Zamora, 30 de noviembre de 2005 INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES DOCTORADO INGENIERÍA...
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Zamora, 30 de noviembre de 2005
DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE
MATERIALESMATERIALES Bienio 2003-2005
Coordinador: Dr. Jesús Toribio Quevedo
Alumno: D. Roberto J. García MartínZamora, 30 de Noviembre de 2005
Zamora, 30 de noviembre de 2005
DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALESINGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES
Bienio 2003-2005
ÍNDICE
Zamora, 30 de noviembre de 2005
ÍndiceÍndice 1.1. IntroducciónIntroducción
2.2. Período de DocenciaPeríodo de Docencia1.1. ObjetivosObjetivos2.2. ProgramaPrograma3.3. Cursos Completados:Cursos Completados:
a) Cursos Fundamentalesb) Cursos Metodológicos
4.4. ConclusionesConclusiones
3.3. Período de InvestigaciónPeríodo de Investigación1.1. ObjetivosObjetivos2.2. ProgramaPrograma3.3. AntecedentesAntecedentes4.4. Cursos CompletadosCursos Completados
4.4. Conclusiones FinalesConclusiones Finales
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 3333Zamora, 30 de noviembre de 2005
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DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALESINGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES
Bienio 2003-2005
INTRODUCCIÓN
Zamora, 30 de noviembre de 2005
1.Introducción:1.Introducción:– Objetivos:
Obtener los conocimientos teóricos y prácticos que permitan Obtener los conocimientos teóricos y prácticos que permitan al doctorando introducirse en la investigación en éste ámbito al doctorando introducirse en la investigación en éste ámbito de la ciencia y técnica.de la ciencia y técnica.
Preparación para el Desarrollo de la Tesis DoctoralPreparación para el Desarrollo de la Tesis Doctoral Reconocimiento de la Suficiencia Investigadora (obtención del Reconocimiento de la Suficiencia Investigadora (obtención del
Diploma de Estudios Avanzados)Diploma de Estudios Avanzados)
– Fases:
1.1. Período de Docencia (20 créditos)Período de Docencia (20 créditos)
2.2. Período de Investigación (12 créditos)Período de Investigación (12 créditos)
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 5555Zamora, 30 de noviembre de 2005
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Bienio 2003-2005
PERIODO DE DOCENCIA
Zamora, 30 de noviembre de 2005
2.Período de 2.Período de Docencia:Docencia:
- INDICE -
1.1. ObjetivosObjetivos
2.2. ProgramaPrograma
3.3. Cursos Completados:Cursos Completados:a) Cursos Fundamentales
b) Cursos Metodológicos
4.4. ConclusionesConclusiones
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 7777Zamora, 30 de noviembre de 2005
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Período de Período de Docencia:Docencia: (I)(I)1. Objetivos:
Profundizar en el estudio de la técnica de Ingeniería Profundizar en el estudio de la técnica de Ingeniería Mecánica y de Materiales en sus aspectos Mecánica y de Materiales en sus aspectos fundamentales y metodológicos.fundamentales y metodológicos.
2. Programa:
Completar los 20 créditos de los cursos o seminarios Completar los 20 créditos de los cursos o seminarios tanto fundamentales como metodológicos y superación tanto fundamentales como metodológicos y superación de los mismos.de los mismos.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 8888Zamora, 30 de noviembre de 2005
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Período de Período de Docencia:Docencia: (II)(II)3. Cursos Completados:
a) Cursos Fundamentales:
Análisis y Simulación de Sistemas MecánicosAnálisis y Simulación de Sistemas Mecánicos Introducción Teórico-Práctica al Método de los Introducción Teórico-Práctica al Método de los
Elementos Finitos en Ingeniería Mecánica y EstructuralElementos Finitos en Ingeniería Mecánica y Estructural
Aplicaciones Industriales del LáserAplicaciones Industriales del Láser Mecánica de Fractura AvanzadaMecánica de Fractura Avanzada Fractura en Ambientes AgresivosFractura en Ambientes Agresivos
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 9999
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Período de Período de Docencia:Docencia: (III)(III)3. Cursos Completados:
b) Cursos Metodológicos:
Métodos Matemáticos para el Cálculo por Elementos Métodos Matemáticos para el Cálculo por Elementos FinitosFinitos
Metodología de Diseño de Sistemas de Control para Metodología de Diseño de Sistemas de Control para ProcesosProcesos
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 10101010
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Período de Período de Docencia:Docencia: (IV)(IV)
4. Conclusiones:
Criterio de elección de los cursos.
Conocer y aplicar los nuevos métodos y desarrollos para el análisis de los problemas de Ingeniería Mecánica y de Materiales.
Ampliación de conocimientos técnico-teóricos y tecnológicos en el campo de la mecánica y de los materiales.
Implementación informática de los conocimientos teóricos adquiridos mediante software o recursos CAE.
