Proyecto final. Diseño de un chasis fabricado con pasta de harina
Jair Muricy Avalos Arriaga.
Josué Aarón Mendoza Vizacarra..
Isaac Moreno Rodriguez.
Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro
Resumen— Para esta práctica se llevará a cabo la
creación del chasis de una camioneta a escala, en el cual solo
se podrá usar spaghetti del número 5 y pegamento balnco
850, sin poder usar ningún otro tipo de material, se busca
analizar cómo la construcción del chasis tendrá que ser
capaz de soportar impactos frontales y laterales sin que se
deforme plásticamente el chasis.
Al comenzar con la construcción del chasis, hubo
varias cuestiones consideradas, se empezó por realizar
pruebas con distintas probetas de spaghetti y de diferentes
maneras armadas como lo es aplicando pegamento a todas
por completo, colocando solo en las orillas y también solo
en los nodos.
Palabras clave: aplicación, chasis, nodo, pegamento, fuerza,
deformación, Ansys.
I. INTRODUCCIÓN
Durante esta práctica observaremos la manera en la
que se llevó a cabo el diseño y construcción de un chasis
de una camioneta, haciendo uso únicamente de spaghetti
#5 y de resistol blanco marca 850.
Figura 3. Barras usadas para la construcción del chasis.
Figura 1. Spaghetti usado para la construcción del chasis.
En la figura 1 podemos observar la marca del
spaghetti usado, y la cantidad que fue adquirida. El diseño
que se optó por construir, lo veremos más adelante, pero
esto fue una parte crucial de la práctica, ya que se tuvo
que crear un chasis de tal manera que tuviera los soportes
suficientes para que este fuera capaz de soportar las
pruebas a las que se sometería.
Figura 2. Pegamento usado para la construcción del chasis.
Comenzamos haciendo las pruebas con una cubeta
conectada a las barras, y agregando cierta cantidad de
agua gradualmente, se agregaban de 100 ml en 100 ml a
la cuenta de agua y considerando que la cubeta tiene un
peso de 286g, entonces, la primer barra sin pegamento,
soporto la cubeta únicamente, porque al comenzar a
agregar el agua, se rompió de inmediato.
llamamos deformación (ε). Medimos el esfuerzo con el
cociente de la diferencia en la longitud ΔL entre la
longitud inicial Lo a lo largo de la dirección del esfuerzo,
es decir, ε=ΔL/Lo. [2]
Cada material responde de forma distinta al
esfuerzo, y los detalles de la respuesta son importantes
para los ingenieros que deben seleccionar materiales a
partir de sus estructuras, así como máquinas que se
comporten de manera predecible bajo los esfuerzos
esperados. [2]
Figura 4,5,6 y 7. Pruebas de las barras del chasis.
Al concluir con las pruebas, la que mejor
resistencia tuvo, fue la barra que contenía 21 barras de
spaghetti y cubierta en su totalidad con resistol 850, asi
que fueron las utilizadas para llevar a cabo la
construcción del chasis.
De igual forma al llevar a cabo el experimento, se
tendrá que realizar la simulación de este en un software
FEM para poder observar y comprobar el
comportamiento del material, comparando los cálculos
obtenidos teóricamente.
II. MARCO TEÓRICO
¿Qué es Ansys?
Ansys es un software de simulación de ingeniería
que se utiliza en diversas industrias para analizar y
predecir el comportamiento de productos y procesos en
condiciones reales antes de su implementación física.
Este software utiliza métodos de análisis numérico para
resolver problemas complejos en áreas como mecánica
estructural, dinámica de fluidos, transferencia de calor,
electromagnetismo, acústica, entre otros fenómenos
físicos. [1]
¿Qué sucede cuando un material se deforma?
Cuando se aplica una fuerza sobre un material, este
se estira o comprime como resultado. Todos estamos
familiarizados con materiales como el hule, que se
estiran muy fácilmente. [2]
En mecánica, lo importante es la fuerza
aplicada por unidad de área; llamamos esfuerzo (σ) a esta
cantidad. El grado de estiramiento/compresión que se
produce mientras el material responde al esfuerzo lo
En la mayoría de los materiales, la deformación que
experimentan cuando se les aplica un pequeño esfuerzo
depende de la tensión de los enlaces químicos dentro de
ellos. La rigidez del material está directamente
relacionada con la estructura química de este y de los
tipos de enlaces químicos presentes. Lo que sucede
cuando se quita el esfuerzo depende de hasta qué punto
los átomos se han movido. En general hay dos tipos de
deformación:
Deformación elástica.
