DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA
ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA
UN PEUGEOT 307 CC
PROYECTO FIN DE MÁSTER
Máster en Ingeniería de Máq...
Agradecimientos:
A mi familia, amigos y tutor por su apoyo.
A Fernando Álvarez del Departamento Técnico de la Real Federac...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
1
Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
2 Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
3
Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
4 Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
5
Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
6 Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
7
Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
8 Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
9
Máster en Ingeniería de ...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
10 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
11
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
12 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
13
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
14 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
15
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
16 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
17
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
18 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
19
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
20 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
21
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
22 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
23
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
24 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
25
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
26 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
27
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
28 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
29
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
30 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
31
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
32 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
33
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
34 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
35
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
36 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
37
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
38 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
39
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
40 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
41
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
42 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
43
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
44 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
45
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
46 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
47
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
48 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
49
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
50 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
51
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
52 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
53
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
54 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
55
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
56 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
57
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
58 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
59
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
60 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
61
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
62 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
63
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
64 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
65
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
66 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
67
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
68 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
69
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
70 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
71
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
72 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
73
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
74 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
75
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
76 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
77
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
78 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
79
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
80 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
81
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
82 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
83
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
84 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
85
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
86 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
87
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
88 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
89
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
90 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
91
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
92 Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
93
Máster en Ingeniería de...
Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo
94 Máster en Ingeniería de...
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc

1.233 visualizaciones

Publicado el

This is my end career project. Security structure design and analysis for a Peugeot 307 C.C.

Publicado en: Ingeniería
0 comentarios
0 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
1.233
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
241
Acciones
Compartido
0
Descargas
40
Comentarios
0
Recomendaciones
0
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Diseño estructura de seguridad peugeot 307 cc

  1. 1. DISEÑO Y ANÁLISIS DE UNA ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA UN PEUGEOT 307 CC PROYECTO FIN DE MÁSTER Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Universidad Carlos III de Madrid Leganés, Septiembre de 2013 Autor: Alberto Cerrudo Vallejo Tutor: Santiago Rodríguez Fernández
  2. 2. Agradecimientos: A mi familia, amigos y tutor por su apoyo. A Fernando Álvarez del Departamento Técnico de la Real Federación Española de Automovilismo por su asesoramiento.
  3. 3. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 1 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 1.-INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 3 1.1.-OBJETO ................................................................................................................. 3 1.2.-COMPETICIONES DE LA R.F.E. de A. ........................................................................ 3 1.3.-NORMATIVA DE APLICACIÓN................................................................................... 5 1.4.- RESUMEN DEL ARTÍCULO 253 ................................................................................ 6 2.-ESTRUCTURAS DE SEGURIDAD...................................................................................... 7 2.1.- DEFINICIÓN Y TIPOS............................................................................................. 7 2.2.- INSTALACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DE SEGURIDAD............................................... 8 2.2.1.- Fabricada según los requerimientos del Anexo J ................................................. 8 2.2.2.- Homologada o certificada por una A.D.N............................................................ 8 2.2.3.- Homologada por la F.I.A................................................................................... 9 2.2.4.- Cuadro resumen de necesidades ..................................................................... 10 3.-ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA UN PEUGEOT 307 CC ............................................. 11 3.1.- CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO ....................................................................... 11 3.2.- ESTRUCTURA SEGÚN EL ARTÍCULO 253 DEL ANEXO J............................................ 14 3.2.1.- Resumen de la normativa ............................................................................... 14 3.2.2.- Creación de la estructura con SolidWorks......................................................... 23 3.2.3.- Comprobaciones geométricas.......................................................................... 46 3.3.- ESTRUCTURA PARA OBTENER LA HOMOLOGACIÓN DE LA R.F.E. de A..................... 49 3.3.1.- Resumen de la normativa ............................................................................... 49 3.3.2.- Ensayos ........................................................................................................ 51 3.3.3.- Creación de la estructura con SolidWorks......................................................... 53 3.3.4.- Comprobaciones geométricas.......................................................................... 54 3.3.5.- Ensayo 1: Carga aplicada sobre el arco principal............................................... 55 3.3.6.- Ensayo 2: Carga aplicada sobre el semiarco lateral ........................................... 75 4.- PESO ........................................................................................................................ 87 4.1.- PESO ESTRUCTURA 1........................................................................................... 87 4.2.- PESO ESTRUCTURA 2........................................................................................... 88 5.- PRESUPUESTO........................................................................................................... 89 5.1.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 1............................................................................. 89 5.2.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 2............................................................................. 91 6.- ADAPTIBILIDAD A OTROS VEHÍCULOS ........................................................................ 93 6.1.- ESTUDIO PARA PEUGEOT 307 .............................................................................. 93 6.2.- ESTUDIO PARA ALFA ROMEO GT .......................................................................... 94
  4. 4. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 2 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 7.- CERTIFICADOS.......................................................................................................... 95 7.1.- FICHA PARA LA HOMOLOGACIÓN DE LA ESTRUCTURA........................................... 95 7.2.- CERTIFICADO DE COLADA ..................................................................................100 7.3.- CERTIFICADO DE CUALIFICACIÓN DEL SOLDADOR...............................................100 7.4.- CERTIFICADO DE HOMOLOGACIÓN .....................................................................101 8.- PLANOS ...................................................................................................................102 9.- CONCLUSIONES........................................................................................................103 9.1.- COMPARACIÓN ENTRE NORMATIVAS ...................................................................103 9.2.- INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.....................................................................103 9.3.- ESTUDIO ECONÓMICO........................................................................................104 9.4.- FUTUROS TRABAJOS...........................................................................................104 11.- BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................105 11.1.- REGLAMENTOS.................................................................................................105 11.2.- INFORMACIÓN SOBRE VEHÍCULOS.....................................................................105 11.3.- MATERIALES.....................................................................................................106
  5. 5. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 3 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 1.-INTRODUCCIÓN 1.1.-OBJETO El objeto de este proyecto es el diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC. Se realizarán dos diseños, uno con las exigencias mínimas para vehículos del grupo N o A, y otro más exigente para poder obtener la homologación de la R.F.E. de A. Por lo tanto se diseñaran dos estructuras, siendo la segunda una evolución de la primera. Para esta última se realizarán los ensayos correspondientes. Tanto el diseño como la simulación se realizarán con el software SolidWorks 2013. 1.2.-COMPETICIONES DE LA R.F.E. de A. La Real Federación Española de Automovilismo (R.F.E. de A.) es la máxima autoridad deportiva del automovilismo de competición en territorio nacional. Ésta entidad gestiona y promueve la organización de las diferentes competiciones relacionadas con el mundo del automóvil, velando por la aplicación de la normativa y por el buen desarrollo de las pruebas. La R.F.E. de A. cuenta con el reconocido prestigio de la Federación Internacional del Automóvil (F.I.A.). Actualmente la R.F.E. de A. organiza las siguientes competiciones: - Campeonato de España de Karting. - Campeonato de España de Rallyes de asfalto. - Campeonato de España de Rallyes de tierra. - Campeonato de España de Rallyes Todo Terreno. - Campeonato de España de Montaña. - Campeonato de España de Autocross. - Campeonato de España de Rallyes de Velocidad para Vehículos Históricos. - Campeonato de España de Rallyes de Regularidad para Vehículos Históricos. - Campeonatos en circuitos. Dentro de cada campeonato existen subcampeonatos para diferentes categorías de vehículos. Es decir según las características de cada vehículo y/o sus modificaciones éste pertenecerá a un grupo o a otro. En el caso de los Rallyes, los diferentes vehículos pueden participar de forma conjunta, aunque solo compitan contra vehículos de la misma categoría. Por ejemplo: dentro del Campeonato de España de Montaña las siguientes categorías de vehículos: - Campeonato de España de Montaña CATEGORÍA I. - Campeonato de España de Montaña CATEGORÍA II. - Campeonato de España de Marcas. - Copa de España de Conductores Grupo N. - Copa de España de Conductores Grupo A. - Copa de España de Conductores Grupo A2. - Copa de España de Conductores Grupo Históricos.
  6. 6. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 4 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes - Trofeo de España de vehículos GT. - Trofeo de España de pilotos femeninos de Montaña. - Trofeo de España Junior de Montaña (pilotos nacidos a partir del 1 de Enero de 1991). Imagen 1. De izquierda a derecha y de arriba a abajo: rally de asfalto, rally de tierra, competición todo terreno, competición de karting, competición de autocross, campeonato en circuito (Copa Seat), rally de vehículos históricos, vehículo CM o Speed Car perteneciente a la Categoría II del campeonato de montaña.
  7. 7. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 5 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 1.3.-NORMATIVA DE APLICACIÓN Como se ha visto anteriormente existen multitud de campeonatos y categorías dentro de la competición automovilística. Cada campeonato tiene su propia reglamentación general aplicable a todas las categorías que englobe y además cada categoría tiene sus propios reglamentos específicos. Una categoría de vehículos como puede ser el Grupo N, puede participar en varios campeonatos como en los Rallyes de Asfalto, Tierra o Montaña, siempre y cuando se adapte a sus normativas. También aclarar que un vehículo comercial puede obtener la homologación para varias categorías diferentes. Por ejemplo, un mismo vehículo puede ser homologado como Grupo N o como Grupo A, pero solo puede tener una homologación simultáneamente. Parte de normativa usada para la realización de este proyecto está en el Artículo 253 del Anexo J de la F.I.A. Este artículo recoge todo lo relacionado con el equipamiento de seguridad para los Grupo N y Grupo A, incluyendo las estructuras de seguridad. El Grupo A está formado por vehículos de turismo, es decir vehículos derivados de la serie sobre los que se homologan numerosas modificaciones en lo relativo al motor, suspensiones o transmisión. También hay otras características, como las dimensiones del vehículo que no pueden ser modificadas, es decir el aspecto exterior del vehículo debe ser el mismo que el de serie. En resumen el Grupo A es un coche de calle modificado y adaptado a competición. El Grupo N está formado por vehículos de producción. Estos vehículos son producidos en serie para competiciones y tienen limitaciones en cuanto a modificaciones. Para obtener dicha homologación se deben construir un mínimo de 2.500 vehículos idénticos de competición en un año del total de 25.000 que deben producirse del modelo estándar. Es decir, se requieren 2.500 Subaru Impreza WRX de las 25.000 unidades de Subaru Impreza para su homologación como Grupo N. Salvo alguna restricción especificada en la ficha de homologación, todas las homologaciones válidas para el Grupo N son válidas para el Grupo A. Para la homologación de la estructura se deberá cumplir La Normativa para la Homologación de Estructuras de Seguridad ante la R.F.E. de A. y se seguirá El Reglamento de Homologación F.I.A. para Estructuras de Seguridad.
  8. 8. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 6 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 1.4.- RESUMEN DEL ARTÍCULO 253 Este artículo recoge las exigencias de seguridad aplicables a los grupos de vehículos A y N. A continuación se indican los apartados que lo forman: - Canalizaciones y bombas. - Seguridad de los sistemas de frenado y de dirección. - Fijaciones suplementarias. - Cinturones de seguridad. - Extintores y sistemas de extinción. - Estructura de seguridad (Artículo 253-8). - Visión hacia atrás. - Anilla para remolque. - Lunas y redes. - Fijaciones de seguridad del parabrisas. - Cortacorrientes. - Depósitos de seguridad aprobados por la F.I.A. - Protección contra incendios. - Asientos, puntos de anclaje y soportes. - Válvulas de sobrepresión. - Exigencias específicas para vehículos de propulsión eléctrica.
