INSIA CUANTIFICACIÓN DEL EFECTO DEL OLEAJE EN LA …€¦ · miércoles, 18 de abril de 2012 A....

Instituto Universitario de Investigación del Automóvil

CUANTIFICACIÓN DEL EFECTO DEL CUANTIFICACIÓN DEL EFECTO DEL OLEAJE EN LA ESTABILIDADOLEAJE EN LA ESTABILIDADOLEAJE EN LA ESTABILIDAD OLEAJE EN LA ESTABILIDAD

LATERAL DE VEHÍCULOS CISTERNALATERAL DE VEHÍCULOS CISTERNA

A Martín

miércoles, 18 de abril de 2012

A. Martín

1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer1ª Jornada sobre Investigación y Desarrollo aplicada al vehículo industrial. LogisTrailer

Contenido

Contenido IntroducciónINTRODUCCIÓN

Estabilidad C Cuasi-estáticasESTABILIDAD

ESTÁTICA

Estabilidad. C. Cuasi estáticas

Estabilidad C DinámicasDINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

Estabilidad. C. Dinámicas• Diseño virola

Herramientas desimulación yoptimización • Herramientas de Simulación y Optimización

Ensayos con vehículosENSAYOS CONVEHÍCULOS

Herramientas desimulación

Ensayos con vehículos• Herramientas de Simulación

miércoles, 18 de abril de 2012 2


INTRODUCCIÓN

Contenido

EncuestaEncuesta PermanentePermanente dede TransporteTransporte dede MercancíasMercancías porpor CarreteraCarreteradeldel 20102010 ((Ministerio de Fomento)

INTRODUCCIÓN Las cargas líquidas representan el 7% de las operaciones en España

Volumen de carga de 118 176 Miles de Tn (8%) del total incluidos transporteESTABILIDAD

ESTÁTICA

Volumen de carga de 118,176 Miles de Tn (8%) del total, incluidos transporteinterior y exterior.

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas deEn caso de accidente, hayriesgo para los ocupantesHerramientas de

simulación yoptimización

riesgo para los ocupantes,usuarios de la vía,infraestructura, vehículo ymedio ambienteENSAYOS CON

VEHÍCULOS


medio ambiente



INTRODUCCIÓN

ContenidoNúmero de accidentes con implicación de al menos unvehículo de mercancía peligrosa

INTRODUCCIÓN

p g

250

300

ESTABILIDAD

ESTÁTICA150

200

250Transporte seguro

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de 50

100

150

Herramientas desimulación yoptimización 0

50

ENSAYOS CONVEHÍCULOS


DGT M Fom



INTRODUCCIÓN

Contenido

Número de accidentes con implicación de al menos unvehículo ce mercancía peligrosa

INTRODUCCIÓN

700

TIPO DE ACCIDENTE

Los vuelcos representan el

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

200300400500600

p18.57%

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

0100200

ntal

eral

eral

nce

ple

ulo …

nsa

P/N eto

tón …

tón …

tón …

ello

…es

lc

oco

n …co

n …co

n …tro

…on

…lc

oan

oco

n …co

n …co

n …tro

…on

…lc

oan

o

Herramientas desimulación yoptimización C

.fron

C. f

ront

olat

eC

. lat

eC

. alc

anC

. múl

tipC

. veh

ícu

la d

e de

fen

barr

era

o P

C. o

tro o

bje

opel

lo p

eat

opel

lo p

eat

opel

lo p

eat

Atro

peel

lo a

nim

alVu

elal

ida

y C

. cal

ida

y C

. cal

ida

y C

. cal

ida

y C

. oSa

lida

cda

con

vue

lSa

lida

en ll

aal

ida

y C

. cal

ida

y C

. cal

ida

y C

. cal

ida

y C

. oSa

lida

cda

con

vue

lSa

lida

en ll

a



C

C. v

al C. C

Atro

Atro

Atro

Atro

p Sa Sa Sa Sa

Salid S Sa Sa Sa Sa

Salid S



INTRODUCCIÓN

ContenidoOBJETIVO:

INTRODUCCIÓNMEJORAR LA SEGURIDAD EN EL TRANSPORTE DEMERCANCÍAS PELIGROSAS EN VEHÍCULOSCISTERNAESTABILIDAD

ESTÁTICA

El diseño y construcción de los vehículos juega un papel

CISTERNA

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

El diseño y construcción de los vehículos juega un papel

fundamental en la minimización del riesgo.Herramientas desimulación yoptimización



MEJORA DE LA ESTABILIDAD LATERAL



ESTABILIDAD LATERAL

Contenido

INTRODUCCIÓN

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas deHerramientas desimulación yoptimización





ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES CUASI-ESTÁTICAS

Contenido

Con llenado parcial: EN CISTERNAS PARCIALMENTE LLENAS, ELMOVIMIENTO DE LA CARGA SUPONE UNDESPLAZAMIENTO VERTICAL Y TRANSVERSAL DELCENTRO DE GRAVEDAD

INTRODUCCIÓN

CENTRO DE GRAVEDAD

• ÁNGULO DE INCLINACIÓN (ACELERACIÓN).

