MEMORIA DE CÁLCULO MEDIANTE EL MÉTODO
MEF ATRIL TRANSPORTE MAIN FRAME MP 1000
REV DESCRIPCION
CALCULO REVISOR CLIENTE FECHA
A ATRIL DE TRANSPORTE C Mancilla Analisis END Metso 24/10/2014
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
INDICE
1.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 3
2.0 OBJETIVOS ......................................................................................................... 3
3.0 METODOLOGÍA DE TRABAJO. ............................................................................. 4
4.0 NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO ........................................................................ 5
5.0 TIPO DE MALLA RESULTANTE .............................................................................. 9
6.0 GRAVEDAD ......................................................................................................... 9
7.0 TIPO DE MATERIAL ........................................................................................... 10
8.0 CONDICIONES REALES Y CALCULO ANALITICO ................................................... 10
9.0 DATOS DE ENTREGA ......................................................................................... 11
10.0 CARGAS Y RESTRICCIONES ................................................................................ 12
11.0 RESULTADOS DE TENSIONES ............................................................................. 13
12.0 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................ 14
13.0 PRESIÓN DE CONTACTO.................................................................................... 14
14.0 FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................... 15
15.0 RESUMEN DE RESULTADOS .............................................................................. 16
16.0 ANÁLISIS DE SOLDADURA MEDIANTE EL MÉTODO MEF .................................... 16
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
1.0.- INTRODUCCIÓN
El MEF se ha vuelto una solución para la tarea de predecir los fallos debidos a tensiones
desconocidas enseñando los problemas de la distribución de tensiones en el material y
permitiendo a los diseñadores ver todas las tensiones involucradas.
Este método de diseño y prueba del producto es mejor al ensayo y error en donde hay
que mantener costos de manufactura asociados a la construcción de cada ejemplar para
las pruebas.
Las grandes ventajas del cálculo por ordenador se pueden resumir en:
Hace posible el cálculo de estructuras que, bien por el gran número de
operaciones que su resolución presenta (formas geométricas complejas) o por lo
tedioso de las mismas las cuales eran, en la práctica, inabordables mediante el
cálculo manual.
En la mayoría de los casos reduce a límites despreciables el riesgo de errores
operativos. El resultado de estos ensayos se utilizará para resolver si el atril de
trasporte Main Frame MP 1000 en estudio, es capaz o se encuentra dentro de un
rango de comportamiento estructural admisible, cuyas condiciones de carga y
conclusiones se especifican en detalle en éste informe. Para éste análisis se utilizó
el método de los Elementos Finitos, mediante el cual se obtuvo el campo de
esfuerzos para todos los sectores de la estructura.
2.0.- OBJETIVOS
El presente informe tiene como objetivo determinar las concentraciones de
tensiones, deformaciones, factor de seguridad (FDS) y desplazamientos producidos
por las cargas a las que se encuentra sometida el atril de trasporte Main Frame MP
1000, de esta forma se realizará un diagnóstico y entregará una conclusión acorde
con los resultados obtenidos.
Con los resultados obtenidos se determinará si el atril de trasporte Main Frame MP
1000 según modelado dimétrico es capaz de soportar las cargas aplicadas, si no es
así se realizarán las recomendaciones necesarias para que dicha cruz (Porta
neumáticos) pueda tener un comportamiento estructural dentro de los intervalos
permitidos.
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
3.0 METODOLOGÍA DE TRABAJO
El estudio estructural del atril de trasporte Main Frame MP 1000 se realizó utilizando el
método numérico y de elementos finitos. Método el cuál comprende la resolución
numérica de problemas de ingeniería, entregando resultados de gran exactitud.
El software utilizado para la realización de estos cálculos, fue inventor profesional
Simulation premiun (Licencia de software al día). Obteniendo los resultados de
deformación (desplazamiento, esfuerzos de deformación y factores de seguridad).
Es necesario resaltar que los ensayos realizados fueron hechos utilizando la Teoría de la
máxima energía de distorsión (Esfuerzos de Von Mises), así como también el teorema del
máximo esfuerzo cortante (Teorema de Tresca).