Cuando se quita el esfuerzo, el material regresa a la
forma que tenía originalmente. La deformación es
reversible y no es permanente. [2]
Deformación plástica.
Esta ocurre cuando se aplica un esfuerzo tan grande
a un material que al retirarlo el material no regresa a su
forma anterior. Hay una deformación permanente e
irreversible. Llamamos límite elástico del material al
valor mínimo de esfuerzo necesario para producir una
deformación plástica. [2]
Tensión
La tensión en los materiales es una medida de la
resistencia interna que presenta un material cuando se le
aplica una fuerza externa. Se trata de la distribución de
fuerzas internas que se generan dentro del material
cuando se le somete a una carga o a un esfuerzo.
Tensión normal y tensión de corte
La tensión en los materiales se puede clasificar en
dos tipos: tensión normal y tensión de corte. La tensión
normal se refiere a las fuerzas que actúan
perpendicularmente a la superficie del material, mientras
que la tensión de corte se refiere a las fuerzas que actúan
paralelas a la superficie del material.[4]
●
●
La tensión normal se calcula dividiendo la fuerza
aplicada por el área transversal del material.
La tensión de corte se calcula dividiendo la fuerza
tangencial aplicada por el área transversal del
material.
fuerzas superficiales, donde la fuerza se aplica sobre un
área, pero cuando el área es lo suficientemente pequeña
(en comparación con los cuerpos que se analizan) a
menudo se puede aproximar como una fuerza puntual.
Debido a que las fuerzas puntuales pueden representarse
como un solo vector (en lugar de un campo de vectores
para fuerzas distribuidas), es mucho más fácil trabajar
con ellas en el análisis de ingeniería. Por esta razón, las
fuerzas puntuales se utilizan en lugar de las fuerzas
distribuidas en el análisis de ingeniería siempre que sea
posible.[6]
Esfuerzos
Importancia de la tensión en los materiales
La tensión en los materiales es de suma importancia
en el campo de la ingeniería, ya que permite determinar
si un material es suficientemente resistente para soportar
una carga determinada. Para ello, se utilizan diferentes
parámetros como el límite elástico, la resistencia a la
tracción y el módulo de elasticidad.[4]
El esfuerzo en mecánica de materiales es la relación
entre la fuerza aplicada y el área de la sección transversal
donde está actuando la fuerza aplicada. El esfuerzo mide
la resistencia que un material ofrece frente a las fuerzas
externas que actúan sobre él. El esfuerzo puede causar
una deformación en el material, que puede ser de
estiramiento o de compresión.[7]
●
Módulo de elasticidad del spaghetti
●
●
El límite elástico es la máxima tensión que puede
soportar un material sin sufrir deformaciones
permanentes.
La resistencia a la tracción es la máxima tensión
que puede soportar un material antes de sufrir una
fractura.
El módulo de elasticidad es una medida de la
rigidez de un material, es decir, la capacidad que
tiene para recuperar su forma original después de
ser sometido a una carga.
Compresión
La compresión es el esfuerzo al que está sometido
un cuerpo por la aplicación de fuerzas que actúan en el
mismo sentido, y tienden a acortarlo. Es lo contrario a la
tracción y hace que se aproximen las diferentes
partículas de un material, tendiendo a producir
acortamientos o aplastamientos.[5]
Fuerza puntual
Una fuerza puntual es cualquier fuerza donde se
considera que el punto de aplicación es un solo punto. En
realidad, la mayoría de las fuerzas son técnicamente
El módulo de elasticidad del spaghetti es de
23467 kg/cm2. [8]
III.
MATERIALES
Para esta práctica se hará uso de los siguientes
componentes:
●
●
●
●
Computadora.
Software Ansys
1 kilogramo de spaghetti No.5.
Pegamento profesional blanco 850.
IV.
OBJETIVO
Aplicar los conocimientos adquiridos en la materia de
mecánica de materiales para diseñar un chasis para un
vehículo a escala fabricado con pasta para Spaghetti N°5
y unida con pegamento blanco RESISTOL 850 capaz de
resistir impactos frontales y laterales, de más de 350 N,
sin sufrir deformaciones permanentes.
