Metodología mediante el método de elemento finito y selección de materiales para reducción de peso a una cargadora frontal del sector primario

Nesme Mendoza, Yussef (2017) Metodología mediante el método de elemento finito y selección de materiales para reducción de peso a una cargadora frontal del sector primario. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En los últimos años la industria automotriz ha utilizado diferentes materiales para obtener componentes y estructuras ligeras, para reducir costos, incrementar la seguridad y apoyar al medio ambiente. Hoy en día, la industria agrícola está desarrollando cargadoras frontales utilizando distintos materiales y explorando diferentes maneras de reducir peso. Esta es una tarea compleja ya que implica proponer nuevas geometrías en los diferentes componentes, considerando el material, además del tratamiento térmico, el mecanizado, corte y el montaje, así como la compatibilidad de unión entre diferentes materiales y los altos costos asociados a sus procesos de manufactura. En este trabajo se seleccionaron cuatro componentes de una cargadora para realizar un análisis de selección de materiales utilizando la metodología de Ashby, para desarrollar alternativas de materiales funcionales que puedan ser aplicados a este tipo de mecanismos. Se realizaron gráficos comparativos para evaluar diferentes propiedades de los materiales como la resistencia a la fatiga, módulo de Young, resistencia a la deformación y densidad, para posteriormente realizar modelos 3D y aplicar un análisis mediante elementos finitos en el paquete comercial ANSYS Workbench 18. Se evaluaron distintos casos de carga considerando los elementos de la cargadora como cuerpos deformables unidos a través de contactos de superficie, y con los resultados obtenidos en los primeros modelos, se rediseñaron las partes geométricas utilizando el paquete SpaceClaim para lograr optimizarlas y realizar nuevos análisis estáticos estructurales, correlacionando las gráficas Wöhler para determinar la vida en fatiga mecánica. Como resultado final, se obtuvo una reducción alrededor del 40% del peso en comparación con las piezas originales. Dentro de los beneficios de esta investigación, se puede aplicar esta metodología de análisis para ser implementada en otras áreas de la ingeniería y en partes más complejas.

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