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INDICE

Capítulo 1 1. Análisis del tren de aterrizaje.......................................................................23

1.1Análisis por medio de vectores.....................................................................24 1.2 Análisis por medio del método de rigideces................................................25 1.3 Comparación de resultados con el software ANSYS..................................29

Capítulo 2 2 Análisis y modelo geométrico del resorte principal del tren de aterrizaje

principal trike (triciclo)..................................................................................30 2.1 Modelado en Unigraphics............................................................................31 2.2 Modelado y analizado en ANSYS.............................. .................................32 2.3 Comprobación de los resultado teóricos y numéricos ................................34

Capítulo 3

3 Maquinado en CNC de la pieza de unión del trike (triciclo) y el ala.............35 3.1 Creación del dibujo y planos........................................................................35 3.2 Aplicación del módulo de Manufacturing.....................................................36 3.3 Desarrollo de los códigos de maquinado....................................................37 3.4 Resultados de maquinado...........................................................................41 Capitulo 4 4 Comparación del método experimental y la solución en ANSYS…............42 4.1 Colocación de galga………………………………………………………….…42 4.2 Toma de valores…………………………………………………………………44 4.3 Comparación de resultados………………………………………...................46

conclusiones .......................................................................................................47 bibliografía...........................................................................................................48 Apéndice A. (planos) ........................................................................................49

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RESUMEN En el presente trabajo se analiza el tren de aterrizaje trasero de un ultraligero tipo ala Delta, y se dibuja el tren principal examinando el resorte que sirve como amortiguador, este se modelara tanto en ANSYS, como en Unigraphics, en el caso del software Unigraphics se manufacturará una pieza, que es de vital importancia en el ultraligero, ya que une tanto al ala como al trike (triciclo), pues cuenta con un módulo para esta aplicación (Manufacturing), la pieza se manufacturara en la estación de CNC (CINCINATI), en la escuela ESIME TICOMAN. El material que se trabajo fue acrílico, con el propósito de poder ver en la pieza la orientación de los esfuerzos.

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GLOSARIO DE ACRÓNIMOS A, B, C...= Puntos D = Vector total de desplazamientos d = diámetro Fy = Fuerza en el eje y Fx = Fuerza en el eje x Fz = Fuerza en el eje z Fh = Componente horizontal i, j, K = Vectores unitarios a lo largo de los ejes coordenados O = Origen P = Vector total de cargas nodales y reacciones , Fuerza Pdin = Carga dinámica K = Matriz de rigidez total, factores de concentración de esfuerzos l, m , n = Cosenos directores N = número de espiras vivas xy = Pano yz = Pano zx = Plano r = radio α,β,θ,φ = Ángulo w = peso ∆ = Deformación, deflexión del resorte σ = Esfuerzo en tención compresión G = modulo de elasticidad por cortante Gp= Giga Pascales m = índice de resorte Ip = Momento polar de inercia ε = Deformación unitaria normal

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GLOSARIO DE TÉRMINOS CNC = Centro de control numérico CAD = Diseño asistido por computadora CAM = Fabricación asistida por computadora CIM = Fabricación Integrada por Computadora LISTA DE TABLAS Y FIGURAS Tabla 1 = Herramientas de corte Tabla 2 = Coordenadas del trike Tabla 3 = Coordenadas del resorte Tabla 4 = Coordenadas del resorte Tabla 4 = Desplazamientos y esfuerzos Figura1 = Eje Coordenado Figura 2 = Eje Coordenado Figura 3 = Eje Coordenado Figura 4 = cosenos directores Figura 5 = cosenos directores Figura 6 = cosenos directores Figura 7 = Deflexión de un resorte helicoidal Figura 8 = (CNC) Figura 9 = Herramientas de fijación Figura 10 = Herramienta de corte Figura 11= Galgas Figura 12 = Trike Figura 13 = Tren de aterrizaje Figura 14 = Desplazamiento Máximo Figura 15 = Tren principal de nariz Figura 16 = Dibujo y dimensiones del resorte Figura 17 = Desplazamiento del resorte Figura 18 = Planos de la pieza a maquinar Figura 19 = Pieza modificada para manufactura Figura 20 = Selección de operación Figura 21 = Selección de la Herramienta Figura 22 = Medidas de la herramienta de corte Figura 23 = Método de corte Figura 24 = Primera simulación Figura 25 = Simulación de corte en contorno Figura 26 = Pieza maquinada Figura 27 = Realización de marca Figura 28 = Pegado de galga Figura 29 = Aplicación de pegamento Figura 30 = Galga pegada Figura 31 = Mediciones Figura 32 = Imagen en campo oscuro Figura 33 = von Mises

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INTRODUCCIÓN En la actualidad la importancia de la utilización de los software para diseño y manufactura (CAD/CAM); han tomado gran importancia, ya que cada vez más las empresas demandan profesionistas que cuenten con este perfil, y en el caso de INGENIERIA AERONAUTICA , se ha abierto una gran oportunidad ya que empresas que construyen aviones o están relacionados con ellos, ven a México como una oportunidad para establecerse o, ya se han establecido, en el caso de Bombardier, que se espera que genere empleos en este ramo. Lo cual nos permite ir ya convirtiendo a México en un país listo para tomar una parte de los mercados internacionales de manufactura en toda la cadena productiva de la industria aeronáutica y en los servicios, listos para competir fuertemente con países como Irlanda, Malasia, República Checa o Brasil. La elaboración de este trabajo solo muestra; el análisis, diseño y manufactura de algunos elementos estructurales, de un avión ultraligero tipo ala delta, los cuales se tomaron de la tesis 1 “ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN VEHICULO ULTRALIGERO TIPO ALA DELTA USANDO ANSYS”, la cual quedo abierta para poder continuar con posibles avances, de lo cual este trabajo, invita a los estudiantes a continuar con el trabajo o aportar mejoras. En el caso del modelo del resorte se hace por medio de los dos software para comparar su eficacia. Este trabajo se enfoca a los estudiantes siendo puramente educativo, y demostrando y comprobando la utilidad de los medios computacionales y la manufactura pues aunque se fabrico una pieza sencilla, con CNC se pueden elaborar piezas más complejas.

1. Tenoch,V. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN VEHICULO ULTRALIGERO TIPO ALA DELTA USANDO ANSYS, México. (2004)

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ANTECEDENTES En la tesis “ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN VEHICULO ULTRALIGERO TIPO ALA DELTA USANDO ANSYS”, se desarrollaron ciertos Cálculos que por lo visto han sido consultados por un número significativo de alumnos, esto se puede comprobar al ver las tarjetas de préstamo bibliotecario, por lo cual este trabajo pretende dar algunos ejemplos, de la misma forma, para que el alumno pueda consultarlo . De allí su importancia. OBJETIVO El objetivo de este trabajo es analizar algunas de las partes del trike (triciclo), con el software de ANSYS, y comprobar los resultados de forma teórica, y en el caso de la pieza que une el ala con el trike se manufacturará , para después analizarse experimentalmente, y el resultado que se obtenga, compararlo con el análisis por del Software ANSYS. Esto con la finalidad de que el alumno pueda tener un ejemplo de cómo comprobar un cálculo estructural, así también por medios experimentales.