V. PROBLEMÁTICA
Considere las dimensiones de un vehículo a escala, 1:2,
como el mostrado en la Figura 1:
Especificaciones de la prueba
a) El chasis diseñado se someterá en primera instancia a
la prueba de impacto lateral, donde se le aplicará una
carga sobre un costado en la posición que se muestra en
la Figura 2. La carga aplicada se incrementará
gradualmente hasta alcanzar los 400 N. Si el chasis no
presenta deformación permanente pasará a la prueba de
impacto frontal.
Figura 8. Dimensiones del vehículo.
Si se dispone únicamente de pasta para Spaghetti N°5, en
una cantidad máxima de 1 kg, y pegamento blanco
RESISTOL 850 como materiales de construcción diseñe
y fabrique un chasis para el vehículo mostrado en la
Figura 1 capaz de soportar impactos laterales y frontales
de más de 350 N sin deformarse de manera permanente.
Criterios de diseño
a) La cantidad máxima de espagueti que podrá usarse es
1 kg, pesado antes de la fabricación.
b) No se permiten refuerzos de ningún tipo y/o material.
Figura 9. Posición de la prueba de impacto lateral.
b) Para la prueba de impacto frontal, el chasis se fijará
mediante prensas C a la base fija en la posición que se
muestra en la Figura 3. La carga aplicada se incrementará
gradualmente hasta alcanzar los 400 N.
c) No se permite utilizar pegamento diferente al Resistol
850.
d) La masa máxima del chasis debe de ser 1.1 kg
(considerando pasta y Resistol).
e) La pasta a utilizarse puede ser de cualquier marca,
pero deberá de ser tipo Spaghetti N°5.
f) La fuerza de impacto se modelará como una fuerza
distribuida aplicada en el frente y costado del vehículo,
se sugiere diseñar el chasis considerando las superficies
de aplicación.
g) El chasis se sujetará a la mesa de pruebas con prensas
tipo C.
h) El diseño debe de considerar únicamente la estructura
usada como chasis.
i) El mismo chasis debe de soportar ambas pruebas.
j) Los equipos de diseño tendrán un máximo de tres
integrantes.
Figura 10. Posición de la prueba de impacto frontal.
Si el chasis pasa ambas pruebas, el equipo podrá optar
por una tercera prueba, esta será destructiva y la
aplicación de la carga se realizará a elección de los
integrantes del equipo.
VI. METODOLOGÍA
Modelo CAD
En base a los criterios de diseño y a las dimensiones
requeridas se desarrolló el diseño mostrado en la figura
siguiente.
Fig. 12. Pegado de los elementos
Dejar secar la estructura de 1 a 2 días entre etapas para evitar
que se deforme debido a la manipulación.
Figura 11. Modelo CADl.
Construcción
Para la construcción de las barras mostradas en el modelo
CAD, se construyeron elementos de 20 barras de espagueti,
las cuales se torcieron ligeramente y se recubren con resistol
850. Temporalmente se sujetan los espaguetis utilizando
ligas de cabello. Se retiran una vez el resistol está seco.
Una vez construidos los elementos, utilizando un mototool
se cortan a la dimensión requerida. Utilizando resistol 850 se
van uniendo de acuerdo al modelo. Una vez seca la unión, se
hace una mezcla de pasta molida y resistol 850, y se esparce
sobre la unión.
Fig. 13. Estructura terminada
Simulación FEM
Para iniciar con el desarrollo de la simulación se abre la
aplicación Mechanical APDL R1 de Ansys.
Fig. 14. Mechanical APDL R1
Una vez que se abre, se observa por primera vez la interfaz
de la aplicación.
Fig. 16 y 17. Preferences for GUI Filtering
Fig. 15. Interfaz de Mechanical APDL R1
Del lado izquierdo se encuentra la sección de Main Menu,
dentro de este menú se debe dar clic en el apartado de
Preferences, una vez hecho esto se despliega la pestaña
Preferences for GUI Filtering, aquí se indica qué tipo de
simulación pretende llevarse a cabo, en este caso se marca la
opción Structural y se da clic en el botón OK.
