Diseño y optimización de soportes de componentes ... · Cálculos FEM • CATIA – Generative Structure Analysis • Usado para soportes de componentes. • Fácil de usar por

“Diseño y optimización de soportes de componentes externos mediante

CATIA”

Ponente: Benjamín Tapia Aguilar

¿Quesonlos“ElementosExternos”?§  Sellamaelementosexternosatodoloqueseencuentrafueradelascarcasas

quedelimitanlaturbomaquinaria(Powerplant).Engeneralcomprende:§  SistemadeCombusCble,§  SistemadeAceite,§  SistemasEléctricos,§  SistemaEBU(EngineBuiltUnit).§  Accesorios(Bombas,extractoresdecalor,etc..)§  Nacelle.

AllimagesareproprietaryinformaCon

¿Quesonlossoportes?•  Piezas usadas como método de sujeción o soporte de componentes o accesorios.

•  Pueden ser fabricados como chapa

metálica o mediante maquinados.

•  Categorizados por:

•  Posición en motor,

§  Método de diseño.

AllimagesareproprietaryinformaCon

FasesdediseñoDesarrollo de

Requisitos

Diseño Conceptual

Diseño Preliminar

Diseño de Detalle

Soporte

Etapa 2 (Revisión Preliminar) Validación del

Diseño

CerCficaciónEtapa 3

(Revisión Critica)

Etapa 1 (Selección del Concepto)

RequisitosdeDiseñoMecánicos: •  Soportar cargas estáticas y dinámicas.

•  Soportar cargas debidas a temperatura.

•  Soporta el peso de la propia instalación.

•  Ayuda a reducir vibraciones de los componentes soportados.

Funcionales: •  Estética, facilidad de mantenimiento.

•  Robustos y Fiables.

•  Bajo coste de adquisición y mantenimiento.

•  Fabricables.

CriteriosdeDiseño•  Materiales (Aluminio, Acero Inoxidable, Inconel, Titanio, etc..)

•  Normas de Diseño

•  Radios y ángulos de doblado,

•  Espesores,

•  Ancho de Ala y distancias a bordes,

•  Radios Exteriores y diámetros de agujeros,

•  Diámetros y geometría de agujeros. (Flotantes vs fijos).

•  Herramientas de ensamble y tolerancias de fabricación.

•  Uniones: tornillo tuerca > remachadas > soldaduras.

•  Tipos de inspecciones (visual, líquidos penetrantes, rayos X),

• 

ComportamientoMecánico•  Análisis Estático. Factor de reserva mayor de 1.5.

•  Análisis Modal. 1ª Frecuencia natural fuera del rango de frecuencias del motor.

*RoarksFormulasforStressandStrain

ProcedimientodediseñoDiseño

Preliminar 3D

Experiencia / Analogía

Cálculos a mano

FEM Preliminar

Etapa 2 (Revisión Preliminar)

Etapa 3 (Revisión Critica)

Etapa 1 (Selección del Concepto)

Diseño Final 3D

Diseño de Detalle

DiseñoPreliminar•  Diseño en contexto con maqueta electrónica.

•  Criterios de diseño automatizados:

•  Parámetros de diseño bajo estándares de cliente.

•  Power Copies.

•  Catálogos.

CustomizaciondeParámetros

Experiencia/Analogía•  Se usa principalmente con rediseños mas que en nuevos diseños.

•  Preferido en formas y geometrías no tan complejas.

•  Usado como referencia en soportes de componentes críticos.

Cálculosamano

•  Método sencillo de verificar que el diseño del soporte cumple con criterios mecánicos (especialmente modal).

•  Aplicable a rediseños y nuevos diseños.

•  Muy buena aproximación si el diseño no es complejo y se usan factores apropiados.

•  Usado como preliminar en soportes de componentes críticos, pero se deberá comprobar con un FEM.

5.1..

***

2732.1

***

**121

*

2.0

31

3

>=

=

=

=

=

σσπ

σ

FR

lmIEf

lFCamM

tbI

IyM

CálculosFEM•  CATIA – Generative Structure Analysis

•  Usado para soportes de componentes.

•  Fácil de usar por personal no especializado y con

conocimientos básicos de FEM.

•  Buena aproximación con mallados no tan complejos.

•  Excelentes resultados con geometría no tan compleja.

•  Bajo tiempo de iteración.

•  ANSYS •  Utilizado para soportes de accesorios.

•  Usado para análisis críticos (resonancia, FBO).

•  Mayor tiempo de iteración diseño-Analisis en comparación con CATIA .

•  Materiales. Tomados de base de datos existente en CATIA .

•  Masa de componentes a soportar (tubos, mazos eléctricos, accesorios, etc..).

•  Temperatura de trabajo y expansiones térmicas.

•  Cargas debidas a tolerancias de ensamble.

•  Cargas Inerciales (Comercial vs Militar).

•  Vibraciones debidas a operación del motor (N1, N2, Generador, etc…)

•  Cargas externas debidas al componente (actuadores, válvulas, intercambiadores de calor, etc..).

•  Restricciones (soldaduras, elementos de sujección, etc)

InputsparaCalculoFEM

•  Si los soportes son aceptados bajo los criterios mencionados se procede al detalle y revisión final junto con el ensamble completo.

•  Si no se acepta se hacen ajustes en base al modo de falla existente.

•  El diseño se optimiza en caso de que su margen de seguridad sea alto.

•  Reducción de espesor,

•  Modificación del diseño,

•  Remoción de material en zonas libres de esfuerzos.

AceptacióndeDiseño

Comentariosfinales-  El diseño de soportes de componentes externos es una actividad, que aunque parece sencilla, requiere de muchas herramientas de ingeniería y a la par de conocimientos teóricos básicos de Ingeniería, manejo de software, manufactura, etc... -  La robustez que CATIA ofrece para el diseño de estos componentes permite que una sola persona sea capaz de realizar un diseño optimo sin necesidad de iterar con diferentes grupos, lo que implica la reducción de tiempo de diseño. -  Los diversos productos CAD/CAE/CAM que ofrece CATIA ayudan de manera excelente a crear procesos eficientes de trabajo e ingenieria concurrente.

MUCHAS GRACIAS POR SU ASISTENCIA!!!