPa 1.7511e-003

mm/mm 1.3811e-003

mm/mm 3.6948e-003

mm/mm 140.09 MPa

110.49 MPa

295.59 MPa

Maximum 35.13 mm 20.9 mm 0.12287

mm 31.708 mm

3.4181e-003 mm/mm

699.11 MPa 1.7511e-003

mm/mm 1.3811e-003

mm/mm 3.6948e-003

mm/mm 140.09 MPa

110.49 MPa

295.59 MPa

Tabla 6. Extracto de las Tablas ‘Static Structural/Solution/Results’



Object Name Stress Tool

State Solved

Definition

Theory Max Equivalent Stress

Stress Limit Type Tensile Yield Per Material

Tabla 7. ‘Stress Safety Tools’

Object Name Safety Factor

State Solved

Scope

Scoping Method Geometry Selection

Geometry All Bodies

Definition

Type Safety Factor

By Time

Display Time Last

Calculate Time History Yes

Identifier

Suppressed No

Integration Point Results

Display Option Averaged

Average Across Bodies No

Results

Minimum 0.73966

Minimum Occurs On SPRING_STRUT


Minimum 0.73966

Maximum 0.73966


Minimum 15.

Maximum 15.

Tabla 8. Extracto de Tabla ‘Stress Tool/Result’

Object Name Force Reaction Force Reaction 2 Force Reaction 3

State Solved

Definition

Type Force Reaction

Location Method Boundary Condition

Boundary Condition Fixed Support Fixed Support 2 Fixed Support 3

Orientation Global Coordinate System

Suppressed No

Results

X Axis -801.88 N 169.11 N 632.76 N

Y Axis -398.31 N -854.02 N 1252.3 N

Z Axis 1658.4 N -3752.6 N -2132.8 N

Total 1884.7 N 3852.3 N 2553. N


X Axis -801.88 N 169.11 N 632.76 N

Y Axis -398.31 N -854.02 N 1252.3 N

Z Axis 1658.4 N -3752.6 N -2132.8 N

Total 1884.7 N 3852.3 N 2553. N


X Axis -801.88 N 169.11 N 632.76 N

Y Axis -398.31 N -854.02 N 1252.3 N

Z Axis 1658.4 N -3752.6 N -2132.8 N

Total 1884.7 N 3852.3 N 2553. N

Tabla 9. Extracto de la Tabla ‘Static Structural/Solution/Probes’



CASO: MOMENTO DEL DESPEGUE

Object Name

Total Deformation





Equivalent Stress

Shear Elastic Strain

Shear Elastic Strain 2

Shear Elastic Strain 3

Shear Stress

Shear Stress 2

Shear Stress 3

State Solved

Definition

Type Total

Deformation Directional Deformation


Equivalent (von-Mises) Stress

Shear Elastic Strain Shear Stress

Orientation

Z Axis Y Axis X Axis

XY Plane YZ Plane XZ Plane XY Plane YZ Plane XZ Plane

Coordinate System



Results

Minimum 0. mm -5.7593e-002

mm -1.2522e-002

mm -5.2908e-002

mm 8.0922e-009

mm/mm 2.4536e-004

MPa -3.1633e-003

mm/mm -1.3849e-003

mm/mm -3.6556e-003

mm/mm -253.07

MPa -110.79

MPa -292.45

MPa

Maximum 50.782 mm 30.184 mm 2.7706 mm 46.34 mm 5.3211e-003

mm/mm 1088.6 MPa

2.9685e-003 mm/mm

1.6909e-003 mm/mm

5.9482e-003 mm/mm

237.48 MPa

135.27 MPa

475.86 MPa

Minimum Occurs On

SPRING_STRUT AXLE SPRING_STRUT

Maximum Occurs On

AXLE BRKDISC

_COVERPLATE SPRING_STRUT


Minimum 0. mm -5.7593e-002

mm -1.2522e-002

mm -5.2908e-002

mm 8.0922e-009

mm/mm 2.4536e-004

MPa -3.1633e-003

mm/mm -1.3849e-003

mm/mm -3.6556e-003

mm/mm -253.07

MPa -110.79

MPa -292.45

MPa

Maximum 0. mm -5.7593e-002

mm -1.2522e-002

mm -5.2908e-002

mm 8.0922e-009

mm/mm 2.4536e-004

MPa -3.1633e-003

mm/mm -1.3849e-003

mm/mm -3.6556e-003

mm/mm -253.07

MPa -110.79

MPa -292.45

MPa


Minimum 50.782 mm 30.184 mm 2.7706 mm 46.34 mm 5.3211e-003

mm/mm 1088.6 MPa

2.9685e-003 mm/mm

1.6909e-003 mm/mm

5.9482e-003 mm/mm

237.48 MPa

135.27 MPa

475.86 MPa

Maximum 50.782 mm 30.184 mm 2.7706 mm 46.34 mm 5.3211e-003

mm/mm 1088.6 MPa

2.9685e-003 mm/mm

1.6909e-003 mm/mm

5.9482e-003 mm/mm

237.48 MPa

135.27 MPa

475.86 MPa

Tabla 10. Extracto de las Tablas ‘Static Structural/Solution/Results’