Posteriormente es necesario definir el tipo de elemento a
utilizar
para
ello
desplegar
la
opción
de
Preprocessor/Element Type/Add/Edit/Delete. Se desplegará
una
segunda
ventana
seleccionar
Add/Structural
Mass/Beam/2 node 188, añadir la referencia numérica al
elemento, en el recuadro de la sección “Element type
reference number”, dejando para este caso 1 y se le da “Ok”
para añadir el elemento seleccionado.
La configuración debe quedar como la que se muestra
en la siguiente figura.
Fig. 18. Selección del elemento tipo Beam
Después se asignan las propiedades del material para ello
seleccionar Preprocessor/Material Props/Material Models.
Se desplegará una nueva ventana como la que se muestra a
continuación.
Fig. 21. Configuración dada al material
Seleccionado el tipo de material se asigna el tipo de sección.
Seleccionar Preprocessor/Sections/Beam/Common Sections,
se desplegará una ventana como la siguiente:
Fig. 19. Ventana “Define Material Model Behaivor”
En esta ventanas debe seleccionar la opción
“Structural”, posteriormente “Linear”, eligiendo “Elastic”
y finalmente “Isotropic”.
Fig. 20. Ventana para definir las propiedades del material.
Al dar clic sobre esta última opción se desplegará una
nueva ventana donde será necesario colocar las
propiedades del material a emplear.
En la sección EX, se debe colocar el valor del módulo
de elasticidad del material, siendo para el espagueti de
2.83E9 Pascales, y en la sección PRXY se debe colocar el
valor del coeficiente de Poisson, siendo de 0.3.
Fig. 22. Ventana “ Beam Tool” desplegada al seleccionar la
opción “Beam/ Common Sections”.
En el apartado “ID” se debe colocar el número dado en el
paso anterior para el tipo de elemento deseado, en el caso de
la presente práctica se deja 1 por defecto. En la sección
“Name” se escribe el nombre con el que la sección será
conocida.
Posteriormente en la sección “Sub-Type” se define el tipo de
forma que tendrá la Beam, siendo que para esta práctica se
deja la opción redonda.Para la sección R se debe colocar el
radio de los elementos de espagueti 0.0045m. De esta forma
la configuración queda como se muestra en la siguiente
imagen.
Fig. 23. Configuración de la Beam 188 a emplear.
Declaración de los keypoints
Se declaran los nodos de la estructura como keypoints, para
ello se obtienen las coordenadas de cada nodo, siendo las
siguientes:
Coordenadas (mm)
X
Y
Z
1
0
0
0
2
80
0
0
3
0
40
0
4
80
40
0
5
0
40
-50
6
0
0
-50
7
80
0
-50
8
80
0
-50
9
0
40
-230
10
80
40
-230
11
80
0
-230
12
0
0
-230
13
0
40
-270
14
80
40
-270
15
80
0
-270
16
0
0
-270
17
0
90
-102
18
80
90
-102
19
80
90
-225
20
0
90
-225
21
80
40
-140
22
80
0
-140
23
0
40
-140
24
0
0
-140
25
40
40
0
26
40
0
0
Tabla 1. Ubicación de los nodos por coordenadas.
Para colocar los keypoints en el software seleccionar
Modeling/Create/Keypoints/In active CS. Escribir el número
de keypoint y escribir sus coordenadas en la ventana
emergente.
Fig. 26. Líneas colocadas.
Generación de la malla
Una vez cargada la estructura se realiza el mallado, para ello
seleccionar Preprocesor / Meshing / /Meshing Attributes /
Default Attributes. Llenar como se muestra.
Fig. 24. Create Keypoints.
Fig. 27. Meshing attributes.
Fig. 25. Keypoints colocados.
Se utilizan los keypoints para crear líneas, para ello
seleccionar Modeling/Create/Lines/Lines/In active coord.
Seleccionar dos nodos para crear una línea. Crear las líneas
en base al modelo CAD.
Definidos los atributos de la malla se procede a realizar el
mallado. Seleccionar Preprocesor / Meshing / /Meshing
Tool. En la ventana emergente en Element attributes
seleccionar Lines, en la sección size Controls dar clic en
Lines/Set.
Fig. 29. Pick all lines
Seleccionar el número de divisiones por elemento en la
ventana emergente como se muestra en la figura.
