MEMORIA ATRIL DE TRANSPORTE MAIN FRAME MP 1000.pdf

MEMORIA DE CÁLCULO MEDIANTE EL MÉTODO

MEF ATRIL TRANSPORTE MAIN FRAME MP 1000

REV DESCRIPCION

CALCULO REVISOR CLIENTE FECHA

A ATRIL DE TRANSPORTE C Mancilla Analisis END Metso 24/10/2014

Pedro Aguirre Cerda 15600, La Chimba

Fono: 89898279 / email: [email protected] http://www.analisis-end.cl

INDICE

1.0 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 3

2.0 OBJETIVOS ......................................................................................................... 3

3.0 METODOLOGÍA DE TRABAJO. ............................................................................. 4

4.0 NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO ........................................................................ 5

5.0 TIPO DE MALLA RESULTANTE .............................................................................. 9

6.0 GRAVEDAD ......................................................................................................... 9

7.0 TIPO DE MATERIAL ........................................................................................... 10

8.0 CONDICIONES REALES Y CALCULO ANALITICO ................................................... 10

9.0 DATOS DE ENTREGA ......................................................................................... 11

10.0 CARGAS Y RESTRICCIONES ................................................................................ 12

11.0 RESULTADOS DE TENSIONES ............................................................................. 13

12.0 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS ................................................................ 14

13.0 PRESIÓN DE CONTACTO.................................................................................... 14

14.0 FACTOR DE SEGURIDAD .................................................................................... 15

15.0 RESUMEN DE RESULTADOS .............................................................................. 16

16.0 ANÁLISIS DE SOLDADURA MEDIANTE EL MÉTODO MEF .................................... 16



1.0.- INTRODUCCIÓN

El MEF se ha vuelto una solución para la tarea de predecir los fallos debidos a tensiones

desconocidas enseñando los problemas de la distribución de tensiones en el material y

permitiendo a los diseñadores ver todas las tensiones involucradas.

Este método de diseño y prueba del producto es mejor al ensayo y error en donde hay

que mantener costos de manufactura asociados a la construcción de cada ejemplar para

las pruebas.

Las grandes ventajas del cálculo por ordenador se pueden resumir en:

Hace posible el cálculo de estructuras que, bien por el gran número de

operaciones que su resolución presenta (formas geométricas complejas) o por lo

tedioso de las mismas las cuales eran, en la práctica, inabordables mediante el

cálculo manual.

En la mayoría de los casos reduce a límites despreciables el riesgo de errores

operativos. El resultado de estos ensayos se utilizará para resolver si el atril de

trasporte Main Frame MP 1000 en estudio, es capaz o se encuentra dentro de un

rango de comportamiento estructural admisible, cuyas condiciones de carga y

conclusiones se especifican en detalle en éste informe. Para éste análisis se utilizó

el método de los Elementos Finitos, mediante el cual se obtuvo el campo de

esfuerzos para todos los sectores de la estructura.

2.0.- OBJETIVOS

El presente informe tiene como objetivo determinar las concentraciones de

tensiones, deformaciones, factor de seguridad (FDS) y desplazamientos producidos

por las cargas a las que se encuentra sometida el atril de trasporte Main Frame MP

1000, de esta forma se realizará un diagnóstico y entregará una conclusión acorde

con los resultados obtenidos.

Con los resultados obtenidos se determinará si el atril de trasporte Main Frame MP

1000 según modelado dimétrico es capaz de soportar las cargas aplicadas, si no es

así se realizarán las recomendaciones necesarias para que dicha cruz (Porta

neumáticos) pueda tener un comportamiento estructural dentro de los intervalos

permitidos.



3.0 METODOLOGÍA DE TRABAJO

El estudio estructural del atril de trasporte Main Frame MP 1000 se realizó utilizando el

método numérico y de elementos finitos. Método el cuál comprende la resolución

numérica de problemas de ingeniería, entregando resultados de gran exactitud.

El software utilizado para la realización de estos cálculos, fue inventor profesional

Simulation premiun (Licencia de software al día). Obteniendo los resultados de

deformación (desplazamiento, esfuerzos de deformación y factores de seguridad).

Es necesario resaltar que los ensayos realizados fueron hechos utilizando la Teoría de la

máxima energía de distorsión (Esfuerzos de Von Mises), así como también el teorema del

máximo esfuerzo cortante (Teorema de Tresca).

