El capítulo tercero del presente trabajo discute los principales resultados obtenidos de la modelación del chasis rectangular perteneciente a la propuesta de ómnibus cubano desarrollada por el Centro de Investigación y Desarrollo del Transporte CID DCM TRANS, modelación efectuada con base en el software SAP 2000 v-12.Se enfatiza entre otros aspectos: la influencia del sistema de suspensión en el comportamiento estructural del chasis, a partir de la comparación de los estados tensionales obtenidos en el análisis estático de la estructura y los resultados de la modelación empleando vínculos no convencionales como apoyos, así como la posición idónea para la ubicación de la unión de los perfiles que conforman los largueros, al no existir en nuestro país la tecnología necesaria (Press Break) que permita doblar chapas de acero con longitud superior a los seis metros.
Los resultados presentados adoptan la nomenclatura establecida en el programa SAP 2000v-12 donde las tensiones normales se definen como
S
11 yS
22 y las tangenciales comoS
12, con talanalogía a lo definido en la Resistencia de Materiales, donde las tensiones normales se definen como
σ
x yσ
y y lastangenciales comoτ
xy.Grafico-3.1: Convenio de esfuerzo que adoptan la Resistencia de Materiales y el SAP 2000.
La escala de colores es una herramienta de gran utilidad para el análisis de los resultados que posee el SAP 2000, en ella se representan con los colores más fríos las tensiones de tracción y con los colores más cálidos las de compresión. Dicha escala permite visualizar de forma didáctica y aproximada la magnitud de las tensiones que se generan en determinada sección de la estructura.
3.2 –Análisis estático de los estados tensionales en los componentes del bastidor.
Los componentes con mayor responsabilidad estructural dentro del chasis son la defensa, los travesaños y los largueros. Para el análisis detallado de los estados tensionales y los desplazamientos que aparecen en dichos elementos se organizaron en cinco grupos fundamentales: ala superior de los largueros, alma de los largueros, ala inferior de los largueros, travesaños y defensa. El SAP 2000 tiene la bondad de permitir que se exporten todos los resultados a tablas Excel permitiendo realizar el análisis de cada uno de los parámetros a evaluar de forma sencilla y segura. (Anexo-3).
Figura-3.2: componentes del bastidor con mayor responsabilidad estructural.
Las áreas sometidas a los mayores esfuerzos fueron localizadas, estableciéndose un análisis entre dichos esfuerzos y los valores límites para la fluencia del material (Acero 1513) con que el chasis fue modelado.
La estructura del chasis fue divida en diferentes secciones evaluadas todas de forma independiente gracias a las potencialidades del programa empleado, el cual permite seleccionar determinados elementos estructurales que forman parte de grupos ya definidos.
.
3.2.1 –Resultados del análisis estático en las alas superiores de los largueros.
A continuación se muestran los resultados obtenidos de la modelación del bastidor para tres combinaciones estimadas como críticas: considerar que solo actúa la carga muerta, acción de carga muerta y carga viva, así como la combinación de la carga muerta más la sobrecarga producto de un exceso de personal en el ómnibus.
