Absorción de energía mediante colapso de tubos metálicos
- Autores: Galina Lyubenova Manavska
- Directores de la Tesis: Juan José Alba López (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Castejón Herrer (presid.), Carlos Arregui Dalmases (secret.), Miguel Lizaranzu Fernández (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El desarrollo de la industria, principalmente automovilística, pero también aeronáutica y ferroviaria han generado nuevos vehículos con mayor capacidad de carga y de pasajeros y capaces de desplazarse a velocidades mayores.
Para frenar el vehículo en caso de emergencia, la mayor parte de esta energía debe disiparse en forma de calor en los frenos y los neumáticos. Si estos no bastan para frenar, será inevitable la colisión y el vehículo absorberá la mayor parte de la energía residual mediante deformación plástica. Es por ello que en caso de accidente, los vehículos poseen una energía cinética mayor, por lo cual, para reducir la severidad de un impacto es necesario recudir transformar dicha energía cinética de forma controlada en otro tipo de energía, que suele ser energía de deformación de la estructura del vehículo, generalmente en energía de deformación plástica. El aumento de la masa y de la velocidad implica una mayor energía cinética y, por tanto, la necesidad de zonas de absorción de energía más extensas y con mayor capacidad de absorción por unidad de volumen, así como un diseño optimizado de la distribución de la disipación de la energía entre los diversos elementos absorbedores.
Esta situación lleva a los fabricantes de vehículos a ensayar sus diseños en condiciones más exigentes, sometiéndolos a impactos que requieren pulsos de deceleración con valores máximos y distribuciones temporales muy variados.
Tradicionalmente, los pulsos de deceleración deben situarse dentro de un corredor que delimita valores máximos, mínimos y distribución temporal. El ajuste de los simuladores de choque para conseguir pulsos de deceleración deseados (normalmente fuera de norma) es complejo y suele realizarse mediante ensayos de prueba y error.
A lo largo de la presente tesis doctoral se realizará un estudio detallado del comportamiento de tubos metálicos de pared delgada de sección circular como absorbedores de energía, condicionados por varios parámetros con objetivo de crear un sistema alternativa de frenada para los Sistemas Simuladores de Impactos que, a su vez, permita diseñar una herramienta predictiva de pulso de deceleración, de forma que el diseño de nuevos pulsos pueda realizarse sin el requerimiento de los tradicionales ensayos de prueba y error.
Inicialmente se desarrolla una metodología de cálculo mediante elementos finitos para obtener los principales parámetros de absorción de energía de uno de estos elementos.
Para poder disminuir el número de ensayos se simula previamente el comportamiento de tubos metálicos de pared delgada frente colapso con el modulo de Postproceso de Abaqus.
Con el módulo de Preproceso Patran, en este caso con salida a Abaqus definimos la geometría y el tipo de discretización deseada del nuestro prototipo de absorbedor de energía.
Mediante el Método de elementos finitos se modelarán los ensayos que posteriormente se realizaran en el laboratorio, obteniendo datos de gran valor que serán útiles a la hora de diseñar dichos ensayos. En este caso puesto que se procederá de forma inversa al realizar primero las simulaciones en lugar de los ensayos experimentales, no se dispone a priori de resultados con los cuales córrela nuestros modelos y saber que error se comete con las distintas simplificaciones que adoptamos en la fase de diseño, aunque el método de los elementos finitos ya ha sido validado.
Finalmente se comparan los resultados obtenidos de las simulaciones y los ensayos realizados, donde se estudia la influencia de los parámetros variables en el comportamiento de los tubos metálicos de pared delgada de sección circular como prototipos de absorbedores de energía.
Al terminar se exponen las conclusiones y las futuras líneas de investigación.