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FUNDAMENTACIÓN Se dará continuidad a una tesis antes citada, utilizando, comprobando los análisis hechos en computadora con análisis matemáticos y en el caso de la simulación de maquinado, llevarlo acabo en una forma física. En el caso de los análisis realizados en computadora podemos decir que si se han elaborado de forma correcta tendrán que concordar con el análisis teórico correspondiente. Para la parte de maquinado, debe de realizarse de forma correcta, una forma de comprobarlo, es que la pieza obtenida, debe tener las medidas correspondientes al dibujo. Para que el presente reporte sea posible es necesario recordar la teoría de mecánica vectorial , método de las rigideces y de resortes , para el caso de maquinado, el procedimiento que nos da el software de Unigraphics, así como la teoría correspondiente a los métodos experimentales. Para poder obtener una solución en el tren de aterrizaje, el cual se encuentra en el espacio, es necesario comprender los vectores en el espacio por lo que se tocara el tema de vectores en el espacio. FUERZAS EN EL ESPACIO Componentes rectangulares de una fuerza en el espacio Figura. 1 Considere una fuerza F actuando en el origen O del sistema de coordenadas rectangulares x, y, z. Para definir la dirección de F, se dibuja el plano vertical OBAC que contiene a F (figura 1). Este plano pasa a través del eje vertical y, su orientación está definida por el ángulo θy que éste forma con el plano xy. La dirección de F se puede descomponer en una componente vertical Fy y una componente horizontal Fh; esta operación se lleva en el plano OBAC. Para obtener las componentes rectangulares correspondientes. Que se observan en la figura 2

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(1) F Fcos ( ) F Fsin

F ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4) 2 OA 2 OB 2 BA 2+ FY

2 Fh2+

Fh ( ) ( ) ( ) ( ) (5) 2 OC 2 OD 2 DC( )2+ FX

2 FZ2+

F F Fz+ (6) x2 Fy2+ 2

y θy h θy( ) Figura 2 Una vez teniendo la Fh se puede descomponer en dos componentes rectangulares Fx y Fy a lo largo de los ejes x y z, respectivamente. Esta operación se lleva a cabo en el plano xz. De esta forma, se obtienen las siguientes componentes escalares de Fx y Fz (2) Fx Fh F ⋅ (3) Fz Fh sin φ( )⋅ F ( )sin θ( )y⋅ cos φ⋅

cos φ( )⋅ sin θ( )y⋅ cos φ( )

Por lo tanto, la fuerza dada F se ha descompuesto en tres componentes vectoriales rectangulares Fx, Fy, Fz, que están dirigidas a lo largo de los tres ejes coordenados. Aplicando el teorema de Pitágoras a los triángulos OAB y OCD se obtiene de la figura 3.

Eliminando Fh

2 de estas dos ecuaciones y resolviendo para F, se obtiene lo siguiente relación entre la magnitud de F y sus componentes escalares rectangulares:

Figura.3

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La relación existente entre la fuerza F y sus tres componentes Fx, Fy, Fz se visualizan más fácilmente en la figura 4, si se dibuja una caja que tenga Fx, Fy, Fz como aristas. Entonces, las fuerzas F, se representa por la diagonal AO, de dicha caja. La figura 5, muestra el triángulo OAB empleado para derivar la primera de las formulas Fy=Fcosθy , en las figuras 6,7, también se han dibujado otros dos triángulos rectángulos OAD y OAC. Se observa que estos triángulos ocupan en la caja posiciones comparables con la del triángulo OAB. Al enunciar θx y θz como los ángulos que F forma con los ejes x y z , respectivamente, se pueden derivar. (7) Fx F cos θx( )⋅ Fy F cos θy( )⋅ Fz F cos θz( )⋅

Los tres ángulos θx , θy y θz definen la dirección de la fuerza F; éstos son los que se utilizan con mayor frecuencia para dicho propósito, más comúnmente que los ángulos θy y ф introducción al principio de esta sección. Los cósenos de θx , θy y θz se conocen como los cósenos directores de la fuerza F. Introduciendo los vectores unitarios i, j y k, dirigidos, respectivamente, a lo largo de los ejes x, y y z, F puede expresarse de la siguiente forma.

Figura. 4 Figura. 5 figura. 6

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El método de las rigideces llamado también método de los desplazamientos o del equilibrio, este método se utilizara para demostrar el modelo del tren de aterrizaje trasero es el correcto, a continuación se da el procedimiento del método. PROCEDIMIENTO DEL MÉTODO 1. Se analiza un elemento del sistema estructural, expresando la relación que existe entre las fuerzas, los desplazamientos y las propiedades elástico geométricas de la barra en el sistema local. Realizando las transformaciones necesarias para referir los elementos estructurales en el sistema global. 2. Se establecen las condiciones de estabilidad y equilibrio de las barras del sistema en cada nodo. El establecimiento de estas condiciones informan sobre las caras externas y la descripción de la conexión de las barras, formando la matriz de rigideces K. 3. Resolviendo el sistema de ecuaciones del paso anterior, se obtienen los desplazamientos en cada nodo. Numérica mente ésta es una parte muy importante del método. 4. Los elementos mecánicos en las barras, se obtendrán una vez conocidos los desplazamientos de los nodos, y posteriormente se sustituyen en las ecuaciones fuerza desplazamiento. Ecuación fuerza desplazamiento (8) ( ) ( )p1 k11 d1( )⋅ k11( ) d2( )⋅+

p2( ) k21( ) d1( )⋅ k22( ) d2( )⋅+

Al expresar las ecuaciones en un sistema global se tiene. (9) p⎛⎝

⎞⎠ k11⎛

⎝⎞⎠

⎞⎠⋅ 11k⎛⎝

⎞⎠ d ⎞

⎠⋅+1. d1⎛⎝ 2⎛

⎝

p2⎛⎝

⎞⎠ k21⎛

⎝⎞⎠ d1⎛⎝

⎞⎠⋅ k22⎛

⎝⎞⎠ d2⎛⎝

⎞⎠⋅+

Para el análisis del tren de aterrizaje se utilizará la teoría de estructuras articuladas en el espacio, y por lo tanto tenemos. La ecuación de fuerza desplazamiento en el sistema local son: (10)

p1 kd1 kd2−

p2 kd1 kd2+ para los cosenos directores se tiene (11)

p x cos α( )

p y cos β( )

p y cos γ( )

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estos son los cosenos directores, los cuales ya se mencionaron en la teoría de vectores. Estos cosenos los podemos expresar de forma matricial. (12) m⎜ p ⎝ ⎠

px

py

pz

⎛⎜⎜⎜⎜

⎞

⎟⎟

cos α( )cos β( )cos γ( )

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞⎟⎠

p

l

n

⎛

⎜⎝

⎞

⎠

Donde l, m y n son los cosenos directores. Siendo así que la ecuación se puede expresar (13) p T p⋅ A lo que a desplazamientos se refiere tenemos lo siguiente.

(14) d d d y d ⋅

(15) d z⎜⎝

⎞⎟⎟⎠

x cos α( )⋅ cos β( )⋅+ z cos γ( )⋅+

d l m n( )

d x

d y⋅

⎛⎜⎜⎜

De la misma Forma se puede expresar como (16) d Tt d⋅ Remultiplicando las ecuaciones fuerza desplazamiento por T − (17)

Tp Tkd Tkd1 1 2

Tp2 Tkd1− Tkd2+ Sustituyendo los valores de (12) y los de (16) se obtiene. (18) p 1 k

11( ) d 1( )⋅ k 12( ) d 2( )⋅−

p 2 k 21( )− d 1( )⋅ k 22( ) d 2( )⋅−

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Estas son las ecuaciones fuerza desplazamiento en el sistema global, las submatrices Kl tiene la siguiente forma. k ( ) (19) T k T( )t⋅

Sustituyendo valores se obtiene. (20) k m⎜⎜

⎝

⎞

⎠

EAL

⋅ ml m mn⎟⎟

Reiterando que l, m, y n son los cosenos directores. Las ecuaciones fuerza desplazamiento para un elemento de armadura en el espacio , se dan a continuación de una forma explicita, con la finalidad de que se pueda entender los análisis que se realizaran en el tren de aterrizaje, pues este se modelará como una armadura tridimensional2.