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 67916 CM -32849.4 -2986.12 -12964 -37013.5 -4871.19 -3658.68 67916 CM -30524.4 -25004 -12093.6 -49295.6 -16043.7 -5043.7 68869 CM -19897.9 2344.363 -641.634 -20090 -3886.46 244.0463 70105 CM 25837.54 3113.877 1516.927 22546.23 -920.202 -1238.13 70111 CM 25701.57 2732.604 1245.728 22702.29 -838.553 -1224.66 70099 CM 25542.29 3025.3 1552.626 22260.7 -1005.86 -1268.36
Tabla-3.1: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las alas superiores de los largueros (Combinación U=CM).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 67916 CM +CV -49247.3 -40824 -19962.5 -80829.4 -25523.4 -7839.29 70111 CM +CV -39088 -4405.63 13528.49 -44513.4 -6161.7 4249.404 70118 CM +CV -37633.7 -25974.3 12620.13 -55888.3 -17661.8 5410.614 141828 CM +CV 41079.33 4927.841 -2352.62 35752.53 -1728.91 2277.593 141816 CM +CV 40519.67 5125.018 -2756.24 35207.61 -1911.54 2216.318 70105 CM +CV 40529.89 4894.437 2350.023 35308.31 -1713.01 -2293.48
Tabla-3.2: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las alas superiores de los largueros (Combinación U=CM+CV).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 67916 CV+SOBRECARGA -73151.4 -6535.27 -29397.2 -82284.2 -11008.6 -7225.44 70111 CV+SOBRECARGA -66799.9 -55655.1 -27339.7 -110392 -34410.7 -10460.2 70118 CV+SOBRECARGA -53844.1 -5968.28 18915.68 -61209.1 -8511.62 5603.874 141828 CV+SOBRECARGA 54293.78 6739.686 3317.462 47232.77 -2455.86 -3225.66 141816 CV+SOBRECARGA 54285.44 7276.072 3814.423 46998.44 -2567.63 -3055.55 70105 CV+SOBRECARGA 54180.59 6705.728 3472.478 46939.31 -2543.89 -3275.53
Al Tabla-3.2: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las alas superiores de los largueros (Combinación U=CM+SOBRECARGA).
Figura-3.4: Esfuerzos normales máximos en las alas superiores de los largueros. Valor máximo de tracción
54293.78KN/m2
Valor máximo de compresión
3.2.2- Resultados del análisis en las alas inferiores de los largueros.
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 133272 CM -75196.9 -17483.8 -8765.01 1986.125 6750.54 11553 135834 CM -74361.1 -30913.6 12852.37 19934.95 22640.36 -11501.7 137046 CM -61529 -28187.3 -9387.27 13579.97 21204.36 7096.817 135834 CM 89832.57 26949.77 7451.489 -146914 -44074.2 -9908.04 137046 CM 66148.54 19844.56 -4240.75 -116538 -34961.3 7683.275 133266 CM 41996.65 12599 -1119.57 -41996.7 -12599 1119.569
Tabla-3.4: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las alas inferiores de los largueros (Combinación U=CM).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 135834 CM +CV 134785.5 40435.66 11084.72 -222236 -66670.9 -15057.1 133271 CM +CV 83399.67 25019.9 -5020.83 -148241 -44472.2 9382.319 137046 CM +CV 59901.61 17970.48 -1624.15 -59901.6 -17970.5 1624.148 133272 CM +CV -112687 -46688.3 19519.74 29309.11 34029.9 -17134.5 135828 CM +CV -106759 -24065.5 -12852.7 2693.054 8782.518 16710.53 137046 CM +CV -79962.5 -36871 87.90181 26194.04 33095.37 -4192.19
Tabla-3.5: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las alas inferiores de los largueros (Combinación U=CM+CV).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 135834 CV+SOBRECARGA -292851 -61477 25770.39 38097.39 44707.59 -22415.2 133271 CV+SOBRECARGA -136348 -30235.8 -16684.9 3355.8 10687.5 21545.71 137046 CV+SOBRECARGA -105522 -48548.5 116.5477 34050.63 43493.56 -5460.46 133272 CV+SOBRECARGA 176928.9 53078.68 14490.88 -27285.1 -87855.2 -19884.2 135828 CV+SOBRECARGA 99572.6 29871.78 -5752.16 -177962 -53388.6 10975.17 137046 CV+SOBRECARGA 76687.51 23006.25 -2097.19 -76687.5 -23006.3 2097.191
Tabla -3.6: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las alas inferiores de los largueros (Combinación U=CM+SOBRECARGA).
Figura-3.5: Esfuerzos normales máximos en las alas inferiores de los largueros.
Valor máximo de compresión
-292851KN/m2
Valor máximo de tracción
176928.9 KN/m2
3.2.3- Resultados del análisis estático en las almas de los largueros.
