ANLISIS ESTRUCTURAL DE LACARROCERA PARA AUTOBUSINTERPROVINCIAL MONTADA ENCHASIS HINO AK CON CAPACIDADPARA 60 PASAJEROS CONSTRUIDA PORCARROCERAS EUROCARROCERIAS.

ANLISIS ESTRUCTURAL DE LA CARROCERA PARAAUTOBS INTERPROVINCIAL MONTADA EN CHASISHINO AK CON CAPACIDAD PARA 60 PASAJEROSCONSTRUIDA POR CARROCERASEUROCARROCERIAS.

RESUMEN

En primer lugar se establecen los estados de carga a los cuales est solicitada laestructura resistente, en base a lo establecido en el Reglamento 66 CEE(Prescripciones Tcnicas Uniformes Relativas a la Homologacin de Vehculosde Grandes Dimensiones para el Transporte de Pasajeros por lo que Respecta a laResistencia de la Superestructura) y Reglamento 36.03 CEE (Volumen de lasBodegas Portaequipajes en ) de la Comunidad Econmica Europea, la NTEINEN 2205:99 (Vehculos Automotores. Bus Urbano. Requisitos) y la NTE INEN1323:2009 (Vehculos Automotores. Carroceras de Buses. Requisitos).

Utilizando el paquete computacional Sap2000 para el anlisis estructural asistidopor computadora, se analiza el estado de formacional y tensional de la estructura.

Una vez analizada la estructura se procede a verificar las condiciones de rigidez yresistencia en base al cdigo AISC-ASD 89(Novena Edicin).

Abril 2015

1. INTRODUCCIN.

En el presente informe, se exponen los resultados del anlisis estructural para unmodelo de carrocera para bus interprovincial, desarrollado porEUROCARROCERAS.

El clculo asistido por computadora permite simular el comportamientoestructural cuando ocurran grandes cargas que pueden provocar daos severos sila estructura no es capaz de resistirlas. Mediante este mtodo se puede evaluarsimuladamente las tensiones y deformaciones en los elementos estructurales. Lastensiones estticas, son aquellas que surgen producto del peso de sus componentesy de las cargas de ocupacin (pasajeros, conductor, tripulante, etc.).

El anlisis estructural se realiz, bajo las siguientes condiciones:

- Para la modelacin geomtrica se considera a la estructura como un sistematridimensional de barras de nodos rgidos, por lo tanto se utiliza elementosfinitos barra de 6 grados de libertad por nodo.

- El material de los elementos estructurales, al tratarse de acero, se consideracomo elstico lineal.

- Las cargas se aplicarn como distribuidas y concentradas de acuerdo a sunaturaleza, considerndolas constantes en el tiempo.

- La variacin de la geometra de la estructura bajo la aplicacin de cargas seconsidera despreciable (hiptesis de pequeos desplazamientos).

- La estructura se modela con elementos finitos lineales de seis grados delibertad, y elementos de placa o tipo Shell.

2. MATERIALES ESTRUCTURALES UTILIZADOS

Denominacin Norma PropiedadMecnicaMarca /Fabricante

Tubera estructuralJIS G-3132CLASS -1SPHT-1

Resist. a latraccin= 2800kg/cm2

IPAC

Perfiles estructurales ASTM A-36Lmite defluencia=2551kg/cm2

IPAC

Perfiles conformados enplanta a partir de planchalaminada en caliente

ASTM A-36Lmite defluencia=2551kg/cm2

IPAC

Angulo laminado 40x40x2 ASTM A-36Lmite defluencia=2400kg/cm2

IPAC

Plancha laminada encaliente, e=2 mm ASTM A-36

Lmite defluencia=2551kg/cm2

IPAC

3. MODELO GEOMTRICOPara modelar la estructura resistente de la carrocera para chasis HINO AK seutilizaron dos tipos de elementos finitos:

1.- Elementos de barra de seis grados de libertad (Frame), que se obtienen apartir de las rectas que representa la perfilera de la estructura resistentedel autobs.

2.- Elementos placa, que se obtienen a partir de superficies. Se utilizan paramodelar la plancha del piso del bus, con el propsito de contemplar suinfluencia en la capacidad resistiva de la carrocera.

