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"Homologación virtual" presentada en u. carlos iii (2011)

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Aspectos relacionados con la estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual.

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"Homologación virtual" presentada en u. carlos iii (2011)

  1. 1. Departamento de Ingeniería / I+D Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual Jose María Salamanca Vaca
  2. 2. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 1. Introducción 2. Simulación con elastómeros 3. Caso de éxito 4. Dificultades del proceso 5. Conclusiones 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 2
  3. 3. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 1. Introducción  ¿Homologación virtual? A través de la simulación computacional, la homologación virtual se presenta como una oportunidad para agilizar y abaratar los procesos de certificación, actualmente largos y costosos en el sector del ferrocarril + + 9 de junio de 2011 + + + + + MGN – Depto. De Ingeniería / I+D = = 3
  4. 4. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 1. Introducción  Antecedentes El tema de la homologación virtual se enmarca dentro de una línea de investigación estratégica en Europa Varios Proyectos hasta la fecha son ejemplo del interés que supone el caminar hacia una homologación virtual, en diversos componentes del tren: - “MODTRAIN”: “MODBOGIE” + “MODCONTROL” + “MODPOWER”, “MODLINK” + “MODUSER” 6º Programa Marco de la UE (2004-2008) - “TRIOTRAIN”: “AeroTRAIN” + “DinoTRAIN” + “PantoTRAIN”, 7º Programa Marco de la UE (2009-2013) 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 4
  5. 5. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 1. Introducción  ¿Antecedentes? Línea estratégica dentro de la SRRA 2020 (Strategic Rail Research Agenda 2020) SRRA 2020 (estrategia común europea) CER EIM UITP UIC UNIFE 9 de junio de 2011 ERRAC PROYECTOS I+D MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 5
  6. 6. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 1. Introducción  ¿Marco actual? Al menos en cuanto a componente de caucho metal, no existe una estandarización sobre las simulaciones que: 1. Cuantifique la fiabilidad de una simulación 2. Haga universal la aceptación o no de un resultado de simulación 3. Posibilite una homologación virtual 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 6
  7. 7. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 1. Introducción  Limitaciones Las marcarán los propios resultados que se vayan obteniendo Cuanto más se mejore el proceso y más fiables vayan siendo los resultados, más carga se podrá transferir del campo experimental al de la simulación Sin prescindir de la parte experimental 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 7
  8. 8. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 2. Simulación con elastómeros CARACTERIZACIÓN MATERIAL ELECCIÓN DEL MODELO DE MATERIAL COMPROBACIÓN DE LA BONDAD DEL AJUSTE SIMULACIÓN PIEZA SENCILLA VALIDACIÓN CON ENSAYO EXPERIMENTAL 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 8
  9. 9. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 2. Simulación con elastómeros CARACTERIZACIÓN MATERIAL Ensayo de compresión Ensayo de tracción Ensayo de cortadura o cizalla ¿Otros ensayos? 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 9
  10. 10. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 2. Simulación con elastómeros CARACTERIZACIÓN MATERIAL ELECCIÓN DEL MODELO DE MATERIAL Hiperelástico: Viscoelástico: Vibraciones / dinámica: Fallo: -Hook -Lineal -Lineal -…. -Mooney Rivlin -No lineal -No lineal -Ogden -…. 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 10
  11. 11. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 2. Simulación con elastómeros CARACTERIZACIÓN MATERIAL ELECCIÓN COMPROBACIÓN DEL MODELO DE LA BONDAD DE MATERIAL DEL AJUSTE Cortante Simulación Ajuste Experimental 4.50E+05 4.00E+05 3.50E+05 Tensión (Pa) 3.00E+05 2.50E+05 2.00E+05 1.50E+05 1.00E+05 5.00E+04 0.00E+00 0.00E+00 5.00E-02 1.00E-01 1.50E-01 2.00E-01 2.50E-01 3.00E-01 3.50E-01 Deformación (m/m) 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 11
  12. 12. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 2. Simulación con elastómeros CARACTERIZACIÓN MATERIAL 9 de junio de 2011 ELECCIÓN COMPROBACIÓN DEL MODELO DE LA BONDAD DE MATERIAL DEL AJUSTE SIMULACIÓN PIEZA SENCILLA MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 12
  13. 13. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 2. Simulación con elastómeros CARACTERIZACIÓN MATERIAL ELECCIÓN COMPROBACIÓN DEL MODELO DE LA BONDAD DE MATERIAL DEL AJUSTE VALIDACIÓN CON SIMULACIÓN ENSAYO PIEZA SENCILLA EXPERIMENTAL 9253 A155 Compresion IV Sim. Repasado Exp. 1 Exp. 2 4.00E+03 3.50E+03 3.00E+03 Carga (N) 2.50E+03 2.00E+03 1.50E+03 1.00E+03 5.00E+02 0.00E+00 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 Desplazamiento (m) 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 13