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 147782 CM -66630.8 -80076 -24821.9 -34712.2 -24431.1 -13492.3 154614 CM -60468.6 -74194.9 16906.74 -24169.4 -34784.3 7479.264 157846 CM -52382.2 -52998.7 -12709.4 -18988.5 -32056.6 -6990.72 154613 CM 27302.97 2330.221 -1307.56 21801.67 -1394.4 1065.461 154613 CM 27247.45 2377.287 -1279.77 21830.92 -1529.03 1244.651 154597 CM 27177.14 2356.195 -1314.71 21805.7 -1536.59 1313.728
Tabla 3.7- Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las almas de los largueros (Combinación U=CM).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 154614 CM +CV 42633 3879.099 -2254.14 33682.58 -2401.09 1963.05 154613 CM +CV 42559.94 4017.975 -2249.07 33716.72 -2669.74 2218.609 154597 CM +CV 42418.09 3975.421 -2318.84 33615.57 -2700.08 2327.812 147782 CM +CV -95309.8 -115502 -35536 -48779.3 -33192.3 -18918.6 154614 CM +CV -92881.9 -112349 25504.42 -35989.4 -51955.3 11306.43 154630 CM +CV -69846 -105438 -1867.37 -55562.7 -57827.2 -8615.59
Tabla 3.8 -Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las almas de los largueros (Combinación U=CM+CV).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 147782 CV+SOBRECARGA -123269 -14811.8 33564.76 -47070.7 -68053.1 14894.4 154614 CV+SOBRECARGA -122196 -14871.5 -45580.4 -61967.2 -41406 -24005.6 154630 CV+SOBRECARGA -92226.9 -13880.6 -2404.55 -73367.9 -75942.2 -11354.1 154614 CV+SOBRECARGA 57004.9 5331.172 -3141.56 44820.95 -3344.86 2804.54 154613 CV+SOBRECARGA 56915.39 5556.12 -3157.79 44859.65 -3739.15 3131.694 154597 CV+SOBRECARGA 56706.47 5493.445 -3260.21 44687.32 -3790.85 3278.516
Tabla 3.9 - Esfuerzos normales y tangenciales máximos en las almas de los largueros (Combinación U=CM+SOBRECARGA)
Figura-3.6: Esfuerzos normales máximos en las almas de los largueros
Valor máximo de compresión
-123269KN/m2
Valor máximo de tracción
57004.9KN/m2
3.2.4- Resultados del análisis estático en los travesaños.
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 50918 CM -21081.7 -42740 8070.763 -28784.9 -21377.6 12349.08 50989 CM -19303.2 -40746.7 -7340.02 -26876.5 -19683.6 -11551.2 50918 CM -16108.1 -12424.8 4567.827 -20562 -7704.24 5919.914 47384 CM 13231.03 7740.824 -2437.53 4817.031 4460.58 -1748.04 47455 CM 11109.68 6109.03 2014.117 3564.046 3267.599 1383.177 47384 CM 9044.999 2613.014 -1157.61 6623.716 1657.25 -1606.77
Tabla-3.7: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en los travesaños (Combinación U=CM).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 50918 CM +CV -32996.8 -68563.3 12569.76 -45818.7 -32330.4 19724.47 50989 CM +CV -31211.5 -66541.8 -11835.8 -43908.8 -30652.1 -18926 50918 CM +CV -25255.6 -19650.4 7185.134 -32724.4 -11791.6 9429.013 47384 CM +CV 19357.28 11055.59 -3511.84 5713.821 5779.921 -2317.58 47455 CM +CV 17235.65 9423.24 3088.384 4460.511 4586.541 1952.683 47384 CM +CV 13158.63 3765.797 -1622.87 8651.044 2198.295 -2235.77
Tabla-3.8: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en los travesaños (Combinación U=CM+CV).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 50918 CV+SOBRECARGA -44167.1 -9277.26 1678.757 -61787.8 -42598.5 26638.9 50989 CV+SOBRECARGA -42375.6 -9072.46 -1605.07 -59876.6 -40935 -25839.8 50918 CV+SOBRECARGA -33831.4 -26424.3 9638.86 -44126.6 -15623.6 12718.79 47384 CV+SOBRECARGA 25100.64 14163.17 -4519 6554.562 7016.803 -2851.51 47455 CV+SOBRECARGA 22978.75 12530.31 4095.51 5300.947 5823.049 2486.596 47384 CV+SOBRECARGA 17015.17 4846.531 -2059.04 10551.66 2705.525 -2825.46
Tabla-3.9: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en los travesaños (Combinación U=CM+SOBRECARGA).