A continuacin se presenta el modelo geomtrico, para que se pueda realizar larespectiva constatacin:

Fig.1: Modelo geomtrico completo

4. NORMAS Y REGLAMENTOS UTILIZADOSo Reglamento 66 CEE (Prescripciones Tcnicas Uniformes Relativas a la

Homologacin de Vehculos de Grandes Dimensiones para el Transporte dePasajeros por lo que Respecta a la Resistencia de la Superestructura).

o Reglamento 36.03 CEE (Volumen de las Bodegas Portaequipajes en ).o Norma Tcnica Ecuatoriana INEN 2205:99 (Vehculos Automotores. Bus

Urbano. Requisitos).o Norma Tcnica Ecuatoriana INEN 1323:2009 (Vehculos Automotores.

Carroceras de Buses. Requisitos).o Cdigo AISC-ASD 89 (Novena Edicin).o Reglamento Tcnico Mercosur de Vehculos de la Categora M3 para el

Transporte Automotor de Pasajeros por Carretera (mnibus de Media y LargaDistancia)

5. COMBINACIONES DE CARGAS BSICASLas estructuras de las carroceras deben ser diseadas de tal manera que resistanlos esfuerzos determinados por siguientes combinaciones de cargas bsicasestablecidas por el literal 5.1.2.1 de la NTE INEN 1323:

Segn Mtodo ASD (Allowable Strength Design)

1: M

2: M + V

3: M + V + G

4: M + V + F

5: M + V + F +

6: M + V +

7: M + V +

8: M + V + +

6. CARGAS DE DISEOPara el anlisis cuasi-esttico de la estructura de la carrocera se aplicarn lascargas especificadas:

Estado 1 - Carga Muerta (M): Peso propio de la carrocera, activada paraclculo automtico de peso del acero estructural y corregido para incluir peso deforros, asientos, etc.

Estado 2 Carga Viva (V): Carga de ocupacin, modelada como presinuniformemente distribuida sobre la plancha del piso, y calculada para:

Capacidad = 60 pasajerosUn ChoferUn tripulante

Peso por persona = 70 Kg.

El peso de los pasajeros se distribuye sobre los elementos Shell, considerando enprimer lugar la capacidad por zonas del bus Interprovincial.

Forma de Distribucin del peso de pasajeros en la Carrocera: Esta distribucin sela hizo de acuerdo al nmero de asientos que contempla el bus, 22 personas parala fila de asientos del lado izquierdo, 22 personas para la fila de asientos del ladoderecho, y 16 personas de pie en el pasillo tomando como referencia el literal5.1.1.1 de la Norma INEN 1323 que determina el rea del espacio necesario porpasajero de pie.

Carga Viva Lado Izquierdo=0.00021 kg/mm2

Carga Viva Lado Derecho=0.00021 kg/mm2

Carga Viva Pasillo=0.00027 kg/mm2

Estado 3 Carga por Resistencia del Aire Frontal ( ): Segn el literal 5.1.1.5de la NTE INEN 1323 se la aplicar como la fuerza del aire actuante sobre un reaactuante a la proyeccin del bus en un plano perpendicular a su eje longitudinal.La carga de la resistencia del aire calculada para una velocidad mxima efectivade 60 Km/h actuando como carga distribuida sobre los elementos del frontal.

Fuerzas a las lneas =720,56 Nm

Estado 4Carga de Giro(G): Segn el literal 5.1.1.2 de la NTE INEN 1323 debecalcularse en funcin de la fuerza centrfuga que se genera al ingresar el vehculoa una curva de determinado radio de giro y a una cierta velocidad.

Esta fuerza centrfuga deber ser inferior a la fuerza de vuelco, calculada sobre labase del peso total del bus a plena carga y su centro de gravedad. La velocidadcrtica deber ser considerada de al menos 90 km/h y el radio de giro se estableceen funcin de la siguiente tabla:

Para el clculo del diseo de la carrocera se consider la velocidad del vehculode 110 km/h y un radio de curvatura de la carretera de 550m.

Carga de Giro= 3.21 Kgf

Estado 6 Carga de Aceleracin Brusca ( ): Segn el literal 5.1.1.4 de la NTEINEN 1323 se calcula con el mismo criterio de la carga de frenado pero en sentidocontrario.

Carga de Aceleracin Brusca= 4.41 Kgf

Estado 5 Carga de Frenado (F): Segn el literal 5.1.1.3 de la NTE INEN1323 se asume una desaceleracin mayor o igual a 4 .

