4.3 Resultados de simulación de portalámparas T20 no sellado con modificaciones

147 Pages·2017·8.52 MB·Spanish

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“METODOLOGÍA PARA VALIDACIÓN DE DISEÑO DE PORTALÁMPARAS
AUTOMOTRIZ MEDIANTE ELEMENTO FINITO Y PRUEBAS VIBRATORIAS”

POR
JESÚS ANSELMO MORENO ARMENDÁRIZ

EN OPCIÓN AL GRADO DE
MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

FEBRERO, 2016
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO

TESIS

“METODOLOGÍA PARA VALIDACIÓN DE DISEÑO DE PORTALÁMPARAS
AUTOMOTRIZ MEDIANTE ELEMENTO FINITO Y PRUEBAS VIBRATORIAS”

POR
JESÚS ANSELMO MORENO ARMENDÁRIZ

EN OPCIÓN AL GRADO DE
MAESTRÍA EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

SAN NICOLÁS DE LOS GARZA, NUEVO LEÓN, MÉXICO FEBRERO 2016

AGRADECIMIENTOS.

Quiero expresar mi más sentido agradecimiento por el continuo apoyo,
seguimiento y coordinación al Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez Asesor de
mi tesis, quien siempre ha estado a mi lado haciendo esta tarea algo realmente
formativo, interesante y, muy enriquecedor. Así mismo a la Dra. Tania Palomo
Berber Solano Coordinadora de la Maestría, al Dr. Oscar Jesús Zapata Hernandez
y todos los maestros del equipo del posgrado automotriz, es imposible describir en
unas breves palabras el grado de agradecimiento que siento hacia ellos, así como
de admiración por su labor docente, investigadora y calidad humana. Todos ellos
estado siempre a mi lado, resolviendo mis dudas, facilitando el acceso a datos,
bibliografías, etc. Y dedicando mucho de su tiempo libre en mi favor.

Agradezco a su vez el apoyo al equipo de trabajo de Grupo SSC, Ing. Luis
Fajardo y su equipo de trabajo en Monterrey y San Miguel de Allende por su valiosa
asesoría en cuanto a simulación modal y de vibración aleatoria usando el software
de ANSYS.

También quiero agradecer a mis colegas y amigos con los que día a día
colaboro dentro de la empresa Cemm Mex, Ramón Salas, Manuel Marín y Nestor
Talavera, por apoyarme con la elección de un buen proyecto para poder desarrollar
mis habilidades en un área de interés común tanto para la empresa como para mí
en lo personal y profesional, gracias por la confianza y el apoyo para que se pudiera
hacer realidad desde un inicio.

iv
Por último quiero agradecer a mi familia por el apoyo constante que siempre
me han brindado, en especial a mi esposa y mi mamá que nunca han dejado de
animarme a continuar con mi formación, y la motivación adicional en los últimos
meses de mi hija Ariana, a la cual también le dedico este trabajo.

A todos los que contribuyeron de una forma u otra en la realización de este
trabajo, gracias totales!
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TABLA DE CONTENIDO
Capítulo Página