(21) p ⋅

⎜ ⎟ml m mn

⎟⋅ d ⋅⎟⎢

ml m mn⎟⋅ d ⋅

⎟⋅⎢−

l

n

⎛l m n( )⋅

EAL

l2

nl

lm

2

nm

ln

n2

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎠

⋅

p x⋅

y

p z⋅

⎛⎜

⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

EAL

l2

nl

lm

2

nm

ln

n2

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

d x⋅

y

d z⋅

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

⋅

⎡⎢

⎢⎢⎣

⎤⎥⎥⎥⎥⎦1

EAL

l2

nl

lm

2

nm

ln

n2

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

d x⋅

Y

d Z⋅

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

⎡⎢

⎢⎢⎣

⎤⎥⎥⎥⎥⎦2

⎜

⎜ ⎟⎜

⎟⎜⎢

(22)

p x⋅

p y⋅

p z⋅

⎛

⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

EAL

l2

ml

nl

lm

m2

nm

ln

mn

n2

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎠

⋅

d x⋅

d y⋅

d z⋅

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞⎟⎟⎠

⋅

⎡⎢⎢⎢⎣

⎤⎥⎥⎥⎥⎦1

−EAL

l2

ml

nl

lm

m2

nm

ln

mn

n2

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞⎟⎟⎠

⋅

d x⋅

d Y⋅

d Z⋅

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞⎟⎟⎠

⋅

⎡⎢⎢⎢⎢⎣

⎤⎥⎥⎥⎥⎦2

+ (23) 2Carlos Magdalena, Análisis matricial de estructuras, México ,IPN,2000, pagina 173.

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Se toma este método ya que es el más parecido a el método del elemento finito, que es el que utiliza ANSYS, con esto se fundamenta la teoría necesaria para desarrollar el análisis correspondiente al tren de aterrizaje trasero. DEFLECIONES DE RESORTES HILICOIDALES ESTRECHAMENTE ENRROLLADOS Uno de los elementos del trike que se utilizan en el tren principal o de nariz es un amortiguador, y en este caso, se simula con un resorte por lo que se considera abordar la teoría que involucra ha este mecanismo, así como las formulas necesarias para encontrar el desplazamiento. Consideremos un resorte helicoidal como el mostrado en la figura(7), un elemento tipo AB de este resorte está sometido en toda su longitud al par de torción T = Fr. Este par ocasiona una rotación relativa entre dos planos adyacentes, A y B , y con suficiente exactitud, la cantidad de rotación puede obtenerse utilizando la ecuación (24), para barras circulares rectas. En esta ecuación, el par aplicado T=Fr, dx es la longitud del elemento, G es el modulo de elasticidad por cortante y e Ip es el momento polar de inercia del área de la sección transversal del alambre. (24) d

TdxI ⋅

θp G

Si el plano A del alambre se considera fijo, la rotación del plano B esta dada por la expresión anterior. La contribución de este elemento al movimiento de la fuerza F en C es igual a la distancia BC multiplicada por el ángulo dΦ (es decir, CD = BC dΦ). Sin embargo, como el elemento AB es pequeño, la distancia CD es también pequeña y puede considerarse perpendicular ( aunque es en realidad un arco) a la línea BC. Además, solo la componente vertical de esta deflexión es importante ya que un resorte de muchas espiras, para cualquier elemento a un lado del resorte, se tiene un elemento equivalente correspondiente en el otro lado. Los elementos diametralmente opuestos del resorte equilibran la componente horizontal de la flexión, permitiendo así la deflexión vertical de la fuerza F, por lo tanto, conociendo el incremento vertical ED de la deflexión de la fuerza F debido a un elemento AB del resorte y sumando tales incrementos de todos los elementos, se obtiene la deflexión total del resorte. De los triángulos semejantes CDE y CBH.

O CD BED HB

CED

CDBC

HB

Sin embargo, CD= BC dΦ, HB = r, y ED puede ser denotado por d∆, ya que representa una deflexión vertical infinitesimal del resorte debido a la rotación de un elemento AB. Entonces, d∆ = rdΦ y.

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∆ ∆⌠ ⌠

rT

⋅⌠⎮ d⎮⌡

TLr (25)

1⎮⌡

d θr⎮⌡

d

0

L

xIp G⋅ Ip G⋅

No obstante, T =Fr, y para un resorte estrechamente enrollado, la longitud L del alambre puede considerarse con suficiente exactitud como 2πrN, donde N es el número de espiras vivas o activas del resorte. Por consiguiente, la deflexión ∆ del resorte es.

∆2πFr3N

Ip G⋅ (26) O si el valor de Ip del resorte se sustituye,

∆64 Fr3N

G d4⋅

(27) Las ecuaciones anteriores dan la deflexión de un resorte helicoidal estrechamente enrollado a lo largo de su eje cuando el resorte está sometido a una fuerza de tensión o de compresión F. En estas fórmulas, el efecto del esfuerzo cortante directo sobre la deflexión se desprecia (es decir, la fórmula dan sólo el efecto de las deformaciones por torción). El comportamiento de un resorte puede ser convenientemente definido por su constante de resorte K .la constante del resorte helicoidal hecho con un alambre de sección transversal circulares3.

KF∆

Gd4

64 r3N

(28)

Figura. 7 Deflexión de un resorte helicoidal 3 Egor. P Popov. Mecánica de sólidos, México, Pearson Educación, 2000, pagina 451.

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MANUFACTURA

La máquina herramienta ha jugado un papel fundamental en el desarrollo tecnológico del mundo hasta el punto que no es una exageración decir que la tasa del desarrollo de máquinas herramientas gobierna directamente la tasa del desarrollo industrial.

gracias a la utilización de la máquina herramienta se ha podido realizar de forma práctica, maquinaria de todo tipo que, aunque concebida y realizada, no podía ser comercializada por no existir medios adecuados para su construcción industrial.

Así, por ejemplo, si para la mecanización total de un número de piezas fuera necesario realizar las operaciones de maquinado, es lógico que se alcanzaría la mayor eficacia si este grupo de máquinas herramientas estuvieran agrupadas, pero se lograría una mayor eficacia aún si todas estas operaciones se realizaran en una misma máquina. Esta necesidad, sumada a numerosos y nuevos requerimientos que día a día aparecieron forzaron la utilización de nuevas técnicas que reemplazaran al operador humano. De esta forma se introdujo el control numérico en los procesos de fabricación, impuesto por varias razones:

Necesidad de fabricar productos que no se podían conseguir en cantidad y calidad suficientes sin recurrir a la automatización del proceso de fabricación. Necesidad de obtener productos hasta entonces imposibles o muy difíciles de fabricar, por ser excesivamente complejos para ser controlados por un operador humano. Necesidad de fabricar productos a precios suficientemente bajos.