  9. 9. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 7 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 2.-ESTRUCTURAS DE SEGURIDAD 2.1.- DEFINICIÓN Y TIPOS Una estructura de seguridad, también conocida como arco de seguridad o jaula de seguridad es una estructura formada por barras de acero tubulares. Ésta sirve de refuerzo al vehículo para evitar los daños en caso de accidente y sobretodo evitar el hundimiento del techo en caso de vuelco o vueltas de campana. La instalación de este elemento es obligatoria para todos los vehículos de competición. Imagen 2. Estructura de seguridad para un BMW SERIE 3 E36 COMPACT. Imagen 3. Estructura de seguridad en el interior del Mini John Cooper Works WRC. Se distinguen dos tipos de estructuras de seguridad, las fijas y las desmontables. Las fijas van soldadas entre sí y atornilladas al chasis o carrocería del vehículo mediante placas de anclaje intermedias. Las estructuras desmontables suelen ser atornilladas. En el diseño se han optado por uniones totalmente fijas, salvo la fijación de la estructura al chasis que es atornillada.
  10. 10. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 8 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 2.2.- INSTALACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DE SEGURIDAD La estructura de seguridad puede ser: - Fabricada según los requerimientos del Anexo J. - Homologada o certificada por una A.D.N. - Homologada por la F.I.A. 2.2.1.- Fabricada según los requerimientos del Anexo J Una estructura que se realiza íntegramente conforme el artículo 253-8 del Anexo J podrá ser construida e instalada por cualquier que tenga la capacidad técnica para ello. No necesita ningún tipo de homologación. Este artículo recoge requisitos mínimos a nivel de diseño, dimensiones del tubo y tipo de material utilizado. Todo lo que no esté recogido en el mismo está prohibido montarse. Al no requerir homologación, los Comisarios Técnicos la revisarán exhaustivamente antes de cada prueba para verificar el correcto cumplimiento de la norma. Imagen 4. Comisario Técnico descubriendo un tubo mal soldado. 2.2.2.- Homologada o certificada por una A.D.N. Una A.D.N. es una Autoridad Deportiva Nacional declarada por la F.I.A. En cada país existe una única entidad autorizada para homologar estructuras de seguridad y en España es la R.F.E. de A. La homologación de este tipo de estructuras requiere mayores exigencias que las anteriores y las empresas que se dediquen a ello deben demostrar tanto capacidad técnica como competencia. Estas estructuras deberán cumplir La Normativa para la Homologación de Estructuras de Seguridad ante la R.F.E. de A. y seguir El Reglamento de Homologación F.I.A. para Estructuras de Seguridad.
  11. 11. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 9 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Particularidades: - Las empresas dedicadas a desarrollar estas estructuras deben presentar un estudio técnico-descriptivo, que en ocasiones requiere realizar un estudio de resistencia de materiales por elementos finitos. - También se deben presentar los certificados del material utilizado, así como el de cualificación de soldador homologado que realice las soldaduras. - Se pueden usar aceros aleados y las dimensiones de los tubos pueden ser menores que los exigidos en el Anexo J. - A partir de 2003 las estructuras deben tener una placa de identificación que no pueda ni copiarse ni retirarse (soldada, troquelada, o con acero auto destructible), la cual reflejará como mínimo el nombre del constructor, el número de homologación de la A.D.N. y el número de serie único del fabricante. Imagen 5. Placa de identificación. - Se deberá presentar una copia original del documento o certificado de homologación ante los Comisarios Técnicos antes de cada prueba, éste se deberá llevar siempre a bordo del vehículo. Con esto se evita que los comisarios realicen la inspección de la estructura. 2.2.3.- Homologada por la F.I.A. La única diferencia con las anteriores es que estas estructuras están homologadas ante la F.I.A. que es el máximo organismo a nivel deportivo en el mundo. Para su homologación ante la F.I.A. debe ser el fabricante quien haga la petición de homologación a través de la A.D.N. del país del fabricante. Diferencias con la homologación ante una A.D.N.: - La placa de identificación es obligatoria a partir de 1997. - Para algunos vehículos de mayor categoría como los World Rallye Car (W.R.C.) es obligatoria la homologación F.I.A. - El proceso de homologación es más exigente y restrictivo.
  12. 12. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 10 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 2.2.4.- Cuadro resumen de necesidades TIPO DE ESTRUCTURA HOMOLOGACIÓN REGLAMENTO APLICABLE DOCUMENTACIÓN OBLIGATORIA PLACA IDENTIFICATIVA Fabricada según el Artículo 253-8 del Anexo J No obligatoria Anexo J Ninguna No necesaria Homologada por una A.D.N. Obligatoria Reglamento Homologación F.I.A. Certificado A.D.N. Obligatoria Homologada por la F.I.A. Obligatoria Reglamento Homologación F.I.A. Ficha de Homologación F.I.A. Obligatoria Imagen 1. Tabla con resumen de necesidades.
  13. 13. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 11 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.-ESTRUCTURA DE SEGURIDAD PARA UN PEUGEOT 307 CC 3.1.- CARACTERÍSTICAS DEL VEHÍCULO Imagen 6. Peugeot 307 CC. El vehículo para el cual se va a diseñar la estructura de seguridad es el Peugeot 307 C.C. Pertenece al Grupo A, es decir es un vehículo de serie modificado para competición. La siguiente tabla recoge las características técnicas del mismo, se han marcado en negrita aquellas que serán necesarias para el diseño de la estructura de seguridad: PRESTACIONES Y CONSUMOS HOMOLOGADOS Velocidad máxima (km/h) 225 Aceleración 0-100 km/h (s) 10 Aceleración 0-1000 m (s) 31 Consumo urbano (l/100 km) 12,4 Consumo extraurbano (l/100 km) 6,8 Consumo medio (l/100 km) 8,8 DIMENSIONES, PESO Y CAPACIDADES Número de puertas 2 Largo / ancho / alto (mm) 4347 / 1759 / 1424 Batalla / vía delantera - trasera (mm) 2605 / 1497 - 1506 Coeficiente Cx / Superficie frontal (m2 ) / Factor de resistencia 0,31 / 2,08 / 0,64 Peso (kg) 1490 Combustible Gasolina (litros) 50
  14. 14. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 12 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Volumen de maletero mínimo con dos filas de asientos disponibles (litros) 350 Número de plazas / Distribución de asientos 4 / 2 + 2 MOTOR DE COMBUSTIÓN Combustible Gasolina Potencia máxima CV - kW / rpm 177 - 130 / 7000 Par máximo Nm / rpm 202 / 4750 Situación Delantero transversal Número de cilindros 4 - En línea Material del bloque / culata Aluminio / Aluminio Diámetro x carrera (mm) 85,0 x 88,0 Cilindrada (cm3 ) 1997 Relación de compresión 11,0 a 1 Distribución 4 válvulas por cilindro. Dos árboles de levas en la culata Alimentación Inyección Indirecta. Admisión Variable Automatismo de parada y arranque del motor ("Stop/Start") No TRANSMISIÓN Tracción Delantera Caja de cambios Manual, 5 velocidades Tipo de Embrague Embrague monodisco en seco Desarrollos (km/h a 1.000 rpm) 1ª 9,3 2ª 14,5 3ª 19,9 4ª 25,8 5ª 31,5 CHASIS Suspensión delantera (estructura/muelle) Tipo McPherson / Resorte helicoidal Suspensión trasera (estructura/muelle) Rueda tirada con elemento torsional / Resorte helicoidal Barra estabilizadora (delante/detrás) Sí / Sí Frenos delanteros (diámetro mm) Disco ventilado (302) Frenos traseros (diámetro mm) Disco (247)
  15. 15. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 13 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes DIRECCIÓN Tipo Cremallera Diámetro de giro entre bordillos/paredes (m) 10,7 / 11,1 Vueltas de volante entre torpes 2,9 Neumáticos delanteros 205/50 R17 Neumáticos traseros 205/50 R17 Llantas delanteras 6,5 x 17 Llantas traseras 6,5 x 17 Tabla 2. Características técnicas de vehículo. La siguiente imagen muestra las vistas del vehículo: Imagen 7. Vistas del Peugeot 307 CC.
  16. 16. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 14 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.- ESTRUCTURA SEGÚN EL ARTÍCULO 253 DEL ANEXO J 3.2.1.- Resumen de la normativa El primero de los diseños se va a crear para cumplir con las exigencias recogidas en el Artículo 253 del Anexo J. A esta estructura la denominaremos estructura 1. 3.2.1.1.- Estructura básica La normativa nos permite tres configuraciones básicas distintas: Imagen 8. Diferentes configuraciones básicas de la estructura de seguridad. La configuración A está formada por un arco principal, 1 arco delantero, 2 miembros longitudinales, 2 tirantes traseros y 6 pies de anclaje. La configuración B está formada por 2 arcos laterales, 2 miembros transversales, 2 tirantes traseros y 6 pies de anclaje. La configuración C está formada por 1 arco principal, 2 semiarcos laterales, 1 miembro transversal, 2 tirantes traseros y 6 pies de anclaje. La configuración elegida para nuestro modelo es la C la cual se detalla a continuación: Imagen 9. Configuración básica tipo C.
  17. 17. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 15 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Arco principal: El arco principal debe estar construido de una sola pieza tubular y prácticamente vertical con una inclinación máxima de +/-10º. Se debe situar detrás de los asientos delanteros y el eje debe estar contenido en un solo plano. El arco principal deberá estar lo más cercano al contorno de la carrocería y tener una única curvatura en su parte vertical inferior. Semiarco lateral: Los semiarcos laterales deben estar construidos de una sola pieza tubular. Su parte frontal es vertical hasta que llega a la altura del parabrisas y continua paralelo a éste. Cuando llega a la altura del techo lo sigue paralelamente hasta unirse con el arco principal. En su parte vertical inferior solo debe tener una única curvatura. Tirantes traseros: Los tirantes traseros también deberán ser de una única pieza tubular e irán desde el arco principal hasta los pies de anclaje traseros. Deberán formar una ángulo mínimo de 30º con la vertical y deberán estar lo más cerca posible del contorno de la carrocería. Miembro transversal: El miembro transversal será una única pieza tubular que se unirá a la altura donde contactan el techo y el parabrisas con los semiarcos laterales. Pies de anclaje: Los pies de anclaje son placas soldadas al final del tubo de la estructura. Estos se atornillarán a una placa de refuerzo, la cual irá soldada a la carrocería o el chasis. Para conseguir un montaje óptimo sobre la carrocería, el guarnecido original puede ser modificado junto a la estructura de seguridad o sus puntos de anclaje, recortándolo o modificándolo localmente. Por otro lado no se permite la eliminación completa de las partes de la tapicería o guarnecido. Tanto la placa del pie de anclaje como la placa de refuerzo deberán tener un espesor mínimo de 3 mm. En vehículos homologados a partir del 01/01/2007 el área de contacto entre la placa de refuerzo y la carrocería será de 120 cm2 como mínimo. El pie de anclaje se atornillará a la placa de refuerzo con un mínimo de 3 tornillos de al menos M8 y de una calidad ISO 8.8. Se emplearán tuercas autoblocantes dotadas de arandelas de bloqueo.
