Cálculo De Cargas En Biela Con Patran/Nastran

Biela usando elementos 2D

Síntesis del ejercicio:

En el ejercicio se resuelve un estado de carga estático derivado de una carga de presión

distribuida sobre una fracción de la cara interna de la unión de la biela al bulón de

accionamiento del pistón, estando esta biela fijada al cigüeñal mediante un sistema de

chaveta que restringe el desplazamiento en una fracción de la cara interna de la biela en su

unión al cigüeñal. Con el cálculo se obtienen las deformaciones en la biela, así como las

tensiones de Von Mises originadas.

Desarrollo y procedimiento:

Para la creación del modelo de la biela, se parte de una sección de la misma en su plano

central. La sección es importada en formato *.iges. Esta sección está compuesta por una

seríe de superficies que componen el corte central de la biela.

A partir de estas secciones

se realiza un mallado Isomesh de elementos placa Quad4 para todas ellas, con una longitud

determinada entre nodos, quedando desvinculadas aquellas partes que definían los bordes de

las superficies que componían la sección total (Ilustración 2: Mallado sin equivalencia), por lo cual se realiza una equivalencia entre nodos, vinculando aquellos elementos desconexos. (Ilustración 3: Mallado con equivalencia). Posteriormente se realiza una verificación de las aristas libres del modelo.

Seguidamente se aplican las cargas y condiciones de contorno. En este ejercicio se aplica

una presión distribuida de acuerdo a una función senoidal creada con una función aplicada en

un sistema de coordenadas cilíndrico centrado en el centro de la unión biela-pistón y con

dirección radial sobre la cara interna, en una fracción de su perímetro (Ilustración 4:Carga aplicada).

A continuación se aplica una restricción de desplazamiento en una fracción del perímetro interno de la cara de unión de la biela y el cigüeñal (Ilustración 5: Restricciones de desplazamiento), sometiendo el sólido a un esfuerzo de flexión y compresión en su cuerpo central, como consecuencia de la carga y el empotramiento aplicados creando componentes de compresión y flexión en el plano central de la biela.

A continuación se crean propiedades para las diferentes zonas de la biela, en función del

perfil de diseño y aplicando las mismas propiedades de material para todo el conjunto (Ilustración 6: Cargas y restricciones).

Por último se verifica la aplicación las cargas y condiciones de contorno aplicadas en el

set default de load cases y se realiza el análisis estático lineal con solution sequence

101.

En el análisis de resultados podemos ver la deformación originada en diferentes nodos y la

deformación de todo el modelo (Ilustración 7: Deformación del modelo – Ilustración 8: Deformación del modelo con geometría inicial).

Se realiza un Fringe (Ilustración 9: Distribución de tensiones Von Mises), con objeto de observar la distribución de tensiones de Von Mises y un marker en el que podemos visualizar las

direcciones de tensión originadas en los ejes XX-YY y en función de sistemas de coordenadas

As is (Ilustración 10: Distribución de tensiones Coord cilíndricas locales) y Global (Ilustración 11: Distribución de tensiones Coord Globales).

Conclusiones:

Los resultados obtenidos muestran un efecto de flexión y compresión sobre el plano central

de la biela, originados por las componentes de la carga aplicada en la unión biela-pistón.

Se observan desplazamientos máximos en la zona de la unión con el

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