CRITERIO DE VON MISES
La teoría de falla de Von Mises supone que ésta se produce cuando el esfuerzo efectivo de
Von Mises, ’ iguala a la resistencia a la fluencia determinada en una prueba de tracción
estándar 0, es decir, para el caso de tensiones en tres dimensiones:
0
2222226
2
1' yzxzxyzyzxyx
o bien, en función de los esfuerzos principales:
0
2
32
2
31
2
212
1'
Para el caso de esfuerzo plano, con 3 = 0:
021
2
2
2
1
222 3' xyyxyx
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
CRITERIO DE TRESCA
Establece que la falla se produce cuando el esfuerzo de corte máximo en un componente iguala la resistencia al corte en el punto de fluencia determinado en un ensayo de tracción. En el caso de metales dúctiles, esta resistencia a la fluencia en corte resulta ser igual a la mitad de la resistencia a la fluencia en tracción, es decir:
002
1
Por consiguiente, ocurrirá falla cuando el esfuerzo de corte máximo aplicado sea igual a la resistencia de fluencia en corte del material, es decir:
00max2
1
Pero, como se determinó en , el esfuerzo de corte máximo queda establecido a partir de los esfuerzos principales de la forma siguiente:
2
,2
,2
323121
max
Máx
TIPO DE ELEMENTO FINITO UTILIZADO PARA LA MODELACIÓN.
El tipo de elemento utilizado para la modelación fue el tipo sólido brick. Los
elementos sólidos flexibles 3-D se utilizan para simular el comportamiento de sólidos.
Estos elementos también están disponibles con formulaciones de alto orden (nodos
intermedios). Tal formulación es apropiada cuando el sólido experimenta flexión. La
ventaja de utilizar este modelo es que es la representación más exacta a la realidad ya que
considera todas las piezas del modelo, los tipos utilizados se muestran en la figura
siguiente.
Tipo de Elemento Finito utilizado para la modelación
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
4.0 NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO
Sin perjuicio de lo establecido en la presente especificación, que tendrá carácter de
prioritario en la fabricación de la estructura, deberán cumplirse las siguientes normas, en
su última edición, las cuales forman parte integrante de esta especificación:
NORMAS DEL INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN
NCh 203 Acero para uso estructural. Requisitos.
NCh 304 Electrodos para soldar al arco manual. Terminología y Clasificación.
NCh 308 Examen de soldadores que trabajan con arco eléctrico.
AMERICAN WELDINGS SOCIETY – AWS
AWS D1.1 Structural Welding Code
AWS A5.1 Specification for Covered Carbon Steel Arc Welding Electrodes.
AWS A5.5 Specification for Low Alloy Steel Covered Arc Welding Electrodes.
AWS A.517 Specification for Carbon Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc
Welding.
NOTA:
En caso que se produzca discrepancias entre normas nacionales y extranjeras,
prevalecerán las más estrictas.
ACERO ESTRUCTURAL
Los perfiles de acero estructural serán laminados, soldados o plegados. Se usará un acero
de ductilidad probada de acuerdo a las normas y códigos mencionados. Las calidades de
acero estructural serán las siguientes:
Normas NCh 203, calidades A37-24ES, A42-27ES, A52-34ES.
Normas ASTM A36, ASTM A572.
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
TOLERANCIAS
Las tolerancias de fabricación de perfiles serán las contenidas en las Normas:
NCh 428 y NCh 730 con las exigencias adicionales indicadas a continuación:
Las tolerancias de fabricación en taller en cualquier dimensión, no podrán exceder de
aquellas que perjudiquen el correcto montaje y la perfecta conservación y validez de la
geometría teórica que ha sido calculada con 1 mm de precisión. Salvo los casos anteriores,
se considera aceptable una tolerancia de +-0,1% respecto de las teóricas. Para piezas de
largo menor de 1 metro, la tolerancia aceptable será de +-1 mm.
CONEXIONES
En general las conexiones serán soldadas
CONEXIONES SOLDADAS
Salvo indicación contraria en los planos o en esta especificación, todas las soldaduras
serán realizadas por procedimientos automáticos.
La ejecución de las conexiones soldadas se hará con soldadores calificados, según esta
especificación (P.Q.R) del fabricante.
Las operaciones de soldadura del acero estructural deberán cumplir con el código AWS
D1.1 y con la “Specification for Structural Steel Buildings” del AISC.
ETAPA DE FABRICACIÓN
Calidad de soldadores
Procedimientos de fabricación
Armado y dimensiones de las piezas antes de soldar
Calidad de las soldaduras
Elementos terminados
Embarque sobre medio de transporte
Nómina del personal que intervendrá en la fabricación, armado e inspección con
sus respectivos cargos y calificación
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
ETAPA DE FABRICACIÓN
Calidad de los materiales que sean de aporte del Contratista de montaje
Estado de equipos y herramientas
Calificación de soldadores
Replanteo de ejes, cotas y elevaciones básicas del proyecto
Secuencia de fabricación (PQR)
Conexiones soldadas
Pintura
Nómina del personal que intervendrá en la etapa de fabricación
inspección con sus respectivos cargos y calificación.