CRITERIO DE VON MISES

La teoría de falla de Von Mises supone que ésta se produce cuando el esfuerzo efectivo de

Von Mises, ’ iguala a la resistencia a la fluencia determinada en una prueba de tracción

estándar 0, es decir, para el caso de tensiones en tres dimensiones:

0

2222226

2

1' yzxzxyzyzxyx

o bien, en función de los esfuerzos principales:

0

2

32

2

31

2

212

1'

Para el caso de esfuerzo plano, con 3 = 0:

021

2

2

2

1

222 3' xyyxyx



CRITERIO DE TRESCA

Establece que la falla se produce cuando el esfuerzo de corte máximo en un componente iguala la resistencia al corte en el punto de fluencia determinado en un ensayo de tracción. En el caso de metales dúctiles, esta resistencia a la fluencia en corte resulta ser igual a la mitad de la resistencia a la fluencia en tracción, es decir:

002

1

Por consiguiente, ocurrirá falla cuando el esfuerzo de corte máximo aplicado sea igual a la resistencia de fluencia en corte del material, es decir:

00max2

1

Pero, como se determinó en , el esfuerzo de corte máximo queda establecido a partir de los esfuerzos principales de la forma siguiente:

2

,2

,2

323121

max

Máx

TIPO DE ELEMENTO FINITO UTILIZADO PARA LA MODELACIÓN.

El tipo de elemento utilizado para la modelación fue el tipo sólido brick. Los

elementos sólidos flexibles 3-D se utilizan para simular el comportamiento de sólidos.

Estos elementos también están disponibles con formulaciones de alto orden (nodos

intermedios). Tal formulación es apropiada cuando el sólido experimenta flexión. La

ventaja de utilizar este modelo es que es la representación más exacta a la realidad ya que

considera todas las piezas del modelo, los tipos utilizados se muestran en la figura

siguiente.

Tipo de Elemento Finito utilizado para la modelación



4.0 NORMAS Y CÓDIGOS DE DISEÑO

Sin perjuicio de lo establecido en la presente especificación, que tendrá carácter de

prioritario en la fabricación de la estructura, deberán cumplirse las siguientes normas, en

su última edición, las cuales forman parte integrante de esta especificación:

NORMAS DEL INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN

NCh 203 Acero para uso estructural. Requisitos.

NCh 304 Electrodos para soldar al arco manual. Terminología y Clasificación.

NCh 308 Examen de soldadores que trabajan con arco eléctrico.

AMERICAN WELDINGS SOCIETY – AWS

AWS D1.1 Structural Welding Code

AWS A5.1 Specification for Covered Carbon Steel Arc Welding Electrodes.

AWS A5.5 Specification for Low Alloy Steel Covered Arc Welding Electrodes.

AWS A.517 Specification for Carbon Steel Electrodes and Fluxes for Submerged Arc

Welding.

NOTA:

En caso que se produzca discrepancias entre normas nacionales y extranjeras,

prevalecerán las más estrictas.

ACERO ESTRUCTURAL

Los perfiles de acero estructural serán laminados, soldados o plegados. Se usará un acero

de ductilidad probada de acuerdo a las normas y códigos mencionados. Las calidades de

acero estructural serán las siguientes:

Normas NCh 203, calidades A37-24ES, A42-27ES, A52-34ES.

Normas ASTM A36, ASTM A572.



TOLERANCIAS

Las tolerancias de fabricación de perfiles serán las contenidas en las Normas:

NCh 428 y NCh 730 con las exigencias adicionales indicadas a continuación:

Las tolerancias de fabricación en taller en cualquier dimensión, no podrán exceder de

aquellas que perjudiquen el correcto montaje y la perfecta conservación y validez de la

geometría teórica que ha sido calculada con 1 mm de precisión. Salvo los casos anteriores,

se considera aceptable una tolerancia de +-0,1% respecto de las teóricas. Para piezas de

largo menor de 1 metro, la tolerancia aceptable será de +-1 mm.

CONEXIONES

En general las conexiones serán soldadas

CONEXIONES SOLDADAS

Salvo indicación contraria en los planos o en esta especificación, todas las soldaduras

serán realizadas por procedimientos automáticos.

La ejecución de las conexiones soldadas se hará con soldadores calificados, según esta

especificación (P.Q.R) del fabricante.

Las operaciones de soldadura del acero estructural deberán cumplir con el código AWS

D1.1 y con la “Specification for Structural Steel Buildings” del AISC.

ETAPA DE FABRICACIÓN

Calidad de soldadores

Procedimientos de fabricación

Armado y dimensiones de las piezas antes de soldar

Calidad de las soldaduras

Elementos terminados

Embarque sobre medio de transporte

Nómina del personal que intervendrá en la fabricación, armado e inspección con

sus respectivos cargos y calificación



ETAPA DE FABRICACIÓN

Calidad de los materiales que sean de aporte del Contratista de montaje

Estado de equipos y herramientas

Calificación de soldadores

Replanteo de ejes, cotas y elevaciones básicas del proyecto

Secuencia de fabricación (PQR)

Conexiones soldadas

Pintura

Nómina del personal que intervendrá en la etapa de fabricación

inspección con sus respectivos cargos y calificación.

