Desarrollo y aplicación de un innovadobanco de ensayo frente a fatiga de

semirremolques

1ª Jornada sobre investigación y desarrollo aplicado al vehículo industrial

Zaragoza, Abril de 2012

El transporte de mercancías por carretera constituye uno de los medios que mayor repercusión tiene en el mercado logístico actual

Los profesionales dedicados a este sector demandan vehículos más ligeros, resistenversátiles y fiables.

Hasta fecha recientes los procesos de diseño de semirremolques y vehículos pesados destinados al transporte de mercancías consistía en la combinación de herramientas dcálculo no muy precisas y sobre todo la experiencia aportada por los constructor

La aplicación del Método de los Elementos Finitos (MEF) permite de reproducir de formael comportamiento mecánico de las estructuras analizadas proporcionando resultados etérminos de rigidez y resistencia.

Esta técnica ha permitido revolucionar la industria de los semirremolquesconsiguiendo grandes reducciones de masa mientras se cumplen los criterios de resistencia y rigidez impuestos.

Introducción

El uso de aceros de alto limite elástico ha permitido reducir la sección resistente de los componentes estructurales, obteniendo importantes mejoras en la tara del vehiculos. Esto y el uso intensivo de los vehiculos ha propiciado la aparición de un fenómeno inexistente en este tipo de vehículos hasta la fecha, el fallo por fatiga.

El fallo por fatiga se localiza fundamentalmente en las uniones de los distintos elementos estructurales. En funcion del tipo de union, soldadura, atornillado o remachado aparecen distintas tipologias de fallos.

La tecnica mas utilizada historicamenta en la union de piezas ha sido la soldadura y esta union es especialmente sensible a la aparacion de fisuras por fatiga. Fundamentalmente por la modificacion de propiedades del material original durante el proceso de soldadura. Zona afectada termicamente (ZAT).

Aunque teoricamente se puede calcular o estimar la vida de las uniones, numericamente es muy complicado e impreciso y hace necesario la comprobacion mediante pruebas reales.

Introducción

Otro aspecto fundamental en el proceso de diseño se este tipo de vehículos consiste en el desarrollo y ensayo de prototipos que aseguren el buen comportamiento del vehículo antes de su lanzamiento definitivo al mercado.

En la actualidad las técnicas de ensayo se limitan a ensayos mediante técnicas extensométricas que permitan validar el proceso de optimización realizado mediante el Método de los Elementos Finitos y comprobar la correlacion existente entre los valores teoricos y los reales en pruebas de campo.

Ocasionalmente se realizan ensayos de fatiga en pista, los cuales resultan muy costosos desde el punto de vista económico y temporal, lo que supone un retraso en el lanzamiento del vehículo al mercado.

Introducción

Desarrollo de banco de ensayos

Soporte de rueda (VertMesa king-pin

Soporte king pin (Horizon

Componentes estructurales

Desarrollo de banco de ensayos 0,77 mm

0,66 mm

0,54 mm

0,43 mm

0,31 mm

0,20 mm

0,08 mm

‐0,03 mm

1,84 MPa

3,01 MPa

4,17 MPa

5,34 MPa

6,50 MPa

7,67 MPa

8,83 MPa

0,00 MPa

Análisis numérico de componentes estructurales

76,00 MPa

65,14 MPa

54,29 MPa

43,43 MPa

32,57 MPa

21,71 MPa

10,86 MPa

Construcción de banco de ensayos

Construcción de banco de ensayos

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo (s)

Des

plaz

amie

nto

(mm

)

Cilindro 1 - Eje de

Cilindro 2 - Eje de

Cilindro 3 - Eje cen

Cilindro 4 - Eje cen

Cilindro 5 - Eje tra

Cilindro 6 - Eje tra

Perfil de ensayos de fatiga para semirremolquResultado de la colaboración entre la

empresa LECITRAILER S.A. y el grupo dinvestigación VEHIVIAL

binación de la maniobra de giro e radio mínimo y marcha por

carretera

Ensayos de fatiga de semirremolques

10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

ndro 1 - Eje delantero pared

ndro 2 - Eje delantero centro

ndro 3 - Eje central pared

ndro 4 - Eje central centro

ndro 5 - Eje trasero pared

ndro 6 - Eje trasero centro

ndro 7 – Cilindro King-pin

Ensayos de fatiga de semirremolques

Ensayos de fatiga de semirremolques

Resultados: Análisis de fatiga de prototiposCambio de sección del larguero

000400

000300

000200

000100

,000000

,000100

,000200

,000300

,000400

,000500

,000600

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Tiempo(s)

Ciclo 50

Ciclo 5900

Ciclo 6750

Ciclo 7200

Ciclo 7950

Ciclo 8100

Ciclo 8550

Ciclo 9000

Ciclo 9450

Ciclo 9900

Ciclo 10350

Ciclo 10800

Ciclo 11250

Ciclo 11700

Ciclo 12150

Ciclo 13050

Ciclo 13500

Ciclo 14650

Ciclo 15200

Ciclo 15650

Ciclo 16100

Ciclo 16550

Ciclo 17000

Ciclo 17450

Ciclo 19050

Ciclo 19500

Ciclo 20400

Roseta alma larguero en la zona del cambio de sección

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Tiempo(s)

Ciclo 50

Ciclo 5900

Ciclo 6750

Ciclo 7200

Ciclo 7950

Ciclo 8100

Ciclo 8550

Ciclo 9000

Ciclo 9450

Ciclo 9900

Ciclo 10350

Ciclo 10800

Ciclo 11250

Ciclo 11700

Ciclo 12150

Ciclo 13050

Ciclo 13500

Ciclo 14650

Ciclo 15200

Ciclo 15650

Ciclo 16100

Ciclo 16550

Ciclo 17000

Ciclo 17450

Ciclo 19050

Ciclo 19500

Ciclo 20400

Resultados: Análisis de fatiga de prototipos

Resultados: Validación de modelos numéricos M.E.F. Ensayo Erro

Rosetas (MPa)

Cartabón 26,37 27,91 5

Soporte 124,23 123,75 0

Alma larguero

25,39 25,09 1

Galga unidireccional ( µε )

Llanta larguero

235,57 224,0 4

Puente transversal

437,4 431,0 0

Puente longitudinal

153,1 161,0 5

Travesaño eje

29,0 22,1 2

Llanta larguero

-393,3 -391.0 0

Alma larguero

-227,6 -242 5

Desarrollo y aplicación de un innovadobanco de ensayo frente a fatiga de

semirremolques

1ª Jornada sobre investigación y desarrollo aplicado al vehículo industrial

Zaragoza, Abril de 2012