Fig. 28. Mesh Tool
Seleccionar todos las líneas en la ventana Element Size on
Picked Lines.
Fig. 30. Divisiones por línea.
Simulación para impacto frontal
Restricción de grados de libertad en keypoints
Seleccionar Preprocessor / Loads / /Define Loads / Apply /
Structural / Displacement / On keypoint. Seleccionar los
keypoints 21, 22, 23 ,24. y restringir todos los grados de
libertad.
Fig. 31. Vista previa del mallado.
Seleccionar Mesh en el menú Mesh Tool.
Fig. 33. Restricción de grados de libertad para impacto
frontal.
Fig. 34. Restricción para impacto frontal.
Fig. 32. MeshTool
Aplicación de cargas
Seleccionar Preprocessor / Loads / /Define Loads / Apply /
Structural / Force/Moments / On Nodes.
Se toma la carga de 400N como una fuerza distribuida la
cual se aplica en las 7 líneas frontales, por lo que se aplica
como 69 pequeñas fuerzas equivalentes, las cuales se aplican
en los nodos creados por la malla.
En el software seleccionar los nodos de aplicación.
Fig. 37. Fuerzas equivalentes aplicadas.
Solución
Seleccionar Solution / Solve / Current LS
Fig. 38. Solución exitosa.
Fig. 35. Selección de nodos de aplicación para la fuerza
frontal.
Dar clic en aceptar y llenar la ventana emergente como se
muestra.
Fig. 36. Aplicación de las fuerzas equivalentes (frontal).
Dar clic en aplicar
Simulación para impacto lateral
Restricción de grados de libertad en keypoints
Seleccionar Preprocessor / Loads / /Define Loads / Apply /
Structural / Displacement / On keypoint. Seleccionar los
keypoints 13, 14, 15, 16, 25, 25. y restringir todos los grados
de libertad.
fuerza de 2.36N en los nodos de las barras de longitud
40mm.
Fig. 41. Apply F/M on Nodes
Fig. 39. Nodos a restringir.
Fig. 42. Aplicación parcial de fuerzas laterales
Fig. 40. Restricción para impacto lateral.
Se aplica una fuerza de 5.32N en los nodos de las barras de
longitud 90mm.
Aplicación de cargas
Seleccionar Preprocessor / Loads / /Define Loads / Apply /
Structural / Force/Moments / On Nodes.
Se toma la carga de 400N como una fuerza distribuida la
cual se aplica en 9 líneas laterales, por lo que dependiendo
de la longitud de la barra las fuerzas equivalentes tendran un
valor distinto, como se observa en los calculos. Se aplica una
Fig. 43. Apply F/M on Nodes.
Fig. 46. Apply F/M on Nodes.
Fig. 44. Fuerzas equivalentes aplicadas.
Se aplica una fuerza de 5.82N en los nodos de las barras de
longitud 98.5mm.
Fig. 47. Fuerzas y restricciones aplicadas.
Solución
Seleccionar Solution / Solve / Current LS
Fig. 48. Solución exitosa.
VI.
DESARROLLO MATEMATICO
Cálculo de las fuerzas distribuidas
Fig. 45. Nodos de aplicación.
Impacto frontal.
𝐹𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 400 𝑁
La fuerza de 400 N se aplicó de manera distribuida en
la sección frontal del chasis, este diagrama se muestra
en la figura 39.
Para dicha distribución se ocuparon 69 nodos, por lo
tanto:
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑3 = 0. 0985𝑚
𝑁
𝐹𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖𝑑𝑎 =
𝐹𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 1 = 590. 85 𝑚 (0. 04𝑚) = 23. 634 𝑁
400 𝑁
69
𝑁
𝐹𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 2 = 590. 85 𝑚 (0. 09𝑚) = 53. 1765 𝑁
𝐹𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖𝑑𝑎 = 5. 8 𝑁
𝑁
𝐹𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 3 = 590. 85 𝑚 (0. 985 𝑚) = 58. 1987𝑁
La fuerza aplicada a cada longitud de la sección se
dividió en 10, ya que que para la simulación del chasis
se consideraron 10 nodos o divisiones para cada
longitud:
𝐹𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 1 = 23. 634 𝑁÷10 = 2. 3634 𝑁
Fig. 49. Distribución de fuerzas en la zona frontal del chasis.