• GEOMETRÍA DE LA VIROLA.

• FACTOR DE LLENADOESTABILIDAD

ESTÁTICA

• FACTOR DE LLENADO.

MOMENTO DE VUELCO ORIGINADO POR LA CARGA(ADICIONAL AL DEL VEHÍCULO EN VACÍO)

2E+13

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de0

5E+12

1E+13

1.5E+13

(N*m

m)

Herramientas desimulación yoptimización

-2E+13

-1.5E+13

-1E+13

-5E+12

Mom

.



-2.5E+130 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

ÁNGULO DE INCLINACIÓN PLATAFORMA (º)

15% 30% 45% 60% 75% 90%



ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES CUASI-ESTÁTICAS

ContenidoCon llenado parcial:FACTOR DE LLENADO DEL 45%

1.3

1.8

INTRODUCCIÓN-0.2

0.3

0.8 0 5 10 15 20 25 30 35

angulo inclinación

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

eliptica panoramica rectangular

FACTOR DE LLENADO DEL 60%

1 5

2

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de0

0.5

1

1.5

0 5 10 15 20 25 30 35

l i li ió M adicionalyP Ba h=( ) P hF F ϕ•

• •Herramientas desimulación yoptimización

angulo inclinación


FACTOR DE LLENADO DEL 75%

2

M adicionalze zi h = ( - ) - P h F Fg 2ϕ• • −



0

0.5

1

1.5

0 5 10 15 20 25 30 35

CASO MAS DESFAVORABLE: CISTERNA LLENA


0

angulo inclinación



ESTABILIDAD LATERAL EN CONDICIONES DINÁMICAS

Contenido

Con llenado parcial:

INTRODUCCIÓNFACTORES QUE INFLUYEN

DISEÑO DEL VEHÍCULOESTABILIDAD

ESTÁTICASUSPENSIÓN

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

GEOMETRÍA VIROLA

EFECTO DE LA CARGAHerramientas desimulación yoptimización CARRETERA

CONDUCTORENSAYOS CONVEHÍCULOS


CONDUCTOR




Contenido DISEÑO DEL VEHÍCULO. GEOMETRÍA DE VIROLA

INTRODUCCIÓN

0

5

10

D (mm)

ESTABILIDAD

ESTÁTICA-15

-10

-5

0

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de25

50

FyFS (N)

10

20MxFS (Nm)

0 5 10 15 20 25 30 35


-50

-25

0

-20

-10

0



0 20 40 60 80 0 20 40 60 80

20




Contenido

DISEÑO DEL VEHÍCULO. GEOMETRÍA DE VIROLA

INTRODUCCIÓN

ESTABILIDAD

ESTÁTICAA lifi ió F A lifi ió M

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

Amplificación Fy Amplificación MxCircular 1.5 1.5Elíptica 1.6 1.9Ovalada 1.8 2Rectangular 1.8 2.2Herramientas de


g




Factor de amplificación frente a la sección llena de Fy y Mx



ContenidoHERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+I

Predicción de las fuerzas ejercidas por el oleaje mediante

INTRODUCCIÓN

simulación empleando analogías mecánicas

10Signalsm: Measured (blue) & Simulated (Red)

ESTABILIDAD

ESTÁTICA-5

0

5

|Var

(t)|

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

0 20 40 60 80 100 120 140 160-10

Time (sec)

3Amplitude Spectrum: Measured (blue) & Simulated (Red)

P ibilit l ti i ió d l t í t d di ñHerramientas desimulación yoptimización

2

3

Var

(f)|

Posibilita la optimización de la geometría en etapas de diseñoRequiere definir correctamente los parámetros de la analogía



2 1 2⎡ ⎤

0.5 1 1.5 2 2.5 30

1

Frequency (Hz)

|V


2 1 2

1 1 11 1 0 0

1 cos cos sin cos cosn p

m X cl m g b dl m

θ θθ θ θ θ θ θ θ θθ θ

−⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥= − + + + +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

&& & &&&Frequency (Hz)

Test: 0val50_10_08d




Predicción de las fuerzas ejercidas por el oleaje mediante CFD

INTRODUCCIÓN

j p j

Método VOF para flujos multi-fase

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

DINÁMICA

Diseño virola


-50

0

50

100

150

Late

ral F

orce

(N)