Hacia 1942 surgió lo que se podría llamar el primer control numérico verdadero, debido a una necesidad impuesta por la industria aeronáutica para la realización de hélices de helicópteros de diferentes configuraciones, como la que se maquino, como practica del seminario. En el que se utilizo la estación de CNC (Cincinati).

Figura.8 (CNC)

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INTRODUCCIÓN AL CAD/CAM

CAD/CAM, proceso en el cual se utilizan los ordenadores o computadoras para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. Éstos pueden fabricarse más rápido, con mayor precisión o a menor precio, con la aplicación adecuada de tecnología informática.

Los sistemas de Diseño Asistido por Ordenador (CAD, acrónimo de Computer Aided Design) pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si no todas, de las características de un determinado producto. Estas características podrían ser el tamaño, el contorno y la forma de cada componente, almacenados como dibujos y tridimensionales. Una vez que estos datos dimensionales han sido introducidos y almacenados en el sistema informático, el diseñador puede manipularlos o modificar las ideas del diseño con mayor facilidad para avanzar en el desarrollo del producto. Además, pueden compartirse e integrarse las ideas combinadas de varios diseñadores, ya que es posible mover los datos dentro de redes informáticas, con lo que los diseñadores e ingenieros situados en lugares distantes entre sí pueden trabajar como un equipo. Los sistemas CAD también permiten simular el funcionamiento de un producto. Hacen posible verificar si un circuito electrónico propuesto funcionará tal y como está previsto, si un puente será capaz de soportar las cargas pronosticadas sin peligros e incluso si una salsa de tomate fluirá adecuadamente desde un envase de nuevo diseño.

Cuando los sistemas CAD se conectan a equipos de fabricación también controlados por ordenador conforman un sistema integrado CAD/CAM (CAM, acrónimo de Computer Aided Manufacturing).

La Fabricación Asistida por Ordenador ofrece significativas ventajas con respecto a los métodos más tradicionales de controlar equipos de fabricación con ordenadores en lugar de hacerlo con operadores humanos. Por lo general, los equipos CAM conllevan la eliminación de los errores del operador y la reducción de los costes de mano de obra. Sin embargo, la precisión constante y el uso óptimo previsto del equipo representan ventajas aún mayores. Por ejemplo, las cuchillas y herramientas de corte se desgastarán más lentamente y se estropearían con menos frecuencia, lo que reduciría todavía más los costes de fabricación. Frente a este ahorro pueden aducirse los mayores costes de bienes de capital o las posibles implicaciones sociales de mantener la productividad con una reducción de la fuerza de trabajo. Los equipos CAM se basan en una serie de códigos numéricos, almacenados en archivos informáticos, para controlar las tareas de fabricación. Este Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos especiales y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos informáticos especializados o programas de piezas. La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy día por software informático especial que crea el vínculo entre los sistemas CAD y CAM.

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Las características de los sistemas CAD/CAM son aprovechadas por los diseñadores, ingenieros y fabricantes para adaptarlas a las necesidades específicas de sus situaciones. Por ejemplo, un diseñador puede utilizar el sistema para crear rápidamente un primer prototipo y analizar la viabilidad de un producto, mientras que un fabricante quizá emplee el sistema porque es el único modo de poder fabricar con precisión un componente complejo. La gama de prestaciones que se ofrecen a los usuarios de CAD/CAM está en constante expansión. Los fabricantes de indumentaria pueden diseñar el patrón de una prenda en un sistema CAD, patrón que se sitúa de forma automática sobre la tela para reducir al máximo el derroche de material al ser cortado con una sierra o un láser CNC. Además de la información de CAD que describe el contorno de un componente de ingeniería, es posible elegir el material más adecuado para su fabricación en la base de datos informática, y emplear una variedad de máquinas CNC combinadas para producirlo. La Fabricación Integrada por Computadora (CIM) aprovecha plenamente el potencial de esta tecnología al combinar una amplia gama de actividades asistidas por ordenador, que pueden incluir el control de existencias, el cálculo de costes de materiales y el control total de cada proceso de producción. Esto ofrece una mayor flexibilidad al fabricante, permitiendo a la empresa responder con mayor agilidad a las demandas del mercado y al desarrollo de nuevos productos.

La herramienta que se utilizara para poder maquinar la pieza, en este caso, es el software de Unigraphics, en el modulo de manufacturing, un abrasivo de cabeza plana, de un octavo de diámetro y tres octavos de vástago. Así como prensas para poder fijar el material, y la estación de trabajo Cincinati.

En este tabla se muestras algunas herramientas de corte, tal vez algunas ya han cambiado por lo que en este coso se ilustra solo como un ejemplo, siendo estas herramientas las más usúrales.

Tabla 1 Herramientas de corte

Tool # Type Length Flute Length 3 1/2" Flat 2.85" 2.00" 4 1/4" Flat 1.30" 1.00" 5 1/8" Flat 2.00" 1.00" 6 1/16" Flat 0.40" 0.30" 7 1/32" Flat XX XX 8 1/2" Ball 2.85" 2.00" 9 1/4" Ball 2.20" 1.50"

10 1/8" Ball 2.00" 1.00" 11 1/16" Ball 0.40" 0.30" 12 1/32" Ball 0.20" 0.15"

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Se utilizaron las herramientas de fijación, que se pueden apreciar en la parte de abajo.

Figura.9

En el caso de la herramienta de corte, se muestra a continuación.

Figura. 10

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METODOS EXPERIMENTALES DEL ANALISIS ELASTICO

En el pasado, cuando cundo los cálculos matemáticos se volvían demasiado complicados o imposibles de aplicar, el método fotoelástico de análisis de esfuerzos fue usado ampliamente para resolver problemas prácticos. Muchos de los factores de concentración de esfuerzos, son obtenidos o verificados por tal trabajo experimental.

Esta área tradicional de la fotoelasticidad ha sido absorbida en gran medida por los procedimientos numéricos modernos, tales como los software que utilizan Elemento Finito. Sin embargo, los procedimientos fotoelásticos apoyados por computadora han progresado mucho y siguen siendo útiles en aplicaciones especiales. Además se dispone ahora de varios procedimientos experimentales adicionales. Entre éstos, las interferometrías Moiré, holográficas y láser están siendo cada vez más aplicadas.

Para poder realizar mediciones en el herraje de acrílico, se cola una galga la cual esta hecha de alambre fino o laminitas pegadas a un miembro, son muy sensitivas a los cambios de resistencia eléctrica debido a la deformación en un miembro. Existen varios tipos, SINDO de uno dos o tres elementos simples, las cuales están disponibles en un amplio rango de tamaños , con longitudes activas que varían entre 0.8 y 12 mm.

En la figura 11 que se muestra a continuación se pueden apreciar las galgas que se utilizan en este tipo de Métodos experimentales.

Figura. 11 galgas

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METODOLOGIA

En el presente trabajo se pretende analizar algunos elementos que forman la estructura de un trike o triciclo, esto a través de medios computacionales y comprobándolos con análisis matemáticos, para poder comparar los resultas y obtener una comparación de los dos métodos, para esto se dan algunos fundamentos de estructuras. Una vez que los resultados estén comparados, se podrá determinar si algunos de los dos métodos están erróneos y si estos coinciden, el modelado y el análisis que se realizaron fueron favorables.

La información que se propone con respecto a la estructura, se ha tomado de la tesis ya antes mencionada, aunque en este trabajo se proponen algunos nuevos elementos, como es el caso del resorte, del tren principal del ultraligero tipo ala delta.

