optimizacion

1. OPTIMIZACIÓNT
OPOLÓGICAESTRUCTURALCOMOMÉT
ODO
P
ARAMEJORARELBRAZOFRONT
ALINFERIORDE
SUSPENSIÓNDEUNVEHÍCULOCHEVROLET
Autor:
Ing. Nelson J. Villarroel Herrera.
Director:
Ing. Jaime Molina, M.Sc.
Codirector:
Ing. Diana Peralta, M.Sc.
Facultad de Arquitectura e Ingeniería
Maestría en Diseño Mecánico
Mención Fabricación de Autopartes de Vehículos
1

2. OPTIMIZACIÓNAPLICADAALDISEÑODEA
U
T
O
P
A
R
T
E
S
OBJETIVOGENERAL:
DESARROLLARU
NMÉT
O
DORÁPIDODEREING
ENIERÍA
A
COR
T
ANDOLOST
IEMPOSENELPROC
ESODEDISEÑO
.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
• MAXIMIZARELRENDIMIENT
ODELAAU
T
O
P
AR
T
E
• DISMINU
IRELPESOENELC
OMPONENT
E
• REDU
C
IR LAC
ANT
ID
ADDEMA
T
ERIAPRIMA
EMPLEAD
AP
ARASUF
ABRIC
A
CIÓN
.
• EXPLORARMA
YORESAL
T
ERN
A
T
IV
ASDEDISEÑO
2

3. COMPARACIÓNDEPROCESOSDEDISEÑOACTUALES
DISEÑOIMPULSADOPORANALISIS
3
DISEÑOBASADOENPRUEBAYERROR
FUENTE: Tomado de (Altair University, 2015, pág 16).

4. T
IPOSDEOPT
IMIZAC
IÓNEST
R
U
C
T
U
R
AL
a) Optimización de tamaño de una estructura tipo armadura, b) Optimización de forma y
c) Optimización Topológica.
FUENTE:Tomadode (Bendsøe & Sigmud, 2003, pág. 2)
4
OPTIMO= MEJORRESUL
T
ADOOBTENIDOBAJOCONDICIONESESPECIFICAS

5. PR
OC
ESOBÁSIC
ODE
OPT
IMIZAC
IÓN TOPOLÓGICA
FUENTE: Documentación NX Unigrapihics
5
1. Definición de condiciones de borde
y espacio de diseño
2. Cálculo computacionalpara
determinar la redistribución óptima
del material
3. Extracción de datos de la geometría
optimizada
4. Reingeniería de la parte analizada

6. EJEMPL
OSDE
APLIC
AC
ION
ES
FUENTE:www.altair.com
6

7. MET
ODOLOGÍA Definición del espacio de
diseño para O.T.
(Simplificación de la
geometría original)
Planteamiento de objetivos de diseño para
el problemade OptimizaciónTopológica
Verificación de resultados
Análisis FEM para O.T.
Cumple
objetivos
NO
optimizada como archivo
.STL
SI
Obtención de la geometría
Reingeniería del elemento
(Modelo CAD)
Análisis FEM Brazo optimizado
topológicamente
Digitalización del componente
(Scanner 3D y ModeladoCAD)
Cumple
objetivos
NO
SI
FIN
INICIO
Calculos computacionales
(Modulo de OT)
Análisis FEM del modelo
original
7

8. DIGITALIZACIÓNDELBRAZODESUSPENSIÓN
E
scaneo 3D de la
autoparte
Digitalización de la
geometría (.stl)
Modelado CAD Modelo 3D del brazo
8

9. AN
ÁLISISFEMP
AR
T
EORIG
IN
AL
CARGA PRODUCIDA POR LA TRANSFERENCIA DEMASAS
RESTRICCIÓN CILINDRICA
RESTRICCIÓN CILINDRICA
RESTRICCIÓN EN DIRECCION +Z
1.
9
ANÁLISIS ESTATICOLINEAL (SOL101) F=7064 N
2. ANÁLISISDEPANDEO L
INEAL (SOL105) F=1 N