Figura-3.7: Esfuerzos normales máximos en los travesaños.
Valor máximo de compresión
-44167.1KN/m2
Valor máximo de tracción
25100.64KN/m2
3.2.5- Análisis estático en la defensa.
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 72108 CM -944.879 -3676.9 1074.719 -842.661 -3646.53 1067.638 73158 CM -942.344 -3670.45 -1070.17 -841.191 -3641.62 -1065.42 73238 CM -920.75 -3871.67 -1062.78 -831.013 -3583.98 -907.298 75483 CM 2786.786 1088.396 672.2407 -639.562 -110.203 -144.517 75412 CM 2681.971 1014.792 -643.465 -699.125 -167.626 165.9663 75483 CM 1433.352 267.8352 303.7709 492.3099 -28.1818 49.47596
Tabla-3.7: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en la defensa (Combinación U=CM).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 73238 CM +CV -1127.56 -4660.25 -1253.97 -994.615 -4454.59 -1121.84 72188 CM +CV -1125.33 -4656.34 1253.115 -991.66 -4444.1 1116.501 73301 CM +CV -1087.67 -4278.14 1222.885 -975.634 -4244.82 1231.499 75483 CM +CV 3693.842 1141.998 870.0873 -1978.38 -818.586 -443.649 75412 CM +CV 3578.391 1060.848 -838.423 -2043.66 -881.737 467.2127 75483 CM +CV 1738.909 269.1198 316.4467 -118.59 -262.839 -40.7342
Tabla-3.8: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en la defensa (Combinación U=CM+CV).
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 73238 CV+SOBRECARGA -1321.44 -5399.55 -143.321 -1147.99 -5270.79 -1322.97 72188 CV+SOBRECARGA -1319.03 -5395.42 143.2271 -1144.69 -5259.47 1316.958 73301 CV+SOBRECARGA -1222.05 -1654.83 -268.537 12.32668 533.5228 132.7166 75483 CV+SOBRECARGA 4544.206 1192.25 1055.568 -3233.53 -1482.69 -724.086 75412 CV+SOBRECARGA 4418.784 1104.026 -1021.2 -3304.17 -1551.22 749.6312 75483 CV+SOBRECARGA 2025.368 270.3241 328.3303 -691.308 -482.83 -125.306
Tabla-3.9: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en la defensa (Combinación U=CM+SOBRECARGA).
Figura-3.7: Esfuerzos normales máximos en la defensa.
Valor máximo de compresión
-1321.44KN/m2
Valor máximo de tracción
4544.206KN/m2
3.2.6 -Análisis estático de los desplazamientos en los componentes del bastidor.
Los máximos desplazamientos se obtuvieron en la zona central del chasis, en la dirección del eje z, producto de la combinación critica de la carga viva y un exceso de personal en el ómnibus.
Figura-3.8: Desplazamiento máximo obtenido en el análisis estático de la estructura.
Joint Combinaciones U1 U2 U3 R1 R2 R3 3539 CV+SOBRECARGA 4.26E-05 -7.14E-06 -7.04E-03 1.09E-04 -1.42E-03 3.15E-06
3537 CV+SOBRECARGA 4.26E-05 -7.30E-06 -7.04E-03 -4.66E-04 -1.42E-03 5.69E-06
3541 CV+SOBRECARGA 4.26E-05 -6.98E-06 -7.04E-03 6.84E-04 -1.42E-03 6.20E-07
3535 CV+SOBRECARGA 4.27E-05 -7.46E-06 -7.04E-03 -1.04E-03 -1.42E-03 7.82E-06
3543 CV+SOBRECARGA 4.26E-05 -6.82E-06 -7.03E-03 1.26E-03 -1.42E-03 -1.50E-06
3538 CV+SOBRECARGA 4.25E-05 -7.11E-06 -7.03E-03 1.09E-04 -1.23E-03 3.16E-06
3536 CV+SOBRECARGA 4.26E-05 -7.24E-06 -7.03E-03 -4.66E-04 -1.23E-03 5.49E-06
3540 CV+SOBRECARGA 4.25E-05 -6.97E-06 -7.03E-03 6.84E-04 -1.23E-03 8.23E-07
3533 CV+SOBRECARGA 4.28E-05 -7.62E-06 -7.02E-03 -1.62E-03 -1.42E-03 1.08E-05
3534 CV+SOBRECARGA 4.26E-05 -7.38E-06 -7.02E-03 -1.04E-03 -1.23E-03 8.24E-06
Tabla-3.10: Máximos valores de desplazamiento obtenidos en el análisis estático de la estructura.
