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Miguel Ernesto Gutierrez Elías Ledesma Israel Martínez DISEÑO Y MODELADO DE SUJETADOR PARA PRUEBAS CRIOGÉNICAS DE TENSIÓN DE UN MATERIAL COMPUESTO

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Miguel Ernesto Gutierrez Elías Ledesma

Israel Martínez

DISEÑO Y MODELADO DE SUJETADOR PARA PRUEBAS CRIOGÉNICAS DE

TENSIÓN DE UN MATERIAL COMPUESTO

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• Objetivo

• Prueba a tensión

• Problema básico

• Solución propuesta

• Aspectos relevantes del análisis

• Resultados obtenidos

• Conclusiones

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OBJETIVO

Diseñar un sujetador para pruebas criogénicas de tensión de un material compuesto utilizando ANSYS

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PRUEBA A TENSIÓN

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ENSAMBLE DEL SUJETADOR

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El problema se presenta en el adhesivo, elcual mantiene unidos al sujetador y laprobeta, se despega o falla estructuralmente

PROBLEMA BÁSICO

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SOLUCIÓN PROPUESTA

Con el objetivo de transferir de manera más eficiente las cargas sobre el adhesivo se proponen cuatro modelos

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MODELO CILÍNDRICO

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MODELO CÓNICO

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MODELO ESFÉRICO

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MODELO MIXTO

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CONSIDERACIONES

• Análisis estático no lineal

• Simplificación en los modelos

• Cargas involucradas: tensión y temperatura

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ANALISIS ESTÁTICO

La carga fue aplicada a baja velocidad de tal forma que la variación de la carga no fue un factor que influyera en los resultados finales

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Omisión de cuerdas y aplicación de simetría respecto a los planos 1 y 2

SIMPLIFICACIÓN DE LOS MODELOS

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Carga de tensión en el extremo (presión) y una temperatura uniforme de -193 oC .

CARGAS

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RESTRICCIONES

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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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ANÁLISIS NO LINEALAdhesivo

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• Para todos los pasos de carga se aplicaron las mismas restricciones

• PRIMER PASO: Temperatura uniforme

• SEGUNDO PASO: Carga de tensión

• TERCER PASO: Carga de tensión-temperatura

PASOS DE CARGA

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TRAYECTORIAS SOBRE LAS CUALES SE GRAFICARON LOS RESULTADOS

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Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo mixto

RESULTADOS PARA EL PRIMER PASO DE CARGAEsfuerzos de Von Mises

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Esfuerzo de Von Mises

Esfuerzo plástico equivalente

Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo1

GRÁFICAS DE ESFUERZO PLÁSTICO EQUIVALENTE Y ESFUERZO DE VON MISES PARA LA TRAYECTORIA 1

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MODELO CILÍNDRICO MODELO CÓNICO MODELO ESFÉRICO MODELO 1

Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo

Trayectoria 1 0.3816937E08 0.25923E08 0.5153277E08 0.2094647E08 0.3448910E08 0.2006096E08 0.434381E08 0.220213E08

Trayectoria 2 0.450584E08 0.11205E08 0.5484735E08 0.1076229E08 0.4048807E08 0.1033011E08 0.482764E08 0.1056738E08

Trayectoria 3 0.445787E08 0.927211E07 0.5354473E08 0.959793E07 0.4006832E08 0.896943E07 0.4727259E08 0.941255E07

Trayectoria 4 0.433611E08 0.173265E08 0.5536471E08 0.1370162E08 0.3985265E08 0.1336279E08 0.4802736E08 0.1349624E08

Trayectoria 5 0.4296821E08 0.1641546E08 0.5465677E08 0.1299623E08 0.3964427E08 0.1277611E08 0.4736687E08 0.1277765E08

Mapa de esfuerzos 0.52E08 0.38E07 0.696E08 0.349951E06 0.447E08 0.274578E06 0.593E08 0.125E07

Deflexión Máxima 0.411E-03 0.493E-03 0.416E-03 0.44E-03

TABLA DE RESULTADOS PARA EL PRIMER PASO DE CARGA

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Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo1

RESULTADOS PARA EL SEGUNDO PASO DE CARGA Esfuerzos de Von Mises

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Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo mixto

GRÁFICAS DE ESFUERZO PLÁSTICO EQUIVALENTE Y ESFUERZO DE VON MISES

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MODELO CILÍNDRICO MODELO CÓNICO MODELO ESFÉRICO MODELO MIXTO

Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo

Trayectoria 1 0.262144E09 0.14501E07 0.3198188E09 0.38901E07 0.2359553E09 0.15621E07 0.23775E09 0.19551E07

Trayectoria 2 0.141674E09 0.947E06 0.1619469E09 0.19218E07 0.1343774E09 0.10009E07 0.1342886E09 0.12246E07

Trayectoria 3 0.130197E09 0.8961E06 0.1477326E09 0.20508E07 0.1211576E09 0.9439E06 0.123723E09 0.11683E07