10. RESU
L
T
ADOSAN
ÁLISISIN
IC
IAL
1. ESFUERZOSMÁXIMOS Y
SECUNDARIOS
2. CARGA CRÍTICA DEP
ANDEO
3. DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS
10

11. OPT
IMIZAC
IÓNT
OPOLÓG
IC
AEST
R
U
C
T
U
RAL
Modelado para la definición de
sectores
Pre procesamiento
(ANALISISE
S
T
ATICO LINEAL - SOL101)
R
esultados análisisFE
M
11

12. MÓDU
L
ODEO
.T
.
RESTRICCIONES GEOMÉTRICAS
Sincambio
Espacio de Optimización
Sincambio
Sincambio
12

13. RESPUEST
AS DEDISEÑO
(Variables de Control)
OBJETIVO DEOPTIMIZACÓN
13

14. RESTRICCIONESSEGÚNLASRESPUEST
ASDEDISEÑO
SUA
VIZADO Y P
ARAMETROS DECONTROL
14

15. RESU
L
T
ADOSDELAOPT
IMIZAC
IÓN
SUA
VIZADO DERESUL
T
ADOS
15
DENSIDAD NORMALIZADA
ESFUERZOSELEMENT
ALES

16. REINGENIERÍADELBRAZODESUSPENSIÓN
R
eingeniería enbase a
resultados obtenidos
Modelo CAD
optimizado
Análisis F
E
M de la
nueva geometría
16

17. AN
ALISISDERESU
L
T
ADOS
2,50E+05
3,50E+05
4,50E+05
5,50E+05
6,50E+05
7,50E+05
8,50E+05
9,50E+05
1,05E+06
1,15E+06
1,25E+06
1,35E+06
1,45E+06
1,55E+06
1,65E+06
1,75E+06
1,85E+06
1,95E+06
2,05E+06
2,15E+06
2,25E+06
0 5 10 15 20 25 30 35
ENERGIA
DE
DEFORMACION
ITERACIONES
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0 5 10 15 20 25 30 35
VOLUME
N
ITERACIONES
17

18. CONCLUSIONES
18
• Se logró obtener una nueva forma óptima para el brazo de suspensión estudiado a través de un proceso de optimización topológica desarrollado con el software NX de Siemens,
donde se redujo significativamente su masa en un 21,5 % manteniendo su rigidez dentro de rangos admisibles, logrando con esto satisfacer la intención de diseño planteada
inicialmente; tomando en cuenta que el modelo fue analizado estáticamente para una condición de reposo, simulando una carga horizontal de transferencia de masa producida cuando
el vehículo entra en una curva.
• El tiempo de diseño de partes aligeradas se ve drásticamente reducido al ejecutarse un análisis de optimización topológica, ya que se evita el clásico procedimiento de prueba y error.
• El criterio e intuición del diseñador es indispensable en cada uno de las etapas del proceso, ya que si se fijan objetivos de optimización y respuestas de diseño erróneas el estudio no
tendrá ninguna efectividad y por el contrario se generarían datos inservibles.
• La optimización topológica brinda un recurso altamente poderoso en el diseño de partes mecánicas, pero actualmente no se encuentra explotada en su máximo potencial por la falta
de conocimiento en su utilización.
• Con la ayuda de los avances tecnológicos en procesos de manufactura como la impresión 3d metálica, se pueden construir de manera más fácil geometrías de forma optimizada como
la que se obtuvo en este estudio y reducir considerablemente el volumen de material empleado.
• Gracias al proceso de optimización topológica se obtiene mayor provecho de los procesos de ingeniería asistida por computador CAE.

19. “ELARTEDEUNAESTRUCTURAEST
AENSABERCOMO YDONDE UBICAR
LOSAGUJEROS”
R
obert LeRicolais
, 1894-1977
P
adre de las estructuras espaciales
19