3.2.7 -Análisis de los resultados. Tensiones
Se determinó que los mayores esfuerzos tanto a tracción como a compresión son del tipo S11, generados en la dirección del eje X que coincide con el eje longitudinal de la estructura del chasis. El valor máximo de tensión que se obtuvo es de tipo compresión: -292851 KN/m2, producto de la combinación critica U=CM+ SOBRECARGA.
Se generó en el ala inferior del larguero derecho, en una zona cercana al apoyo trasero. Este fue el valor que se tomó como referencia para la revisión del cumplimiento del criterio de fluencia por el material que conforma la estructura del chasis. Vale aclarar que dada las características del material, las condiciones de resistencia se analizan considerándose las cargas con sus valores nominales, lo cual es común para estructuras metálicas como es el caso objeto de estudio.
0.9 *{
σ
fluencia} ≥σ
máx.0.9*{227*103kN/m2} < 292,85*103kN/m2
El material empleado (acero 1513), no cumple con el criterio de resistencia para las tensiones obtenidas, pese a que se trabajó con los valores de las cargas de servicios, algo que es común en los diseños mecánicos, no así en los diseños estructurales. De igual forma la condición de diseño utilizada solo fue tomando como criterio de falla la máxima tensión actuante, no probando otros criterios de fallas más completos donde se involucren los demás esfuerzos actuantes.
Se revisó además el cumplimiento del criterio de resistencia para el material que conforma la estructura del chasis tomando como referencia el valor máximo de tensión obtenido sometiendo a la estructura a la combinación: U=CM+CV. Este análisis reveló que la estructura cumple con los criterios de fluencia para esta combinación.
0.9 *{
σ
fluencia} ≥σ
máx.0.9*{227*103kN/m2} 134.79*103kN/m2 204.3*103kN/m2} 134.79*103kN/m2
Como en este caso cumple con la condición de diseño, se pasó a realizar el chequeo completo por estados límites, trabajando con las cargas de cálculo. Para ello se obtuvo el coeficiente general de carga (γF) a partir de la relación σsobrecarga / σpeso p.
σ
peso p =74.783*103kN/m2σ
sobrecarga=134.78*103kN/m2 - 74.783*103kN/m2=59.99103kN/m2σ
sobrecarga/σ
peso p = 0.8 γF =1.380.9 *{
σ
fluencia} ≥σ
máx.* γF204.3*103kN/m2} 134.79*103kN/m2 *1.38 204.3*103kN/m2} 181.97*103kN/m2
Desplazamientos
Los valores de desplazamientos obtenidos en el análisis estático de la estructura se encuentran en el orden de los 0.007m, ubicados como se explicó en el epígrafe 3.2.6 en la zona central del bastidor. Tomando en cuenta que en informes del CID DCM TRANS consideran aceptables valores de desplazamiento de 0.06m, se infiere entonces que la estructura ha alcanzado una gran rigidez, de ahí que se generen desplazamientos tan pequeños, cumpliéndose en forma holgada con los criterios de deformación.
3.3–Análisis de los estados tensionales en los componentes del bastidor empleando vínculos no convencionales como apoyos.
La constante elástica de las ballestas no es un dato, por tal motivo, para el análisis de los estados tensionales empleando vínculos no convencionales se realizó un estudio de las mayores tensiones de compresión existentes en las zonas de apoyo de las mismas, se permitieron desplazamientos de: 6 cm, 4 cm y 2 cm en estos puntos, se pudo entonces encontrar las constantes elásticas asociadas a tales desplazamientos. La tensión promedio en las ballestas delanteras es de 21453kN/m2 y en las ballestas traseras 30427.5 kN/m2, se escogió para el cálculo de las contantes elásticas 30427.5kN/m2 por ser el valor crítico.
