tesis valla

Diseño de vehículo de transporte para planta

motriz GE CJ610

P r e s e n t a n :Artemio Sánchez GómezJulio César Valladares Hernández

ASESORES Dra. Isis Rodríguez SánchezIng. Apolinar García Sevilla

Descripción del problema• Existen alrededor de 560 aeronaves en operación

que son propulsadas por la planta motriz General Electric, GE CJ610.• Se debe realizar un servicio de MRO (Maintenance,

reapair and overhaul) cada 5 años.• En el país no hay empresas que se dediquen a

realizar vehículos que permitan transportar y manipular motores aeronáuticos.

Justificación• Evitar daños a la planta motriz GE-CJ610• Manipular y transportar la planta motriz GE-CJ610

del Learjet 25 que se encuentra en UPIIG• Competir en el mercado de herramentales para

manipular la planta motriz GE-CJ610• En México importa a elevados costos los vehículos

de transporte para manipular las plantas motrices.

HipótesisLa implementación de un vehículo para transportar la planta motriz GE CJ610 fabricado de acero AISI 1020 con esfuerzo máximo de cedencia permisible de 350 MPa permitirá reducir el riesgo de daño en partes externas de la misma.

Objetivo generalElaborar el diseño y análisis estructural de un vehículo de transporte para la planta motriz GE CJ610 mediante los paquetes ANSYS 12 y Unigraphics NX v9, basándose en la metodología para el diseño de Dym, cumpliendo los estándares para el diseño y fabricación establecidos por la NASA, la ISO y la FAA.

Objetivos específicos• Realizar el diseño estructural de un vehículo de

transporte para la planta motriz GE CJ610 mediante el paquete Unigraphics NX v9, cumpliendo con los estándares para el diseño y fabricación establecidos por la NASA, la ISO y la FAA.• Comprobar la funcionalidad del vehículo de transporte

para la planta motriz GE CJ610 mediante el análisis estructural por método de elementos finitos, modelando el prototipo en el software ANSYS 12.• Elaborar los planos basándose en las normativas ISO

para su futura construcción en el software NX v9.

Metodología

Validación

Verificación

Producto

Especificaciones

Comunicación del diseño10. Documentar el

diseño

9. Afinar y optimizar diseño

7. Modelar o analizar diseño8. Probar y evaluar diseño

5. Establecer especificaciones de diseño

6. Generar alternativas

Diseño detallado

Diseño preliminar

Diseño conceptual

Definición del problema1. Aclaración de objetivos2. Establecer requerimientos del

usuario3. Identificar restricciones 4. Establecer funciones

Diseño conceptual

Diagrama esfuerzo-deformación

Dimensiones específicas para el diseño del VT-

CJ610.

Factor de seguridadFactor de seguridad de reserva:

Factor de seguridad límite:

Factor de seguridad última:

Acero AISI 1020

PROPIEDADES MECÁNICAS

Esfuerzo último 420 MPaEsfuerzo de cedencia 350 MPa

Elongación al fallar 15 %Módulo de elasticidad 186 GPa

Relación de Poisson 0.29

Diseño preliminar

Soportes del VT-CJ610Convenio de signos

• Las fuerzas se considerarán positivas cuando sean verticales y con dirección opuesta a la fuerza de gravedad.• El momento se considerará positivo cuando la

fuerza haga rotar al cuerpo rígido en sentido horario y se considerará negativo cuando la fuerza lo haga rotar en sentido antihorario.

Soportes del VT-CJ610Diagrama de cuerpo libre

𝑀 (𝑥 )=𝑃 (𝑥− 𝐿−𝑑𝐶𝑔𝑦)

Diagrama de momentos

Esfuerzos flexionantes

Selección de dimensiones VT-SV1-CJ610

𝐼= 𝜋 𝑑464

Selección de dimensiones VT-SV2-CJ610

Reducción del diámetroVT-SV1-CJ610

a=75mm, b=40mm

Reducción del diámetroVT-SV1-CJ610

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120250260270280290300310320330340

0<x≤a a<x≤b

Longitud del sujetador (mm)

Esfu

erzo

del

suje

tado

r (M

Pa)

"𝜎(𝑥)=" ("32𝑃(𝐿+" 𝑑_(𝑐_(𝑔_𝑦 ) ) "−𝑥)" )/("𝜋" 𝑑^3 " " )"𝜎(𝑥)=" ("32P" (𝐿+𝑑_(𝑐_(𝑔_𝑦 ) )−𝑥))/("𝜋" (𝑑−(𝑥−𝑎)((𝑑−𝑑_𝑖)/𝑏))^3 )

Análisis de torsiónVT-SV1-CJ610

Análisis de torsiónVT-SV2-CJ610

para una sección rectangular con relación de se tiene

Modelo CAD

VEHÍCULO DE TRANSPORTE

VT-CJ610

VT-MI1-CJ610

VT-MI1-CJ610-FL

VT-MLL-CJ610

VT-MS1-CJ6104

VT-SV1-CJ610

VT-SV2-CJ610

Descripción del modelo de

elementos finitos

Mallado

VT-S

V1-C

J610

VT-S

V2-C

J610

Condiciones de Contorno del modelo

Tipos de contacto usados

Contacto Aplicación

Bonded always Soldaduras y uniones

Constraint ecuations Simular la carga del motor

Restricciones

UXUZ

Restricción de desplazamientos en coordenadas:

VT-SV1-CJ610 VT-SV2-CJ610

Cargas

Casos de carga.CASO CONDICION CARGA

ESTATICO Estático 1G 1926.73 NVIRAJE Límite 8092.27N

ESTATICO Última 12138.42 N

De acuerdo con la logística propuesta para el transporte de un motor se han considerado 3 posibles casos de carga: Estatico, Viraje y un caso ultimo.