Carga de Frenado= 9,81 Kgf

Combinacin de cargas: Aplicando el principio de superposicin, la solicitacintotal la representamos en los estados de carga presentados en el programaSap2000.

COMB1: M

COMB2: M + V

COMB3: M + V + G

COMB4: M + V + F

COMB5: M + V + F +

COMB6: M + V +

COMB7: M + V +

COMB8: M + V + +

7. RESULTADOS DEL ANLISIS

7.1 Verificacin del Estado Deformacional

7.2 Desplazamientos Verticales Mximos (mm)

Por la naturaleza y ubicacin de los resultados, considerando que la mayor deformacinse presenta en la parte superior en el techo de la carrocera, analizamos losdesplazamientos longitudinales mximos:

TABLE: Joint Displacements

Joint OutputCase U2

Text Text mm

168 COMB3 -9,7357

1110 COMB3 -9,2337

1161 COMB3 -8,2018

554 COMB3 -6,1990

1152 COMB3 -6,1731

Segn el literal 5.1.4 de la NTE INEN 1323 todos los componentes de la estructura de lacarrocera deben alcanzar una deformacin elstica iguales o menores a 1/240 veces sulongitud para cargas combinadas.

Por lo tanto el mximo desplazamiento en sentido Longitudinal se presenta en elnodo 168 (ubicado en la parte superior referente al techo en el plano ver Fig.1) yes igual a 9,7357 mm=0,97 cm (hacia abajo), valor que est en el rango aceptable,considerando el desplazamiento permisible de L/240= 10,18 mm para L=2445mm en sentido Longitudinal.

8. Verificacin del Estado tensional.A continuacin se apreciar las imgenes correspondientes a los estados de deformacin paralos estados de carga aplicados y la resultante de las razones de esfuerzos en condicionesextremas:

Fig.2: Valores de la Razn de Esfuerzos de la Estructura de la Carrocera.

Segn se muestra la grfica correspondiente, podemos notar que los elementos estructuralesestn dentro de los valores permitidos para las razones de esfuerzo, ya que ningn elementosobrepasa el valor mayor o igual que 1. El valor mximo de la razn de esfuerzo es de 0,9 verFig.- 3 en el travesao de la estructura del piso (elemento de color amarillo)

Fig.3: Elemento del techo con mayor razn de esfuerzo.

9. Verificacin de la Resistencia de la Estructura segn el literal 5.1.5.1 de laNTE INEN 1323.Resistencia de la Estructura: Debe existir una Carga Esttica sobre el techoequivalente al cincuenta por ciento (50 %) del peso mximo admisible para elchasis, distribuido uniformemente a lo largo del mismo, sin experimentardeformaciones en ningn punto, que superen los setenta milmetros (70 mm).

Este est en conformidad al Reglamento Tcnico de la Mercosur que limita lascondiciones de construccin para vuelco.

9.1. Desplazamientos Verticales Mximos (mm)

En el siguiente cuadro analizamos los valores de deformacin sobre el techo.

TABLE: Joint DisplacementsJoint OutputCase U3Text Text mm338 COMB4 -3,1577338 COMB5 -3,1385338 COMB2 -2,8619338 COMB6 -2,8428338 COMB3 -2,6463

Fig.4: Desplazamiento vertical Mximo sobre el piso.

El mximo desplazamiento vertical para la carga en el techo de la estructura se presentaen el nodo 338 (ubicado en el centro posterior del piso, detrs de las ruedas traseras, verFig.4) y es igual a 3,157 mm= 0,31cm (hacia abajo), valor que est en el rango aceptable,

considerando el desplazamiento permisible es de 70 mm=7cm segn la Norma INEN1323.

10. CONCLUSIONES.

- La Resistencia de la Estructura analizada est en conformidad al literal 5.1.5 deacuerdo a la NTE INEN, cumpliendo con los parmetros de aceptacin.

- La estructura resistente de la carrocera para bus interprovincial con capacidadpara 60 pasajeros, diseada y construida por EUROCARROCERAS, parachasis HINO AK, desde el punto de vista del anlisis tensional y deformacionalbajo estado de cargas combinadas en condiciones extremas simulado con elprograma Sap2000, SATISFACE LOS REQUERIMIENTOSS DERESISTENCIA Y RIGIDEZ. El valor mximo de razn de esfuerzo es de0,9, cuyo valor est dentro de los parmetros de aceptacin.

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Ing. Cristian Santander.