Object Name Stress Tool

State Solved

Definition

Theory Max Equivalent Stress

Stress Limit Type Tensile Yield Per Material

Tabla 11. ‘Stress Safety Tools’

Object Name Safety Factor

State Solved

Scope

Scoping Method Geometry Selection

Geometry All Bodies

Definition

Type Safety Factor

By Time

Display Time Last

Calculate Time History Yes

Identifier

Suppressed No

Integration Point Results

Display Option Averaged

Average Across Bodies No

Results

Minimum 0.47503

Minimum Occurs On SPRING_STRUT


Minimum 0.47503

Maximum 0.47503


Minimum 15.

Maximum 15.

Tabla 12. Extracto de Tabla ‘Stress Tool/Result’

Object Name Force Reaction Force Reaction 2 Force Reaction 3

State Solved

Definition

Type Force Reaction

Location Method Boundary Condition

Boundary Condition Fixed Support Fixed Support 2 Fixed Support 3

Orientation Global Coordinate System

Suppressed No

Options

Result Selection All

Display Time End Time

Results

X Axis -1266.2 N -5731.8 N 6998. N

Y Axis -391.95 N -2551.1 N 1196. N

Z Axis 2303.4 N 5585.4 N -13981 N

Total 2657.5 N 8399.9 N 15680 N


X Axis -1266.2 N -5731.8 N 6998. N

Y Axis -391.95 N -2551.1 N 1196. N

Z Axis 2303.4 N 5585.4 N -13981 N

Total 2657.5 N 8399.9 N 15680 N


X Axis -1266.2 N -5731.8 N 6998. N

Y Axis -391.95 N -2551.1 N 1196. N

Z Axis 2303.4 N 5585.4 N -13981 N

Total 2657.5 N 8399.9 N 15680 N

Tabla 13. Extracto de la Tabla ‘Static Structural/Solution/Probes’



ANEXO C: GRÁFICOS DE LOS RESULTADOS DEL

ANÁLISIS



Figura 191. Vistas Isométricas de modelo en ANSYS. De izq. a der.: Geometría, Mallado, Localización de Fuerzas y Soportes.



ANÁLISIS DEL MODELO EN ESTADO ESTÁTICO

Figura 192. Deformación Total (Estado Estático)



Figura 193. Deformación Direccional respecto al Eje Z (Estado Estático)



Figura 194. Deformación Direccional respecto al Eje Y (Estado Estático)



Figura 195. Deformación Direccional respecto al Eje X (Estado Estático)



Figura 196. Deformación Elástica Equivalente (Estado Estático)



Figura 197. Esfuerzo Equivalente (Estado Estático)



Figura 198. Deformación Elástica Cortante respecto al Plano XZ (Estado Estático)



Figura 199. Deformación Elástica Cortante respecto al Plano XY (Estado Estático)



Figura 200. Deformación Elástica Cortante respecto al Plano YZ (Estado Estático)



Figura 201. Esfuerzo Cortante respecto al Plano XY (Estado Estático)



Figura 202. Esfuerzo Cortante respecto al Plano XZ (Estado Estático)



Figura 203. Esfuerzo Cortante respecto al Plano XZ (Estado Estático)



Figura 204. Fuerzas de Reacción (Estado Estático)



Figura 205. Factor de Seguridad (Estado Estático)



ANÁLISIS DEL MODELO EN EL MOMENTO DEL DESPEGUE

Figura 206. Deformación Total (Momento del Despegue)



Figura 207. Deformación Direccional respecto al Eje Z (Momento del Despegue)



Figura 208. Deformación Direccional respecto al Eje Y (Momento del Despegue)



Figura 209. Deformación Direccional respecto al Eje X (Momento del Despegue)



Figura 210. Deformación Elástica Equivalente (Momento del Despegue)



Figura 211. Esfuerzo Equivalente (Momento del Despegue)



Figura 212. Deformación Elástica Cortante respecto al Plano XZ (Momento del Despegue)



Figura 213. Deformación Elástica Cortante respecto al Plano XY (Momento del Despegue)



Figura 214. Deformación Elástica Cortante respecto al Plano YZ (Momento del Despegue)



Figura 215. Esfuerzo Cortante respecto al Plano XY (Momento del Despegue)



Figura 216. Esfuerzo Cortante respecto al Plano YZ (Momento del Despegue)



Figura 217. Esfuerzo Cortante respecto al Plano XZ (Momento del Despegue)



Figura 218. Fuerzas de Reacción (Momento del Despegue)



Figura 219. Factor de Seguridad (Momento del Despegue)

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