Los valores de los casos de carga se han obtenido siguiendo los lineamientos del FAR 23.303 Airworthiness standards.

Configuración del modelo• Análisis estático estructural• El carro trabajará a una temperatura ambiente.• Los materiales considerados son los descritos

anteriormente.• No se considera plasticidad.

Análisis de resultados

Tiempo de solución

CONFIGURACION NODOS TIEMPO

VT-SV1-CJ610 266885

VT-SV2-CJ610 646712

Teoria de falla• La teoría de energía de deformación máxima predice que la

falla por fluencia ocurre cuando la energía de deformación total por unidad de volumen alcanza o excede la energía de deformación por unidad de volumen correspondiente a la resistencia a la fluencia en tensión o compresión del mismo material.

VT-SV1-CJ610 -ResultadosResultados para el vehículo de transporte con configuración VT-SV1-CJ610.

CASO 1G 4.8G VIRAJE 6.3 ÚLTIMA

PIEZA SEQV [MPa] n SEQV [MPa] n SEQV [MPa] nSujetador 53.65 6.52 257.55 1.35 338.05 1.04

Estructura base 39.55 8.85 189.83 1.84 249.15 1.41

53.66 MPa 257.55 MPa 338.05 MPa

VT-SV2-CJ610 -ResultadosResultados para el vehículo de transporte con configuración VT-SV2-CJ610.

CASO 1G 4.8G VIRAJE 6.3 ÚLTIMAPIEZA SEQV [MPa] n SEQV [MPa] n SEQV [MPa] n

Sujetador 128.11 2.73 590.98 0.59 807.88 0.43

Estructura base 50.05 6.99 182.60 1.92 315.09 1.11

128.11 MPa 590.98 MPa 807.88 MPa

Análisis de soldaduraDe acuerdo con las normas Europeas UNE14035 y BS-EN1993-1-8-2005, el calculo de resistencia de soldaduras se realiza considerando las fuerzas que son transmitidas de un elemento a otro.

σ┴ es el esfuerzo normal perpendicular a la garganta.σ ║es el esfuerzo normal paralelo al eje de soldaduraτ ┴ es el esfuerzo cortante (en el plano de la garganta) perpendicular al eje de soldadura

𝜎𝐶=√𝜎┴2+3(𝜏┴

2+𝜏║2)

σc es el esfuerzo ficticio a las cargas transmitidas.

Teniendo el esfuerzo ficticio este se compara con el esfuerzo de cedencia del material.

Análisis de soldadura

Resultados de soldadura para el vehículo de transporte con configuración VT-SV1-CJ610Nombr

e

Tamaño de cordón

[mm]

Longitud efectiva

[mm]

Máximo esfuerzo de soldadura

[MPa]

Permisible[MPa]

Factor de

reservaWELD1 5 130 263.38 350.0 1.37WELD2 5 130 91.59 350.0 3.93WELD3 5 260 21.14 350.0 17.03WELD4 5 130 245.91 350.0 1.46WELD5 5 130 85.65 350.0 4.20WELD6 5 260 21.14 350.0 17.03WELD7 8 100 166.54 350.0 2.16WELD8 5 200 26.76 350.0 13.45WELD9 8 200 152.03 350.0 2.37

WELD10 5 280 56.18 350.0 6.37

Planos

Normativa implementada• ISO 2768-1: 1989. Tolerances for linear and angular

dimensions without individual tolerance indications.• ISO 2768-2: 1989. Geometrical tolerances for features without

individual tolerance indications.• ISO 7200: 2004. Data fields in title blocks and document

headers.• ISO 1101: 2012. Tolerances of form, orientation, location and

run-out.• ISO 128-24: 2014. Lines on mechanical engineering drawings.• ISO 2553: 2013. Welded joints.• ISO 128-34: 2001. Views on mechanical engineering drawings.

Conclusiones• La configuración del vehículo de transporte que cumple

satisfactoriamente los objetivos, hipótesis y los distintos lineamientos que se han establecido que para el desarrollo del presente trabajo de tesis es la configuración VT-SV1, para el cual, el máximo esfuerzo de Von Mises que se da en la estructura es de 338.04 MPa, valor por debajo del esfuerzo de cedencia de 350 MPa, sometido una carga estática última, experimentando 6.3 veces la gravedad. De esta manera se puede asegurar que el vehículo de transporte para la planta motriz CJ-610 con configuración de sujetador VT-SV1 cumple satisfactoria y conservativamente con todo lo propuesto en la presente investigación.

• El análisis de soldadura para la configuración elegida muestra que el esfuerzo generado en las soldaduras es menor que el límite elástico del material, cumpliendo también lo establecido en este documento.