K6cm= =507126kN/m3
K4cm= =760689kN/m3
K2cm= =1521378kN/m3
Los resultados que se obtuvieron en cada una de las corridas empleando los tres valores de rigideces antes calculadas mostraron que, de forma similar al análisis estático, las mayores tensiones aparecen en los largueros del bastidor, específicamente en el ala inferior del larguero derecho producto de la combinación de cargas: U=CV+SOBRECARGA.
A continuación se muestra un resumen de las máximas tensiones existentes en la estructura para cada una de las rigideces analizadas.
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 135554 CV+SOBRECARGA -127435 -35888.2 2362.623 -35810.3 -107513 88.11071 133272 CV+SOBRECARGA -96634.2 -16400.6 -7288.42 -15743.9 -97290.9 -84.8514 135828 CV+SOBRECARGA -81535.5 -27331.4 1792.719 -27272.1 -81594.8 88.10779 135834 CV+SOBRECARGA 47538.12 6421.647 1157.767 47570.69 6389.072 1.611645 137046 CV+SOBRECARGA 41621.71 8989.925 -6920.79 43028.85 7582.792 -11.4927 133266 CV+SOBRECARGA 41166.12 -7556.47 1967.173 41245.42 -7635.77 2.308306
Tabla-3.11: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en el ala inferior del travesaño derecho para una rigidez de 507126 kN/m.3
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 135554 CV+SOBRECARGA -147690 -42144.2 15846.92 -39676.6 -143911 81.14914 133272 CV+SOBRECARGA -130610 -22604 -21369.7 -18529.6 -134685 -79.2053 135828 CV+SOBRECARGA -107333 -32051.2 12042.15 -30171.8 -109212 81.1297 135834 CV+SOBRECARGA 95812.13 67697.45 -22803.4 108543 54966.63 -29.174 137046 CV+SOBRECARGA 84131.76 42080.35 18958.32 91416.79 34795.31 21.02007 133266 CV+SOBRECARGA 77756.01 62280.62 -2786.36 78242.41 61794.22 -9.90204
Tabla-3.12: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en el ala inferior del travesaño derecho para una rigidez de 760689 kN/m.3
Área Combinación S11Top S22Top S12Top S11Bot S22Bot S12Bot
KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 KN/m2 135554 CV+SOBRECARGA -159476 -38636.6 8510.489 -37791.3 -124322 84.32782 133272 CV+SOBRECARGA -112625 -19077.7 -13725.4 -17105.4 -114597 -81.823 135828 CV+SOBRECARGA -93702.2 -29400.4 6467.392 -28756.4 -94346.2 84.31316 135834 CV+SOBRECARGA 62820.97 44384.94 -16348.3 72370.96 34834.95 -30.2917 137046 CV+SOBRECARGA 50936.9 19521.66 12619.27 55378.11 15080.45 19.38894 133266 CV+SOBRECARGA 48945.73 34177.35 -12661.6 56219.08 26904 -29.8748
Tabla-3.13: Esfuerzos normales y tangenciales máximos en el ala inferior del travesaño derecho para una rigidez de 1521678 kN/m.3
Grafica-3.2: Relación entre máximas tensiones y constante elástica empleada en los elementos de apoyo.
El análisis desarrollado permite establecer la importancia que asume para el cálculo de las tensiones la rigidez que le asigne a los apoyos, nótese como disminuyen los valores de tensiones en la medida que se le permite cierto desplazamiento vertical al mismo (modelado como un muelle), en relación con los valores obtenidos para la consideración de vinculo a tierra con rigidez infinita (consideración inicial); especialmente disminuyen los esfuerzos máximos localizados en el ala inferior del larguero derecho en una zona cercana al apoyo trasero, pudiéndose alcanzar valores en el orden de la mitad, como es el caso en que se asignan desplazamientos de 6 cm y por ende la menor rigidez. Lo anterior se debe a que al disminuir la rigidez en la zona de los apoyos se logra una menor concentración de esfuerzos en las zonas aledañas a los mismos, existiendo una mejor redistribución de dichos esfuerzos.