  18. 18. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 16 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes El ángulo entre 2 tornillos tal y como se indica en la siguiente imagen no debe ser inferior a 60 grados: Imagen 10. Ángulo mínimo entre tornillos. Para los puntos de anclaje de los tirantes traseros se cumple lo anterior, solo que el número mínimo de tornillos puede ser de 2 de M8 y calidad ISO 8.8. Además el área mínima de la placa de refuerzo será de 60 cm2 . 3.2.1.2.- Refuerzos obligatorios Tras definir la estructura básica procedemos a incluir otros refuerzos que también son obligatorios. Miembros diagonales en el arco principal: Para vehículos homologados a partir del 01/01/2002 la estructura deberá tener dos miembros diagonales tubulares en el arco principal. Deben ser rectos y al menos uno de ellos debe ser de una única pieza. Tanto las uniones superiores e inferiores de estos miembros con el arco principal deben realizarse a menos de 100 mm de la unión de éste con el tirante posterior. Imagen 11. Miembros diagonales en el arco principal.
  19. 19. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 17 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Protecciones en las puertas: Para vehículos homologados a partir de 01/01/2007 se podrán optar por las siguientes protecciones en las puertas: Imagen 12. Protecciones para las puertas válidas a partir de 01/01/2007. En el diseño se ha elegido la primera de las opciones (configuración en “X”). Estará formada por miembros tubulares y al menos uno de ellos será de una única pieza. Esta deberá ser lo más alta posible pero sin que los puntos de unión superiores se encuentren a mayor altura de la mitad de la altura total de la puerta medida desde su base. La conexión de los tirantes de las puertas con el pilar de refuerzo del parabrisas está autorizada. Protecciones en el techo: Para vehículos homologados desde el 01/01/2005 se podrán optar por las siguientes protecciones en el techo: Imagen 13. Protecciones para el techo válidas a partir de 01/01/2005. En el diseño se ha elegido la primera de las opciones (configuración en “X”). Estará formada por miembros tubulares y al menos uno de ellos será de una única pieza. Los refuerzos podrán seguir la curvatura del techo. Los extremos de los refuerzos deben estar a menos de 100 mm de la unión entre arcos y el resto de miembros. Pilar de refuerzo del parabrisas: Para vehículos homologados desde el 01/01/2006 deben están montados a cada lado del mismo cuando la dimensión ”A” es superior a 200 mm. Su perfil será tubular y puede ser curvado hasta 20º siempre que en vista lateral sea rectilíneo. Su extremo superior debe estar a menos de 100 mm de la unión entre el refuerzo transversal y el semiarco lateral. Su extremo inferior debe estar a menos de 100 mm del pie de anclaje del arco.
  20. 20. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 18 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 14. Pilar de refuerzo del parabrisas. Refuerzos de ángulos y uniones: Las uniones entre: - Los miembros diagonales del arco principal. - Los refuerzos del techo. - Los tirantes de las puertas. - Los tirantes de las puertas y los pilares de refuerzo del parabrisas. Deben estar reforzados por un mínimo de dos cartelas. Las cartelas se deberán construir del siguiente modo: - Estarán hechas de chapa doblada en forma de U de espesor mínimo 1 mm. - Los extremos de dicha cartela (punto E) deben estar situados a una distancia del punto superior del ángulo (punto S) de 2 a 4 veces el diámetro exterior del tubo mayor de los unidos. - Se permite un corte en la parte superior del ángulo (S), pero su radio no debe ser mayor de 1,5 veces el diámetro exterior del tubo mayor de los unidos. - Los lados planos de la cartela pueden tener un agujero cuyo diámetro no debe ser más grande que el diámetro exterior del tubo mayor de los unidos. Imagen 15. Cartela de refuerzo.
  21. 21. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 19 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.1.3.- Refuerzos opcionales A continuación se muestran los refuerzos opcionales que se han decidido instalar en la estructura: Refuerzo entre el arco principal y tirantes traseros: Imagen 16. Refuerzo opcional entre arco principal y tirantes traseros. Miembro transversal trasero: Imagen 17. Miembro transversal trasero. El miembro transversal trasero puede usarse para los anclajes de las bandas de los hombros de los arneses de seguridad. Esta barra deberá ser tubular y permitir que el ángulo que forman las bandas de los hombros con la horizontal esté entre 10º y 45º. Imagen 18. Disposición de las bandas de los arneses.
  22. 22. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 20 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 19. Indicaciones de la normativa permitiendo la fijación de las bandas de los hombros al refuerzo transversal trasero. Imagen 20. Anclaje para la fijación de las bandas de los hombros. Miembro transversal delantero: El miembro transversal delantero une los dos semiarcos laterales. Debe estar fijado al arco delantero y no debe invadir el espacio reservado para los ocupantes. Debe estar situado lo más alto imposible pero el borde inferior no debe situarse por encima del punto más elevado del salpicadero. Además para vehículos homologados a partir del 01/01/2007 no debe posicionarse por debajo de la columna de dirección. Imagen 21. Miembro transversal delantero.
  23. 23. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 21 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Refuerzos de ángulo y unión: Se han instalado dos refuerzos de ángulo y unión. Uno entre el arco principal y los semiarcos laterales y otro entre el refuerzo del parabrisas y los semiarcos laterales. Imagen 22. Refuerzos de ángulo y unión instalados. Todos estos refuerzos opcionales deben estar bien soldados y la normativa permite que se apliquen por separado o combinados entre sí. 3.2.1.4.- Material y dimensiones de los tubos Solo están permitidos los tubos de sección circular de acero al carbono no aleado con una resistencia mínima a tracción de 350 N/mm2 . El contenido máximo de carbono será inferior al 0,3%. El contenido máximo de aditivos es de 1,7% para manganeso y 0,6% para otros elementos. El acero debe tener unas buenas propiedades de elongación y soldabilidad. El acero elegido es el Acero al Carbono AISI 1030. En la siguiente tabla se muestran sus características mecánicas: Características del Acero al Carbono AISI 1030 Módulo de elasticidad 205.000 MPa Coeficiente de Poisson 0,29 Módulo cortante 80.000 MPa Densidad 7850 Kg/m3 Límite de tracción 525 MPa Límite elástico 440 MPa Elongación 12% Tabla 3. Característica del AISI 1030.
  24. 24. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 22 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Su composición es la siguiente: Carbono, C 0,27% Cromo, Cr 0,8-1,1% Hierro, Fe 98,67-99,13% Manganeso, Mn 0,6-0,9% Fósforo, P < 0,04% Azufre, S < 0,05% Tabla 4. Composición del AISI 1030. Las dimensiones mínimas del tubo que forme el arco principal serán de 45 x 2,5 mm o de 50 x 2 mm de diámetro exterior y espesor respectivamente. Para el resto de barras o refuerzos las dimensiones mínimas serán 38 x 2,5 mm y 40 x 2 mm de diámetro exterior y espesor respectivamente. Para el diseño de la estructura los tubos elegidos son de 45 x 2,5 mm para el arco principal y 38 x 2,5 para el resto. El curvado del tubo debe hacerse en frío con un radio de curvatura de al menos 3 veces su diámetro (medido en el eje del tubo). La soldadura deberá cubrir todo el perímetro del tubo, tener la mayor penetración posible y ser de gran calidad. Es preferente el uso de soldadura al arco en atmósfera de gas inerte. En los lugares donde los cuerpos de los ocupantes puedan entrar en contacto con la estructura de seguridad debe instalarse un revestimiento protector no inflamable. Donde puedan entrar en contacto el casco y el revestimiento, éste deberá cumplir la norma F.I.A. 8857-2001 tipo A.
  25. 25. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 23 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.- Creación de la estructura con SolidWorks 3.2.2.1.- Información general Para adaptar las dimensiones de las barras al habitáculo del vehículo se han tomado medidas de éste. Además a medida que se diseñaba se comprobaba simultáneamente su correcta ubicación. A continuación se explican los pasos seguidos para construir la estructura de seguridad mediante SolidWorks. Ejecutamos el programa y le damos seleccionamos “nuevo”. A continuación seleccionamos sobre la ventana “Pieza” y le damos a aceptar. Imagen 23. Pantalla para nuevas creaciones en SolidWorks. Lo primero que debemos configurar son las unidades. Dentro de opciones, seleccionamos propiedades del documento y unidades. Allí elegimos MMGS, es decir (milímetro, gramo y segundo). Imagen 24. Elección de las unidades del documento.
  26. 26. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 24 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes También deberemos elegir la configuración “piezas soldadas” en vez de “piezas mecanizadas” que viene por defecto. Esto dará mayor realismo al modelado. Para ello seleccionaremos cada operación con botón derecho y en “configurar operación” elegimos “como soldada”. Imagen 25. Predeterminado “como soldadas”. 3.2.2.2.-Arco Principal En primer lugar crearemos el arco principal. Para ello crearemos un plano donde dibujaremos la trayectoria que seguirá el tubo mediante la herramienta “croquis”. Imagen 26. Se observa la trayectoria seguida por el arco principal.
  27. 27. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 25 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Después creamos un plano perpendicular a la trayectoria y que pase por uno de sus extremos y mediante la herramienta “croquis” y luego la herramienta “equidistanciar entidades” creamos dos circunferencias de 45 y 40 mm de diámetro. Imagen 27. Circunferencias que formaran el arco principal. Para finalizar el arco principal usamos la herramienta “Saliente/Base barrido”. Como perfil elegimos las circunferencias y como trayectoria el croquis anteriormente dibujado. Imagen 28. Arco principal de diámetro 45 x 2,5 mm terminado.
  28. 28. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 26 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.3.- Semiarco lateral Lo primero que hacemos para empezar a crear el semiarco lateral izquierdo es dibujar el plano por donde la trayectoria de éste pasará. A continuación dibujamos sobre dicho plano mediante la herramienta “croquis” la trayectoria que seguirá dicho arco. Imagen 29. Se observa la trayectoria seguida por el semiarco lateral izquierdo. Posteriormente usamos las herramientas “croquis” y “equidistanciar entidades” para crear dos circunferencias de 38 y 33 mm de diámetro. Mediante la herramienta “Saliente/Base barrido” creamos el tubo del semiarco lateral izquierdo. Imagen 30. Semiarco lateral izquierdo de diámetro 38 x 2,5 mm sin terminar.
  29. 29. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 27 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Se puede observar que el semiarco lateral izquierdo todavía no está terminado, pues falta unir éste con el arco principal. Imagen 31. Semiarco lateral izquierdo sin unir al arco principal. Para finalizar este arco usamos la herramienta “Extruir saliente/base”. Creamos nuevamente las circunferencias, indicamos que la dirección de extrusión sea hacia el arco principal y activamos la opción “extruir hasta el sólido”. Imagen 32. Operación de “Extruir saliente/base”.
  30. 30. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 28 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 33. Semiarco lateral izquierdo terminado. 3.2.2.4.-Protecciones laterales Primero dibujamos una de las barras. Se realiza igual que las operaciones realizadas hasta ahora: creamos un plano que contiene a la trayectoria, dibujamos ésta como croquis, creamos un plano perpendicular a dicha trayectoria donde dibujamos las circunferencias del croquis y extruimos este croquis con la herramienta “Extruir saliente/base” en ambas direcciones hasta el sólido. Añadir que todos los tubos que se dibujen a partir de ahora serán de 38 x 2,5 mm de diámetro exterior y espesor respectivamente. Imagen 34. Primera de las protecciones laterales dibujada.
