Diseño de vehículo de transporte para planta motriz GE CJ610 P r e s e n t a n : Artemio Sánchez Gómez Julio César Valladares Hernández ASESORES Dra. Isis Rodríguez Sánchez Ing. Apolinar García Sevilla
Diseño de vehículo de transporte para planta
motriz GE CJ610
P r e s e n t a n :Artemio Sánchez GómezJulio César Valladares Hernández
ASESORES Dra. Isis Rodríguez SánchezIng. Apolinar García Sevilla
Descripción del problema• Existen alrededor de 560 aeronaves en operación
que son propulsadas por la planta motriz General Electric, GE CJ610.• Se debe realizar un servicio de MRO (Maintenance,
reapair and overhaul) cada 5 años.• En el país no hay empresas que se dediquen a
realizar vehículos que permitan transportar y manipular motores aeronáuticos.
Justificación• Evitar daños a la planta motriz GE-CJ610• Manipular y transportar la planta motriz GE-CJ610
del Learjet 25 que se encuentra en UPIIG• Competir en el mercado de herramentales para
manipular la planta motriz GE-CJ610• En México importa a elevados costos los vehículos
de transporte para manipular las plantas motrices.
HipótesisLa implementación de un vehículo para transportar la planta motriz GE CJ610 fabricado de acero AISI 1020 con esfuerzo máximo de cedencia permisible de 350 MPa permitirá reducir el riesgo de daño en partes externas de la misma.
Objetivo generalElaborar el diseño y análisis estructural de un vehículo de transporte para la planta motriz GE CJ610 mediante los paquetes ANSYS 12 y Unigraphics NX v9, basándose en la metodología para el diseño de Dym, cumpliendo los estándares para el diseño y fabricación establecidos por la NASA, la ISO y la FAA.
Objetivos específicos• Realizar el diseño estructural de un vehículo de
transporte para la planta motriz GE CJ610 mediante el paquete Unigraphics NX v9, cumpliendo con los estándares para el diseño y fabricación establecidos por la NASA, la ISO y la FAA.• Comprobar la funcionalidad del vehículo de transporte
para la planta motriz GE CJ610 mediante el análisis estructural por método de elementos finitos, modelando el prototipo en el software ANSYS 12.• Elaborar los planos basándose en las normativas ISO
para su futura construcción en el software NX v9.
Metodología
Validación
Verificación
Producto
Especificaciones
Comunicación del diseño10. Documentar el
diseño
9. Afinar y optimizar diseño
7. Modelar o analizar diseño8. Probar y evaluar diseño
5. Establecer especificaciones de diseño
6. Generar alternativas
Diseño detallado
Diseño preliminar
Diseño conceptual
Definición del problema1. Aclaración de objetivos2. Establecer requerimientos del
usuario3. Identificar restricciones 4. Establecer funciones
Diseño conceptual
Diagrama esfuerzo-deformación
Dimensiones específicas para el diseño del VT-
CJ610.
Factor de seguridadFactor de seguridad de reserva:
Factor de seguridad límite:
Factor de seguridad última:
Acero AISI 1020
PROPIEDADES MECÁNICAS
Esfuerzo último 420 MPaEsfuerzo de cedencia 350 MPa
Elongación al fallar 15 %Módulo de elasticidad 186 GPa
Relación de Poisson 0.29
Diseño preliminar
Soportes del VT-CJ610Convenio de signos
• Las fuerzas se considerarán positivas cuando sean verticales y con dirección opuesta a la fuerza de gravedad.• El momento se considerará positivo cuando la
fuerza haga rotar al cuerpo rígido en sentido horario y se considerará negativo cuando la fuerza lo haga rotar en sentido antihorario.
Soportes del VT-CJ610Diagrama de cuerpo libre
𝑀 (𝑥 )=𝑃 (𝑥− 𝐿−𝑑𝐶𝑔𝑦)
Diagrama de momentos
Esfuerzos flexionantes
Selección de dimensiones VT-SV1-CJ610
𝐼= 𝜋 𝑑464
Selección de dimensiones VT-SV2-CJ610
Reducción del diámetroVT-SV1-CJ610
a=75mm, b=40mm
Reducción del diámetroVT-SV1-CJ610
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120250260270280290300310320330340
0<x≤a a<x≤b
Longitud del sujetador (mm)
Esfu
erzo
del
suje
tado
r (M
Pa)
"𝜎(𝑥)=" ("32𝑃(𝐿+" 𝑑_(𝑐_(𝑔_𝑦 ) ) "−𝑥)" )/("𝜋" 𝑑^3 " " )"𝜎(𝑥)=" ("32P" (𝐿+𝑑_(𝑐_(𝑔_𝑦 ) )−𝑥))/("𝜋" (𝑑−(𝑥−𝑎)((𝑑−𝑑_𝑖)/𝑏))^3 )
Análisis de torsiónVT-SV1-CJ610
Análisis de torsiónVT-SV2-CJ610
para una sección rectangular con relación de se tiene
Modelo CAD
VEHÍCULO DE TRANSPORTE
VT-CJ610
VT-MI1-CJ610
VT-MI1-CJ610-FL
VT-MLL-CJ610
VT-MS1-CJ6104
VT-SV1-CJ610
VT-SV2-CJ610
Descripción del modelo de
elementos finitos
Mallado
VT-S
V1-C
J610
VT-S
V2-C
J610
Condiciones de Contorno del modelo
Tipos de contacto usados
Contacto Aplicación
Bonded always Soldaduras y uniones
Constraint ecuations Simular la carga del motor
Restricciones
UXUZ
Restricción de desplazamientos en coordenadas:
VT-SV1-CJ610 VT-SV2-CJ610
Cargas
Casos de carga.CASO CONDICION CARGA
ESTATICO Estático 1G 1926.73 NVIRAJE Límite 8092.27N
ESTATICO Última 12138.42 N
De acuerdo con la logística propuesta para el transporte de un motor se han considerado 3 posibles casos de carga: Estatico, Viraje y un caso ultimo.