Otro punto que se propone abordar, es la manufactura de alguna de las piezas, la cual primero se dibujara en Unigraphics y se elaborara el modulo de maquinado, para obtener los códigos correspondientes, para después maquinarlo en la estación de CNC , en el laboratorio de maquinas de E.S.I.M.E Ticoman. Posteriormente la pieza maquinada se medirá y con respecto a los planos si estos coinciden, entonces tanto los códigos de maquinado y la herramienta que se asigno fueron correctos.

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CAPITULOS CAPITULO 1 En este capitulo se realizara el análisis estructural del tren de aterrizaje trasero así como su correspondiente comprobación matemática. CAPITULO 2 Se realizara el modelado del resorte del tren principal, con ambos software tanto con Unigraphics y ANSYS, de igual manera que el capitulo 1 su correspondiente comprobación matemática. CAPITULO 3 Se maquinara la pieza o herraje, que una al ala con el trike, realizando los códigos respectivos en el software de Unigraphics, para posteriormente maquinarlo en la estación de CNC (Cincinati).

CAPITULO 4 En este ultimo capitulo se realizara un prueba experimental con la pieza maquinada, colocando una galga para poder medir los desplazamientos, con la finalidad de obtener la dirección de los esfuerzos y compararlo obtenidos en ANSYS.

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CAPITULI 1 1. ANÁLISIS DEL TREN DE ATERRIZAJE EL trike es la parte del avión ultraligero que conforma el fuselaje y en el cual se encuentra unido el tren de aterrizaje, en este caso se analiza el tren de aterrizaje trasero, con el software de ANSYS, para posteriormente comprobar los resultados con un análisis matemático, el cual se abordara con el método de las rigideces ya que es uno de los más parecidos al elemento finito que es el que utiliza el anterior software antes mencionado. Para el análisis se trabajara en el sistema internacional. Para ubicarnos en el tren de aterrizaje se muestra la imagen completa del trike (triciclo)

Tabla 2 coordenadas del trike

Figura .12 (trike)

keypoint x y z 1 0.000000 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 1.500000 3 0.1000000 0.3000000 0.75000004 0.2000000 0.9500000 0.75000005 1.200000 0.3000000 0.75000006 2.000000 0.3000000 0.75000007 2.000000 0.000000 0.75000008 2.000000 0.5500000 0.75000009 0.3500000 2.000000 0.750000010 -0.3500000 0.9500000 0.750000011 -0.3500000 0.9500000 0.4500000 12 0.2000000 0.9500000 0.450000013 -0.3500000 0.9500000 1.050000 14 0.2000000 0.9500000 1.050000 15 0.2000000 0.9500000 0.500000016 0.2000000 0.9500000 1.000000 17 1.200000 0.4000000 0.500000018 1.200000 0.4000000 1.000000 19 1.200000 0.4000000 0.750000020 0.7000000 0.6750000 0.5000000 21 0.7000000 0.6750000 1.000000

Tren de aterrizaje trasero En este figura se puede observar el tren de aterrizaje trasero, que es en el cual se va atrabajar, y se muestra la tabla de coordenadas del trike que se utilizara en el análisis. Una forma de análisis posible es como se mostró anteriormente con la teoría de vectores, en este caso se enunciara el tren de aterrizaje, designando una letra por cada elemento para poder identificarlo.

23

1.1 ANÁLISIS POR MEDIO DE VECTORES La longitud se tomara en metros. Vectores. Los cuales se generan de la tabla de coordenadas BO 0.1i 0.3j+ 0.75

kk−:=

AO 0.3472i− 0.95j+ 0.75k−:= k

CO 1.2i 0.3j+ 0.75−:= por lo tanto se tiene λB0

B0B0

:= Figura. 13

λB0 0.1229i 0.368j+ 0.921k−:=

λA0 0.2758i− 0.7546j+ 0.5957k−:=

λC0 0.8293i 0.2073j+ 0.5183k−:=

M

0.1229

0.368

0.921−

0.2758−

0.7546

0.5183−

0.8293

0.2073

0.5183−

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠:=De lo anterior se obtiene la matriz correspondiente.

En el caso de la carga se tiene este valor de 6710N el cual es la fuerza que soportara el tren de aterrizaje.

soln

1.003− 104×

1.225 104×

5.561 103×

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞⎟⎟⎠

=

Si solucionamos el sistema de ecuaciones podemos obtener las fuerzas en los elementos.

carga

0

6710

0

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠:=

0.1229

0.368

0.921−

0.2758−

0.7546

0.5183

0.8293

0.2073

0.5183−

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠

0

6710

0

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠⋅

La solución que se obtuvo anteriormente, muestra si las barras están en compresión o a tención y cual es la carga que se aplica en cada una de ellas.

24

1.3 ANÁLISIS POR MEDIO DEL MÉTODO DE RIGIDESES Para obtener mayor información y comparar resultados, ahora se utilizara el meto de las rigideces, en el cual se pueden encontrar tanto los desplazamientos, cargas y esfuerzos. Basándonos en la teoría antes expuesta. Matriz de rigidez del nodo El vector por calcular Formula general K K Kd P⎜

da

d´x

d´y

d´z

⎛

⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

22a( ) K22b( )+ K22c( )+⎡⎣ ⎤⎦ a a

Cada una de las submatrices tiene la siguiente forma. El vector de carga conocida

Pa

P´x

P´y

P´z

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

KEALi

l2

ml

nl

lm

m2

nm

ln

mn

n

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

⋅

La longitud de los elementos esta dada por.

B0 i2 j2+ k2+

B0 0.1i 0.3j+ 0.75k−:=

A0 0.3472i− 0.95j+ 0.75k−:=

C0 1.2i 0.3j+ 0.75k−:=

A0 0.8139:=

B0 1.259:=

C0 1.447:= De lo anterior podemos obtener los cosenos directores. Los cuales los designaremos con las letras l, m y n. l m n cos γ( ) z1 z2−

A0

0.75−0.8139

=n3 0.518−:=n2 0.596−:=n1 0.921−:=

0.30.8139

=cos β( ) y1 y2−A0

m3 0.207:=m2 0.755:=m1 0.369:=

l3 0.829:=l2 0.276−:=l1 0.123:=0.1

0.8139=cos α( ) x2 x1−

A0

Para A0 Para C0Para B0Para A0

Cosenos directores

25

Para poder encontrar los valores, debemos encontrar las submatrices. K1.

K´22aE A⋅

0.8139

l12

m1 l1⋅

n1 l1⋅

l1 m1⋅

m12

n1 m1⋅

l1 n1⋅

m1 n1⋅

n12

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎟

⎠

⋅:= K´22a

0.019

0.056

0.139−

0.056

0.167

0.418−

0.139−

0.418−

1.042

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠=

K´22bE A⋅

1.259

l22

m2 l2⋅

n2 l2⋅

l2 m2⋅

m22

n2 m2⋅

l2 n2⋅

m2 n2⋅

n22

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎟

⎠

⋅:= K´22b

0.061

0.166−

0.131

0.166−

0.453

0.357−

0.131

0.357−

0.282

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠=

K´22cE A⋅

1.447

l32

m3 l3⋅

n3 l3⋅

l3 m3⋅

m32

n3 m3⋅

l3 n3⋅

m3 n3⋅

n32

⎛⎜⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟⎟

⎠

⋅:= K´22c

0.475

0.119

0.297−

0.119

0.03

0.074−

0.297−

0.074−

0.185

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠=

Efectuando la suma de las submatrices se obtiene.

