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Miguel Ernesto Gutierrez Elías Ledesma
Israel Martínez
DISEÑO Y MODELADO DE SUJETADOR PARA PRUEBAS CRIOGÉNICAS DE
TENSIÓN DE UN MATERIAL COMPUESTO
• Objetivo
• Prueba a tensión
• Problema básico
• Solución propuesta
• Aspectos relevantes del análisis
• Resultados obtenidos
• Conclusiones
OBJETIVO
Diseñar un sujetador para pruebas criogénicas de tensión de un material compuesto utilizando ANSYS
PRUEBA A TENSIÓN
ENSAMBLE DEL SUJETADOR
El problema se presenta en el adhesivo, elcual mantiene unidos al sujetador y laprobeta, se despega o falla estructuralmente
PROBLEMA BÁSICO
SOLUCIÓN PROPUESTA
Con el objetivo de transferir de manera más eficiente las cargas sobre el adhesivo se proponen cuatro modelos
MODELO CILÍNDRICO
MODELO CÓNICO
MODELO ESFÉRICO
MODELO MIXTO
CONSIDERACIONES
• Análisis estático no lineal
• Simplificación en los modelos
• Cargas involucradas: tensión y temperatura
ANALISIS ESTÁTICO
La carga fue aplicada a baja velocidad de tal forma que la variación de la carga no fue un factor que influyera en los resultados finales
Omisión de cuerdas y aplicación de simetría respecto a los planos 1 y 2
SIMPLIFICACIÓN DE LOS MODELOS
Carga de tensión en el extremo (presión) y una temperatura uniforme de -193 oC .
CARGAS
RESTRICCIONES
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ANÁLISIS NO LINEALAdhesivo
• Para todos los pasos de carga se aplicaron las mismas restricciones
• PRIMER PASO: Temperatura uniforme
• SEGUNDO PASO: Carga de tensión
• TERCER PASO: Carga de tensión-temperatura
PASOS DE CARGA
TRAYECTORIAS SOBRE LAS CUALES SE GRAFICARON LOS RESULTADOS
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo mixto
RESULTADOS PARA EL PRIMER PASO DE CARGAEsfuerzos de Von Mises
Esfuerzo de Von Mises
Esfuerzo plástico equivalente
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo1
GRÁFICAS DE ESFUERZO PLÁSTICO EQUIVALENTE Y ESFUERZO DE VON MISES PARA LA TRAYECTORIA 1
MODELO CILÍNDRICO MODELO CÓNICO MODELO ESFÉRICO MODELO 1
Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo
Trayectoria 1 0.3816937E08 0.25923E08 0.5153277E08 0.2094647E08 0.3448910E08 0.2006096E08 0.434381E08 0.220213E08
Trayectoria 2 0.450584E08 0.11205E08 0.5484735E08 0.1076229E08 0.4048807E08 0.1033011E08 0.482764E08 0.1056738E08
Trayectoria 3 0.445787E08 0.927211E07 0.5354473E08 0.959793E07 0.4006832E08 0.896943E07 0.4727259E08 0.941255E07
Trayectoria 4 0.433611E08 0.173265E08 0.5536471E08 0.1370162E08 0.3985265E08 0.1336279E08 0.4802736E08 0.1349624E08
Trayectoria 5 0.4296821E08 0.1641546E08 0.5465677E08 0.1299623E08 0.3964427E08 0.1277611E08 0.4736687E08 0.1277765E08
Mapa de esfuerzos 0.52E08 0.38E07 0.696E08 0.349951E06 0.447E08 0.274578E06 0.593E08 0.125E07
Deflexión Máxima 0.411E-03 0.493E-03 0.416E-03 0.44E-03
TABLA DE RESULTADOS PARA EL PRIMER PASO DE CARGA
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo1
RESULTADOS PARA EL SEGUNDO PASO DE CARGA Esfuerzos de Von Mises
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo mixto
GRÁFICAS DE ESFUERZO PLÁSTICO EQUIVALENTE Y ESFUERZO DE VON MISES
MODELO CILÍNDRICO MODELO CÓNICO MODELO ESFÉRICO MODELO MIXTO
Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo
Trayectoria 1 0.262144E09 0.14501E07 0.3198188E09 0.38901E07 0.2359553E09 0.15621E07 0.23775E09 0.19551E07
Trayectoria 2 0.141674E09 0.947E06 0.1619469E09 0.19218E07 0.1343774E09 0.10009E07 0.1342886E09 0.12246E07