Los valores de los casos de carga se han obtenido siguiendo los lineamientos del FAR 23.303 Airworthiness standards.
Configuración del modelo• Análisis estático estructural• El carro trabajará a una temperatura ambiente.• Los materiales considerados son los descritos
anteriormente.• No se considera plasticidad.
Análisis de resultados
Tiempo de solución
CONFIGURACION NODOS TIEMPO
VT-SV1-CJ610 266885
VT-SV2-CJ610 646712
Teoria de falla• La teoría de energía de deformación máxima predice que la
falla por fluencia ocurre cuando la energía de deformación total por unidad de volumen alcanza o excede la energía de deformación por unidad de volumen correspondiente a la resistencia a la fluencia en tensión o compresión del mismo material.
VT-SV1-CJ610 -ResultadosResultados para el vehículo de transporte con configuración VT-SV1-CJ610.
CASO 1G 4.8G VIRAJE 6.3 ÚLTIMA
PIEZA SEQV [MPa] n SEQV [MPa] n SEQV [MPa] nSujetador 53.65 6.52 257.55 1.35 338.05 1.04
Estructura base 39.55 8.85 189.83 1.84 249.15 1.41
53.66 MPa 257.55 MPa 338.05 MPa
VT-SV2-CJ610 -ResultadosResultados para el vehículo de transporte con configuración VT-SV2-CJ610.
CASO 1G 4.8G VIRAJE 6.3 ÚLTIMAPIEZA SEQV [MPa] n SEQV [MPa] n SEQV [MPa] n
Sujetador 128.11 2.73 590.98 0.59 807.88 0.43
Estructura base 50.05 6.99 182.60 1.92 315.09 1.11
128.11 MPa 590.98 MPa 807.88 MPa
Análisis de soldaduraDe acuerdo con las normas Europeas UNE14035 y BS-EN1993-1-8-2005, el calculo de resistencia de soldaduras se realiza considerando las fuerzas que son transmitidas de un elemento a otro.
σ┴ es el esfuerzo normal perpendicular a la garganta.σ ║es el esfuerzo normal paralelo al eje de soldaduraτ ┴ es el esfuerzo cortante (en el plano de la garganta) perpendicular al eje de soldadura
𝜎𝐶=√𝜎┴2+3(𝜏┴
2+𝜏║2)
σc es el esfuerzo ficticio a las cargas transmitidas.
Teniendo el esfuerzo ficticio este se compara con el esfuerzo de cedencia del material.
Análisis de soldadura
Resultados de soldadura para el vehículo de transporte con configuración VT-SV1-CJ610Nombr
e
Tamaño de cordón
[mm]
Longitud efectiva
[mm]
Máximo esfuerzo de soldadura
[MPa]
Permisible[MPa]
Factor de
reservaWELD1 5 130 263.38 350.0 1.37WELD2 5 130 91.59 350.0 3.93WELD3 5 260 21.14 350.0 17.03WELD4 5 130 245.91 350.0 1.46WELD5 5 130 85.65 350.0 4.20WELD6 5 260 21.14 350.0 17.03WELD7 8 100 166.54 350.0 2.16WELD8 5 200 26.76 350.0 13.45WELD9 8 200 152.03 350.0 2.37
WELD10 5 280 56.18 350.0 6.37
Planos
Normativa implementada• ISO 2768-1: 1989. Tolerances for linear and angular
dimensions without individual tolerance indications.• ISO 2768-2: 1989. Geometrical tolerances for features without
individual tolerance indications.• ISO 7200: 2004. Data fields in title blocks and document
headers.• ISO 1101: 2012. Tolerances of form, orientation, location and
run-out.• ISO 128-24: 2014. Lines on mechanical engineering drawings.• ISO 2553: 2013. Welded joints.• ISO 128-34: 2001. Views on mechanical engineering drawings.
Conclusiones• La configuración del vehículo de transporte que cumple
satisfactoriamente los objetivos, hipótesis y los distintos lineamientos que se han establecido que para el desarrollo del presente trabajo de tesis es la configuración VT-SV1, para el cual, el máximo esfuerzo de Von Mises que se da en la estructura es de 338.04 MPa, valor por debajo del esfuerzo de cedencia de 350 MPa, sometido una carga estática última, experimentando 6.3 veces la gravedad. De esta manera se puede asegurar que el vehículo de transporte para la planta motriz CJ-610 con configuración de sujetador VT-SV1 cumple satisfactoria y conservativamente con todo lo propuesto en la presente investigación.
• El análisis de soldadura para la configuración elegida muestra que el esfuerzo generado en las soldaduras es menor que el límite elástico del material, cumpliendo también lo establecido en este documento.