Grado Ingeniera Mecnica Trabajo Fin de Grado DISEO

Grado Ingeniería Mecánica Trabajo Fin de Grado DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE UNA CELDA DE SEGURIDAD PARA UN AUTOMÓVIL SEGÚN LA NORMATIVA FIA Alumno: Ferran Gil Castellblanch Tutor: Enrique Nadal Soriano Co-tutor: Juan José Ródenas García

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 2/21

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 3/21

OBJETIVOS • Diseño de una celda de seguridad Ø Elemento de seguridad de un automóvil Ø Diseño regulado por la FIA • Optimización del diseño Ø Menor coste Ø Menor peso 1. - Introducción y objetivos 4/21

PASOS A SEGUIR Diseño inicial Parametrización del diseño Diseño optimizado Optimización del diseño parametrizado 1. - Introducción y objetivos 5/21

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 6/21

RESTRICCIONES • • Cinco secciones de tubo • Todo Terreno Ø 38 x 2, 5 • Categoría T 1 prototipo Tipo de vehículo Ø 40 x 2 • Motor MEP 3. 997 cc Dimensiones del vehículo Ø 45 x 2, 5 Ensayos estructurales Ø 48 x 2, 5 Dimensiones ØNormativa FIA 50 x 2 Materiales comerciales coherentes F 1 = 169875 N Tres aceros disponibles Ø E 355 E 470 FØ 2 = 79275 N Ø 25 Cr. Mo 4 2. - Restricciones del diseño 7/21

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 8/21

• Tipo de análisis Ø Estructural, estático y considerando plasticidad • Caracterización del material Ø Modelo bilineal para aceros • Tipo de elemento Ø Beam 188 3. - Diseño inicial 9/21

• Geometría Ø Keypoints: 46 Ø Lines: 57 • Mallado del modelo Ø Nº elementos: 593 Ø Nº nodos: 576 • Condiciones de contorno Ø Restricción de desplazamientos Ø Fuerza gravitatoria Ø Cargas de los ensayos 3. - Diseño inicial 10/21

RESULTADOS Diseño válido • Ensayo 1 • Ensayo 2 Ø Tensión: 460 MPa < 600 MPa Ø Desp. : 6, 9 mm < 50 mm Ø Tensión: 445 MPa < 600 MPa Ø Desp. : 6 mm < 100 mm 3. - Diseño inicial 11/21

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 12/21

AUTOMATIZACIÓN • Parametrización del diseño Ø Geometría Ø Material y secciones de los tubos • Uso de (tres) macros en ANSYS Ø A partir del modelo inicial Ø Ayuda de ANSYS Ø Archivo generado. log • Proceso 100% desatendido 4. - Automatización del modelo en ANSYS 13/21

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 14/21

ALGORITMO GENÉTICO • No se ven afectados por los máximos locales • No necesitan conocimientos específicos del problema • Capacidad de manipular muchos parámetros simultáneamente Ø Tamaño de población: 100 Ø Nº de generaciones: 200 5. - Optimización del diseño 15/21

INTERACCIÓN ANSYS Y MATLAB Análisis en ANSYS Algoritmo genético genera valores Evaluación de la función objetivo 5. - Optimización del diseño 16/21

RESULTADOS Diseño válido • Ensayo 1 • Ensayo 2 Ø Tensión: 471 MPa < 490 MPa Ø Desp. : 18, 9 mm < 50 mm Ø Tensión: 457 MPa < 600 MPa Ø Desp. : 12, 5 mm < 100 mm 5. - Optimización del diseño 17/21

RESULTADOS • Material: Acero E 355 • Sección del tubo del arco principal: 50 x 2 mm • Sección del tubo de las barras de la estructura excepto el arco principal: 40 x 2 mm • Dimensiones de las barras: las más cortas dentro del rango de valores establecido Ø Peso: 553, 76 N Ø Coste: 79, 03€ Ø Valor Fo: 429341, 2 5. - Optimización del diseño 24, 86% más ligero 36, 81% más económico 50, 59% menor 18/21

1. - Introducción y objetivos 2. - Restricciones del diseño 3. - Diseño inicial 4. - Automatización del modelo en ANSYS 5. - Optimización del diseño 6. - Conclusiones Diseño y optimización de una celda de seguridad para un automóvil según la normativa FIA 19/21

CONCLUSIONES • Importancia de la normativa • Un diseño inicial adecuado • Las posibilidades que ofrecen la realización de macros en ANSYS • Polivalencia de los algoritmos genéticos 6. - Conclusiones 20/21

GRACIAS POR SU ATENCIÓN