Trayectoria 4 0.197614E09 0.11363E07 0.2299114E09 0.12727E07 0.1884873E09 0.12201E07 0.1704144E09 0.1158E07

Trayectoria 5 0.191494E09 0.11083E07 0.222503E09 0.12473E07 0.1837568E09 0.11952E07 0.1642426E09 0.10673E07

Mapa de esfuerzos 0.371E09 0.655845E06 0.463E09 0.955615E06 0.321E09 0.170007E06 0.328E09 0.629254E06

Deflexión Máxima 0.3441E-2 0.3496E-02 0.3488E-02 0.351E-02

TABLA DE RESULTADOS PARA EL SEGUNDO PASO DE CARGA

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τxy

τyz

τxz

Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo mixto

ESFUERZOS CORTANTES PARA LA TRAYECTORIA 1

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Modelo cilíndrico Modelo cónico Modelo esférico Modelo mixto

Mapa de esfuerzos Gráfica

Mapa de esfuerzos Gráfica

Mapa de esfuerzos Gráfica

Mapa de esfuerzos Gráfica

τxy 0.178E09 0.9754782E08 0.229E09 0.120369E09 0.154E09 0.8777269E08 0.162E09 0.8982667E08

τyz -0.212E09 -0.114847E09 -0.266E09 -0.1389373E09 -0.183E09 -0.1033116E09 -0.187E09 -0.1024847E09

τxz -0.238E08 -0.137772E08 -0.371E08 -0.1654027E08 -0.171E08 -0.1333695E08 -0.298E08 -0.1542107E08

TABLA DE RESULTADOS DE ESFUERZO CORTANTE PARA EL SEGUNDO PASO

DE CARGA

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Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelomixto

RESULTADOS PARA EL TERCER PASO DE CARGAEsfuerzos de Von Mises

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Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo mixto

GRÁFICAS DE ESFUERZO PLÁSTICO EQUIVALENTE Y ESFUERZO DE VON MISES

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MODELO CILÍNDRICO MODELO CÓNICO MODELO ESFÉRICO MODELO MIXTO

Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo

Trayectoria 1 0.2770628E09 0.240501E08 0.3605939E09 0.210445E08 0.2443835E09 0.178331E08 0.2679141E09 0.203144E08

Trayectoria 2 0.159222E09 0.107657E08 0.1951851E09 0.11332E08 0.1450937E09 0.94910E07 0.1594954E09 0.100402E08

Trayectoria 3 0.1473195E09 0.90772E07 0.1795523E09 0.103072E08 0.131674E09 0.85854E07 0.1477214E09 0.91019E07

Trayectoria 4 0.2149001E09 0.16308E08 0.2665904E09 0.140795E08 0.1991527E09 0.120207E08 0.1982477E09 0.126412E08

Trayectoria 5 0.2083158E09 0.155093E08 0.2578961E09 0.134696E08 0.1941771E09 0.115726E08 0.1913289E09 0.120144E08

Mapa de esfuerzos 0.398E09 0.429E07 0.525E09 0.416E07 0.337E09 0.197E07 0.375E09 0.25E07

Deflexión Máxima 0.334E-2 0.3411E-02 0.3378E-02 0.3455E-02

TABLA DE RESULTADOS PARA EL TERCER PASO DE CARGA

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τxy

τyz

τxz

Modelo cilíndrico. Modelo cónico.

Modelo esférico. Modelo mixto

ESFUERZOS CORTANTES PARA LA TRAYECTORIA 1

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Modelo cilíndrico Modelo cónico Modelo esférico Modelo mixto

Mapa de esfuerzos GráficaMapa de esfuerzos Gráfica

Mapa de esfuerzos Gráfica

Mapa de esfuerzos Gráfica

τxy 0.193E09 0.103872E09 0.261E09 0.1363359E09 0.163E09 0.9193673E08 0.187E09 0.101924E09

τyz -0.23E09 -0.1216395E09 -0.303E09 -0.1570723E09 -0.193E09 -0.10701E09 -0.216E09 -0.1161765E09

τxz -0.194E08 0.1459686E08 -0.309E08 0.1395168E08 0.159E08 0.1404805E08 -0.249E08 0.1459177E08

TABLA DE RESULTADOS DE ESFUERZO CORTANTE PARA EL TERCER PASO DE

CARGA

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CONCLUSIONES• Los resultados demuestran que un cambio en

la sección transversal del sujetador cambia el efecto de las cargas sobre el adhesivo

• Cualitativamente tanto mapas de esfuerzo como gráficas son semejantes entre un modelo y otro, sin embargo la diferencia de los valores de esfuerzo obtenido es evidente

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CONCLUSIONES

• Los resultados obtenidos demuestran que elmejor modelo es el modelo esférico. Del cualse obtuvieron los valores más bajos deesfuerzo de Von Mises y esfuerzos cortantespara los tres pasos de carga

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[email protected]@salamanca.ugto.mx