RESUMEN. _____________________________________________________ 4
CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. ____________________________________ 6
1.1 Consideraciones. ____________________________________________ 6
1.2 Antecedentes. ______________________________________________ 8
1.3 Revisión del estado del arte. __________________________________ 15
1.4 Objetivo general. ___________________________________________ 24
1.5 Justificación. ______________________________________________ 26
1.5.1 Metas Científicas. _______________________________________ 26
1.5.2 Implementación dentro de la Industria. _______________________ 27
1.5.3 Hipótesis. _____________________________________________ 28
1.6 Metodología. ______________________________________________ 30
1.7 Cronograma de actividades. __________________________________ 32
1.8 Infraestructura. _____________________________________________ 33
1.9 Contenido de la tesis. _______________________________________ 34
CAPITULO 2. TEORÍA FUNDAMENTAL DE PRUEBAS DE VIBRACIÓN. ___ 35
2.1 Introducción. ______________________________________________ 35
2.2 Teoría básica de vibraciones mecánicas. ________________________ 36
2.2.1 Fundamentos. __________________________________________ 36
2.2.3 Frecuencia natural y resonancia. ___________________________ 40
2.2.4 Densidad Espectral de Potencia (Power Spectral Density – PSD). _ 42
2.2.5 Análisis Modal. _________________________________________ 44
2.3 Pruebas de vibración aleatoria. ________________________________ 50
2.3.1 Pruebas de vibración aleatoria automotriz. ____________________ 52
2.4 Teoría de elemento finito usando ANSYS. _______________________ 58
CAPITULO 3. SIMULACIÓN DE PRUEBAS VIBRATORIAS. ______________ 62
3.1 Introducción. ______________________________________________ 62
3.2 Procedimiento y Metodología de Simulación. _____________________ 63
3.3 Resultados de simulación de Portalámparas T20 no sellado diseño actual.
____________________________________________________________ 81
3.4 Resultados de simulación de portalámparas T20 no sellado con
modificaciones (Hipótesis). ______________________________________ 85
3.4.1 Caso 1: Reducción de número de soportes en portalámpara. _____ 85
3.4.2 Caso 2: Eliminación de restricción en terminales por uso de resina
epoxica (potting). ____________________________________________ 90
3.5 Discusión. _______________________________________________ 107
3.6 Conclusiones. _______________________ Error! Bookmark not defined.
CAPITULO 4. EXPERIMENTACIÓN DE PRUEBAS VIBRATORIAS. _______ 80
4.1 Introducción. ______________________________________________ 80
4.2 Metodología de pruebas. _____________________________________ 75
4.2.1 Procedimiento, equipo utilizado y configuración. _______________ 78
4.3 Resultados. _______________________________________________ 95
4.3.1 Resultados Portalámparas T20 No Sellado diseño actual. ________ 95
4.3.2 Resultados Portalámparas T20 No Sellado con modificación para
Hipótesis 1. ________________________________________________ 99
4.3.3 Resultados Portalámparas T20 No Sellado con modificación para
Hipótesis 2. _______________________________________________ 103
4.4 Discusión. _______________________________________________ 107
4.5 Conclusiones. ____________________________________________ 120
CAPITULO 5. CONCLUSIONES GENERALES Y TRABAJO A FUTURO. __ 122
5.1 Conclusiones generales. ____________________________________ 122
2
5.2 Recomendaciones para trabajo futuro. _________________________ 124
LISTA DE SIMBOLOS __________________________________________ 126
REFERENCIAS. _______________________________________________ 127
LISTA DE FIGURAS. ___________________________________________ 132
LISTA DE TABLAS._____________________________________________ 138
APENDICE A. _________________________________________________ 140
Experimentación en herramienta para vibración. ____________________ 140

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RESUMEN.

El uso de pruebas de durabilidad es de vital importancia en la industria
automotriz para validar que todos los componentes que están ensamblados en el
vehículo cumplan con los estándares que la industria necesita en cuanto a
seguridad, calidad, costo y durabilidad. Debido a que un agente externo e interno
al que están sujetos los automóviles son las vibraciones, que generan ruido y fallas
además de otros efectos negativos, las pruebas de durabilidad a vibraciones son
comunes en la industria automotriz y requieren cada vez estándares más
rigurosos. Un caso importante debido al impacto en la seguridad durante el manejo,
son las lámparas, que están sujetas a altos noveles de vibración y son susceptibles
a fallas por oscilaciones.

En este proyecto se presenta una metodología por medio de simulación
modal de elementos finitos para analizar las frecuencias naturales de la estructura
de un portalámparas automotriz, con el fin de estudiar estos valores desde la etapa
de diseño y evitar fallas debidas a resonancias durante la prueba de vibración a la
que se somete el producto durante su etapa de validación. Posteriormente se
presenta una simulación de vibración aleatoria para predecir la respuesta durante
dicha prueba. Se calcula la distribución de esfuerzos resultante de la carga
determinada ante cada frecuencia, esto con el fin conocer las posibles zonas en
las que puede mostrar fallas durante la prueba. Posteriormente estos resultados
teóricos se validan y analizan con pruebas experimentales de análisis modal y
vibración aleatoria para comparar las respuestas y conocer el nivel de correlación
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entre ambas. Se presentan posibilidades de rediseño del producto, para estudiar
los efectos en la respuesta modal y aleatoria de forma teórica y validaciones
experimentales, siendo la contribución principal de este estudio lograr que desde
una etapa temprana del desarrollo se pueden hacer modificaciones a la estructura
del producto y hacer diferentes iteraciones en la simulación para encontrar la mejor
opción de diseño y reducir las fallas durante las certificaciones de pruebas de
vibración.

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