Los resultados anteriores demuestran que la consideración en el modelo de apoyos con vínculos a tierra con rigidez infinita, que en la práctica es como si el chasis estuviera apoyado directamente a tierra, trae consigo una concentración de esfuerzos muy grande en la zona aledaña a dichos apoyos, que incluso para el caso analizado provoca que ocurran fallas por resistencia en esa zona. Dicha consideración en el modelo se aleja del comportamiento real del chasis pues en realidad el mismo está apoyado en un sistema de amortiguación, que no tiene rigidez infinita, sino que permite cierto desplazamiento vertical en función de la rigidez que tenga. Por lo tanto, la segunda consideración en el modelo de sustituir el sistema de amortiguación por apoyos con rigidez definida en función de los estados tensionales actuantes y el desplazamiento vertical permitido, que se define en función de la
0 50 100 150 200 250 300 350 ∞ 1521378 760689 517126
holgura vertical que existe en esa zona entre la carrocería y las gomas del vehículo o por alguna otra consideración de diseño se acerca mucho más al comportamiento real de la estructura.
Figura-3.9:Holgura vertical entre la goma y la carrocería
La rigidez que puede introducir un sistema de amortiguación genera un margen de dudas en términos absolutos, de ahí la importancia de realizar la modelación para diferentes valores de rigideces, lo cual permite ante proyectos definitivos, elegir cual valor adoptar en función de las características reales del sistema de amortiguación a colocar.
Estos resultados resuelven uno de los problemas que venía presentando el prototipo inicial, en el cual, al no contar con los resultados de la modelación realizada se le colocó un sistema de amortiguación no acorde a las características del vehículo y a las cargas que el mismo debe soportar,
trayendo como consecuencia que las deformaciones del sistema de amortiguación fueran muy grandes y estas imposibilitaban el correcto comportamiento del vehículo.
A continuación se muestra el análisis del criterio de resistencia para el material que conforma la estructura del chasis tomando como referencia el valor máximo de tensión obtenidos en la modelación de la estructura considerando vínculos no convencionales como forma de unión , sometiendo a la estructura a la combinación: U=1.2CM+1SOBRECARGA y empleando un coeficiente general de caga (γF )=1.08, vale aclarar que en este caso solo se mayoró la carga muerta
porque la SOBRECARGA significa en sí misma un aumento de la cantidad de personal en las áreas de pasillo de tres veces la cantidad de personal concebida en el diseño inicial del ómnibus.
σ
peso p =61.94*103kN/m2σ
sobrecarga=159.47*103kN/m2 - 61.94*103kN/m2=95.53103kN/m2σ
sobrecarga/σ
peso p = 1.51 γF =1.08 0.9 *{σ
fluencia} ≥σ
máx. 0.9*{227*103kN/m2} 159.47*103kN/m2 204.3*103kN/m2} 159.47*103kN/m2Con el análisis de los estados tensionales obtenidos para las nuevas consideraciones relacionadas al sistema de apoyo, donde la rigidez ya no se considera infinita, se obtiene que para cualquier valor de rigidez analizada las tensiones que se generan cumplen con los criterios de resistencia.
3.3.1-Análisis de los desplazamientos empleando vínculos no convencionales como apoyo.
Los máximos desplazamientos de forma semejante al análisis estático se obtuvieron en la zona central del chasis, en la dirección del eje z, producto de la combinación critica de la carga viva y un exceso de personal en el ómnibus.