K´22a K´22b+ K´22c+

0.554

8.845 10 3−×

0.305−

8.845 10 3−×

0.65

0.849−

0.305−

0.849−

1.51

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

=

K

0.554

8.845 10 3−×

0.305−

8.845 10 3−×

0.65

0.849−

0.305−

0.849−

1.51

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

:=

Para encontrar los desplazamientos correspondientes al nodo, se tiene lo siguiente.

26

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

0.554

8.845 10 3−×

0.305−

8.845 10 3−×

0.65

0.849−

0.305−

0.849−

1.51

⎞

⎟

⎠

d´x

d´y

d´z

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

⋅

0

p

0

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠

Resolviendo el sistema de ecuaciones se obtiene lo siguientes desplazamientos.

0.554

8.845 10 3−×

0.305−

8.845 10 3−×

0.65

0.849−

0.305−

0.849−

1.51

⎛⎜⎜⎜⎝

⎞

⎟

⎠

1−0

1

0

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠⋅ = da

2.777

8.409

5.289

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠:=

Para obtener los desplazamientos se dan los datos de su sección transversal que es el área y esta dada en m, en el caso del modulo es el del aluminio y esta dado en Gp, para la carga son Newton. Para el caso de las barras que son tubos, sus medidas respectivas son:

1 1/4" 1 1/2"

D1 0.032:= D2 0.038:=

d1 0.02922:= d2 0.03562:=

A1π D1

2⋅

4

π d12⋅

4−:= A2

π D22⋅

4

π d22⋅

4−:=

A2 1.376 10 4−×=A1 1.337 10 4−×=

De lo cual se obtiene

P 6710:= E1 7 1010⋅:= A1 1.337 10 4−×= A2 1.376 10 4−×=

Resolviendo el sistema se tiene los desplazamientos dados en metros

2.777

8.409

5.289

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠

PE 1 A 2⋅

PE 1 A 1⋅

PE 1 A 1⋅

⎛⎜⎝

⎞⎠

⋅

27

Para poder obtener las fuerzas en las barras se procede a los siguientes cálculos, los cuales se realizan para obtener datos que se puedan comparar con el cálculo vectorial realizado en un principio de este capitulo.

as fuerzas axiales en el tren carga en el tren

P´2a K´22a da⋅:= P´2a

0.216−

0.647−

1.614

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠=

L

P´2b K´22b da⋅:= P´2b

0.533−

1.457

1.15−

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠=

P´2c K´22c da⋅:=P´2c

0.747

0.186

0.466−

⎛⎜⎜⎝

⎞

⎠=

P l m n( ) P´y⎜⋅P 6710:=

P´x

P´z

⎛

⎜⎝

⎞

⎠

P2a l1 m1 n1( ) P´2a⋅:= P2b l2 m2 n2( ) P´2b⋅:=

P2a 1.752−( )= P2b 1.933( )=

P2c l3 m3 n3( ) P´2c⋅:=

P2c 0.899( )=

P2a P⋅ 1.176− 104⋅

P2b P⋅ 1.297 104⋅

P2b P⋅ 6.033 103⋅

28

1.3 COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON EL SOFTWARE

De lo anterior podemos concluir que las resultados concuerdan, aunque se

dos los podemos compara con el análisis dieron las dimensiones

co, teniendo en

omo podemos ver en la figura 14, el desplazamiento máximo es de 0.007712, ientras que el desplazamiento máximo, realizado por el análisis matemático, es e 0.00603, estos valores están dados en metros y solo se observa una ligera ariación en los resultados, por lo que podemos concluir, que los dos resultados on correctos, y que el uso tanto de uno como del otro son aceptables para hacer nálisis, de que el software de ANSYS, se puede obtener esultados más rápidos y de estructuras más complejas, como es el de todo el

gráficos como el que se muestra.

tware te ofrezca mayores ventajas, siempre será necesario tener onocimientos sobre el análisis que se tenga que desarrollar, pues esto te ayudara modelar de forma más eficiente.

ANSYS

tengan algunas variaciones, estas no son significativas. En el caso de los desplazamientos obteniestructural realizado en ANSYS, en el cual se leadecuadas y los datos que se tomaron en el análisis matemáticuenta que todas las unidades están en el mismo sistema.

Desplazamiento Máximo DMX

29

Figura. 14 Cmdvsa con la diferenciartrike. Obteniendo Aunque el sofca

CAPITULO 2

. ANÁLISIS Y DIBUJO DEL RESORTE PRINCIPAL DEL TREN DE TERRIZAJE TRIKE (TRICICLO)

Figura.15 tren principal o de nariz

n la imagen se muestra los elementos que rodean al resorte, los puños a los dos es la parte donde el pasajero soporta los pies, y a su vez da la dirección e movimiento, el resorte tiene una guía, por la cual se desplaza adentro del tubo,

2A

Para diseñar el resorte, se tomara la parte del tren principal del trike por lo que se dibujaran algunas piezas alternas, para poder dimensionarlo, el resorte tendrá que soportar un tercio del peso total del ultraligero, y cuya finalidad es que tenga la capacidad de adsorber el impacto, que tiene el avión cuando aterriza.

Eladque se encuentra por encima del resorte.

30

2.1 DIBUJADO EN UNIGRAPHICS

s dimensiones que serán útiles para el álculo. Los planos correspondientes se muestran en el apéndice A.

n la figura.16 se muestra las dimensiones del resorte las cuales serán utilizadas ara el análisis, en el caso del resorte se Obtuvo de Unigraphics, de este oftware tu puedes exportar el resorte como parasolid. E importarlo en ANSYS. en su defecto con las dimensiones del resorte crear los nodos y dibujarlo en NSYS.

n este caso se realizaron las dos formas antes mencionadas, se dibujo el resorte n Unigraphics y se importo a ANSYS, también se dibujo en ANSYS , y se ealizaron los respectivos análisis, los cuales concordaron en los resultados casi in diferencia, comprobando que en este caso la geometría no se pierde.

Se muestra el dibujo del resorte y suc

Figura. 16 dibujo y dimensiones del resorte

EpsOA Eers

31

2.2 DIBUJADO Y ANALIZADO EN ANSYS

OORDENADAS DEL RESORTE

Estas son las coor re de ANSYS, se crea la geometría con Keypoin, ya que solo se necesita crear una línea guía, ara posteriormente extruir un área circular, las coordenadas se crean en Excel

e puede crear la geometría en ANSYS, con estos datos, el archivo necesita ner una terminación .dat, y en ANSYS, en el menú principal se encuentra la

pción de leer archivo, con esa opción tu puedes crear todos estas coordenadas cilmente, después unir los keypoin con Speline, extruir un área circular y se

reara el resorte, se recomienda utilizar el elemento finito solid 92. porque te enera menos nodos y es más fácil procesarlo.

C

denadas del resorte, en el caso del softwa

pcon solo un algoritmo. Tabla4 coordenadas del resorte Tabla 3 coordenadas del resorte Steofácg

32

ANALISIS EN ANSYS

ara desarrollar el análisis estructural se fijo un lado del resorte en cuatro puntos iferentes, y en el caso de la carga se dividió en cuatro nodos, los cuales se scogieron de forma proporcional para simular la carga, los resultados se uestran a continuación.