Familiarizarse con las nuevas y más recientes tecnologías.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 11111111
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Bienio 2003-2005
PERIODO DE INVESTIGACIÓN
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3.Período de 3.Período de Investigación:Investigación:
- INDICE -
1.1. ObjetivosObjetivos
2.2. ProgramaPrograma
3.3. AntecedentesAntecedentes
4.4. Trabajos realizados:Trabajos realizados:a) Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos.
b) Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural
5.5. ConclusionesConclusiones
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 13131313
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Período de Período de Investigación:Investigación: (I)(I)
1. Objetivos:
Profundizar en el estudio de la ciencia de Ingeniería Profundizar en el estudio de la ciencia de Ingeniería Mecánica y de Materiales en sus aspectos Mecánica y de Materiales en sus aspectos fundamentales y metodológicos.fundamentales y metodológicos.
2. Programa:
Completar los 12 créditos de los trabajos de Completar los 12 créditos de los trabajos de investigación y superar los mismos mediante la investigación y superar los mismos mediante la presentación de los resultados obtenidos ante el presentación de los resultados obtenidos ante el Departamento responsable del programa.Departamento responsable del programa.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 14141414
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Período de Período de Investigación:Investigación: (II)(II)
3. Antecedentes:
Situación actual: Área de Ingeniería Mecánica.Situación actual: Área de Ingeniería Mecánica.
Posibles líneas de investigación.Posibles líneas de investigación.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 15151515
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4. Cursos Completados:
a) Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos
b) Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 16161616
Período de Período de Investigación:Investigación: (III)(III)
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 17171717
“Modelo de Simulación mediante M.E.F. para el cálculo del contacto de
una esfera contra un plano.”
Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 18181818
- INDICE -1. Introducción2. Antecedentes3. Objetivo4. Modelos de Simulación M.E.F.5. Cálculos teóricos Herzt6. Comparación: Simulación vs. Valores
calculados teóricamente7. Conclusiones
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 19191919
1. Introducción (I)
Aplicaciones Rodamientos,
engranajes
Casos de estudio Esferas
Cilindros
Vs Planos
Posibilidades
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 20202020
1. Introducción (II)
Teoría de Herzt
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
Distribución Presionessemieliptica
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 21212121
2. Antecedentes
Modelo de contacto: Cálculo Estático Lineal.
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
- Elemento TRIANG Elemento 2D.- Dos grados de libertad.- Tres nodos.- Sencillo y eficaz.- Tensiones en plano X-Y.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 22222222
3. Objetivo
– Obtener resultados de nuestro modelo M.E.F. No lineal y cotejarlos con la teoría de Herzt.
““Queremos validar el modelo M.E.F. para Queremos validar el modelo M.E.F. para poder profundizar en los problemas de poder profundizar en los problemas de
contacto”contacto”
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 23232323
4. Modelo de Simulación M.E.F. (I)
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
Modelo de contacto: Cálculo Estático No Lineal.
- Elemento PLANE2D Elemento 2D.- Dos grados de libertad.- 4-8 nodos.- Tensiones en plano X-Y.
Simetría de revolución
Problema 3D Elemento Axisymetric Problema 2D
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 24242424
4. Modelo de Simulación M.E.F. (II)
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
1 cm de radio P de 100 N
E = 200Mpa
= 0.3
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 25252525
5. Cálculos teóricos Herzt
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 26262626
6. Comparación Resultados: (I)
Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales
Ry,fem (N)
Ry,th (N) Error %
99.84 100 0.16
afem Nodo Coor. X /Y(mm) ath Error %
0.157 6318 0.157/9.9987 0.148 6%
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 27272727
6. Comparación Resultados: (II)
Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
σxσy
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 28282828
6. Comparación Resultados: (III)
Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
Valor (y)Max
(MPa)
(x)Max
(MPa)
(z)Max
(MPa)
(xy)Max
(MPa)
Teórico -2176 -1741 -1741 217.6
CalculadoNodo6320
-2135 -1773 -1715 122.5
Error relativo 2% 2% 1.5% 56%
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 29292929
6. Comparación Resultados: (IV)
Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9100
33.33
33.33
100
166.67
233.33
300
366.67
433.33
500
profundidad (mm)
Tens
ión
(N)
500
100
Zxyfem21
Zxyfem18
Zxyfem16
Zxyfem14
Zxyfem12
Zxyfem10
.90 xfem
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 30303030
7. Conclusiones:
Análisis complejo, requiere estudio más profundo de la técnica de contacto.
Se debe mejorar el modelo tanto: geometría como distribución de la malla.
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 31313131Zamora, 5 de Julio de 2005
Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y
Estructural “Determinación de esfuerzos en
engranajes cilíndricos mediante el M.E.F. convergencia con norma ISO ”
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 32323232
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
– - INDICE -
1. Introducción2. Antecedentes3. Objetivo4. Modelos de Simulación M.E.F.5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3
a) Variante 1: correccionesb) Variante 2: parámetros herramienta
6. Conclusiones
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 33333333
1. Introducción
Sistemas CAD\CAE Problema de optimización.
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
•Angulo de presión: = 20•Factor de altura de cabeza del
diente: ha* = ha / m =1•Factor de holgura radial: c* = c
/ m = 0,25 •Factor del radio de curvatura
en la zona de transición del pie diente F* = F / .
