ESTUDIO DE LOS MODOS NORMALES DE VIBRACIÓN DE LA SUSPENSIÓN SIMPLIFICADA DE UN AUTOMÓVIL

Instituto Tecnológico de Querétaro

D.U. Melgoza, O. Morales, M. Rico, J.G. Perez, I. Reséndiz, A.J. Reséndiz

Objetivo del Análisis

•Estudiar los modos de vibración de los elementos elásticos de un automóvil.

•Simular los modos de vibración usando ansys.

•Estudiar las deformaciones y esfuerzos causados en cada modo natural de vibración.

Antecedentes

Uno de los factores que más afectan a la fatiga de los elementos mecánicos de un automóvil, es la vibración ocasionada por la sinuosidad del camino, las vibraciones del motor y el manejo normal del automóvil. Los modos de vibración de un sistema mecánico, permiten conocer tanto las frecuencias y amplitudes principales, donde el sistema podría entrar en resonancia [2].

Estudio de las vibraciones

En este proyecto se hace la simulación computacional, con el módulo de análisis modal de ANSYS, utilizando elemento finito para obtener algunos modos de vibración, esfuerzos y deformaciones, en un automóvil.

Simulamos los modos de vibración en los principales elementos elásticos del automóvil, con las siguientes dimensionesLargo 2.50 mAncho 1mAlto 1.5 m.

En el análisis de la estructura incluimos cuatro elementos que simulan la actividad de los resortes de la suspensión del automóvil.

En el asiento se coloca un elemento elástico.

El motor tiene 3 elementos elásticos que simulan los tacones que soportan al motor

Utilizando la siguiente representación para su simulación

PRIMERA APROXIMACION del modelode los elementos mecánicos de un

automóvil

MALLADO del primer modelo, con 6051 elementos y 17201 nodos.

PROPIEDADES DEL MATERIAL

• Para el chasis y la parte del motor se usóun acero con E=210000 N/mm2 y una densidad de 0.0077 gr/mm3.

• Para los elementos elásticos tipo resorte se uso un caucho con E=6.1 N/mm2 y una densidad de 0.001 gr/mm3.

• Con ello se obtuvieron los siguientes modos de vibración

Primer modo de vibración

Segundo Modo de vibración

Tercer modo de vibración

Sexto modo de vibración

Refinación del Modelo

El siguiente análisis considera una refinación del modelo, en el sentido de una mejor aproximación en la simulación de las dimensiones de los elementos elásticos de un automóvil. Con las siguientes dimensiones:

Largo 2.50 mAncho 1.50mAlto 60 cm.

Los resorte del asiento y motor son más cortos, simulando los muelles del asiento y los tacones del motor.

Se aumentó dimensiones de asiento y motor.

Se remplazó la base de apoyo que simulaba el piso, por cuatro elementos que simulan los neumáticos

Se usó acero al carbono para chasis y motor con E= 200 000 N/mm2 y densidad 0.0078 gr/mm3.

Se obtuvieron los siguientes resultados

Segunda aproximación

Mallado del segundo modelo con 7305 elementos y 21478 nodos

Primer modo de vibración

Segundo modo de vibración

Tercer modo de vibración

Cuarto modo de vibración

Quinto modo de vibración

Sexto modo de vibración

Conclusiones

Con el análisis modal de los dos modelos se pudo comprender los diferentes modos de vibración, a sus correspondientes frecuencias naturales

Se entendió como los elementos elásticos permiten suavizar la vibración en un vehículo.

El siguiente paso en esta investigación es usar diferentes materiales, en los elementos elásticos, para seleccionar el óptimo.

Bibliografía

[1] NEWLAND, D.E. “AN INTRODUCTION TO MECHANICAL VIBRATION: ANALYSIS AND COMPUTATION”, ED. WHILEY.[2] THOMSON N.T., “TEORIA DE VIBRACIONES CON APLICACIONES”, ED. PRENTICE HALL.[3] STEIDEL, R.F., “AN INTRODUCTION TO MECHANICAL VIBRATION: ANALYSIS AND COMPUTATION”, ED. WHILEY.