Figura. 17, desplazamientos

omo se puede ver en la figura 17. el máximo desplazamiento que se puede btener es de 0.016624m, pues como se viene manejando todos los datos que e introducen en el software de ANSYS, están dados en Newton y en metros, abe mencionar que se realizaron distintos modelos y solo se obtuvieron cambios ínimos, el que se muestre es solo el promedio.

e puede comparar con respecto a la longitud total del resorte, que es de 0.140 , siendo así el desplazamiento no es muy grande, ahora se tendrán que

omparar los resultados por medios teóricos.

Pdem

coscm Smc

33

2

σdinPdinA1

:=

σ 7

∆⎝ ⎠

Pdin 1.175 104× N=din 2.394 10× Pa=

.3 COMPROBACIÓN DE LOS RESULTADOS TEORICOS Y UMERICOS

on los datos ya propuestos ar el cálculo. El aterial del cual esta hecho el resorte es de acero.

er un desplazamiento relativo con respecto al resorte y poderlo

ar los resultados ya que con ANSYS, se obtuvo un esplazamiento de 0.016624m y con la comprobación matemática es de 0.017m, odemos ver nuevamente que los valores son correctos para las dos formar de nálisis. Por lo que se calcula la carga dinámica.

el resorte soportara la carga para la que fue diseñado.

N

m2

N C anteriormente, se procede a realizm Peso total del ultraligero Dimensiones y datos

d 0.010m:= r 0.0250m:= G1 8 1010×:=

Carga por llanta

F1 1.334 103× N:=w2w13

:=

ara poder obten

4333.5 N=136kg 9.81⋅

m

s21.334 103× N=

Pcompara con el resultado obtenido por la computadora.

Comprobación del valor de K

64 F1⋅ r3⋅ N1⋅

N1 10:=

∆G1 d4⋅

w1 408kg:=

carga

carga por nodo en resorte

1.334 103× N

kx4⋅

w2 136 kg=

:= G1 d

64 r3N1⋅:=

8 104×kg

=

k11F1( )∆

:=

k11 8 104×kg

2=

∆ 0.017 m=

kxs2

Ahora podemos compar

Pdin F1 1 12 h⋅

s

dpa

++⎛⎜

⎞⋅:=

La carga dinámica no es muy grande y por lo tanto podemos concluir que

34

CAPITULO 3

35

om la teoría anterior se toma a importante, la cual une al trike y al ala, esta pieza fue toESTRUCTURAL DE UN VEHICULO ULTR A USANDO ANSYS”, en donde podrás enc

etende maquinar, y para poder hacerlo se

pieza en la estación de CNC

r una simulación del maquinado, la cual nos puede dar una e

ge

3. MAQUINADO EN CNC DE LA PIEZA DE UNIÓN DEL TRIKE (TRICICLO) Y EL ALA

C o se pudo mencionar en una piezmada de la tesis “ANALISIS

A LIGUERO TIPO ALA DELTontrar más información al respecto.

En el caso de esta pieza que se prnecesita crear la pieza en el software de Unigraphics, para obtener los códigos de maquinado, los cuales servirán para maquinar la

s de obtener los códigos de maquinado este software tiene la (Cincinati), ademáapacidad de creac

id a de cómo se realizara y la posibilidad de corregir o cambiar los códigos que se neren.

3.1 CREACIÓN DE DIBUJO Y PLANOS A continuación se muestras la pieza y sus dimensiones .

Figura. 18

Las dimensiones de la pieza de la figura 18, están dadas en mm, estas dimensiones tendrán que ser idénticas cuando la pieza se haya maquinado. Los planos se pueden ver en el apéndice A.

3.2 APLICACIÓN DEL MODULO DE MANUFACTURING El software de Unigraphics cuenta con un modulo de manufactura el cual proporciona los códigos de maquinado, para poder obtener estos códigos, se tiene que preparar la pieza, creando una parte en la cual se va a maquinar y otra parte de referencia. Para poder maquinar la pieza se le agrego un bloque, en la parte inferior de 10 mm y un contorno el cual tiene de altura el espesor de la pieza que es de 3mm. Quedando un total de 13mm, de altura, una longitud de 260mm y un ancho de 100mm, dando como resultado la pieza que se muestra en la figura. 19.

Ende se a dejado un tipo de canal, para poderlo maquinar, aunque esto representa un problema, pues a la momento de cortar la pieza por los bordes esta quedara libre, y empezara a moverse lo cual podría ocasionar problemas a la hora de cortar el crílico y podría llegar a romperse.

Figura. 19 pieza modificada para manufactura.

la figura .19 que se muestra en la parte superior se aprecia la pieza modificada tal forma que sea útil para el maquinado, en la cual se puede observar que

a

36

3.3 DESARROLLO DEL LOS CÓDIGOS DE MAQUINADO

ara poder maquinar la pieza, se activa la ventana para crear la operación de aquinado y se escoge la opción correspondiente para el tipo de pieza que se esea maquinar, así como la herramienta de corte y sus medidas, para esta ieza se utiliza un cortador plano y es la herramienta que se a mostrado nteriormente, es plana y por lo tanto al momento de maquinar, lo aria orrectamente y sin dejar un exceso de rebaba.

Figura. 21 selección de la herramienta

Pmdpac

Figura 20. selección de operación

Después de seleccionar la operación, se escoge la herramienta y para este

caso se tiene una herramienta plana de 1/8 de pulgada con 3/8 de pulgada en vástago.

37

Ahora se dan los datos correspondientes a la herramienta de corte que se va a tilizar, la imagen que se muestra a continuación.

Figura.22 Medidas de la Herramienta de corte

n la figura. 22 se muestran la ventana que se utiliza para designar las medidas e la herramienta, que se utilizara en el maquinado y la cual se ha mostrado en pasada teoría. Después de asignarle los valores se procede a seleccionar el rea donde se desea el maquinado escogiendo el tipo de corte.

u

Edlaá

38

Para seleccionar un tipo de corte, se pude recurrir a la ventana que se muestra en

parte inferior, en la cual se puede ver el método de corte que se desea, como e mención anterior mente, este programa tiene la opción de simular la secuencia e corte y con esto se pude escoger el más conveniente, el método de corte que e utiliza es follow periphery.

Figura. 23 método de corte

lasds

39

Una vez que se han dado todos los datos, se pueden observar las simulaciones, omo se muestra en la figura 24, en donde se realiza la primera simulación, jecutándose en los orificios, con el propósito de introducir tornillos, con la nalidad de tener un área en la que se pueda fijar la pieza y no se presente el roblema de que se mueva.

Figura . 24 primera simulación

ara el segundo maquinado en la figura 25, se pude observar la simulación que a Unigraphics y la cual nos da la secuencia de la misma, una ves que se ha ealizado esta secuencia se procede a crear su correspondiente código de

cefip

Pdrmaquinado y se crea la simulación en el contorno de la pieza, creando así dos códigos, los cuales se utilizaran en el maquinado de la pieza.

Figura. 25 simulación de corte en el contorno

40

3.4 RESULTADO DE MAQUINADO

aterial se fijo con las prensas, colocando el material en forma correcta para oderlo maquinar, después de esto se corre el programa y se realiza el corte de pieza, en la cual se realiza primero el de los orificios , después de esto se fija y e procede a realizar el maquinado en el contorno, obteniendo de esta manera la ieza deseada.

maquinado se ha realizado de forma correcta, uque se tuvieron algunas rebabas las cuales no presentaron problema.

or lo que se puede concluir que el proceso de maquinado se realizo orrectamente. A una velocidad de avance de 50 mm/minuto y a 1500 r.p.m

Los códigos de maquinada que se obtuvieron dieron como resultado 8790 líneas para el contorno y para los orificio se obtuvo 7090.