𝐹𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 2 = 53. 1765 𝑁÷10 = 5. 31765 𝑁
𝐹𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 3 = 58. 1987𝑁÷10 = 5. 81987𝑁
Impacto lateral.
La figura 40 muestra la distribución de la fuerza de 400
N distribuida a lo largo de la longitud lateral de
aplicación.
𝐹𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 400 𝑁
Para calcular la fuerza distribuida se calculó la longitud
total donde se aplicará la carga lateral:
𝑙𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 677 𝑚𝑚 = 0. 677 𝑚
400 𝑁
𝑁
𝐹𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖𝑑𝑎 = 0.667 𝑚 = 590. 85 𝑚
La fuerza distribuida se multiplicó por la longitud de
cada segmento que compone la estructura lateral, para
ello se toma en cuenta que existen tres longitudes una
de 0.04m, 0.09m y 0.0985m:
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑1 = 0. 04𝑚
Fig. 50. Distribución de fuerzas en la zona lateral del chasis.
𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑2 = 0. 09𝑚
VII.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Impacto Frontal
Desplazamiento Frontal.
El chasis de spaghetti al someterse a la carga
distribuida de 400 N, presenta una deformación en la
zona frontal, se observa que que la parte inferior es
donde se aplica en mayor esfuerzo, puesto que es el
elemento que más desplazamiento de su posición
inicial se observa en el grafo. Esta zona entra en
compresión.
Mientras que se observa que los elementos de la parte
trasera del chasis presentan una deformación casi nula,
puesto que los refuerzos colocados ayudan a distribuir
la craga haciendo que esta parte sufra daños
estructurales casi imperceptibles.
Fig. 51. Gráfica de desplazamiento del chasis al aplicarle
una fuerza distribuida de 400 N
Fuerzas internas
La siguiente lista muestra las fuerzas internas obtenidas
del software FEMM Ansys, en ellas se analiza que la
fuerza con magnitud más alta es de 96.590 N a
compresión, esta fuerza hace referencia a la zona frontal
inferior del chasis. Mientras que la mayor parte del
chasis presenta una deformación infinitesimalmente
pequeña, por lo que la integridad del chasis a esta carga
aplicada resulta aceptable.
Fig. 52. Lista de las fuerzas internas del chasis.
IMPACTO LATERAL
Desplazamiento Lateral
Fig. 53. Valor máximo y mínimo de las fuerzas internas del
chasis.
Esfuerzos normales
El chasis de spaghetti al someterse a la carga
distribuida de 400 N, presenta una deformación en la
zona lateral, se observa que la parte inferior es donde
se aplica en mayor esfuerzo, puesto que es el elemento
que más desplazamiento de su posición inicial, esto se
observa en el grafo. Esta zona entra en compresión.
También se observa que las cargas intermedias del
chasis presentan una deformación, este desplazamiento
de su posición inicial hace que las fuerzas aplicadas en
chasis se distribuyan, haciendo que tanto la parte
frontal
como
trasera presentan un ligero
desplazamiento por lo que en estas zonas las cargas son
infinitesimalmente pequeñas.
Fig. 54. Esfuerzos normales obtenidos al resolver la
simulación de impacto frontal.
Fig. 56. Gráfica de desplazamiento del chasis al aplicarle
una fuerza distribuida de 400 N de manera lateral.
Fig. 55. Esfuerzos normales máximos obtenidos al resolver
la simulación de impacto frontal.
Fuerzas internas
La siguiente lista muestra las fuerzas internas obtenidas
del software FEMM Ansys, en ellas se analiza que la
fuerza con magnitud más alta es de 109.26 N a
compresión, esta fuerza hace referencia a la zona frontal
lateral del chasis, mientras que en la zona intermedia del
chasis se observa que las fuerzas se distribuyen en los
nodos laterales, la concentración de esfuerzos en esta
zona hace que las zonas frontales, trasera y del capote
entren en tensión, por lo que la resistencia de la
estructura comienza a entrar en un punto crítico en
cuanto a la seguridad.
Fig. 58. Lista de las fuerzas internas del chasis.
Fig. 57. Gráfica de las fuerzas internas del chasis al aplicarle
una fuerza distribuida de 400 N de manera lateral.
Lista de fuerzas internas
Fig. 59. Valor máximo y mínimo de las fuerzas internas del
chasis.