Joint Combinaciones U1 U2 U3 R1 R2 R3
m m m radianes radianes radianes
3539 CV+SOBRECARGA -6.92E-03 7.55E-03 -0.736760-02 1.20E-04 -1.56E-03 -3.99E-07 3537 CV+SOBRECARGA -6.92E-03 7.52E-03 -0.736606-02 -4.70E-04 -1.56E-03 7.68E-06 3541 CV+SOBRECARGA -6.92E-03 7.58E-03 -0.736396-02 7.09E-04 -1.55E-03 -8.46E-06 3535 CV+SOBRECARGA -6.91E-03 7.50E-03 -0.735934-02 -1.06E-03 -1.56E-03 1.54E-05 3543 CV+SOBRECARGA -6.91E-03 7.61E-03 -0.735515-02 1.30E-03 -1.55E-03 -1.62E-05
Tabla-3.14: Máximos valores de desplazamiento obtenidos empleando una rigidez en los apoyos de 507126kN/m3
Joint Combinaciones U1 U2 U3 R1 R2 R3
m m m radianes radianes radianes
3539 CV+SOBRECARGA -6.99E-03 7.65E-03 -0.733833-02 1.18E-04 -1.55E-03 -7.53E-08 3537 CV+SOBRECARGA -6.99E-03 7.62E-03 -0.733678-02 -4.71E-04 -1.55E-03 8.09E-06 3541 CV+SOBRECARGA -6.99E-03 7.68E-03 -0.733471-02 7.07E-04 -1.55E-03 -8.23E-06 3535 CV+SOBRECARGA -6.98E-03 7.59E-03 -0.733005-02 -1.06E-03 -1.55E-03 1.59E-05 3543 CV+SOBRECARGA -6.98E-03 7.71E-03 -0.732591-02 1.30E-03 -1.55E-03 -1.60E-05
Tabla-3.15: Máximos valores de desplazamiento obtenidos empleando una rigidez en los apoyos de 767126kN/m3
Joint Combinaciones U1 U2 U3 R1 R2 R3
m m m radianes radianes radianes
3539 CV+SOBRECARGA -7.04E-03 7.91E-03 -0.7318-02 1.17E-04 -1.55E-03 -1.85E-06 3537 CV+SOBRECARGA -7.04E-03 7.89E-03 -0.731735-02 -4.72E-04 -1.55E-03 6.38E-06 3541 CV+SOBRECARGA -7.03E-03 7.94E-03 -0.731529-02 7.06E-04 -1.55E-03 -1.01E-05 3535 CV+SOBRECARGA -7.03E-03 7.86E-03 -0.731062-02 -1.06E-03 -1.55E-03 1.42E-05 3543 CV+SOBRECARGA -7.02E-03 7.97E-03 -0.730652-02 1.29E-03 -1.55E-03 -1.79E-05
Tabla-3.16: Máximos valores de desplazamiento obtenidos empleando una rigidez en los apoyos de 1521378kN/m3
Grafica-3.3: Relación entre desplazamientos y constante elástica empleada en los elementos de apoyo.
Al analizar cómo varían los desplazamientos verticales máximos en función del cambio de rigidez en los apoyos se obtiene lo esperado, pues al ser la estructura menos rígida los desplazamientos aumentan, pero dichos aumentos no son muy significativos y los valores máximos obtenidos siguen siendo pequeños y lejanos a los valores permisibles.
3.4 –Análisis de la posición idónea para la ubicación de la unión de los perfiles que conforman los largueros.
Como se explicó en el epígrafe 3.1 del presente capítulo los largueros son seccionados, al no existir la posibilidad en nuestro país de conformarlos en toda su extensión de diez metros debido a la falta de tecnología capaz de doblar chapas de acero con longitud superior a los seis metros. La unión de los perfiles según el Informe Final de Resultados elaborado en el CID DCM TRANS se efectuó realizando un corte diagonal en los mismos, de forma tal, que la longitud de la línea de unión sea la mayor posible dentro del desarrollo del perfil .En la parte interior del alma de los largueros se colocó un refuerzo, de aproximadamente 2m de longitud, empleando una lámina de acero del mismo espesor y material de las láminas que confirman los perfiles. Para el empalme de los largueros perfil de refuerzo se emplearon remaches.
0.68 0.69 0.7 0.71 0.72 0.73 0.74 ∞ 1521378 760689 517126
Desplazamientos [10E-2m]vs Constante Elástica[kN/m3]
Figura-3.9: Aumento en la sección del perfil introducido en el programa para simular el refuerzo. La zona central del chasis no contiene travesaños que puedan complejizar el proceso de ensamble