Informe de simulación de plataforma de izaje

Simulación de plataforma de izaje

L i m a

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José Antonio Huayllaro B.

Se desarrolla la simulación mecánica del modelo

simplificado de una plataforma de izaje con carga

muerta de 35, 50 y 75 Ton. Mediante el método de

elementos finitos.

Tabla de contenido

1. Introducción y metodología de cálculo 3

2. Materiales utilizados 3

3. Esfuerzos admisibles 4

4. Geometría de diseño 4

5. Discretización del modelo 5

6. Resultados 5

7. Comentarios finales 6

8. Anexos 7

1. Introducción y metodología de cálculo

El presente informe muestra los resultados del análisis estructural estático para una estructura de izaje (Plataforma) compuesta principalmente por dos vigas (perfiles W12X65), soldados entre si formando un ángulo de 900, estos resultados muestran el esfuerzo desarrollado sobre la estructura, una evaluación por factor de seguridad y máxima deflexión en las vigas, adicionalmente se analizan los esfuerzos en los 4 cáncamos (30mm deespesor), luego se comparan los resultados con los de otros cáncamos de mayor espesor (32mm).

Para los cálculos estructurales de la plataforma, primero se digitaliza la geometría

en un archivo CAD (Fig1), luego con ayuda del software ANSYS 14.0 – Mechanical, se desarrollan las ecuaciones de análisis estructural con el método de elementos finitos (MEF) en el modelo discretizado, y de acuerdo con los límites permisibles de resistencia de los materiales utilizados se evalúa bajo los siguientes escenarios: Carga muerta de 35, 50 y 75 Toneladas, que serán soportadas en 4 cáncamos suspendidos por eslingas de tal manera que forman un ángulo de 600 con la horizontal.

2. Materiales utilizados La estructura en general está hecha de acero estructural A36, se agregaron unas

planchas de 600X400 para mitigar la presión que ejerce la base del cilindro al perfil W12X65. Para las vigas : Structural Steel ASTM A36 Cáncamos : Structural Steel ASTM A36 Cilindro : Structural Steel ASTM A36 Planchas de base al cilindro : SAE 1045

Structural Steel: Densidad: 7850 kg/m3 Módulo de Ypung: 2E+11Pa Módulo de Poisson: 0.3 Moódulo de Bulk: 1.667E+11Pa Resistencia a la tracción: 2.5E+08Pa Resistencia a la compresión: 2.5E+08Pa Esfuerzo último de tensión: 4.6E+08Pa

SAE 1045: Densidad: 7872 kg/m3 Módulo de Ypung: 2.01E+11Pa Módulo de Poisson: 0.29 Moódulo de Bulk: 1.5952E+11Pa Resistencia a la tracción: 3.1E+08Pa Resistencia a la compresión: 3.1E+08Pa Esfuerzo último de tensión: 5.64E+08Pa

3. Esfuerzos admisibles

Según norma nacional, la flecha máxima para elementos estructurales usados como piso, la flecha no debe exceder L/360, para las demás piezas se tiene lo siguiente: Structural Steel: Resistencia a la tracción: 2.5E+08Pa Resistencia a la compresión: 2.5E+08Pa Esfuerzo último de tensión: 4.6E+08Pa

SAE 1045: Resistencia a la tracción: 3.1E+08Pa Resistencia a la compresión: 3.1E+08Pa Esfuerzo último de tensión: 5.64E+08Pa

4. Geometría de diseño

El modelo (Fig1) se compone de dos vigas soldadas entre si formando un ángulo de 90º, sobre ella reposa un cilindro con una carga variable (35, 50, 75 Ton), entre ambas piezas existe unas planchas que sirven para distribuir el peso en el contacto con las vigas.

Fig1. Diseño CAD del modelo simplificado de plataforma de izaje

Fig2. Cáncamo soldado en superficie de perfil W12x65, se

compara con espesores de 30mm y 32mm.

5. Discretización del modelo

Una parte importante del proceso de simulación es la llamada Discretización o comúnmente conocida como “Mallado”, que es el proceso de dividir correctamente el modelo 3D en pequeñas partes (elementos) para que las ecuaciones del análisis estructural puedan desarrollarse en cada una e interactuar con los “elementos” adyacentes y así obtener una distribución continua de esfuerzos, temperaturas, deformaciones, etc.

Fig3. Mallado de cáncamo, se visualiza la dirección de la fuerza (60º) que se

distribuye en la superficie interna del orificio.

6. Resultados

Von MisesFactor de

seguridad

Flexión

máximaVon Mises

Factor de

seguridadVon Mises

Factor de

seguridad

Carga total (Kg) 35000

Carga vertical p/cancamo(Kg) 8750

Carga vertical p/cancamo(N) 85837.5

Ángulo de izaje (o) 60

Componente horizontal (N) 49558.3

Tensión en eslinga (N) 99116.61

Tensión en eslinga (Kg) 10103.63



Carga vertical p/cancamo(N) 122625







Carga vertical p/cancamo(N) 183937.5





VIGAS CÁNCAMO (e=30mm) CÁNCAMO (e=32mm)

CASO DE ESTUDIO

1.26E+08 1.9877

1.80E+08 1.3917

1.05E+08 2.6075 0.0117038 1.35E+08 1.8457

1.41E+08 1.7575 0.0167198 1.93E+08 1.2922

1.21292.06E+08 0.928022.69E+080.861592.90E+080.0250789

Tabla1. Comparación de resultados en diferentes simulaciones

Fig4. Comparación gráfica de dos cáncamos con diferentes espesores.

7. Comentarios finales

La evaluación mediante el criterio de Tensión de Von Mises, nos da una idea de los límites máximos de esfuerzos por tracción principalmente en los cáncamos, por otro lado el criterio del factor de seguridad (Safety factor) nos da una idea de la distribución de la resistencia que posee un cuerpo al someterse a cargas axiales y cortantes.

Se concluye, entonces, de acuerdo con la tabla 1 que al someterse la estructura a una carga máxima de 75 toneladas, los esfuerzos en los cáncamos superan (en ambos casos) los valores máximos permisibles, y por lo tanto existe una alta probabilidad de falla, antes que en los perfiles, se sugiere mejorar el diseño a fin de corregir este problema.

Según el análisis de la flecha máxima, existe un exceso de flexión cuando se aplica una carga de 75 Ton, ya que el límite máximo es 16.67mm y en ese caso la flecha es de 25.07mm.

-0.5

0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

0.00E+00

5.00E+07

1.00E+08

1.50E+08

2.00E+08

2.50E+08

3.00E+08

3.50E+08

4.00E+08

20 30 40 50 60 70 80

Vo

n M

ise

s (P

a)

Carga muerta (Ton)

Comparación de cáncamos con espesores (30mm y 32mm)

Von Mises (Cancamo 32mm)

Von Mises (Cancamo 30mm)

FS (Cancamo 32mm)

FS (Cancamo 30mm)

8. Anexos CASO 35 TON (e=30mm)

Distribución de esfuerzos

Distribución de factor de seguridad

Flexión en el eje Y

Distribución de esfuerzos en cáncamo

Distribución de factor de seguridad en cáncamo

CASO 50 TON (e=30mm)




























Distribución de esfuerzos en cáncamos


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