  14. 14. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 3. Caso de éxito  Desde 2005, MGN trabaja con la simulación de elastómeros  Objetivos: Internos (para MGN): Reducción de costes de desarrollo Incremento de know-how Mejora continua Externos (de cara al cliente): Ofrecer una creciente capacidad de diseño y desarrollo de elementos caucho – metal Futura capacidad para homologaciones virtuales 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 14
  15. 15. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 3. Caso de éxito Diseño de resorte cónico de Suspensión Primaria K_axial Requerimientos de diseño: Geometría de interfase Rigidez axial Rigidez transversal K_transversal Variables de diseño: Geometrías internas Materiales 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 15
  16. 16. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 3. Caso de éxito VERTICAL STIFFNESS Rigidez axial: F(kN) Modelo FEM axisimétrico Modelo de material hiperelástico 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 d(mm ) LATERAL STIFFNESS Rigidez transversal: 30,00 ) F (kN Modelo FEM 3D Modelo de material hiperelástico 20,00 10,00 0,00 0,00 5,00 10,00 15,00 d(mm) 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 16
  17. 17. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 3. Caso de éxito Una vez obtenidos de la simulación resultados suficientemente aproximados a las especificaciones, se fabrican los primeros prototipos y se verifican sus características mecánicas Los resultados obtenidos se resumen en la tabla: Modelo FEM Experimental K_Axial (kN/mm) 0,85 0,9 K_Transversal (kN/mm) 2,43 2,7 Rigidez 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D Error (%) -5 -10 17
  18. 18. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 4. Dificultades La dificultad en la simulación de materiales elastoméricos deriva de la propia naturaleza del material y los complejos modelos matemáticos requeridos para definir su comportamiento A lo largo de los pasos necesarios para llegar a simular una pieza se plantean cuestiones complicadas: CARACTERIZACIÓN MATERIAL ELECCIÓN DEL MODELO DE MATERIAL COMPROBACIÓN DE LA BONDAD DEL AJUSTE 9 de junio de 2011 ¿qué ensayos hay que hacer? ¿cómo han de ser las probetas? ¿bajo qué condiciones de contorno hay que ensayar? ¿qué modelo es más adecuado para el tipo de problema que quiero resolver? ¿cuál es el límite para considerar que un modelo ajusta bien las curvas de material con que se le ha alimentado? MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 18
  19. 19. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 4. Dificultades  A lo largo de los pasos necesarios para llegar a simular una pieza se plantean cuestiones complicadas: SIMULACIÓN PIEZA SENCILLA VALIDACIÓN CON ENSAYO EXPERIMENTAL 9 de junio de 2011 ¿es la pieza que hemos elegido suficientemente sencilla? ¿cuándo se puede considerar que la aproximación es suficientemente adecuada? MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 19
  20. 20. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 4. Dificultades Dado que no existe ninguna norma nacional ni internacional que dé respuesta a éstas preguntas, su respuesta y la interpretación de los resultados queda a la iniciativa, conocimiento, experiencia e intuición de quien se enfrente al problema de la simulación con elastómeros. 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 20
  21. 21. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 5. Conclusiones Los software de simulación suponen una ventaja competitiva para las empresas que los empleen, por la reducción de costes de desarrollo de producto  Con la homologación virtual, deberían llegar a suponer una ventaja para toda la cadena de suministro Necesidad de estandarizar procedimientos que aseguren la fiabilidad y reproducibilidad de los resultados que un proveedor ofrezca a su cliente 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 21
  22. 22. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual 5. Conclusiones Establecimiento de un “examen tipo”, con el que cada proveedor obtendrá un nivel de certificación para homologar de forma virtual De acuerdo a esa nota, podrá ser eximido por el cliente de realizar ciertos ensayos, abaratando y agilizando el proceso de homologación de componentes En ningún momento se dejará de lado la validación experimental, el objetivo es realizar sólo los ensayos necesarios 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 22
  23. 23. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de caucho metal para su homologación virtual GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN 9 de junio de 2011 MGN – Depto. De Ingeniería / I+D 23

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