5.0 TIPO DE MALLA RESULTANTE
Número total de nodos 78697
Número total de elementos 38898
Cociente máximo de aspecto 21.146
% de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 99.8
% de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 0.00895
% de elementos distorsionados (Jacobiana) 0
Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:65
Nombre de computadora: INGENIERIA
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
6.0 GRAVEDAD
Load Type Gravity
Magnitude 9810.000 mm/s^2
Vector X 0.000 mm/s^2
Vector Y -0.000 mm/s^2
Vector Z -9810.000 mm/s^2
7.0 TIPO DE MATERIAL
Name Steel
General
Mass Density 7,85 g/cm^3
Yield Strength 207 MPa
Ultimate Tensile Strength 345 MPa
Stress
Young's Modulus 210 GPa
Poisson's Ratio 0,3 ul
Shear Modulus 80,7692 GPa
8.0 CONDICIONES REALES Y CÁLCULO ANALÍTICO
De acuerdo a la información entregada por el mandante las condiciones de cargas para el
análisis de MEF están descritas en la siguiente tabla.
Datos Descripción
Fuerza aplicada conjunto llanta neumático 48.000 Kg
Fuera generada por la estructura (peso propio) (G) Entregada por solid Works profesional
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y FUNCIÓN
El atril fue diseñado para matener fijo el MAIN FRAME al momento de trasladarlo
mediante un puente grua, acontinuacion se muestra una vista dimétrica del atril y una
vista frontal de la maniobra al momento de trasladarlo.
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
10.0 CARGAS Y RESTRICCIONES
FUERZA 48.000 KG.
Restricciones
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
11.0 RESULTADOS DE TENSIONES
TENSIÓN PRINCIPAL 125,2 MPA (VON MISES)
PRIMERA TENSIÓN PRINCIPAL
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
12.0 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS
DESPLAZAMIENTO SON DE: 12,41 MM
13.0 PERCEPCIÓN DE DISEÑO
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
14.0 FACTOR DE SEGURIDAD
FACTOR DE SEGURIDAD OBTENIDO ES DE 1,65 UL
15.0 RESUMEN DE LOS RESULTADOS.
Tabla 1. Resumen de los resultados de esfuerzos y desplazamientos.
CONCLUSIONES
Para el atril de traslado se aplicó una fuerza de 48.000 kg, por placas de 32 mm superior tomando como restricción las bases inferiores de cada viga HEA 300 donde se realizó la restricción con el suelo. El estudio permite comprobar que el atril de traslado si alcanza una buena distribución de esfuerzos, factor de seguridad de 1,65 ul. Nota: Respetar normas establecidas en dicha memoria de cálculo, realizar análisis de ultrasonido para cada junta de soldadura.
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
15.0 RESUMEN DE RESULTADOS
Name Minimum Maximum
Von Mises Stress 0,00141853 MPa 125,193 MPa
1st Principal Stress -16,7163 MPa 60,8166 MPa
3rd Principal Stress -123,119 MPa 14,7019 MPa
Displacement 0 mm 12,4136 mm
Safety Factor 1,65345 ul 15 ul
Stress XX -53,5974 MPa 24,7876 MPa
Stress XY -48,4863 MPa 34,209 MPa
Stress XZ -18,9461 MPa 18,9258 MPa
Stress YY -112,084 MPa 60,3324 MPa
Stress YZ -19,1719 MPa 18,5386 MPa
Stress ZZ -64,7954 MPa 26,4169 MPa
X Displacement -9,37728 mm 9,3957 mm
Y Displacement -6,25972 mm 6,27453 mm
Z Displacement -12,3869 mm 1,42852 mm
Equivalent Strain 0,0000000121789 ul 0,000528439 ul
1st Principal Strain -0,00000386662 ul 0,000260084 ul
3rd Principal Strain -0,000585716 ul 0,00000132103 ul
Strain XX -0,000213689 ul 0,000180509 ul
Strain XY -0,000300154 ul 0,00021177 ul
Strain XZ -0,000117285 ul 0,00011716 ul
Strain YY -0,000517399 ul 0,000234635 ul
Strain YZ -0,000118683 ul 0,000114763 ul
Strain ZZ -0,000279554 ul 0,000134783 ul
Contact Pressure 0 MPa 242,753 MPa
Contact Pressure X -82,1256 MPa 128,407 MPa
Contact Pressure Y -150,285 MPa 146,339 MPa
Contact Pressure Z -136,081 MPa 188,422 MPa
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
16.0 MODELACIÓN EN 3D DEL VISEL
17.0 MODELACIÓN EN 3D DEL CORDÓN DE SOLDADURA CON VISEL
Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba
Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl
18.0 ANÁLISIS SOLDADURA DOBLE VISEL
TENSIÓN MÁXIMA 118 MPA
18.0 ANÁLISIS SOLDADURA DOBLE VISEL
TENSIÓN MÁXIMA 118 MPA