  31. 31. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 29 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Para la segunda barra, la cual está partida en tres, realizaremos lo anterior tres veces. Antes de dibujar la tercera barra tendremos que dibujar el refuerzo del parabrisas. Imagen 35. Protecciones laterales segunda y tercera. Antes de seguir con las protecciones de las puertas debemos crear la barra del parabrisas. Ésta se realizará de dos partes, una recta y otra curva, siempre cumpliendo con lo especificado en la normativa. Imagen 36. Primera parte del arco de refuerzo del parabrisas.
  32. 32. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 30 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Una vez dibujada esta parte de la barra de refuerzo del parabrisas podemos seguir con las protecciones de las puertas. Recordamos que usamos la herramienta “Extruir saliente/base”. Imagen 37. Protecciones laterales tercera y cuarta. 3.2.2.5.- Barra de refuerzo del parabrisas Para finalizar esta barra solo tendremos que dibujar su parte curva, ya que la recta ya la dibujamos anteriormente. Debido a que la trayectoria es curva no se puede usar la herramienta “Extruir saliente/base”. Para ello usaremos la herramienta “Saliente/base barrido”. Pero deberemos tener en cuenta que haciéndolo de este modo la barra de refuerzo del parabrisas penetrará en el interior del semiarco lateral izquierdo, por lo tanto luego tendremos que arreglarlo. La curvatura tiene un ángulo de 11º (la normativa nos dice inferior a 20º).
  33. 33. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 31 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 38. Se pueden observar el croquis y la trayectoria para la operación “Saliente/base barrido”. Si realizamos un corte podremos observar la introducción de esta barra dentro del semiarco lateral. Imagen 39. Se puede observar la colisión entre barras. Para solucionar esto de cara a evitar resultados erróneos en la simulación, utilizamos la herramienta “corte barrido”. Seleccionamos como trayectoria la que se usó para crear el semiarco lateral izquierdo y como croquis la circunferencia interior del mismo. Esto creará un vaciado eliminando la parte de barra del refuerzo del parabrisas que entra dentro de semiarco lateral.
  34. 34. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 32 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 40. Se puede observar que tras la operación “corte barrido” se elimina el material erróneo. 3.2.2.6.-Creación del refuerzo entre el arco principal y el semiarco lateral Esta barra se crea mediante la operación “Extruir saliente/base”. Recordar que este refuerzo es opcional. Imagen 41. Se puede observar el refuerzo entre arco principal y semiarco lateral. 3.2.2.7.-Tirante trasero izquierdo Este tirante se crea de igual forma que barras anteriores. Una vez dibujado mediante la operación “Extruir saliente/base” se utiliza la operación “Extruir corte” para aplicarle un corte que permita su adaptación a la placa de anclaje.
  35. 35. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 33 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 42. Tirante trasero con extremo sin finalizar. Nos situamos a la altura adecuada y con la operación “Extruir corte” restamos a dicho tirante una circunferencia aleatoria con el fin de que su terminación sea plana. Imagen 43. Operación “Extruir corte” de una circunferencia al tirante trasero.
  36. 36. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 34 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 44. Resultado de la operación “Extruir corte”. 3.2.2.8.-Simetría A continuación realizamos una simetría de todas las barras creadas hasta ahora. Para poder realizar la simetría del arco principal solo necesitaremos tener la mitad de éste por lo tanto eliminamos la mitad derecha con el mismo procedimiento que para eliminar el tirante trasero (operación “Extruir corte”). El plano de simetría pasa por el centro de la estructura. Imagen 45. Resultado de la operación “Extruir corte” sobre el arco principal.
  37. 37. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 35 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 46. Resultado de la operación “simetría” sobre lo hasta ahora modelado. 3.2.2.9.-Refuerzos en el techo En primer lugar y mediante procedimientos anteriores creamos el refuerzo transversal del techo. En segundo lugar creamos una de las barras cruzadas. Por último creamos las dos barras que se cruzan con esta. Imagen 47. Se observa la construcción de las barras de protección del techo.
  38. 38. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 36 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.10.-Tirantes diagonales. Estos se encuentran debajo del arco principal. Se crean de la misma manera que otras barras descritas anteriormente. Imagen 48. Se observa la construcción de los tirantes diagonales. 3.2.2.11.-Barra transversal frontal. Su construcción es igual que la barra transversal del techo. Se recuerda que esta barra es opcional. Imagen 49. Barra transversal delantera modelada.
  39. 39. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 37 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.12.-Pie de anclaje A continuación se explica la creación de un pie de anclaje. Comenzaremos con el pie de anclaje del semiarco lateral izquierdo. En primer lugar se creará mediante la operación “Extruir saliente/base” un rectángulo de 140 x 100 x 3 mm. Imagen 50. Croquis que una vez extruido dará un pie de anclaje. A continuación y mediante la herramienta “Asistente para taladro” se crean los cuatro taladros a través de los cuales los tornillos unirán el pie de anclaje a la placa de anclaje y al chasis del vehículo. En dicho asistente se crean talados para tornillos ISO M10. Por último mediante la herramienta redondeo se crean radios de acuerdo en las esquinas de dicho pie de radio 10 mm. Imagen 51. Pie de anclaje terminado.
  40. 40. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 38 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Para el pie de anclaje del arco principal se utiliza la herramienta “matriz”. En ella se incluyen todas las operaciones que permitieron crear el pie de anclaje anterior. Imagen 52. Operación “matriz” para crear el pie de anclaje del arco principal. Para el pie de anclaje del tirante trasero se procede de igual forma. La única diferencia es que éste es más pequeño. Sus dimensiones son 120 x 90 x 3 mm y lleva cuatro taladros para tornillos ISO M8.
  41. 41. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 39 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.13.-Refuerzo entre el tirante trasero y arco principal Esta barra es opcional y se crea por procedimientos similares a los anteriores. Imagen 53. Se pueden observar los pies de anclaje. 3.2.2.14.-Barra transversal trasera Creamos la barra transversal trasera la cual puede servir para fijar los puntos de anclaje de las bandas de los hombros de los arneses de seguridad. Después de su creación, realizamos una simetría de los pies de anclaje y del refuerzo anterior. Recordar que su instalación es opcional ya que las bandas de los hombros pueden anclarse al chasis. Imagen 54. Pies de anclaje, barra transversal trasera y refuerzos entre arco principal y el tirante trasero terminados.
  42. 42. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 40 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.15.-Refuerzo entre los semiarcos laterales y las barras de refuerzo del parabrisas Se crea este refuerzo opcional. Primero se crea un plano perpendicular a la trayectoria de la barra del semiarco lateral por el punto donde pasará el refuerzo que estamos creando. Posteriormente se crea mediante la operación “croquis” la trayectoria de este refuerzo, el cual irá hasta la trayectoria del refuerzo del parabrisas. Imagen 55. Trayectoria que seguirá dicho refuerzo. Por último usamos la herramienta “Extruir saliente/base” sobre el croquis formado por las dos circunferencia que crearán el tubo. Dicho croquis se sitúa en el plano perpendicular a la trayectoria que seguirá. La extrusión se realiza en ambas direcciones hasta el sólido. Posteriormente aplicamos una simetría a este refuerzo. Imagen 56. Refuerzos entre los semiarcos laterales y los refuerzos del parabrisas instalados.
  43. 43. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 41 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.16.-Cartelas traseras Tal y como nos dice la normativa, los tirantes diagonales bajo el arco principal, los tirantes de las puertas y del techo, así como la unión entre la barra de refuerzo del parabrisas con los tirantes de las puertas deben ir reforzadas con al menos dos catelas. Para la construcción de las cartelas traseras primero crearemos un plano que pase por el medio del arco principal. Posteriormente crearemos otro plano paralelo al anterior a una distancia de 19 mm (radio del tubo que forman los tirantes traseros). Sobre este plano croquizamos una cartela y luego hacemos simetría de la misma para posteriormente extruir las dos a la vez. La extrusión se realiza mediante la operación “Extruir saliente/base”. La extrusión se realiza alejándose de los tirantes con un espesor de 1 mm. También se extruye hacia el interior para que genere bien el contacto entre las cartelas y las barras. El espesor en este sentido es de 0,5 mm. Este espesor es suficiente como para crear contacto pero sin llegar a traspasar a la parte hueca del tubo. Imagen 57. Inicio en la construcción de las cartelas. A continuación creamos una simetría respecto del primero de los planos que hicimos de lo dibujado hasta ahora. Posteriormente realizamos una vista lateral en sección y nos situamos sobre el canto de las cartelas. Imagen 58. Vista de sección lateral.
  44. 44. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 42 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Creamos el croquis que dará cierre a las cartelas y extruimos 1 mm hacia el exterior y 0,5 hacia el interior. Una vez realizado en una de ellas aplicamos simetría para hacerlo en la otra. Tener en cuenta que al hacer esta extrusión la parte del lateral de la cartela está entrando dentro del tubo por lo que luego se deberá eliminar. Imagen 59. A la izquierda: parte lateral de la cartela extruida. A la derecha se observa como esta extrusión invade el interior de los tubos que forma los tirantes diagonales. Para eliminar el material sobrante se utiliza la operación “extruir corte”. Se toma la circunferencia interior del tubo como elemento cortante. Se debe prestar atención a la longitud de la extrusión del corte ya que si se hace mayor de lo necesario no solo eliminará el material de la cartela sino que puede eliminar alguno de los tubos en la zona del cruce. Después se realizan unos orificios en los laterales de las cartelas de 12 mm de diámetro. También se redondean las esquinas con un radio de acuerdo de 1 mm. Imagen 60. A la izquierda: se observa la eliminación del material sobrante de las cartelas. A la derecha se observa las cartelas con los orificios y el redondeo en el lateral.
  45. 45. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 43 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.17.-Cartelas en el techo El procedimiento seguido para crear las cartelas del techo es el mismo que para las cartelas traseras. Imagen 61. Cartelas del techo. 3.2.2.18.-Cartelas en las puertas El procedimiento seguido para crear las cartelas en las puertas es el mismo que para otras cartelas. Una vez realizadas en la puerta izquierda se aplica simetría para dibujarlas en la puerta derecha. Imagen 62. Cartelas en las puertas.
  46. 46. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 44 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.2.19.-Cartelas de refuerzo entre la barra de refuerzo del parabrisas y los refuerzos de la puerta Esta cartela se crea igual que las interiores. No obstante tiene dos diferencias, la primera y más sencilla es que no tiene agujero transversal. La segunda y algo más complicada es que como parte de la cartela se apoya sobre la parte curva de la barra de refuerzo del parabrisas, a la hora de realizar la extrusión deberemos aumentar ligeramente el espesor para evitar que sea más delgada en esa parte. Una vez hecho en un lado y mediante simetría se lleva al otro. Imagen 63. Cartelas de refuerzo entre las barras de refuerzo del parabrisas y los refuerzos de las puertas. 3.2.2.20.-Resumen estructura Con los pasos hasta ahora dados se habría finalizado el diseño y modelización de la estructura de seguridad según el artículo 253-8 del Anexo J de la R.F.E. de A. Recordar que si se diseña según este apartado la estructura cumple las exigencias mínimas, pero no puede optar a la homologación permanente. Es decir, si se hace de este modo se podrá competir con ella hasta que la normativa cambie, lo cual suele ocurrir anualmente. También recordar que los refuerzos entre: - El arco principal y semiarco lateral. - Los tirantes traseros y el arco principal. - El semiarco lateral y barra de refuerzo del parabrisas. - Y las barras transversal delantera y trasera. Son todos opcionales. Se han decidido instalar para aumentar la seguridad o para poder servir de anclaje a las bandas de los hombros de los arneses como es el caso de la barra transversal trasera.