5.0 TIPO DE MALLA RESULTANTE

Número total de nodos 78697

Número total de elementos 38898

Cociente máximo de aspecto 21.146

% de elementos cuyo cociente de aspecto es < 3 99.8

% de elementos cuyo cociente de aspecto es > 10 0.00895

% de elementos distorsionados (Jacobiana) 0

Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:65

Nombre de computadora: INGENIERIA



6.0 GRAVEDAD

Load Type Gravity

Magnitude 9810.000 mm/s^2

Vector X 0.000 mm/s^2

Vector Y -0.000 mm/s^2

Vector Z -9810.000 mm/s^2

7.0 TIPO DE MATERIAL

Name Steel

General

Mass Density 7,85 g/cm^3

Yield Strength 207 MPa

Ultimate Tensile Strength 345 MPa

Stress

Young's Modulus 210 GPa

Poisson's Ratio 0,3 ul

Shear Modulus 80,7692 GPa

8.0 CONDICIONES REALES Y CÁLCULO ANALÍTICO

De acuerdo a la información entregada por el mandante las condiciones de cargas para el

análisis de MEF están descritas en la siguiente tabla.

Datos Descripción

Fuerza aplicada conjunto llanta neumático 48.000 Kg

Fuera generada por la estructura (peso propio) (G) Entregada por solid Works profesional



DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y FUNCIÓN

El atril fue diseñado para matener fijo el MAIN FRAME al momento de trasladarlo

mediante un puente grua, acontinuacion se muestra una vista dimétrica del atril y una

vista frontal de la maniobra al momento de trasladarlo.



10.0 CARGAS Y RESTRICCIONES

FUERZA 48.000 KG.

Restricciones



11.0 RESULTADOS DE TENSIONES

TENSIÓN PRINCIPAL 125,2 MPA (VON MISES)

PRIMERA TENSIÓN PRINCIPAL



12.0 RESULTADOS DE DESPLAZAMIENTOS

DESPLAZAMIENTO SON DE: 12,41 MM

13.0 PERCEPCIÓN DE DISEÑO



14.0 FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDAD OBTENIDO ES DE 1,65 UL

15.0 RESUMEN DE LOS RESULTADOS.

Tabla 1. Resumen de los resultados de esfuerzos y desplazamientos.

CONCLUSIONES

Para el atril de traslado se aplicó una fuerza de 48.000 kg, por placas de 32 mm superior tomando como restricción las bases inferiores de cada viga HEA 300 donde se realizó la restricción con el suelo. El estudio permite comprobar que el atril de traslado si alcanza una buena distribución de esfuerzos, factor de seguridad de 1,65 ul. Nota: Respetar normas establecidas en dicha memoria de cálculo, realizar análisis de ultrasonido para cada junta de soldadura.



15.0 RESUMEN DE RESULTADOS

Name Minimum Maximum

Von Mises Stress 0,00141853 MPa 125,193 MPa

1st Principal Stress -16,7163 MPa 60,8166 MPa

3rd Principal Stress -123,119 MPa 14,7019 MPa

Displacement 0 mm 12,4136 mm

Safety Factor 1,65345 ul 15 ul

Stress XX -53,5974 MPa 24,7876 MPa

Stress XY -48,4863 MPa 34,209 MPa

Stress XZ -18,9461 MPa 18,9258 MPa

Stress YY -112,084 MPa 60,3324 MPa

Stress YZ -19,1719 MPa 18,5386 MPa

Stress ZZ -64,7954 MPa 26,4169 MPa

X Displacement -9,37728 mm 9,3957 mm

Y Displacement -6,25972 mm 6,27453 mm

Z Displacement -12,3869 mm 1,42852 mm

Equivalent Strain 0,0000000121789 ul 0,000528439 ul

1st Principal Strain -0,00000386662 ul 0,000260084 ul

3rd Principal Strain -0,000585716 ul 0,00000132103 ul

Strain XX -0,000213689 ul 0,000180509 ul

Strain XY -0,000300154 ul 0,00021177 ul

Strain XZ -0,000117285 ul 0,00011716 ul

Strain YY -0,000517399 ul 0,000234635 ul

Strain YZ -0,000118683 ul 0,000114763 ul

Strain ZZ -0,000279554 ul 0,000134783 ul

Contact Pressure 0 MPa 242,753 MPa

Contact Pressure X -82,1256 MPa 128,407 MPa

Contact Pressure Y -150,285 MPa 146,339 MPa

Contact Pressure Z -136,081 MPa 188,422 MPa



16.0 MODELACIÓN EN 3D DEL VISEL

17.0 MODELACIÓN EN 3D DEL CORDÓN DE SOLDADURA CON VISEL



18.0 ANÁLISIS SOLDADURA DOBLE VISEL

TENSIÓN MÁXIMA 118 MPA

18.0 ANÁLISIS SOLDADURA DOBLE VISEL

TENSIÓN MÁXIMA 118 MPA

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