Esfuerzos normales
Fig. 61. Esfuerzos normales máximos obtenidos al resolver
la simulación de impacto lateral.
Pruebas físicas
Tanto para el impacto frontal como el lateral, el chasis
de espagueti se colocó de manera vertical y
horizontalmente respectivamente, en un polín sujeto a
una prensa, la carga se aplicó usando eslingas en las
cuales se colocaron diferentes pesos, en esta prueba se
colocaron pesos de 4.3 en 4.3 kg. Para aplicar la carga,
esta se colocó de una manera que el peso entrará en
estado de equilibrio respecto al chasis, es decir evitar
un desplazamiento del chasis y que este por inercia se
cayera del reposo.
Resultados de las pruebas de impacto frontal:
Al aplicar 4.3 kg, el chasis no presentó deformaciones
ni fracturas en su estructura.
Fig. 60. Esfuerzos normales obtenidos al resolver la
simulación de impacto lateral.
Fig. 62. Aplicando carga de 4.3 kg de manera frontal al
chasis.
Posteriormente se añadió una carga de 4.3 kg,
aplicando en total 8.6 kg, el chasis soportó esta carga
por lo que pasó a la siguiente prueba.
Fig. 64. Aplicando carga de 12.9 kg de manera frontal al
chasis.
Fig. 63. Aplicando carga de 8.6 kg de manera frontal al
chasis.
Por último, se añadió una carga de 4.3 kg, aplicando en
total 12.9 kg o 126.549 N el chasis ante esta fuerza
aplicada, no presenta deformaciones ni fracturas en su
estructura, por lo que con seguridad se aprueba que
resistió la carga final sin ningún tipo de problemas.
El chasis de espagueti al soportar esta última carga sin
presentar daños en su estructura, pasó a la prueba de
impacto lateral.
Resultados de las pruebas de impacto lateral:
En esta prueba, la carga aplicada fue directamente de
12.9 kg o 126.549 N, donde el chasis no presenta
deformaciones ni fracturas en su estructura, por lo que
la prueba se cumplió satisfactoriamente.
de spaghetti durante el ensamblaje, el éxito final de que
el chasis resistiera con éxito las pruebas de impacto,
demostró la validez de nuestros cálculos y decisiones de
diseño. Además, la simulación en Ansys proporcionó
una comprensión más profunda de los principios
involucrados, aunque es importante tener en cuenta las
limitaciones de dicha simulación en comparación con la
realidad.
Las pruebas experimentales lograron soportar las cargas
aplicadas tanto de lateral como frontal, por lo que el
proyecto resultó satisfactoriamente.
Jaír Muricy Avalos Arriaga
Realizar esta práctica fue una actividad muy
interesante, desde la construcción y creación del chasis
en AutoCad, para saber cómo se colocarían cada uno de
los soportes usados en todo el chasis, fue una actividad
un poco compleja de realizar, ya que serían objeto clave
de la resistencia que tendría el chasis. Desde realizar las
pruebas con la creación de distintas varillas para
conocer cuál era la que mejor prestaciones nos ofrecia,
en cuanto a secado y material utilizado.
Fig. 65. Aplicando carga de 12.9 kg de manera lateral al
chasis.
VIII.
CONCLUSIONES
Isaac Moreno Rodríguez
El proyecto de diseño, simulación y verificación física
de un chasis construido con espagueti proporcionó
importantes aprendizajes y experiencia práctica en
varios aspectos de la ingeniería estructural y el diseño.
Construir un chasis de automóvil a escala 1:2 utilizando
spaghetti y pegamento blanco fue una experiencia al no
poder usar otro material para poder reforzar la
estructura. Comenzando por el diseño inicial en
SolidWorks hasta la realización de pruebas de
resistencia, cada etapa presenta desafíos que requieren
creatividad y precisión. La importancia de calcular y
colocar estratégicamente los soportes en el chasis se
hizo evidente durante el proceso, ya que estos
componentes fueron de las partes más importantes para
garantizar la resistencia del chasis. A pesar de los
obstáculos encontrados al pegar y sostener las varillas
Al llevar a cabo la construcción del chasis,
también se presentaron varios retos, desde cómo poder
comenzar a pegar cada una de las varillas, hasta para
poder sostenerlas hasta que secaran y no se moviesen
más, cabe mencionar que desde antes de crear el chasis,
se tenía contemplado el peso con el cual serian
realizadas las pruebas, para poder estar seguros de que
este soportaría lo suficiente, lo cual fue exitoso, porque
nuestro chasis soporto ambas pruebas, indicándonos
esto que nuestros cálculos y propuestas fueron certeras.