  47. 47. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 45 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 64. Estructura 1.
  48. 48. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 46 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.3.- Comprobaciones geométricas 3.2.3.1.- Estructura de seguridad contenida entre suspensiones: Longitudinalmente la estructura debe estar completamente contenida entre los anclajes de los elementos de las suspensiones delanteras y traseras que soportan las cargas verticales (muelles y amortiguadores). Esto se demuestra en la siguiente imagen: Imagen 65. Conjunto estructura-vehículo en vista lateral. El ángulo que formarían las bandas de los hombros de los arneses al anclarse a la barra transversal trasera sería superior a 10 grados, concretamente 15, por lo que cumple. Se puede verificar como las barras no bloquean el sistema de apertura de la puerta (marcado en rojo). También se aprecia como el ángulo que el tirante trasero forma con la vertical es superior a 30 grados, concretamente 56 grados. Por último se ve como la barra de refuerzo del parabrisas es recta el vista lateral tal y como nos dice la normativa. Imagen 66. Conjunto estructura-vehículo en planta.
  49. 49. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 47 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.2.3.2.- Proyección frontal Para vehículos homologados a partir del 01/01/2002 en protección frontal, los refuerzos de los ángulos deben ser visibles únicamente a través de la el área rayada del parabrisas que se muestra en la siguiente imagen: Imagen 67. Área donde deben estar en proyección frontal todos los refuerzos de ángulos. El cumplimiento de esta norma se aprecia en la siguiente imagen: Imagen 68. Conjunto estructura-vehículo en vista frontal. 3.2.3.3.- Hueco disponible en la puerta Todas las estructuras de seguridad homologadas a partir del 01/01/2001 deben cumplir con los siguientes criterios en cuanto al hueco disponible en la puerta: - La dimensión A debe tener un mínimo de 300 mm. En este diseño son 380 mm. - La dimensión B debe tener un máximo de 250 mm. En este diseño son 177 mm. - La dimensión C debe tener un máximo de 300 mm. En este diseño son 162 mm.
  50. 50. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 48 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes - La dimensión E no debe ser superior a la mitad de la altura de la apertura de la puerta (H). La altura de la puerta son 964 mm y la dimensión E son 361 mm, por lo tanto cumple. - Además ninguna barra que forme parte de la estructura debe bloquear o entorpecer el acceso a la manilla que abre la puerta desde el interior. Imagen 69. Hueco disponible en la abertura de la puerta. Con esto se daría por finalizada la comprobación del diseño de la estructura según los criterios del Artículo 253-8 del Anexo J. A continuación se le aplicarán algunas modificaciones para poder obtener la homologación de la R.F.E. de A.
  51. 51. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 49 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.3.- ESTRUCTURA PARA OBTENER LA HOMOLOGACIÓN DE LA R.F.E. de A. 3.3.1.- Resumen de la normativa El artículo 253-8 del Anexo J es la base de la Normativa para la Homologación según la R.F.E. de A. para Estructuras de Seguridad. Por lo tanto se partirá del diseño realizado hasta ahora y se irán añadiendo las modificaciones y las nuevas exigencias de dicho reglamento. Recordar que ahora además de considerar el vehículo como Grupo A, lo consideramos también como Grupo N, pensando en comercializar estructuras para vehículos fabricados exclusivamente para competición. 3.3.1.1.- Garantía de calidad La primera nueva exigencia que nos encontramos en dicho reglamento es que los fabricantes dedicados a fabricar este tipo de estructuras deben tener mayores controles sobre el material que utilicen, garantizando su trazabilidad. Además se deben tener laboratorios que garanticen la correcta ejecución de las soldaduras. 3.3.1.2.- Estructura básica La estructura básica tiene los mismos puntos que el Artículo 253-8 pero ahora la norma permite que los tubos que forman la estructura en las configuraciones A y C, los arcos laterales y miembros transversales en configuración B estuvieran formados por tubos de 35 x 1,5 mm de diámetros exterior y espesor respectivamente. El arco principal seguirá siendo de 45 x 2,5 mm o de 50 x 2 mm. Imagen 70. Diferentes configuraciones de estructura de seguridad.
  52. 52. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 50 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Ahora es obligatorio un tubo diagonal entre los tirantes traseros tal y como muestra la siguiente imagen: Imagen 71. Nueva barra obligatoria. 3.3.1.3.- Refuerzos obligatorios Los tirantes diagonales bajo el arco principal son obligatorios en configuración en “X” para vehículos de cilindrada mayor a 2000 cm3 , no permitiendo otras configuraciones. Otras diferencias es que los refuerzos entre el arco principal y los semiarcos laterales, y los refuerzos entre los semiarcos laterales y las barras de refuerzo del parabrisas pasan a ser obligatorios. La longitud de los tubos medidos longitudinalmente cuyo diámetro exterior sea menor de 40 mm no debe ser superior a 15 metros. En nuestro caso son 12 metros. 3.3.1.4.- Refuerzos adicionales Se permiten refuerzos adicionales que excedan los límites entre suspensión delantera y trasera con la condición de que cada uno de estos nuevos puntos de anclaje se conecten a la estructura básica de seguridad mediante un tubo mínimo de 30 x 1 mm de diámetro exterior y espesor respectivamente.
  53. 53. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 51 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 3.3.1.5.- Material El acero elegido es al cromo-molibdeno. Más concretamente el AISI 4130 CrMo, a continuación se resumen sus características mecánicas. Características del Acero AISI 4130 CrMo Módulo de elasticidad 205.000 MPa Coeficiente de Poisson 0,29 Módulo cortante 80.000 MPa Densidad 7850 Kg/m3 Límite de tracción 1.110 MPa Límite elástico 951 MPa Elongación 14,7% Tabla 5. Característica del AISI 4130 CrMo. Su composición es la siguiente: Carbono, C 0,28-0,33% Cromo, Cr 0,8-1,1% Hierro, Fe 97,03-98,22% Manganeso, Mn 0,4-0,6% Molibdeno, Mo 0,15-0,25% Fósforo, P < 0,035% Silicio, Si 0,15-0,3% Azufre, S < 0,04% Tabla 6. Composición del AISI 1030. 3.3.2.- Ensayos La exigencia más importante de La Normativa para la Homologación de Estructuras de Seguridad ante la R.F.E. de A. es que pide la realización de dos ensayos mediante la aplicación de una carga. Uno de los ensayos se realizará sobre el arco principal y el otro sobre uno de los semiarcos delanteros. Si la estructura de seguridad cumple con el Artículo 253-8 del Anexo J y se presenta una memoria descriptiva de la misma, así como un análisis por elemento finitos realizado por un técnico competente, podrá evitarse la realización de este tipo de ensayos. Esto lo decidirán los técnicos del centro de homologación. El dispositivo que aplicará la carga debe estar construido de tal forma que no interfiera con la estructura de seguridad que se está poniendo a prueba.
  54. 54. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 52 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Ensayo sobre el arco principal: La estructura debe soportar una carga de 7,5*W daN aplicada sobre el arco principal (sin la aplicación del factor de gravedad), donde W es el peso del vehículo más 150 Kg. La carga se debe aplicar mediante una sello de acero que tenga un radio de 20 +/- 5 mm en los bordes dirigidos hacia el arco principal. Las dimensiones del sello serán: - Longitud: ancho del arco más un mínimo 100 mm. - Ancho: 250 +/- 50 mm. - Grosor: 40 mm como mínimo. La carga se debe aplicar durante al menos 15 segundos y no debe producirse ningún tipo de rotura ni un desplazamiento superior a 50 mm medidos en la dirección de la aplicación de la carga. Imagen 72. Dispositivo con el que se podría aplicar la carga. Ensayo sobre el semiarco lateral: La estructura debe soportar una carga de 3,5*W daN aplicada sobre el semiarco lateral en el lado del conductor (sin la aplicación del factor de gravedad), donde W es el peso del vehículo más 150 Kg. La carga se debe aplicar mediante una sello de acero que tenga un radio de 20 +/- 5 mm en los bordes dirigidos hacia el semiarco lateral. Las dimensiones del sello serán: - Longitud: 450 +/- 50 mm. - Ancho: 250 +/- 50 mm. - Grosor: 40 mm como mínimo. El eje longitudinal del sello debe estar dirigido hacia adelante y hacia abajo con una inclinación de 5 ° + / -1 ° respecto a la horizontal. Además este mismo eje debe estar dirigido
  55. 55. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 53 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes hacia el exterior y hacia abajo con un ángulo de 25 ° + / - 1 ° respecto a la horizontal. Esto se puede observar en la siguiente imagen: Imagen 73. Ángulos que debe formar el sello delantero. La carga se debe aplicar durante al menos 15 segundos y no debe producirse ningún tipo de rotura ni un desplazamiento superior a 100 mm medidos en la dirección de la aplicación de la carga. 3.3.3.- Creación de la estructura con SolidWorks Utilizaremos el modelo anterior al cual le haremos alguna modificación. Una de las diferencias es que los refuerzos entre: - El arco principal y semiarco lateral. - El semiarco lateral y barra de refuerzo del parabrisas. Pasan a ser todos obligatorios. Los refuerzos entre los tirantes traseros y el arco principal, así como las barras de refuerzo trasera y delantera siguen siendo opcionales. La nueva normativa además nos obliga a añadir una nueva barra, que es la diagonal entre los tirantes traseros. Ésta se realiza con las mismas operaciones vistas anteriormente.
  56. 56. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 54 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 74. Estructura 2 terminada. Se observa la nueva barra diagonal entre los tirantes traseros. Añadir que aunque para los cálculos se va a utilizar una estructura simplificada, eliminando las cartelas y algunos detalles de los pies de anclaje. A la hora de modelarla se ha prestado atención a eliminar el material sobrante que se creaba en el interior de los tubos debido a las extrusiones necesarias para crear las cartelas. Esto se hace para que a la hora de realizar los planos no salgan aristas debidas a estas operaciones que puedan dar lugar a confusión. 3.3.4.- Comprobaciones geométricas Son similares a las realizadas para la estructura 1. Éstas se pueden recordar mirando la página 46. La única variación es que en proyección frontal se aprecia la nueva barra introducida. Esto se puede observar en la siguiente imagen:
  57. 57. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 55 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 75. Conjunto estructura 2 -vehículo en vista frontal. 3.3.5.- Ensayo 1: Carga aplicada sobre el arco principal 3.3.5.1.- Creación de la matriz trasera A continuación se indican los pasos que se dieron para la creación de la matriz. - En primer lugar se creará un rectángulo de 1420 x 250 x 50 mm de largo, ancho y alto respectivamente. Esto cumple con las dimensiones mínimas que nos dice la normativa, estas pueden verse en la página 52 (la longitud transversal del arco principal es de 1318 mm). Para ello se usará la operación “Extruir saliente/base”. Posteriormente mediante la operación “Extruir corte” se realizará un vaciado de 45 mm de diámetro a lo largo de la matriz. En el hueco creado encajará el arco principal. Con esto creamos la matriz primitiva la cual se puede ver a continuación: Imagen 76. Matriz primitiva para ensayo sobre arco principal.
