Actividad 5: Solucionar el análisis y ver los resultados

En esta actividad, se ejecuta el análisis y se examinan los resultados de coeficiente de seguridad, tensión, desplazamiento, flujo de calor y degradado térmico. Los resultados se utilizan para:

• Determinar si el rotor de freno se eleva como resultado de las cargas aplicadas.

• Identificar las áreas de tensión máxima.

• Observar las diferentes opciones de transición de color en el resultado.

• Explicar la ubicación de la tensión máxima.

• Explicar la distribución de la temperatura.

• Animar el resultado del desplazamiento para ver cómo cambia el rotor con el uso.

  

  Rotor de freno listo para el análisis (izquierda). Modelo de rotor de freno que muestra los resultados del coeficiente de seguridad (derecha).

Requisitos previos

• Actividad 4 completada.

Pasos

1. Resuelva el estudio.

   1. Haga clic en (espacio de trabajo Simulación > ficha Configuración > panel Resolver > Resolver) para abrir el cuadro de diálogo Resolver.
   2. Haga clic en Resolver para iniciar el análisis y cerrar el cuadro de diálogo Resolver.
   3. Cuando el análisis se haya completado, haga clic en Cerrar para cerrar el cuadro de diálogo Estado de tarea.

      La ficha Resultados se abre automáticamente para que pueda ver los resultados.

2. Determine si el rotor se eleva como resultado de las cargas estructurales y térmicas aplicadas.

   1. Examine el resultado Coeficiente de seguridad, que se muestra inicialmente.

      Las sondas de resultados Mín./Máx. están visibles por defecto. Si desea ocultarlos, haga clic en (espacio de trabajo Simulación > ficha Resultados > panel Inspeccionar > Ocultar mín./máx.).

   2. Observe que el coeficiente de seguridad es mayor a 2,0, lo que indica que el rotor no se eleva como resultado de las cargas estructurales y térmicas aplicadas.
   3. Observe que los factores de seguridad más bajos se producen cerca de los bordes de las ranuras de aire proporcionadas para refrigerar el interior del rotor.

      Para comprender mejor por qué el coeficiente de seguridad es el más bajo alrededor de los bordes de las muescas, eche un vistazo a los resultados de tensión, distribución de temperatura y flujo de calor.

      
      
      

3. Identifique dónde se produce la tensión máxima.

   1. Seleccione el resultado Tensión en el menú desplegable de resultados, cerca de la leyenda. Se muestran los contornos de tensión de Von Mises.
   2. Observe que los resultados de la tensión máxima se producen en los mismos lugares en los que se producen los factores de seguridad mínimos, con bandas radiales de mayor tensión a lo largo de la cara de fricción.
      
      

4. Identifique dónde se produce el flujo de calor máximo y cambie de una transición de color suave a bandas.

   1. Seleccione el resultado Flujo de calor en el menú desplegable de resultados, cerca de la leyenda.
   2. Haga clic en Opciones de leyenda, adyacente a la leyenda, para abrir el cuadro de diálogo Opciones de leyenda.
   3. Cambie la Transición de color a Con bandas. Observe que es más fácil ver las bandas de flujo de calor más alto.
      
      
      
      El área del flujo de calor máximo corresponde al área de tensión máxima y al coeficiente de seguridad mínimo. Las ranuras de aire hacen que el calor que fluye desde la fuente de calor hasta el eje refrigerado por agua se concentre en una sección transversal reducida del material de hierro fundido.

5. Utilice el resultado de gradiente térmico para explicar las ubicaciones de la tensión máxima en el paso 3. Los degradados térmicos más empinados producen mayores tensiones debido a la variación significativa de la expansión térmica en una zona pequeña.

