DISEÑO MECÁNICO Y ESTRUCTURAL - Cartagena99
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Diseño
mecánico y
estructural
Grado en Diseño de ProductoGuillermo Filippone
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Fundamentos del diseño mecánico
Diseño mecánico y Estructural Guillermo Filippone
Diseño Mecánico
Diseño. Elaborar un plan que satisfaga determinadas necesidades.
Transformación de conceptos e ideas en un elemento útil
Diseño mecánico. Idem, aplicable a maquinaria útil.
Sistemas mecánicos. Unión sinérgica de elementos de máquinas.
Mecánica
Estática Dinámica
Cinemática Cinética
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Fundamentos.
Funcionalidad (servicio).
Competitividad.
Comercializable.
Economía.
Fabricabilidad.
Códigos y normas.
Etapas
1. Estudio de alternativas y selección: Conocimiento. Experiencia.
2. Dimensionado: Funcionam. satisfecho. Seguridad. Fiabilidad.
3. Evaluación desempeño frente a requisitos. Ensayos…
4. Optimización: Recálculo. Rediseño.
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Diseño Mecánico
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Basado en "Elementos de máquinas“ HAMROCK, BERNARD J. et al.
Diseño de un componente aplicando criterios de fabricabilidad. (a) Diseño Original: 41 partes / 6.37 min tiempo de montaje. (b) Diseño Modificado: 29 partes / 2.58 min tiempo de montaje.
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Diseño Mecánico
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Resistencia y alargamiento de materiales frágiles y dúctiles
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Selección de materiales
Diseño Mecánico
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Módulo elástico vs.
Densidad
Diagramas de Ashby
Diseño Mecánico
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Resistencia vs.
Densidad
Diseño Mecánico
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Módulo elástico vs.
Resistencia
Diseño Mecánico
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Constante de desgaste vs.
Presión admisible
pKA
WA
r
KA. Cte. de Archard (m2/N)
A. Área (m2)
p. Presión normal (Pa)
Wr. Razón de desgaste (m2)
Diseño Mecánico
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Módulo elástico vs. Costo x
Densidad
RC
EC
R
1/2
C
EC
R
1/3
C
EC
Costo mínimo de
componentes a tracción
Costo mínimo de
vigas y columnas
Costo mínimo de
placas rígidas
Diseño Mecánico
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Estado tensional tridimensional debido al esfuerzo situado en el centro.
Estado plano de tensiones(a) Representación tridimensional (b) Representación plana.
Criterios de cálculo estructuralTipos de cargas
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Estado plano de tensiones
(a) Tensiones principales (1, 2, 3)
(b) Tensiones componentes (x, y, z)
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Tipos de cargas
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Convención de
signos a flexión
(a) Tracción
(b) Compresión
(c) Cortadura
(d) Flexión
(e) Torsión
(f) Cargas combinadas
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Tipos de cargas
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- Tracción
- Compresión
A
Pmed
E
0l
l
Pandeo
Cargas axiales
Esfuerzo normal
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Pandeo
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Cargas axiales
- Compresión
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- Tracción
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Cargas axiales
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Cargas de flexión
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c
ymax
r
y
W
M
yI
M
Tensiones normales
I (m4). Momento de inerciaW (m3). Módulo resistente
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Cargas de flexión
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Cargas de flexión
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Esfuerzos cortantes
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twI
VQ
V (N). Fza. Cortante
I (m4). Momento de inercia
wt (m). Ancho de la sección
Q (m3). Primer momento cortante
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Cortaduramáx
Geometríashabituales
máx
máx
máx
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Cortadura
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Barra de
torsiónEstabilizadora
Ferrari F-150
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Torsión
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l
r
dz
drz
GJ
Tl
32
4dJ
rJ
Tz
/
Mom. inercia POLAR
para sección circular
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Torsión
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Seguridad y fiabilidad
Diseño seguro•Redistribución de cargas•Redundancia •Seguridad ente fallos•Indicador de peligro
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CálculoFactor de diseño
VerificaciónFactor de seguridad
d
adm
adm
dn
Sn
S
Sn
LSd nnn · nS: Factor de resistencianL: Factor de servicio
Coeficiente de diseño y de seguridad
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Coeficiente de diseño
nd= nsnL
ns Tabla 1.1
nL Tabla 1.2
Factor de Resistencia
Factor de Servicio
Ref. Hamrock, et al.
Characteristica
D=ns s vs
E=ns 1.0 1.2 1.4E=s 1.0 1.3 1.5
E=vs 1.2 1.4 1.6avs=very serious, s=serious and ns=not seriousD=danger to personnelE=economic impact
Characteristica B=vg g f p
A=vg
C
v g
g
f
p
1.11.21.31.4
1.31.451.61.75
1.51.71.92.1
1.71.952.22.45
A=g
C
v g
g
f
p
1.31.451.6
1.75
1.551.751.952.15
1.82.052.3
2.55
2.052.352.652.95
A=f
C
v g
g
f
p
1.51.71.92.1
1.82.052.32.55
2.12.42.73.0
2.42.753.13.45
A=p
C
v g
g
f
p
1.71.952.2
2.45
2.152.352.652.95
2.42.753.1
3.45
2.753.153.553.95
avg=very good, g=good, f=fair and p=poorA=quality of materials, workmanship, maintenance and inspectionB=control over load applied to partC=accuracy of stress analysis, experimental data, or experience withsimilar parts
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(a) Conjunto
(b) 1) Esfuerzo normal de tracción
2) Cortadura
3) Frexión
4) Torsión en B
Esfuerzos combinados
- Las tensiones N y Q se pueden sumar linealmente entre si:
N= T/C + F
= t + c
-NO se pueden sumar linealmente tensiones de distinta naturaleza
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F
F
Fc
Ff
Fc
Caso práctico
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Materiales dúctiles
Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo (ECM: Tresca)
2231 y
symax
SS
ysy SS 5,0
12,3
Max
31 yS 31 s
y
n
S
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Estado biaxial
2
)()()( 2
13
2
32
2
21 vmS
ysy SS 577,0
21
2
2
2
1
2 yS
Torsión pura
xyyxyxyS 2222 3
Teoría de Energía de Distorsión Máxima (TVM: Von Misses-Henky)
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Normales
Cortantes
Deformaciones
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Viga con un extremo empotrado y otro simplemente apoyado
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Viga en voladizocon extremo empotrado
Cálculo práctico de
deformaciones
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Diseño mecánico y Estructural Guillermo Filippone
Cálculo práctico de
deformaciones
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Muchas gracias