  58. 58. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 56 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes - A continuación abrimos el archivo de la estructura de seguridad y arrastramos el archivo de la matriz primitiva trasera. El programa nos pregunta si estamos intentando hacer una pieza derivaba y contestamos que sí. Posteriormente situamos la matriz sobre el arco principal y la centramos. Esto se puede observar a continuación: Imagen 77. Estructura principal con matriz primitiva trasera. - A continuación realizamos la operación “combinar” que se encuentra en la pestaña “Insertar” y luego “operaciones”. Elegimos como solido principal la matriz y como secundario la estructura. Le damos a la opción “eliminar”. Esta operación lo que hace es restar al primer solido el segundo. También elegimos la opción “conservar solo sólidos seleccionados” y únicamente elegimos el cuerpo principal de la matriz.
  59. 59. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 57 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 78. Eligiendo la operación “combinar”. Imagen 79. Eliminar sólidos y elegir que sólidos se conservan.
  60. 60. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 58 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes La matriz queda de la siguiente forma: Imagen 80. Matriz tras la combinación. 3.3.5.2.- Ensamblaje del arco principal con matriz trasera Antes de realizar el ensayo debemos ensamblar la estructura con la matriz. Para ello generamos un nuevo archivo “ensamblaje”. Después mediante la opción “insertar componentes” añadimos ambos archivos y mediante la herramienta “relaciones de posición” las unimos. Las relaciones elegidas son conicidades entre los dos huecos creados y las barras que los crean respectivamente. Imagen 81. Crear un nuevo ensamblaje.
  61. 61. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 59 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 82. Ensamblaje terminado. 3.3.5.3.- Simulación Primero abrimos el espacio simulación mediante el botón SolidWorks Simulation en la pestaña Productos Office. Después elegimos realizar un nuevo estudio estático. Imagen 83. Espacio de simulación Imagen 84. Elección de un nuevo estudio.
  62. 62. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 60 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Una vez abierto el espacio de simulación tendremos que elegir las opciones de la simulación, elegir el material, aplicar cargas y restricciones y por último mallar y simular. Elección del tipo de estudio: Como la normativa nos dice que la estructura debe aguantar la carga durante un mínimo de 15 segundos, se realizará un análisis estático activando la función “Grandes desplazamientos”. Un análisis estático lineal supone que los desplazamientos que ocurran serán pequeños. También considera que los planos normales a las áreas de contacto no cambian de dirección durante la aplicación de la carga. Es decir, el análisis estático lineal aplica la carga en un solo paso. Este método puede genera resultados inexactos. Al elegir la opción grandes desplazamientos el programa tendrá en cuenta la deformación de la estructura y como afecta ésta a la rigidez de la misma, es decir la carga se aplica poco a poco y se irá actualizando la geometría de la estructura y su rigidez. Esta opción implica más tiempo pero los resultados son más exactos. Al utilizar la solución de grandes desplazamiento para estudios estáticos, sólo se pueden ver los resultados durante el último paso correspondiente a la carga total. Si se realizara un estudio no lineal se pueden ver los resultados para cada paso de aplicación de la carga. En nuestro caso con un estudio estático con la opción grandes desplazamientos activada será suficiente. Si tras finalizar el estudio, la carga está por debajo del límite elástico no habrá deformación permanente y por lo tanto se garantiza que aguanta más de 15 segundos. Para activar la opción grandes desplazamientos se pulsa el botón derecho sobre “estudio 1” en el árbol desplegable de la izquierda y en propiedades se activa. Imagen 85. Primer paso para activar la función grandes desplazamientos.
  63. 63. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 61 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 86. Segundo paso para activar la función grandes desplazamientos. Aplicación del material: Para aplicar el material a la estructura y a la matriz primero tenemos que crearlo. Para ello seleccionamos “aplicar material”, posteriormente “materiales personalizados”. Creamos un nuevo material llamado Acero AISI 4130 CrMo e introducimos sus características. Éstas se pueden ver en la página 51:
  64. 64. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 62 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 87. Creación de un nuevo material e introducción de sus características. Al aplicar el material a la estructura y la matriz cambian de color.
  65. 65. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 63 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Sujeciones: Mediante “Asesor de sujeciones” aplicamos empotramientos en los 6 pies de anclaje. Imagen 88. Asesor de sujeciones. Imagen 89. Los pies de anclaje van empotrados. Aplicación de cargas: Las cargas a las que está sometida la estructura son la propia acción de la gravedad y la fuerza correspondiente al ensayo. La estructura debe soportar una carga de 7,5*W daN aplicada sobre el arco principal (sin la aplicación del factor de gravedad), donde W es el peso del vehículo más 150 Kg. La fuerza será: ( ) ( ) Para aplicar ambas cargas se usa el asesor de cargas.
  66. 66. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 64 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 90. Se aplicará una fuerza y la acción de la gravedad. Al seleccionar la carga “gravedad” nos sale la dirección de la misma y la aceleración de -9,81 m/s2 por defecto por lo que solo debemos darle a aceptar. En el diseño se verá una fecha roja hacia abajo indicativa de que se tiene en cuenta la gravedad y por lo tanto el peso propio de la estructura. Imagen 91. Estructura bajo la acción de la gravedad.
  67. 67. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 65 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Para la aplicación de la fuerza de 123.000 N se elige la cara superior de la matriz como zona de aplicación y perpendicular a ésta. En la ventana de la izquierda se introduce el valor de dicha fuerza. Imagen 92. Aplicación de la fuerza sobre la matriz trasera. Mallado: Para tener una mayor precisión en los resultados se realizarán varios estudios con diferentes densidades de mallado. Posteriormente se calculará la incertidumbre. En estos los estudios se elegirá la opción “malla sólida basada en curvatura” para que se adapte a la curvatura de los tubos. En el primero en los estudios se elegirá un tamaño máximo del elemento de 12 mm. Por defecto el tamaño mínimo es de 2,4 mm. El número mínimo de elementos por círculo por defecto será de 8 y el cociente de crecimiento del tamaño del elemento es de 1,6. Los elementos de la malla son cuadráticos de alto orden y dispone de cuatro puntos jacobianos. El solver es Iterativo. Para aplicar el mallado se pulsa botón derecho sobre “Malla” en el árbol desplegable de la izquierda y se selecciona “Crear malla”. Posteriormente se indica los parámetros anteriormente mencionados.
  68. 68. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 66 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 93. Procedimiento de mallado de la estructura. Imagen 94. Mallado finalizado.
  69. 69. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 67 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Análisis: Por último seleccionamos “ejecutar el estudio” y el programa va realizando las siguientes operaciones: - Establecimiento de la matriz de rigidez. - Matrices del elemento. - Iteración. - Solucionando. Una vez finalizado el análisis se pasará a la interpretación de resultados. Imagen 95. Proceso de análisis. Recopilación e interpretación de resultados: Se comprobará que la tensión máxima a la que se somete la estructura no sobrepasa el límite elástico del material (951 MPa). También se comprobará que el desplazamiento máximo en la dirección de la aplicación de la carga no sea superior al exigido por la normativa (50 mm). En cuanto a la tensión máxima se mostrará despreciando las singularidades de tensión. Para ello se irán modificando los parámetros de visualización del mapa de tensiones con el fin de descubrir las singularidades. Si en un punto la tensión aumenta de forma muy grande seguramente estemos ante una singularidad. Como se van a realizar varios ensayos con varias densidades de mallado también se examinará la convergencia. De no producirse estamos ante singularidades de tensión.
  70. 70. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 68 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes A continuación se van mostrando diferentes mapeados de tensiones para este primer estudio (se ha ocultado la matriz para facilitar la visualización): La siguiente imagen muestra la visualización desde 0 a 100 MPa. Se puede observar como la zona del arco principal y los tirantes diagonales que están bajo éste, están sometidos a mayor tensión. Se verá como la zona más cargada es la parte de la curvatura izquierda debido a que tiene un rigidizador más. Imagen 96. Visualización de 0 a 100 MPa. Imagen 97. Visualización de 100 a 200 MPa.
  71. 71. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 69 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes La siguiente imagen muestra la visualización desde 200 a 300 MPa, se puede observar como las zonas más solicitadas son las curvaturas del arco principal y el centro de las diagonales bajo el arco principal. Imagen 98. Visualización de 200 a 300 MPa. Imagen 99. Visualización de 300 a 400 MPa.
  72. 72. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 70 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Finalmente nos centramos en la curvatura del arco principal. Imagen 100. Visualización de 400 a 500 MPa. Imagen 101. Visualización de 450 a 550 MPa.
  73. 73. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 71 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 102. Visualización de 550 a 600 MPa. Imagen 103. Visualización de 600 a 650 MPa. Tras un tanteo de mayor precisión entre 550 y 650 MPa se llega a la conclusión de que la tensión máxima en este punto es de unos 590 MPa. Se puede apreciar como hay una singularidad de tensión porque en esta zona la tensión aumenta enormemente en poca superficie.
  74. 74. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 72 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes En cuanto al desplazamiento máximo permitido operamos de igual modo: Imagen 104. Visualización del desplazamiento. El desplazamiento máximo es de 3,813 mm y ocurre en el centro del arco principal. Para poder visualizar como se produce la deformada, cambiamos el factor de escala de la misma a 50, es decir la veremos 50 veces más grande. Comprobamos que la deformación se produce como era de esperar: Imagen 105. Deformación visualizada con factor de escala 50.
  75. 75. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 73 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Resumen de diferentes estudios: La siguiente tabla recoge los resultados obtenidos en los diferentes estudios variando la densidad del mallado. El procedimiento para localizar la tensión máxima despreciando las singularidades de tensión es el mismo que el realizado por el estudio 1. ESTUDIOS SOBRE EL ARCO PRINCIPAL 1 2 3 4 5 Material AISI 4130 CrMo Restricciones 6 empotramientos en cara inferior de los pies de anclaje Carga 123.000 N Ensayo Estático con opción grandes desplazamientos Malla Sólida adaptada a curvatura TME (mm) 12 10 8 7 6 TmE (mm) 2,4 2 1,6 1,4 1,2 Nº elementos circulo 8 Cociente progreso 1,6 Propiedad avanzadas Predeterminado: con cuatro puntos Jacovianos Desplazamiento máximo (mm) 3,813 3,913 3,959 3,972 3,981 Tensión máxima despreciando singularidad (Mpa) 590 610 630 640 650 Límite elástico (Mpa) 951 Límite de Rotura (Mpa) 1110 Tiempo de mallado 53 s 64 s 107 s 139 s 146 s Número de nodos 482.456 716.759 1.275.475 1.689.489 2.242.851 Número de elementos 265.946 401.708 744.082 980.102 1.299.025 Número de grados de libertad 1.436.982 2.139.603 3.809.799 5.036.577 6.689.367 Tiempo de análisis 8 min 31 s 11 min 54 s 21 min 40 s 24 min 46 s 36 min 56 s Tabla 7. Resultados ensayo 1.
