DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES Bienio 2003-2005

Zamora, 30 de noviembre de 2005

DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE

MATERIALESMATERIALES Bienio 2003-2005

Coordinador: Dr. Jesús Toribio QuevedoAlumno: D. Roberto J. García Martín

Zamora, 30 de Noviembre de 2005


DOCTORADO INGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALESINGENIERÍA MECÁNICA Y DE MATERIALES

Bienio 2003-2005

ÍNDICE


ÍndiceÍndice 1.1. IntroducciónIntroducción2.2. Período de DocenciaPeríodo de Docencia

1.1. 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

Doctorado Bienio 2003-2005Doctorado Bienio 2003-2005Ingeniería Mecánica y de MaterialesIngeniería Mecánica y de Materiales

Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca33Zamora, 30 de noviembre de 2005



Bienio 2003-2005

INTRODUCCIÓN


1.Introducción:1.Introducción:– Objetivos:

Obtener los conocimientos teóricos y prácticos que permitan al Obtener los conocimientos teóricos y prácticos que permitan al doctorando introducirse en la investigación en éste ámbito de doctorando introducirse en la investigación en éste ámbito de la ciencia y técnica.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)





Bienio 2003-2005

PERIODO DE DOCENCIA


2.Período de 2.Período de Docencia:Docencia:

- INDICE -

1.1. ObjetivosObjetivos2.2. ProgramaPrograma3.3. Cursos Completados:Cursos Completados:

a) Cursos Fundamentalesb) Cursos Metodológicos





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.




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


Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca99


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




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.





Bienio 2003-2005

PERIODO DE INVESTIGACIÓN


3.Período de 3.Período de Investigación:Investigación:

- INDICE -

1.1. ObjetivosObjetivos2.2. ProgramaPrograma3.3. AntecedentesAntecedentes4.4. Trabajos realizados:Trabajos realizados:

a) Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos.b) Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la

Ingeniería Mecánica y Estructural





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.




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.




4. Cursos Completados:

a) Análisis y Simulación de Sistemas Mecánicos

b) Aplicaciones del Método de Elementos Finitos a la Ingeniería Mecánica y Estructural



Período de Período de Investigación:Investigación: (III)(III)




“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.




- INDICE -1. Introducción2. Antecedentes3. Objetivo4. Modelos de Simulación M.E.F.5. Cálculos teóricos Herzt6. Comparación: Simulación vs. Valores

calculados teóricamente7. Conclusiones





1. Introducción (I)

Aplicaciones Rodamientos,

engranajes

Casos de estudio Esferas Cilindros Vs Planos

Posibilidades





1. Introducción (II)

Teoría de Herzt


Distribución Presionessemieliptica




2. Antecedentes

Modelo de contacto: Cálculo Estático Lineal.


- Elemento TRIANG Elemento 2D.- Dos grados de libertad.- Tres nodos.- Sencillo y eficaz.- Tensiones en plano X-Y.




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”





4. Modelo de Simulación M.E.F. (I)


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




4. Modelo de Simulación M.E.F. (II)


1 cm de radio P de 100 N

E = 200Mpa

= 0.3




5. Cálculos teóricos Herzt





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%





6. Comparación Resultados: (II)Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales


σxσy




6. Comparación Resultados: (III)Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales


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%




6. Comparación Resultados: (IV)Simulación M.E.F. vs Ensayos Experimentales


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




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.




Universidad de SalamancaUniversidad de Salamanca3131Zamora, 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 ”




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




1. Introducción

Sistemas CAD\CAE Problema de optimización.


•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 / .




2. Antecedentes


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




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.





4. Modelo de Simulación MEF. (I)





4. Modelo de Simulación MEF. (II)


Elemento TRIANG




4. Modelo de Simulación MEF. (III)






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)




5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (IV)





5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (V) – diferentes x


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




5.Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (VI) – par. herramienta


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




5. Comparación: M.E.F vs. ISO 6336-3 (VII) – par. herramienta


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




6. Conclusiones.


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


Conclusiones Conclusiones finales:finales:

– Periodo Docencia.– Periodo Investigador.– Actuaciones Futuras.




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MATERIALESMATERIALES Bienio 2003-2005

Coordinador: Dr. Jesús Toribio QuevedoAlumno: D. Roberto J. García Martín

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