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 34343434
2. Antecedentes
Análisis de las tensiones de contacto: Herzt vs F.E.M.
Area de Ingeniería MecánicaCUJAE La Habana
Area de Ingeniería MecánicaE.P.S. Zamora
[1] Henriot, Georges; Traité Théorique et Practique des engranajes. Edit. DUNOD, Paris 1999
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 35353535
3. Objetivos
Principal: Evaluación de los esfuerzos en la base de los dientes
en engranajes cilíndricos de dientes rectos con empleo del M.E.F. y convergencia con la norma ISO 6336
Pasos: Obtener un procedimiento matemático para la
generación de perfiles. Determinación correcta de la carga y punto de
contacto. Trabajar con los parámetros de herramienta.
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 36363636
4. Modelo de Simulación MEF. (I)
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 37373737
4. Modelo de Simulación MEF. (II)
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
Elemento TRIANG
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 38383838
4. Modelo de Simulación MEF. (III)
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 39393939
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
m z Fan sF* hFa* YFS YFISO
MPa
FEM
MPa
FISO/FEM
2 14 32,4 1,80 1,71 4,66 0,707 329,5 300 +8,9
2 17 30,7 1,86 1,70 4,51 0,700 315,7 285 +9,7
2 20 29,5 1,90 1,69 4,42 0,695 307,9 285 +7,4
2 25 28,0 1,96 1,68 4,34 0,690 299,5 280 +6,5
5 14 32,4 1,80 1,71 4,66 0,713 132,9 115 +13,5
5 17 30,7 1,86 1,70 4,51 0,707 127,5 110 +13,7
5 20 29,5 1,90 1,69 4,42 0,703 124,3 110 +11,5
5 25 28,0 1,96 1,68 4,34 0,700 121,5 110 +9,4
8 14 32,4 1,80 1,71 4,66 0,716 83,4 65 +22,1
8 17 30,7 1,86 1,70 4,51 0,710 78,9 60 +23.9
8 20 29,5 1,90 1,69 4,42 0,705 77,9 60 +23,0
8 25 28,0 1,96 1,68 4,34 0,701 76,0 60 +0,21
5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (III)
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 40404040
5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (IV)
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
Zamora, 30 de noviembre de 2005
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Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 41414141
5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (V) – diferentes x
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
CONDICION GENERAL: Resultados de los esfuerzos obtenidos con aplicación del método de los elementos finitos (FICosmos) y el procedimiento ISO (FISO). = 20, ha* = 1, f* = 0,3, carga lineal 200 N/mm.
CONDICION PARTICULAR: z1= 10 engranando con una rueda de z2= 10 dientes con diferentes correcciones. –VARIANTES--
a) z1=10 z2=10 x1=0 b) z1=10 z2=10 x1=0.25 c) z1=10 z2=10 x1=0.4
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Doctorado Bienio 2003-2005Doctorado Bienio 2003-2005Ingeniería Mecánica y de MaterialesIngeniería Mecánica y de Materiales
Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 42424242
5.Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (VI) – par. herramienta
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
f MEF(MPa)
14,5º 340
20,0º 300
25,0º 298
280
330
380
430
480
14,5 20 22,5 25
Ángulo de presión
MPa
z1 = 10
z1 = 20
z1= z2, x= 0
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Doctorado Bienio 2003-2005Doctorado Bienio 2003-2005Ingeniería Mecánica y de MaterialesIngeniería Mecánica y de Materiales
Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 43434343
5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (VII) – par. herramienta
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
f* f ME(MPa)
0,20 490
0,30 465
0,40 419
f* = 0.2 f* = 0.3. f* = 0.4
z1= z2, x= 0
Zamora, 30 de noviembre de 2005
Doctorado Bienio 2003-2005Doctorado Bienio 2003-2005Ingeniería Mecánica y de MaterialesIngeniería Mecánica y de Materiales
Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 44444444
6. Conclusiones.
Esfuerzos engranajes cilíndricos: F.E.M. vs ISO
Diferencias M.E.F ISO 6336-3-Método B, inferiores al 4%. –Validación del método-.Influencia del coeficiente de corrección frente al número de dientes de la rueda hasta z2<20. No gran variación para x>0,4.Influencia del ángulo de presión frente al número de dientes de la rueda hasta z2<20. Gran influencia radio de fondo para z pequeños y f*>0.3
Zamora, 30 de noviembre de 2005
Conclusiones Conclusiones finales:finales:
– Periodo Docencia.
– Periodo Investigador.
– Actuaciones Futuras.
Doctorado Bienio 2003-2005Doctorado Bienio 2003-2005Ingeniería Mecánica y de MaterialesIngeniería Mecánica y de Materiales
Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca 45454545Zamora, 30 de noviembre de 2005
Zamora, 30 de noviembre de 2005
DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE
MATERIALESMATERIALES Bienio 2003-2005
Coordinador: Dr. Jesús Toribio Quevedo
Alumno: D. Roberto J. García MartínZamora, 30 de Noviembre de 2005