Biela Final

8/1/2019 Biela Final

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ESTUDIO DE LAS TENSIONES EN UNA BIELA

Teora y prctica de los elementos finitos.Introduccin al CAE.


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OBJETIVOS

Modelizar el comportamiento de una bielacon la exactitud suficiente como pararepresentar los esfuerzos a los que se

somete en un entorno real.Resolver e identificar las tensiones encondiciones de trabajo habituales.

Estimar la duracin del componente conpequeas cargas de trabajo cclicas.Anlisis de los flancos dbiles del diseo.


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INTRODUCCIN - DESCRIPCIN

Una biela es el elemento encargado detransmitir el movimiento alternativo de lapierna a la corona de platos de una bicicleta.


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INTRODUCCIN - CONSTRUCCIN

Se fabrican mayoritariamente en aleacionesde aluminio para contener el peso, aunquetambin las hay de acero.Dependiendo de la marca y el modelo sonmacizas con aligeramientos externos, otubulares con aligeramientos en su interior.Se unen entre ellas mediante un eje dealuminio embutido.


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INTRODUCCIN - CONSTRUCCIN

externo


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INTRODUCCIN CARGAS Y ESFUERZOS

Se somete simultneamente a:Esfuerzos axiles.Esfuerzos cortantes.

Momentos flectores.Momentos torsores.

Sufre de forma reiterada esfuerzos por

debajo de los lmites de deformacin yrotura.Recibe algn viaje de vez en cuando


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INTRODUCCIN - ROTURA


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INTRODUCCIN CONDICIONES DE CARGA CONSIDERA

90 135

180

225 270


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MODELIZACIN - DIBUJO


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MODELIZACIN VOLUMEN


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MODELIZACIN VOLUMEN


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MODELIZACIN - MATERIAL

Comparacin entre aluminio 7075 y 6061.


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MODELIZACIN ALUMINIO 7075

Aluminio 7075Lmite elstico:505 MPaPunto de rotura:570 MPaDensidad:

2810 kg/mMdulo deYoung: 72 GPa


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MODELIZACIN CARGA

71 kg x 9,81 m/s = 696 N + 50% = 1045 N


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MODELIZACIN CARGA

55 mm de distancia.

1045 N / 147,5 mm =7,085 N/mm


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MODELIZACIN CONDICIONES DE CONTORN


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MODELIZACIN - MALLA

Max. Element size:1,7544761 Nodos224311 Tetraedros


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PRIMER CLCULO - DATOS

Carga de 1045 N sobre un rea de147,5 mm en el eje Y.Material de la biela: Aluminio .Material del eje: Titanio (irrelevante).Condiciones de contorno estticas fijadas enel eje de pedalier.


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POSTPROCESO PRIMER CLCULO

La primeraresolucin estticaseala tensionesconcentradas deforma muy puntual.El gradiente depresin es ademsmuy elevado.


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POSTPROCESO PRIMER CLCULO

El primer clculo revela una distribucin detensiones anmala en la cabeza de la biela.Motivo: el modelo del pedal no se ajusta conla realidad.Consecuencias: transmite los esfuerzos deforma inadecuada a la biela.Conclusin: Hay que modelar el eje delpedal de nuevo


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NUEVO MODELO DEL EJE DEL PEDAL

Dimetro de la rosca:14,06 mm

Dimetro de la corona:17,26 mm


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NUEVO MODELO DEL EJE DEL PEDAL


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POSTPROCESO RESULTADOS CASO 1 (90)


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Compresin


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RESULTADOS

Tensin Margen90 171,8 MPa 66 %135 249,5 MPa 51 %180 155 MPa 69 %225 171,8 MPa 66 %

270 307,2 MPa 39 %

Promedio 211,05 MPa 58 %


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ANLISIS DE LOS RESULTADOS

El conjunto de la biela trabaja muy pordebajo del lmite elstico del material(aproximadamente la mitad).

La mayor concentracin de tensiones selocaliza en las inmediaciones del eje delpedal y del eje de pedalier.Las zonas crticas sealadas por elclculo coinciden con los puntos derotura de las fotografas.


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ANLISIS FATIGA

Fatigue Strength : Valor lmite por debajo delcual un material aguantar 10^7 ciclos de cargasin sufrir desperfectos en su estructura.El punto de fatiga del aluminio 7075 esde 160 MPa .Las tensiones promedias y mximas de la bielasuperan ampliamente ese lmite ( 211,5 y 307,2MPa respectivamente).


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PUNTOS DBILES Y MEJORAS DEL DISE

A groso modo, se sealan en rojo las zonas dela biela donde la seccin debera reforzarse.Se sealan en verde donde se podra rebajarpara reducir el peso y optimizar el reparto.


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CONCLUSIONES FINALES

La pieza entera se encuentra razonablemente por debajo del lmite dedeformacin permanente (lmite elstico) y ampliamente por debajo dellmite de rotura con una carga sobredimensionada un 50%.La concentracin de tensiones de algunas secciones superaampliamente el lmite de fatiga, comprometiendo la durabilidad de labiela.

Por otra parte, otras secciones donde aparentemente la concentracinde tensiones debera ser considerable estn debidamentesobredimensionadas.El aligeramiento interior no parece condicionar ni la posibilidad dedeformacin ni la durabilidad del componente.Sera interesante analizar si una vez sobredimensionada la pieza ladurabilidad aumenta de forma significativa (teniendo en cuenta que lacarga est sobredimensionada un 50%).Todo parece indicar que la biela no se romper al menos durante laprimera salida.


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GRACIAS POR LA ATENCIN


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