Estos códigos de maquinado se cargaron en la estación de CNC, Cincinati, y el mplasp

Figura. 26 pieza maquinada

La pieza una vez maquinada, se mide y las medias corresponden con los datos del plano, demostrando que ela Pc

41

CAPITULO 4

COMPARACIÓN DEL METODO EXPERIMENTAL Y LA OLUCIÓN EN ANSYS.

e procede a probar la pieza maquinada, la cual e le colocara una galga o extensometro, lo anterior con la finalidad de medir los esplazamientos, para lo cual se cuenta con un Kit de Instrumentación.

.1 COLOCACIÓN DE LA GALGA

ara colocar la galga se procede a realizar lo siguiente; Se limpia el herraje con alcohol para evitar que la al podría ocasionar que la galga no registre correctamente las mediciones.

iciones.

ara que la galga obtenga una mayor fijación se raspa un poco con una lija y se

de se va a colocar la galga, y el

4S Con la teoría antes expuesta, ssd 4 P

pieza tenga impurezas, lo cu

Después se coloca sobre una base de vidrio limpio, y se realiza una marca en forma de cruz, con la finalidad de que la colocación pueda realizarse de forma sencilla, la marca se realiza en el lugar donde se desea obtener las med Pvuelve a limpiar.

Figura. 27 realización de marca

n la imagen superior se muestra el lugar donEraspado, el cual no debe de ser excesivo.

42

Para colocar la galga, se realiza lo siguiente; se saca de su estuche con unas

icular a la galga, esto se realiza de esta manera para facilitar la jación correcta de la galga orientándose con la marca realizada en forma de ruz.

Figura.28 pegado de la galga con cinta adhesiva

espués de tener la colocación correcta se debe agregar el pegamento,

Figura29. Aplicación de pegamento

e aplica presión en la dirección contraria a las líneas de conexión para evitar que e peguen.

pinzas y sin tocarlo con las manos, se coloca un pedazo de cinta adhesiva, en dirección perpendfic

Daplicándose en la parte inferior de la galga, se procura aplicar lo menos posible, e inmediatamente se aplica presión con un trozo de teflón como se muestra en la gura 29. fi

Ss

43

Una vez aplicado el pegamento, se retira el exceso y se coloca el conector para cables, de la misma forma, una vez hecho esto, se le aplica laca para poder darle mayor fijación.

.2 TOMA DE VALORES na vez terminada la pieza se deja secar un día, para posteriormente colocarse

Figura 30. Galga pegada

4Uen el marco de cargas, para aplicarle una carga longitudinal y ver la dirección de los esfuerzos, y a su vez tomar las mediciones correspondientes.

Figura 31.Mediciones

44

Cuando se carga la probeta se pueden obtener los desplazamientos los cuales serán multiplicados por 10-6, como se muestra en la figura 31, los datos son anotados cada 5 segundos, para posteriormente graficarse, ya que

Deformación Vs tiempo

0.000.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01

0.011

Def

orm

ació

n

-0.0010

0.0010.002

0 50 100 150 200

Tiempo (segundos)

3

con los valores btenidos se pueden obtener los esfuerzos y las cargas a la que a sido sometida.

abla 5 Desplazamientos y esfuerzos

Grafica 1

omo se puede ver en la grafica aumentan los desplazamientos, conforme se umenta la carga, hasta llegar al punto de ruptura del material, también en el rafico se puede aprecias que la pieza queda con una carga mínima, pues al mperse no se tuvieron esfuerzos residuales, lo cual nos indica que la pieza ha

ido diseñada correctamente.

o T

Cagros

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4.3 COMPARACIÓN DE RESULTADOS

de a cargar la pieza, la cual se

bserva a través de una lente, en este caso se realiza en el campo oscuro.

omo se puede ver en la figura 32, se observa la dirección de los esfuerzos ya ue el material utilizado es acrílico, la desventaja de este tipo de material es que o se pueden observar las intensidades.

Figura 33. von Mises

n uvieron lospción de von mises, la cual nos da los esfuerzos promedios, y podemos notar ue ambas figuras tienen una cierta similitud la cual nos indica que el modelado

se ha realizado correctamente, cabe mencionar que la pieza se llevo hasta la ruptura, y la pieza no presento esfuerzos residuales.

Una vez realizada la medición inicial se proceo Cqn

igura 32 Imagen en campo oscuro F

E el caso del software de ANSYS, se obt esfuerzos, por medio de la oq

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CONCLUCIONES y RECOMENDACIONES De lo anterior podemos concluir que los objetivos que se plantearon se cumplieron satisfactoria mente y en su totalidad, para se un poco más específicos mencionamos lo siguiente. Para lo que respecta a al capítulo 1, en lizo el tren de aterrizaje, los

culos coinciden con una pequeña diferencia la cual no es significativa, para este capitulo se recomienda ver la tesis ya antes mencionada y estudiar en su referencia el meto de rigideces en el plano ya que proporcionara mayor

olo de 1mm, lo cual hace ar el dibujo en ANSYS del resorte con

s coordenadas ya proporcionadas en e te capitulo, distribuir la carga en cuatro odos, sobre la espiral superior repiti ndolo varias veces para obtener un romedio, y de esta forma compararlo con el análisis matemático, pues los

mismo que en los anteriores, el resultado e satisfactorio ya que la pieza maquinada no se rompió ni sufrió daño alguno,

ero cave mencionar que esta se tiene que fijar adecuadamente, con la velocidad

o que respecta a este ultimo capítulo se obtuvieron resultados correctos, ya que s dos métodos coincidieron, en este caso se recomienda tener una cámara

donde se anacálculos matemáticos y el análisis hecho con el software ANSYS, los cál

pentendimiento así como el tutorías de ANSYS. Para el segundo capitulo se obtuvieron resultados en el desplazamiento del resorte muy parecidos, ya que la diferencia fue saceptable el análisis, se recomienda realizla s

énpresultados pueden variar un poco. En el tercer capitulo, podemos decir lofupque se recomienda y el tipo de cortador, para disminuir el tiempo de maquinado en caso de placas planas se recomienda dejar solo el área necesaria. Llopara poder obtener las imágenes y en el caso de las mediciones que se realicen, por lo menos cada 5 segundos.

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BIBLIOGRAFIA Egor P. Popov, (2000) Mecánica de Sólidos, segunda edición, México, Person educación. Casrlos, M, (2000) Análisis matricial de estructuras, primera edición, México, IPN.

) Mecánica Vectorial para ingenieros; Estática, exta edición, México, McGraw-Hill.

emes M. Gere. (2002), Mecánica de materiales, Quinta edición, México, homson Learning.

anual de construcción en acero. Instituto Mexicano de la Construcción en Acero, egunda edición, México, LIMUSA Noriega.

Finite element analysis, theory and application with ansys, nited States of America, Prentice Hall.

y Ashok D. (1999) Introducción al studio del Elemento finito en genieria, Segunda edición, Editor: Pablo Eduardo Roig Vásquez, México, rentice Hall.

David J. Perry, (1950) Aircraft structures, primera edición, United States of America, McGraw-Hill. Ferdinand P y E. Russell, (1999S JT MS

abed Moaveni, (1999),SU Tirupathi R.inP

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APÉNDICE A

(Planos del herraje y el resorte)

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