Fy CFD Fy Experimental



0 25 50 75 100 125 150Time (sec)

-150

-100

-20

0

20

40

60

Rol

l mom

ent (

Nm

)

Mx CFD Mx Experimental

Posibilita la optimización de la geometría en etapas de diseño


0 25 50 75 100 125 150Time (sec)

-60

-40




Predicción de las fuerzas ejercidas por el oleaje mediante CFD

INTRODUCCIÓN

Método VOF para flujos multi-faseOriginal Con Pared Vertical Diseño optimo

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

DINÁMICA

Diseño virola


Diseño de un tanque con Caso FyRMS MxRMS

(N) (N*m)ENSAYOS CONVEHÍCULOS


qdeflectores

"TLD" embebidos

(N) (N*m)Original 46.639 10.642

Pared Vertical 16.582 3.356Solución optima 11 488 2 817


Solución optima 11.488 2.817



ContenidoANÁLISIS EXPERIMENTAL DE LA ESTABILIDAD

INTRODUCCIÓN

ESTABILIDAD

ESTÁTICA •Circular •Doble Cambio de Carril•Cambio de carril

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

Ay Semi central50% Fll 0.568100% Fll 0.527

Ay Semi Central

50% Fll.Máx 0.197Min -0.443Dif 0 689

Ay Semi Central

50% Fll

Máx 0.145Min -0.527Dif 0 716Herramientas de


Dif 0.689

100% Fll

Máx 0.249Min -0.469Dif 0.753

Dif 0.716

100% Fll.Máx 0.169Min -0.533Dif 0.743



Dif 0.753 Dif 0.743Resonancia entre las acciones dinámicas del vehículo y del oleaje en el interior de lavirola.Los umbrales de vuelco al 50% de Fll son menores que al 100%


El factor de mayoración del momento de vuelco para el 50% era de 1.82



Contenido Modelos de cálculo cuasi-estáticos

HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+IModelos de dinámicos

INTRODUCCIÓN Con interacción con la carga líquida

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de 11 11 11y y y⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥&& &

VISUALIZACIÓN RESULTADOS


[ ] [ ] [ ]

21 21 21

1 1 1

1 1 1

1 1 1

y y y

y y yx x x

θ θ θ

⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢

&& &&& &

&& &

&& &[ ]

⎥⎥⎥⎥⎥

DATOS EXPERIMENTALES



[ ] [ ] [ ]1 1 1

12 12 12

12 12 12

22 22 22

x x xM R K

y y yθ θ θθ θ θ

⋅ + ⋅ + ⋅⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢

&& &

&& &

&& &

&& &

[ ] 0e+ =⎥⎥⎥⎥⎥⎥ Vehículo

EXCITACIÓNV y Giro Ruedas

Carga Líquida


22 22 22

2 2 2

y y yx x x

⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦&& &

⎥⎥⎥


CONCLUSIONES

Contenido El transporte en cisternas es seguro por cuanto el número de accidentes por añoes pequeño no obstante el potencial riesgo nos obliga a mejorar la seguridad

HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN I+D+I

INTRODUCCIÓN

es pequeño, no obstante, el potencial riesgo nos obliga a mejorar la seguridaddel mismo.La suma de todos los casos con resultado final de vuelco es el segundo enimportancia.

ESTABILIDAD

ESTÁTICA

importancia.Se ha mostrado la viabilidad técnica del empleo de técnicas de simulación para elanálisis de la estabilidad,

Así en condiciones cuasi-estáticas, el caso más desfavorable es el 100 % de

DINÁMICA

Diseño virola

Herramientas de

Fll, y se puede reproducir con modelos sencillos masas-muelles.En condiciones dinámicas, los llenados parciales son más desfavorables.

Empleando ensayos, se ha cuantificado el factor de mayoración delHerramientas desimulación yoptimización

momento de vuelco.Empleando analogías mecánicas es posible reproducir el oleajeEmpleando CFD, además de reproducir el oleaje, se posibilita optimizarl di ñ i l i l i d fl t l li i í lENSAYOS CON

VEHÍCULOS


el diseño e incluso incluir deflectores o rompeolas y se eliminaría lanecesidad de realizar ensayos.Empleando modelos multi-cuerpo del vehículo, con analogíasmecánicas se puede llegar a reproducir convenientemente el


mecánicas se puede llegar a reproducir convenientemente elcomportamiento del mismo.

Instituto Universitario de Investigación del Automóvil

INSIAINSIACampus Sur de la UPM. Carretera de

Valencia, km.7 28031 - MADRIDTel: 91 336 53 00www.insia-upm.es

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