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Lázaro Duarte, Carlos VelascoIngeniería de Refrigeradores. Mabe Tecnología y Proyectos
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
Contenido
1. Caracterización de materiales
2. Etapas para el desarrollo del modelo de elementos finitos
3. Características del modelo de elementos finitos
4. Descripción de las evaluaciones estructurales
5. Aspectos de mecánica experimental
6. Validación de modelos numéricos
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
COMPONENTES METALICOS(ACERO)
COMPONENTES PLASTICOS(ABS, HIPS, PU)
COMPONENTES METALICOS(ACERO)
COMPONENTES PLASTICOS(ABS, HIPS, PU)
PUERTACONGELADOR
PUERTAALIMENTOS
Caracterización de materiales en puertas
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
COMPONENTES METALICOS
COMPONENTES PLASTICOS
Caracterización de materiales en gabinete
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
PROBETAS HIPS/ABS/PU
PROBETAS ACERO
LAS PROBETAS DE MATERIALES PLASTICOS / METALICOS SE TOMARON DE MUESTRAS DE PUERTAS Y GABINETE DE PRODUCCION ACTUAL.
Caracterización de materiales
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
PROBETAS HIPS / ABS
PROBETAS PU
CURVAS ESFUERZO DEFORMACION
MODULO DEELASTICIDAD
MODULO DEPOISSON
μ, σ
MODULO DEELASTICIDAD
MODULO DEPOISSON
μ, σ
CURVAS ESFUERZO DEFORMACION
Caracterización de materiales
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
MODULO DEELASTICIDAD
MODULO DEPOISSON
μ, σ
PROBETAS ACERO
Caracterización de materiales
UNA VEZ DETERMINADAS LAS PROPIEDADES CONSTITUTIVAS DE LOS MATERIALESQUE CONTRIBUYEN A LA ESTRUCTURA TANTO DE LAS PUERTAS COMO DEL GABINETE
SE PROCEDE A ALIMENTAR LOS MODELOS DE ELEMENTOS FINITOS CON ESTA INFORMACION.
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Reparargeometría
Creaciónsello
Generarespuma Mallado
Gabinete
Puerta alimentos
Puerta congelador
Etapas para el desarrollo del modelo de elementos finitos
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
Modelo con elementos finitos:
• Shell63 para láminas, liners y forros• Solid45 para sólidos• Interacciones con acoplamientos, elementos MPC184, regiones adyacentes y áreas compartidas• Análisis cuasi – estático• Comportamiento lineal – elástico.
Mallado libre
• Rapidez en el mallado• Entre 8 y 10 veces más elementos que con un mallado mapeado• Menor capacidad de aproximación de elementos tetraédricos
Características del modelo de elementos finitos
Mallado mapeado y barrido
• Mejor aproximación de la discretización• Menor número de grados de libertad• Mayor control de la malla
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
Condición representada Condiciones de frontera
Grados de libertad UX UY UZ RotX RotY RotZ
Bisagra inferior alimentos
Bisagra intermedia (alimentos)
Bisagra intermedia (congelador)
Bisagra superior congelador
Tipo de carga Fx Fy Fz Mx My Mz
Alimentos: anaqueles intermedios
Alimentos: anaquel inferior
Congelador: anaqueles
Condición representada Condiciones de frontera
Grados de libertad UX UY UZ RotX RotY RotZ
Bisagra inferior alimentos
Bisagra intermedia (alimentos)
Bisagra intermedia (congelador)
Bisagra superior congelador
Evaluación estructural del sub – ensamble puertas
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
MECANICA EXPERIMENTAL
Necesidad: determinación de la magnitud de las fuerzas de sujeción que experimenta el refrigerador durante las evaluaciones estructurales.
Alternativas de bajo costopara medición de fuerza
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
y = 18.445197440x - 0.791386667
y = 12.88451494x + 0.20698257
y = 15.24556099x + 0.79458306
y = 17.79779908x + 0.02192022
y = 4.77482006006108x + 0.13083886039003
TRANSDUCTOR DE FUERZA
MODELO 3D PRO-E MODELO NUMERICO ANSYS SOLUCIONTIPO DE ELEMENTO : SOLID95HEXAEDROS / TETRAHEDROS
MIC
RO
DEF
OR
MA
CIO
NES
CARGA
PARA CALIBRAR EL TRANSDUCTOR SE APLICARON CARGAS CONOCIDAS Y SE ADQUIRIERON LAS MICRODEFORMACIONES RESULTANTES PARA DETERMINAR LAS ECUACIONES QUE RELACIONARAN LAS MICRODEFORMACIONES TOMADAS DURANTE LA PRUEBA DE GABINETE Y LAS REACCIONES QUE ACTUAN EN EL TRANSDUCTOR PARA POSTERIORMENTE APLICARLAS AL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DEL GABINETE.
VALIDACION
CALIBRACION
MECANICA EXPERIMENTAL
MATERIAL : ALUMINIO
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
[2] Strain[4] Strain[5] Strain
MIC
RO
DEF
OR
MA
CIO
NES
TIEMPO
[2] Fuerza[4] Fuerza[5] Fuerza
FUER
ZA
TIEMPO
y = 18.445197440x - 0.791386667
y = 12.88451494x + 0.20698257
y = 15.24556099x + 0.79458306
y = 17.79779908x + 0.02192022
y = 4.77482006006108x + 0.13083886039003
MIC
RO
DEF
OR
MA
CIO
NES
CARGA
MECANICA EXPERIMENTAL
ADQUISICION DE DATOS
DE ESTA MANERA CON UN ADQUISIDOR DE DATOS Y UN ECUACION DE TRANSFERENCIA SE OBTUVIERON LAS FUERZAS DE REACCION QUE ACTUAN EN EL GABINETE DURANTE LAS EVALUACIONES DEL SUBENSAMBLE DE GABINETE Y DE LA UNIDAD COMPLETA.
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
LABORATORIO
MODELO ELEMENTOFINITO
SOLUCION
TRANSDUCTOR
Evaluación estructural del sub – ensamble gabinete
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
GABINETECON CARGA DE PRUEBA
PUERTAS FZ / FFCON CARGA DE PRUEBA
+
MODELO NUMERICOREFRIGERADOR COMPLETO
Evaluación estructural del refrigerador completo
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Corr
elac
ión
2 3 4Indicador
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cor
rela
ción
2 3 4 5
Indicador
PuertaCongelador
PuertaAlimentos
Validación de modelo numérico sub – ensamble puertas
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
Cor
rela
ción
1 2 5 6
Indicador
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
Cor
rela
ción
1 2 3 4 11 12 22
Indicador
Refrigeradorcompleto
Gabinete
Validación de modelo numérico – refrigerador completo
Refrigerador completo
Aspectos del desarrollo y validación del modelo en ANSYSde un refrigerador MABE
Perspectiva para modelados futuros
Areas de oportunidad
• Determinación de constantes para modelos constitutivos no – lineales• Análisis no – lineal
• Contactos• Ecuaciones constitutivas no – lineales
• Eficiencia del mallado• Análisis de campos acoplados
Análisis termoestructuraly submodelado
Mallado con ANSYS tradicional
Mallado con ANSYS ICEM