Estudio del proceso de cierre del portón trasero de un vehículo mediante el método de los elementos finitos

Abstract

El presente proyecto trata sobre el proceso de cierre del portón trasero de un coche. Dicho proceso es un proceso dinámico, ya que el portón tiene un movimiento de rotación alrededor de los ejes de las bisagras. Además es un proceso no lineal, ya que los amortiguadores sobre los que se apoya el portón al cerrarse tienen una curva característica fuerza-desplazamiento no lineal. Además se produce el hecho de que aparecen grandes fuerzas que actúan en tiempos muy pequeños (milisegundos), por lo que dicho proceso se enmarca dentro de las percusiones. El portón trasero de un automóvil tiene como objeto la carga y descarga de objetos en el vehículo y tiene una gran influencia sobre la estética del coche en conjunto. Para cumplir esta función estética y de carga I descarga de objetos, el portón debe cumplir además unas especificaciones técnicas concretas. En primer lugar no se debe llegar nunca a la zona plástica ya que esto provocaría deformaciones permanentes y consecuentemente un mal funcionamiento. Las juntas de goma que rodean a la puerta deben garantizar siempre la estanqueidad dentro del vehículo ante posibles entradas de agua u otros líquidos. El ruído que hace la puerta al cerrarse debe estar dentro de unos límites aceptables. Las deformaciones elásticas no deben dañar otras partes de la carrocería del vehículo y deben ser lo suficientemente pequeñas para no perjudicar la estética del coche. En cuanto parte componente del resto de la carrocería la puerta debe asegurar lo más posible la seguridad de los ocupantes en caso de accidente. La sensación de comodidad o comfort al cerrar la puerta juega también un papel muy importante a la hora de diseñar una puerta. Podría decirse que existe una rivalidad que hay que armonizar entre las aspiraciones de belleza y comfort para el propietario del coche por un lado, y por otro, las condiciones técnicas para el fabricante que aseguren el buen funcionamiento tanto en condiciones normales como incluso ante eventuales situaciones desfavorables. El objeto del presente proyecto es por tanto entender el complicado proceso de cierre del portón trasero en vistas a ser capaces de analizarlo mediante el método de los elementos fmitos, para mejorar la estética y el confort del coche sin dejar de cumplir las exigencias de seguridad y resistencia. El comportamiento de cierre del portón trasero del turismo modelo Audi A3 se estudiará dentro de un marco concreto de velocidades de cierre. El objetivo del trabajo es llegar a valorar con métodos de cálculo el proceso de cierre del portón. Con dicha posibilidad de valoración se dispondrá así de una herramienta, que permitirá valorar y optimizar el proceso de cierre ya en las fases iniciales de desarrollo y diseño. El portón se cierra dentro de un marco de velocidades defmido entre una velocidad angular mínima y una velocidad angular máxima. Aquí se intenta, por motivos de confort de cierre, que la velocidad angular mínima que asegura el cierre sea lo más pequeña posible. El límite superior de velocidad angular viene marcado por el posible uso abusivo que hace el cliente al dar un ,,portazo". Para este caso extremo se debe por un lado asegurar un cierre seguro y que no produzca daños, y por otro se debe mantener la ranura entre la puerta y la carrocería del vehículo tan pequeña como sea posible. Según la velocidad angular inicial impartida a la puerta se puede clasificar el proceso de cierre en los dos siguientes ámbitos: Ámbito de confort : El portón se cierra por parte del cliente con una velocidad inicial razonable que va desde 0.5 mis hasta 1.2 mis en los puntos del canto inferior de la puerta. Cierre abusivo/portazo: La puerta se cierra por parte del cliente con una velocidad angular inicial excesiva. (ro> 2 rad / s). Esta carga abusiva no debe producir daños ,al menos hasta una velocidad máxima correspondiente a 3.3 rad/s. Para la realización del proyecto se utilizaron los programas de elementos finitos MSC Nastran y Abaqus, la construcción de los ficheros de datos se hizo con ayuda del preprocesador Medina, y la salida de datos mediante los postprocesadores Animator y Abaqus Viewer.