Trayectoria 3 0.130197E09 0.8961E06 0.1477326E09 0.20508E07 0.1211576E09 0.9439E06 0.123723E09 0.11683E07
Trayectoria 4 0.197614E09 0.11363E07 0.2299114E09 0.12727E07 0.1884873E09 0.12201E07 0.1704144E09 0.1158E07
Trayectoria 5 0.191494E09 0.11083E07 0.222503E09 0.12473E07 0.1837568E09 0.11952E07 0.1642426E09 0.10673E07
Mapa de esfuerzos 0.371E09 0.655845E06 0.463E09 0.955615E06 0.321E09 0.170007E06 0.328E09 0.629254E06
Deflexión Máxima 0.3441E-2 0.3496E-02 0.3488E-02 0.351E-02
TABLA DE RESULTADOS PARA EL SEGUNDO PASO DE CARGA
τxy
τyz
τxz
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo mixto
ESFUERZOS CORTANTES PARA LA TRAYECTORIA 1
Modelo cilíndrico Modelo cónico Modelo esférico Modelo mixto
Mapa de esfuerzos Gráfica
Mapa de esfuerzos Gráfica
Mapa de esfuerzos Gráfica
Mapa de esfuerzos Gráfica
τxy 0.178E09 0.9754782E08 0.229E09 0.120369E09 0.154E09 0.8777269E08 0.162E09 0.8982667E08
τyz -0.212E09 -0.114847E09 -0.266E09 -0.1389373E09 -0.183E09 -0.1033116E09 -0.187E09 -0.1024847E09
τxz -0.238E08 -0.137772E08 -0.371E08 -0.1654027E08 -0.171E08 -0.1333695E08 -0.298E08 -0.1542107E08
TABLA DE RESULTADOS DE ESFUERZO CORTANTE PARA EL SEGUNDO PASO
DE CARGA
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelomixto
RESULTADOS PARA EL TERCER PASO DE CARGAEsfuerzos de Von Mises
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo mixto
GRÁFICAS DE ESFUERZO PLÁSTICO EQUIVALENTE Y ESFUERZO DE VON MISES
MODELO CILÍNDRICO MODELO CÓNICO MODELO ESFÉRICO MODELO MIXTO
Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo
Trayectoria 1 0.2770628E09 0.240501E08 0.3605939E09 0.210445E08 0.2443835E09 0.178331E08 0.2679141E09 0.203144E08
Trayectoria 2 0.159222E09 0.107657E08 0.1951851E09 0.11332E08 0.1450937E09 0.94910E07 0.1594954E09 0.100402E08
Trayectoria 3 0.1473195E09 0.90772E07 0.1795523E09 0.103072E08 0.131674E09 0.85854E07 0.1477214E09 0.91019E07
Trayectoria 4 0.2149001E09 0.16308E08 0.2665904E09 0.140795E08 0.1991527E09 0.120207E08 0.1982477E09 0.126412E08
Trayectoria 5 0.2083158E09 0.155093E08 0.2578961E09 0.134696E08 0.1941771E09 0.115726E08 0.1913289E09 0.120144E08
Mapa de esfuerzos 0.398E09 0.429E07 0.525E09 0.416E07 0.337E09 0.197E07 0.375E09 0.25E07
Deflexión Máxima 0.334E-2 0.3411E-02 0.3378E-02 0.3455E-02
TABLA DE RESULTADOS PARA EL TERCER PASO DE CARGA
τxy
τyz
τxz
Modelo cilíndrico. Modelo cónico.
Modelo esférico. Modelo mixto
ESFUERZOS CORTANTES PARA LA TRAYECTORIA 1
Modelo cilíndrico Modelo cónico Modelo esférico Modelo mixto
Mapa de esfuerzos GráficaMapa de esfuerzos Gráfica
Mapa de esfuerzos Gráfica
Mapa de esfuerzos Gráfica
τxy 0.193E09 0.103872E09 0.261E09 0.1363359E09 0.163E09 0.9193673E08 0.187E09 0.101924E09
τyz -0.23E09 -0.1216395E09 -0.303E09 -0.1570723E09 -0.193E09 -0.10701E09 -0.216E09 -0.1161765E09
τxz -0.194E08 0.1459686E08 -0.309E08 0.1395168E08 0.159E08 0.1404805E08 -0.249E08 0.1459177E08
TABLA DE RESULTADOS DE ESFUERZO CORTANTE PARA EL TERCER PASO DE
CARGA
CONCLUSIONES• Los resultados demuestran que un cambio en
la sección transversal del sujetador cambia el efecto de las cargas sobre el adhesivo
• Cualitativamente tanto mapas de esfuerzo como gráficas son semejantes entre un modelo y otro, sin embargo la diferencia de los valores de esfuerzo obtenido es evidente
CONCLUSIONES
• Los resultados obtenidos demuestran que elmejor modelo es el modelo esférico. Del cualse obtuvieron los valores más bajos deesfuerzo de Von Mises y esfuerzos cortantespara los tres pasos de carga
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