Poder simular esta situación dentro entorno del
software Ansys, nos ayuda a tener un mejor
entendimiento del porque suceden estas cuestiones, a
pesar de que no se obtienen los mismos cálculos, pero
esto debido al entorno en el que se desarrolla la
simulación, no considera algunas variables que afectan
la realización de la práctica en la vida real.
Josué Aarón Mendoza Vizcarra
Realizada la práctica fue posible observar la
importancia de una etapa de diseño robusta, la cual se basó
en el desarrollo de una geometría que fuera posible
distribuir las cargas aplicadas.
Las pruebas finales de resistencia, permitió comprender
mejor los principios de mecánica de materiales y el
comportamiento de los materiales utilizados. La elección
cuidadosa de los materiales y la distribución de los
soportes fueron aspectos clave para garantizar la robustez
del chasis frente a las pruebas de impacto frontal y lateral.
A pesar de las dificultades durante la fase de ensamblaje,
como el manejo del pegamento y la fijación de las varillas
de spaghetti, el resultado exitoso de que el chasis superará
ambas pruebas de impacto validó el desempeño del diseño.
Así mismo, la simulación en Ansys nos brindó una
perspectiva adicional sobre los factores que influyen en el
rendimiento del chasis, como la posición de los elementos
de sujeción, la cual puede causar una mayor concentración
de esfuerzos en ciertas zonas.
IX.
lo%20punto.
[7] Dima. (2023, 20 agosto). Esfuerzo en Mecánica
de Materiales: Una Definición Clave - Incorruptible.
Incorruptible.
https://incorruptible.mx/esfuerzo-en-mecanica-de-materi
ales-una-definicion-clave/
[8] uDocz. (2024). Informe de Spaguetti.Docx.
uDocz.
https://www.udocz.com/apuntes/4571/informe-de-spagu
etti-docx
BIBLIOGRAFÍA
X.ANEXO
[1] Admin. (2022, 18 junio). ¿Qué es Ansys y para
qué
sirve?
TutoManiac.
https://tutomaniac.com/que-es-ansys-y-para-que-sirve/
Video de la simulación del impacto frontal
[2] ¿Qué es la ley de Hooke? (artículo) | Khan
Academy.
(s.
f.).
Khan
Academy.
https://es.khanacademy.org/science/physics/work-and-e
nergy/hookes-law/a/what-is-hookes-law
Video de la simulación del impacto lateral
[3] SolidBi. (2023, 30 octubre). SOLIDWORKS Qué
es
y
para
qué
sirve.
SolidBI.
https://solid-bi.es/solidworks/?v=0b98720dcb2c
[4] Admin. (2023, 25 marzo). ¿Qué es la tensión en
los
materiales?
TutoManiac.
https://tutomaniac.com/que-es-la-tension-en-los-materia
les/
[5] qué es la compresión en los materiales. (s. f.).
https://aleph.org.mx/que-es-la-compresion-en-los-materi
ales#:~:text=qu%C3%A9%20es%20la%20compresion
%20en%20los%20materiales%201,a%20acortarlo.%20.
. .%202%20E%20%3D%20F%20%2FA.
[6] Libretexts. (2022, 2 noviembre). 2.2: Fuerzas
puntuales como vectores. LibreTexts Español.
https://espanol.libretexts.org/Ingenieria/Ingenier%C3%
ADa_Mec%C3%A1nica/Mapa_Mec%C3%A1nico_(Mo
ore_et_al.)/02%3A_Equilibrio_est%C3%A1tico_en_sist
emas_de_fuerza_concurrentes/2.02%3A_Fuerzas_puntu
ales_como_vectores#:~:text=Una%20fuerza%20puntual
%20es%20cualquier%20fuerza%20donde%20se,el%20
punto%20de%20aplicaci%C3%B3n%20es%20un%20so
●
●
https://youtu.be/Kihwe5R2PFw
https://youtu.be/O62Pp10XNOY