El documento describe el proceso de estandarización de la simulación y diseño virtual de componentes de caucho-metal para su homologación virtual. Actualmente no existe una estandarización que cuantifique la fiabilidad de las simulaciones o haga universal su aceptación. El autor propone establecer un examen tipo para certificar el nivel de proveedores y permitir eximir ciertos ensayos experimentales, agilizando el proceso de homologación.

1. Departamento de Ingeniería / I+D
Estandarización del proceso de cálculo
y diseño de componentes de caucho
metal para su homologación virtual
Jose María Salamanca Vaca

2. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
1. Introducción
2. Simulación con elastómeros
3. Caso de éxito
4. Dificultades del proceso
5. Conclusiones
9 de junio de 2011
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3. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
1. Introducción
 ¿Homologación virtual?
A través de la simulación computacional, la homologación
virtual se presenta como una oportunidad para agilizar y
abaratar los procesos de certificación, actualmente largos y
costosos en el sector del ferrocarril
+
+
9 de junio de 2011
+
+
+
+
+
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=
=
3

4. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
1. Introducción
 Antecedentes
El tema de la homologación virtual se enmarca dentro de una
línea de investigación estratégica en Europa
Varios Proyectos hasta la fecha son ejemplo del interés que supone
el caminar hacia una homologación virtual, en diversos componentes
del tren:
-
“MODTRAIN”: “MODBOGIE” + “MODCONTROL” + “MODPOWER”,
“MODLINK” + “MODUSER”
6º Programa Marco de la UE (2004-2008)
-
“TRIOTRAIN”: “AeroTRAIN” + “DinoTRAIN” + “PantoTRAIN”,
7º Programa Marco de la UE (2009-2013)
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5. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
1. Introducción
 ¿Antecedentes?
Línea estratégica dentro de la SRRA 2020
(Strategic Rail Research Agenda 2020)
SRRA 2020
(estrategia común europea)
CER
EIM
UITP
UIC
UNIFE
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ERRAC
PROYECTOS I+D
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6. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
1. Introducción
 ¿Marco actual?
Al menos en cuanto a componente de caucho metal, no existe una
estandarización sobre las simulaciones que:
1. Cuantifique la fiabilidad de una simulación
2. Haga universal la aceptación o no de un resultado de simulación
3. Posibilite una homologación virtual
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7. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
1. Introducción
 Limitaciones
Las marcarán los propios resultados que se vayan obteniendo
Cuanto más se mejore el proceso y más fiables vayan siendo los
resultados, más carga se podrá transferir del campo experimental al
de la simulación
Sin prescindir de la parte experimental
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8. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
2. Simulación con elastómeros
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
ELECCIÓN
DEL MODELO
DE MATERIAL
COMPROBACIÓN
DE LA BONDAD
DEL AJUSTE
SIMULACIÓN
PIEZA SENCILLA
VALIDACIÓN CON
ENSAYO
EXPERIMENTAL
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caucho metal para su homologación virtual
2. Simulación con elastómeros
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
Ensayo de
compresión
Ensayo de
tracción
Ensayo de
cortadura o
cizalla
¿Otros
ensayos?
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10. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
2. Simulación con elastómeros
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
ELECCIÓN
DEL MODELO
DE MATERIAL
Hiperelástico:
Viscoelástico:
Vibraciones / dinámica:
Fallo:
-Hook
-Lineal
-Lineal
-….
-Mooney Rivlin
-No lineal
-No lineal
-Ogden
-….
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11. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
2. Simulación con elastómeros
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
ELECCIÓN
COMPROBACIÓN
DEL MODELO
DE LA BONDAD
DE MATERIAL
DEL AJUSTE
Cortante
Simulación
Ajuste
Experimental
4.50E+05
4.00E+05
3.50E+05
Tensión (Pa)
3.00E+05
2.50E+05
2.00E+05
1.50E+05
1.00E+05
5.00E+04
0.00E+00
0.00E+00
5.00E-02
1.00E-01
1.50E-01
2.00E-01
2.50E-01
3.00E-01
3.50E-01
Deformación (m/m)
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12. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
2. Simulación con elastómeros
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
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ELECCIÓN
COMPROBACIÓN
DEL MODELO
DE LA BONDAD
DE MATERIAL
DEL AJUSTE
SIMULACIÓN
PIEZA SENCILLA
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13. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
2. Simulación con elastómeros
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
ELECCIÓN
COMPROBACIÓN
DEL MODELO