  76. 76. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 74 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Cálculo de la incertidumbre: Estamos ante una incertidumbre del tipo A, es decir una incertidumbre que puede estimarse a partir de cálculos estadísticos con los datos recogidos durante el proceso de medida. En primer lugar calculamos las medias para la tensión máxima y el desplazamiento máximo: ̅ ∑ Para la tensión máxima: ̅ ( ) Para el desplazamiento: ̅ ( ) A continuación calculamos la varianza: √ ∑( ̅ ) Para la tensión máxima: √ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Para el desplazamiento: √ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
  77. 77. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 75 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes La incertidumbre es la combinación de la media con la varianza: U = ̅ Para la tensión máxima: U1 = Para el desplazamiento máximo vertical: U2 = 3.3.6.- Ensayo 2: Carga aplicada sobre el semiarco lateral 3.3.6.1.- Creación de la matriz delantera A continuación se indican los pasos que se dieron para la creación de la matriz. - En primer lugar visualizamos los croquis que sirvieron para crear el refuerzo transversal del techo y el semiarco delantero izquierdo. Creamos un plano horizontal (plano 100) que pase por el punto de intersección de los dos croquis anteriores. Une vez hecho esto creamos el plano 101 que pase por el croquis que forma el refuerzo transversal del techo y que además forme un ángulo de 5º con el plano 100. Esto se observa a continuación: Tabla 106. Plano 100 y 101. - En el plano 101 creamos una línea que pase por el punto de intersección de los croquis anteriores y que sea perpendicular al croquis que forma la barra de refuerzo
  78. 78. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 76 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes transversal del techo. A continuación creamos el plano 102 que contenga a esta recta y que forme 25º con el plano 101. Sobre este plano 102 dibujaremos la base de la matriz con las inclinaciones de acuerdo a la normativa. - Sobre el plano 102 creamos un rectángulo de 400 x 250 mm. Eliminamos la estructura de seguridad dejando solo parte de sus croquis para posteriormente colocar la matriz. Estos croquis nos sirven como referencia para su posterior colocación en el ensamblaje. Con la operación “Extruir saliente/base” damos 50 mm de altura a la matriz. Esta matriz la guardamos como otro archivo llamado matriz primitiva delantera. Imagen 107. Matriz primitiva para el ensayo del semiarco lateral. - A continuación abrimos la estructura de seguridad y arrastramos el archivo de la matriz primitiva delantera. El programa nos pregunta si estamos intentando hacer una pieza derivaba y contestamos que sí. Posteriormente situamos la matriz sobre el arco principal y la centramos. Esto se puede observar a continuación:
  79. 79. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 77 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 108. Estructura principal con matriz primitiva delantera. - A continuación realizamos la operación “combinar” que se encuentra en la pestaña “Insertar” y luego “operaciones”. Elegimos como solido principal la matriz y como secundario la estructura. Le damos a la opción “eliminar”. Esta operación lo que hace es restar al primer solido el segundo. También elegimos la opción “conservar solo sólidos seleccionados” y únicamente elegimos el cuerpo principal de la matriz. La matriz queda de la siguiente forma: Imagen 109. Matriz tras combinación. - A continuación utilizamos la operación “cortar extruir” para crear las ranuras pasantes ya que la normativa nos dice que así sean. El procedimiento es crear tres líneas que muestren las tres direcciones de las operaciones y tres circunferencias que generan los sólidos a restar. El resultado final se observa a continuación:
  80. 80. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 78 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 110. Matriz delantera terminada. 3.3.5.2.- Ensamblaje del semiarco delantero con matriz delantera Antes de realizar el ensayo debemos ensamblar la estructura con la matriz. El procedimiento seguido es igual que para en ensayo 1, se puede revisar en la página 58. Imagen 111. Ensamblaje terminado. 3.3.5.3.- Simulación La preparación de la simulación, la elección del tipo de estudio estático con grandes desplazamientos, la aplicación del material y la aplicación de sujeciones son idénticos al ensayo 1, esto se puede ver en las páginas 59 y siguientes.
  81. 81. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 79 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 112. Aplicación de la gravedad y de la fuerza sobre la matriz. Mallado: El procedimiento para mallar es idéntico al del ensayo 1, esto se puede recordar en la página 65. Imagen 113. Mallado finalizado. (Densidad 12 mm).
  82. 82. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 80 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Recopilación e interpretación de resultados: Se comprobará que la tensión máxima a la que se somete la estructura no sobrepasa el límite elástico del material (951 MPa). También se comprobará que el desplazamiento máximo en la dirección de la aplicación de la carga no sea superior al exigido por la normativa (100 mm). El procedimiento seguido es similar al del ensayo 1, éste se explica en la página 67. La siguiente imagen muestra la visualización desde 0 a 100 MPa. Imagen 114. Visualización de 0 a 100 MPa. Imagen 115. Visualización de 0 a 200 MPa.
  83. 83. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 81 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 116. Visualización de 0 a 300 MPa. La parte de la estructura sometida a mayor tensión es el pie de anclaje delantero izquierdo. Esto se muestra en la siguiente imagen: Imagen 117. Visualización de 300 a 400 MPa.
  84. 84. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 82 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 118. Visualización de 400 a 500 MPa. Imagen 119. Visualización de 500 a 600 MPa.
  85. 85. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 83 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Imagen 120. Visualización de 600 a 700 MPa. Imagen 121. Visualización de 700 a 750 MPa. Tras un tanteo de mayor precisión entre 700 y 750 MPa se llega a la conclusión de que la tensión máxima en este punto es de unos 740 MPa. Se puede apreciar como hay una singularidad de tensión porque en esta zona la tensión aumenta enormemente en un punto.
  86. 86. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 84 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes En cuanto al desplazamiento máximo permitido operamos de igual modo: Imagen 122. Visualización del desplazamiento. El desplazamiento máximo es de 6,906 mm y ocurre en el centro del refuerzo del parabrisas. Para una mejor visualización cambiamos la escala de visualización a factor 30: Imagen 123. Deformación visualizada con factor de escala 30.
  87. 87. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 85 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Resumen de diferentes estudios: La siguiente tabla recoge los resultados obtenidos en los diferentes estudios variando la densidad del mallado. El procedimiento para localizar la tensión máxima despreciando las singularidades de tensión es el mismo que el realizado por el estudio 1. ESTUDIOS SOBRE EL SEMIARCO DELANTERO 1 2 3 4 5 Material AISI 4130 CrMo Restricciones 6 empotramientos en cara inferior de los pies de anclaje Carga 57.400 N Ensayo Estático con opción grandes desplazamientos Malla Sólida adaptada a curvatura TME (mm) 12 10 8 7 6 TmE (mm) 2,4 2 1,6 1,4 1,2 Nº elementos circulo 8 Cociente progreso 1,6 Propiedad avanzadas Predeterminado: con cuatro puntos Jacovianos Desplazamiento máximo (mm) 6,903 7,13 7,31 7,352 7,385 Tensión máxima despreciando singularidad (Mpa) 740 770 790 795 800 Límite elástico (Mpa) 951 Límite de Rotura (Mpa) 1110 Tiempo de mallado 53 s 65 s 100 s 114 s 120 s Número de nodos 383.428 583.389 891.232 1.197.618 1.619.289 Número de elementos 197.374 308.750 471.937 631.863 853.072 Número de grados de libertad 1.139.898 1.739.493 2.657.070 3.560.964 4.818.681 Tiempo de análisis 5 min 58 s 8 min 52 s 12 min 14 s 15 min 08 s 20 min 31 s Tabla 8. Resultados ensayo 2.
  88. 88. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 86 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Cálculo de la incertidumbre: En primer lugar calculamos las medias para la tensión máxima y el desplazamiento máximo: ̅ ∑ Para la tensión máxima: ̅ ( ) Para el desplazamiento: ̅ ( ) A continuación calculamos la varianza: √ ∑( ̅ ) Para la tensión máxima: √ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Para el desplazamiento: √ ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) La incertidumbre es la combinación de la media con la varianza: U = ̅ Para la tensión máxima: U1 = Para el desplazamiento máximo vertical: U2 = 7,216
  89. 89. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 87 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 4.- PESO El peso es un factor fundamental en la competición automovilística, por ello se calcula a continuación: 4.1.- PESO ESTRUCTURA 1 A continuación se muestra una tabla con la cual se ha calculado el peso de la estructura: ESTRUCTURA 1 Tubo Longitud (mm) Diámetro exterior (mm) espesor (mm) Volumen (mm3 ) Peso (Kg) Arco principal 3280 45 2,5 1094290 8,590177 Semiarco lateral 1 2180 38 2,5 607511,5 4,768965 Semiarco lateral 2 2180 38 2,5 607511,5 4,768965 Protecciones puerta 1 2610 38 2,5 727341,75 5,709633 Protecciones puerta 2 2610 38 2,5 727341,75 5,709633 Parabrisas 1 1300 38 2,5 362277,5 2,843878 Parabrisas 2 1300 38 2,5 362277,5 2,843878 Refuerzo trasero 1 300 38 2,5 83602,5 0,65628 Refuerzo trasero 2 300 38 2,5 83602,5 0,65628 Tirante trasero 1 1100 38 2,5 306542,5 2,406359 Tirante trasero 2 1100 38 2,5 306542,5 2,406359 Refuerzo transversal techo 1150 38 2,5 320476,25 2,515739 Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 2,5 613085 4,812717 Refuerzos bajo arco principal 3062 38 2,5 853302,85 6,698427 Refuerzo transversal delantero 1320 38 2,5 367851 2,88763 Refuerzos traseros opcional x 2 1960 38 2,5 546203 4,287694 Refuerzo transversal trasero 1452 38 2,5 404636,1 3,176393 Refuerzo arco parabrisas x2 240 38 2,5 66882 0,525024 Pies de anclaje Largo (mm) Ancho (mm) espesor (mm) Volumen (mm3 ) Peso (Kg) Delanteros y central x 4 140 100 3 163290 1,281827 Trasero x 2 120 90 3 61974 0,486496 Cartelas Volumen (mm3 ) Peso (Kg) Traseras 32239,86 0,253083 Techo 27135,76 0,213016 Puertas 47023,76 0,369137 Parabrisas 35339,44 0,277415 Cordones de soladura, revestimientos protectores, tornillos, tuercas, arandelas y pintura. 2 TOTAL 71 Kg Tabla 9. Peso estructura 1.