   1. Seleccione el resultado Degradado térmico en el menú desplegable de resultados, cerca de la leyenda.
   2. Observe que los degradados térmicos más altos se producen en las regiones de las ranuras de aire. El gradiente térmico máximo aquí está justo por debajo de 2 °C por mm de distancia lineal.
   3. Observe que los contornos de color del flujo de calor y el gradiente térmico son esencialmente idénticos, aunque las unidades y las magnitudes difieren. Esta diferencia es más evidente con la transición de color Banda que con Suavizado.
      
      
      
      Además del gradiente térmico, los cambios en la sección transversal del material afectan tanto a las tensiones estructurales como a las térmicas. Un degradado térmico dado produce más tensión térmica en una sección transversal grande que el mismo degradado en una sección transversal más pequeña. Este fenómeno explica las bandas radiales de mayor tensión a lo largo de la cara de fricción que se ve en el paso 3. Cada área de aumento de tensión corresponde a una ubicación de nervio radial en el lado opuesto del disco. Estas observaciones explican completamente la distribución de la tensión de Von Mises observada en el paso 3.
   4. Vuelva a la transición de color Suavizar y haga clic en Aceptar para cerrar el cuadro de diálogo.

6. Cambie al resultado Temperatura e intente explicar la distribución de temperatura.

   1. Seleccione el resultado Temperatura en el menú desplegable de resultados, cerca de la leyenda.
      
      
   2. Observe que la temperatura máxima se encuentra en la cara de contacto de la plataforma, que es donde el calor se genera por fricción durante el frenado, por lo que se espera que esto ocurra.
   3. Observe que la temperatura disminuye bastante rápido a medida que se mueve radialmente hacia dentro desde la región de temperatura máxima.

      El calor se elimina mediante una combinación de convección (en todas las caras expuestas) y conducción a la temperatura fija inferior en la cara del taladro de la brida. Al desplazarse radialmente hacia dentro, los flujos de calor convectivos y conductores se dirigen hacia fuera de la región de temperatura máxima y son aditivos.

   4. Observe que la temperatura disminuye a medida que se mueve radialmente hacia afuera, pero no tan rápidamente.

      Si se mueve radialmente hacia afuera, se va en dirección opuesta a la dirección del flujo de calor conductivo. El calor siempre fluye de temperaturas más altas a más bajas. Por lo tanto, la pérdida de calor en la región más exterior del disco es puramente convectiva. Sin el componente conductor, hay menos pérdida de calor rápida en esta región.

7. Anime los componentes X, Y y Z individuales de los resultados de desplazamiento mediante la opción Velocidad más rápida y la opción Unidireccional para ver el cambio de tamaño del rotor.

   1. Seleccione el resultado Desplazamiento en el menú desplegable de resultados, cerca de la leyenda.

      Observe que el desplazamiento máximo del rotor es superior a 0,3 mm y se produce en el borde del diámetro exterior de la cara de origen de calor.

      
      
      
   2. En la lista desplegable de componentes junto a la leyenda de trazado, cambie de Total a X.
   3. Haga clic en (espacio de trabajo Simulación > ficha Resultados > panel Herramientas de resultados > Animar) para abrir el cuadro de diálogo Animar.
   4. Active la opción Unidireccional para ver el crecimiento.
   5. En la lista desplegable Velocidad, seleccione Más rápido.
   6. Haga clic en Reproducir.
      
      Observe que el desplazamiento es principalmente un crecimiento radial.
   7. Con la animación aún reproducida, cambie al componente Y y, a continuación, al componente Z.
   8. Haga clic en Aceptar para cerrar el cuadro de diálogo Animar cuando haya visto suficiente.

Resumen de la actividad 5

En esta actividad, se ha ejecutado el análisis y:

• Se ha determinado que el rotor de freno no produce ningún resultado debido a las cargas aplicadas.
• Se han identificado las áreas de tensión máxima.
• Se han observado diferentes opciones de transición de color en el resultado.
• Se ha explicado la ubicación de la tensión máxima.
• Se ha explicado la distribución de la temperatura.
• Se ha animado el resultado de desplazamiento para ver cómo cambia el rotor con el uso.