DE LA BONDAD
DE MATERIAL
DEL AJUSTE
VALIDACIÓN CON
SIMULACIÓN
ENSAYO
PIEZA SENCILLA
EXPERIMENTAL
9253 A155 Compresion IV
Sim. Repasado
Exp. 1
Exp. 2
4.00E+03
3.50E+03
3.00E+03
Carga (N)
2.50E+03
2.00E+03
1.50E+03
1.00E+03
5.00E+02
0.00E+00
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
Desplazamiento (m)
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caucho metal para su homologación virtual
3. Caso de éxito
 Desde 2005, MGN trabaja con la simulación de elastómeros
 Objetivos:
Internos (para MGN):
Reducción de costes de desarrollo
Incremento de know-how
Mejora continua
Externos (de cara al cliente):
Ofrecer una creciente capacidad de diseño y desarrollo
de elementos caucho – metal
Futura capacidad para homologaciones virtuales
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3. Caso de éxito
Diseño de resorte cónico de Suspensión Primaria
K_axial
Requerimientos de diseño:
Geometría de interfase
Rigidez axial
Rigidez transversal
K_transversal
Variables de diseño:
Geometrías internas
Materiales
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3. Caso de éxito
VERTICAL STIFFNESS
Rigidez axial:
F(kN)
Modelo FEM axisimétrico
Modelo de material
hiperelástico
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,00
20,00
40,00
60,00
d(mm )
LATERAL STIFFNESS
Rigidez transversal:
30,00
)
F (kN
Modelo FEM 3D
Modelo de material
hiperelástico
20,00
10,00
0,00
0,00
5,00 10,00 15,00
d(mm)
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3. Caso de éxito
Una vez obtenidos de la simulación resultados suficientemente
aproximados a las especificaciones, se fabrican los primeros
prototipos y se verifican sus características mecánicas
Los resultados obtenidos se resumen en la tabla:
Modelo
FEM
Experimental
K_Axial
(kN/mm)
0,85
0,9
K_Transversal
(kN/mm)
2,43
2,7
Rigidez
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Error
(%)
-5
-10
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18. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
4. Dificultades
La dificultad en la simulación de materiales elastoméricos deriva de la
propia naturaleza del material y los complejos modelos matemáticos
requeridos para definir su comportamiento
A lo largo de los pasos necesarios para llegar a simular una pieza se
plantean cuestiones complicadas:
CARACTERIZACIÓN
MATERIAL
ELECCIÓN
DEL MODELO
DE MATERIAL
COMPROBACIÓN
DE LA BONDAD
DEL AJUSTE
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¿qué ensayos hay que hacer? ¿cómo
han de ser las probetas? ¿bajo qué
condiciones de contorno hay que
ensayar?
¿qué modelo es más adecuado para el
tipo de problema que quiero resolver?
¿cuál es el límite para considerar que
un modelo ajusta bien las curvas de
material con que se le ha alimentado?
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19. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
4. Dificultades
 A lo largo de los pasos necesarios para llegar a simular una pieza se
plantean cuestiones complicadas:
SIMULACIÓN
PIEZA SENCILLA
VALIDACIÓN CON
ENSAYO
EXPERIMENTAL
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¿es la pieza que hemos elegido
suficientemente sencilla?
¿cuándo se puede considerar que la
aproximación es suficientemente
adecuada?
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20. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
4. Dificultades
Dado que no existe ninguna norma nacional ni internacional que
dé respuesta a éstas preguntas, su respuesta y la interpretación de los
resultados queda a la iniciativa, conocimiento, experiencia e
intuición de quien se enfrente al problema de la simulación con
elastómeros.
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21. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
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5. Conclusiones
Los software de simulación suponen una ventaja competitiva para
las empresas que los empleen, por la reducción de costes de desarrollo
de producto
 Con la homologación virtual, deberían llegar a suponer una
ventaja para toda la cadena de suministro
Necesidad de estandarizar procedimientos que aseguren la
fiabilidad y reproducibilidad de los resultados que un proveedor
ofrezca a su cliente
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22. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
5. Conclusiones
Establecimiento de un “examen tipo”, con el que cada proveedor
obtendrá un nivel de certificación para homologar de forma virtual
De acuerdo a esa nota, podrá ser eximido por el cliente de realizar
ciertos ensayos, abaratando y agilizando el proceso de homologación
de componentes
En ningún momento se dejará de lado la validación experimental, el
objetivo es realizar sólo los ensayos necesarios
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23. Estandarización del proceso de cálculo y diseño de componentes de
caucho metal para su homologación virtual
GRACIAS
POR VUESTRA
ATENCIÓN
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