  90. 90. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 88 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 4.2.- PESO ESTRUCTURA 2 ESTRUCTURA 2 Tubo Longitud (mm) Diámetro exterior (mm) espesor (mm) Volumen (mm3 ) Peso (Kg) Arco principal 3280 45 2,5 1094290 8,590177 Semiarco lateral 1 2180 38 2,5 607511,5 4,768965 Semiarco lateral 2 2180 38 2,5 607511,5 4,768965 Protecciones puerta 1 2610 38 2,5 727341,75 5,709633 Protecciones puerta 2 2610 38 2,5 727341,75 5,709633 Parabrisas 1 1300 38 2,5 362277,5 2,843878 Parabrisas 2 1300 38 2,5 362277,5 2,843878 Refuerzo trasero 1 300 38 2,5 83602,5 0,65628 Refuerzo trasero 2 300 38 2,5 83602,5 0,65628 Tirante trasero 1 1100 38 2,5 306542,5 2,406359 Tirante trasero 2 1100 38 2,5 306542,5 2,406359 Refuerzo transversal techo 1150 38 2,5 320476,25 2,515739 Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 2,5 613085 4,812717 Refuerzos bajo arco principal 3062 38 2,5 853302,85 6,698427 Refuerzo transversal delantero 1320 38 2,5 367851 2,88763 Refuerzo diagonal trasero 1430 38 2,5 398505,25 3,128266 Refuerzos traseros opcional x 2 1960 38 2,5 546203 4,287694 Refuerzo transversal trasero 1452 38 2,5 404636,1 3,176393 Refuerzo arco parabrisas x2 240 38 2,5 66882 0,525024 Pies de anclaje Largo (mm) Ancho (mm) espesor (mm) Volumen (mm3 ) Peso (Kg) Delanteros y central x 4 140 100 3 163290 1,281827 Trasero x 2 120 90 3 61974 0,486496 Cartelas Volumen (mm3 ) Peso (Kg) Traseras 32239,86 0,253083 Techo 27135,76 0,213016 Puertas 47023,76 0,369137 Parabrisas 35339,44 0,277415 Cordones de soladura, revestimientos protectores, tornillos, tuercas, arandelas y pintura. 2 TOTAL 74 Kg Tabla 10. Peso estructura 2.
  91. 91. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 89 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 5.- PRESUPUESTO A continuación se calculará el presupuesto de ambas estructuras. Se supone que la estructura 1 se crea para hacer una única unidad. La estructura 2 se hace con cara a su comercialización, por lo tanto se calculará tanto para una unidad como para varias con en el fin de disminuir sus costes. Se observa que los costes de diseño y simulación son menores o nulos respectivamente para la estructura 1. 5.1.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 1 PRESUPUESTO ESTRUCTURA 1 Tubo Acero al Carbono AISI 1030 Longitud (mm) Diámetro exterior (mm) €/m Precio (€) Arco principal 3280 45 12,95 42,48 € Semiarco lateral 1 2180 38 14,1 30,74 € Semiarco lateral 2 2180 38 14,1 30,74 € Protecciones puerta 1 2610 38 14,1 36,80 € Protecciones puerta 2 2610 38 14,1 36,80 € Parabrisas 1 1300 38 14,1 18,33 € Parabrisas 2 1300 38 14,1 18,33 € Refuerzo trasero 1 300 38 14,1 4,23 € Refuerzo trasero 2 300 38 14,1 4,23 € Tirante trasero 1 1100 38 14,1 15,51 € Tirante trasero 2 1100 38 14,1 15,51 € Refuerzo transversal techo 1150 38 14,1 16,22 € Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 14,1 31,02 € Refuerzos bajo arco principal 3062 38 14,1 43,17 € Refuerzo transversal delantero 1320 38 14,1 18,61 € Refuerzos traseros opcional x 2 1960 38 14,1 27,64 € Refuerzo transversal trasero 1452 38 14,1 20,47 € Refuerzos arcos parabrisas 240 38 14,1 3,38 € Pies de anclaje Superficie (mm2 ) Espesor (mm) €/mm2 Precio (€) Delanteros y central x 4 56000 3 0,00003 1,68 € Trasero x 2 21600 3 0,00003 0,65 € Soldaduras Longitud a soldar (mm) €/mm Precio (€) Electrodo 3,5 x 350 mm 10800 0,0006 6,48 €
  92. 92. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 90 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Cartelas Superficie (mm2 ) Espesor (mm) €/mm2 Precio (€) Traseras 366629 1 0,000011 4,03 € Techo 31525 1 0,000011 0,35 € Puertas 55677 1 0,000011 0,61 € Parabrisas 40376 1 0,000011 0,44 € Tornillos Unidades €/unidad Precio (€) Hexagonal M10 x 30 16 0,8 12,80 € Hexagonal M8 x 30 8 0,65 5,20 € Tuerca autoblocante M10 16 0,25 4,00 € Tuerca autoblocante M8 8 0,22 1,76 € Arandela M10 32 0,05 1,60 € Arandela M8 16 0,04 0,64 € Forro protector tubo Longitud (m) Diámetro interior (mm) €/m Precio (€) Revestimiento protector 12 38 0,8 9,60 € Pintado Volumen (l) €/l Precio (€) Pintura blanca 2 23,05 46,10 € PRECIO MATERIA PRIMA 510,15 € Mano de obra Horas €/h Precio (€) Cortado y doblado de tubos 8 8 64,00 € Unión soldada tubos 4 8 32,00 € Creación de cartelas y pies de anclaje 4 8 32,00 € Unión soldada cartelas y pies de anclaje 3 8 24,00 € Pintado 1,5 8 12,00 € Instalación protecciones 1 8 8,00 € PRECIO MANO DE OBRA 172,00 € Proyecto Horas €/h Precio (€) Diseño estructura 25 10 250,00 € Documentación técnica 10 10 100,00 € PRECIO DISEÑO 350,00 € Total estructura 1.032,15 € Incremento por imprevistos +1% 10,32 € 1.042,47 € I.V.A. +21% 218,92 € 1.261,39 € PRECIO FINAL (1 unidad) 1.261 € Tabla 11. Precio estructura 1.
  93. 93. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 91 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 5.2.- PRESUPUESTO ESTRUCTURA 2 De cara a la comercialización el presupuesto de esta estructura se ha calculado dividiendo los costes del diseño entre el posible número de unidades que se construirán. PRESUPUESTO ESTRUCTURA 2 Tubo Acero AISI 4130 CrMo Longitud (mm) Diámetro exterior (mm) €/m Precio (€) Arco principal 3280 45 19,14 62,78 € Semiarco lateral 1 2180 38 20,34 44,34 € Semiarco lateral 2 2180 38 20,34 44,34 € Protecciones puerta 1 2610 38 20,34 53,09 € Protecciones puerta 2 2610 38 20,34 53,09 € Parabrisas 1 1300 38 20,34 26,44 € Parabrisas 2 1300 38 20,34 26,44 € Refuerzo trasero 1 300 38 20,34 6,10 € Refuerzo trasero 2 300 38 20,34 6,10 € Tirante trasero 1 1100 38 20,34 22,37 € Tirante trasero 2 1100 38 20,34 22,37 € Refuerzo transversal techo 1150 38 20,34 23,39 € Refuerzo techo 1 y 2 2200 38 20,34 44,75 € Refuerzos bajo arco principal 3062 38 20,34 62,28 € Refuerzo transversal delantero 1320 38 20,34 26,85 € Refuerzo diagonal trasero 1430 38 20,34 29,09 € Refuerzos traseros opcional x 2 1960 38 20,34 39,87 € Refuerzo transversal trasero 1452 38 20,34 29,53 € Refuerzos arcos parabrisas 240 38 20,34 4,88 € Pies de anclaje Superficie (mm2 ) Espesor (mm) €/mm2 Precio (€) Delanteros y central x 4 56000 3 0,00004 2,24 € Trasero x 2 21600 3 0,00004 0,86 € Soldaduras Longitud a soldar (mm) €/mm Precio (€) Electrodo 3,5 x 350 mm 10800 0,0006 6,48 € Cartelas Superficie (mm2 ) Espesor (mm) €/mm2 Precio (€) Traseras 366629 1 0,000016 5,87 € Techo 31525 1 0,000016 0,50 € Puertas 55677 1 0,000016 0,89 € Parabrisas 40376 1 0,000016 0,65 €
  94. 94. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 92 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes Tornillos Unidades €/unidad Precio (€) Hexagonal M10 x 30 16 0,8 12,80 € Hexagonal M8 x 30 8 0,65 5,20 € Tuerca autoblocante M10 16 0,25 4,00 € Tuerca autoblocante M8 8 0,22 1,76 € Arandela M10 32 0,05 1,60 € Arandela M8 16 0,04 0,64 € Forro protector tubo Longitud (m) Diámetro interior (mm) €/m Precio (€) Zona contacto ocupantes 12 38 0,8 9,60 € Pintado Volumen (l) €/l Precio (€) Pintura blanca 2 23,05 46,10 € PRECIO MATERIA PRIMA 727,30 € Mano de obra Horas €/h Precio (€) Cortado y doblado de tubos 8 8 64,00 € Unión soldada tubos 4 8 32,00 € Creación de cartelas y pies de anclaje 4 8 32,00 € Unión soldada cartelas y pies de anclaje 3 8 24,00 € Pintado 1,5 8 12,00 € Instalación protecciones 1 8 8,00 € PRECIO MANO DE OBRA 172,00 € Proyecto Horas €/h Precio (€) Diseño estructura 35 10 350,00 € Análisis/simulación 135 12 1.620,00 € Documentación técnica 15 10 150,00 € PRECIO DISEÑO 2.120,00 € Homologación Precio (€) Certificado de homologación 660,00 € PRECIO CERTIFICACIÓN 660,00 € Total estructura 3.679,30 € Incremento por imprevistos +1% 36,79 € 3.716,09 € Beneficio industrial +4% 148,64 € 3.864,74 € I.V.A +21% 811,59 € 4.676,33 € PRECIO FINAL (1 unidad) 4.676,33 € PRECIO FINAL (10 unidades) 1.496,33 € PRECIO FINAL (50 unidades) 1.213,66 € PRECIO FINAL (100 unidades) 1.178,33 € Tabla 12. Precio estructura 2.
  95. 95. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 93 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 6.- ADAPTIBILIDAD A OTROS VEHÍCULOS Se ha realizado un pequeño estudio para ver si esta estructura podría adaptarse a otros vehículos. Los vehículos elegidos para el estudio son el Peugeot 307 y el Alfa Romeo GT. 6.1.- ESTUDIO PARA PEUGEOT 307 Imagen 124. Vistas Peugeot 307. Este vehículo pesa 1382 Kg, es decir 108 Kg menos que el Peugeot 307 CC por lo tanto si no se modifica la estructura aguantaría con más margen los ensayos. Pero si hacemos las comprobaciones geométricas veríamos que no sería posible usar la estructura para este coche. Esto es debido a que el habitáculo es mucho más alto y la estructura quedaría a mucha distancia del techo. Seguramente habría más incompatibilidades como que la barra transversal delantera colisionaría con la barra de dirección. La estructura tampoco se puede elevar ya que colisionaría lateralmente. Imagen 125. Demostración de incompatibilidad con el Peugeot 307.
  96. 96. Diseño y análisis de una estructura de seguridad para un Peugeot 307 CC Alberto Cerrudo Vallejo 94 Máster en Ingeniería de Máquinas y Transportes 6.2.- ESTUDIO PARA ALFA ROMEO GT Imagen 126. Vistas Alfa Romeo GT. Este vehículo pesa 1440 Kg, es decir 50 Kg menos que el Peugeot 307 CC por lo tanto si no se modifica la estructura aguantaría con más margen los ensayos. Imagen 127. Demostración de compatibilidad con el Alfa Romeo GT. Los requisitos geométricos en vista frontal, hueco disponible de la puerta, la no obstaculización de la manilla de apertura de la puerta y el posicionamiento de la barra transversal delantera por encima de la barra de dirección se cumplen, por lo tanto esta estructura podría instalarse perfectamente en el Alfa Romeo GT.

×