Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 67 -
ESPE
Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, IX Edición 2020, No. 7 (10)
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Abstract
Engineers generally use computer programs that
allow studies and analysis based on explicit and
implicit methods, which admit physical phenomena
that were previously impossible to analyze with
simple calculation processes. The present study
focuses on determining a methodology for the
performance analysis of the safety cabin of a light
vehicle at frontal impact on a rigid wall by the nite
element method, using a CAD model in a computer
program, then performed the PRE PROCESSING,
where it allows to review the geometry, that is, to
validate frequent errors when generating a nite
element mesh, for example: interference, separations,
duplicates, rounds, duplicate faces, among others,
that were generated at the time of drawing the model
After this, the SOLUTION is determined in the Ls
Dyna software, by means of the explicit simulation
convergence is visualized taking into account the
tensile property of materials by means of test pieces
tested under the Equatorial Technical Standard NTE
INEN 109: 2009 at the Development Center Body
builder of the city of Ambato,. It was continued with
a POST-PRO-CESSATION, which are results of the
simulation, obtained where the structural behavior of
the security cabin was determined by evaluating the
performance when subjected to a frontal impact at a
speed of 56 km / h.
Keywords: Frontal impact, simulation, safety
compartment, nite elements, Crashworthiness.
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN
VEHÍCULO LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL
MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
PERFORMANCE SIMULATION OF THE SAFETY CABIN OF A LIGHT VEHICLE
AT FRONT IMPACT ON A RIGID WALL BY THE FINITE ELEMENT METHOD
Edwin Alfonso Chamba
1
, Rodrigo Andrés Cárdenas
2
, Bryan Jhon Briceño Martínez
3
, Diego Geovanni Cuasapud Puente
4
e- mail :
1
echamba.monar1989@gmail.com,
2
andres.cardenasyanez1989@gmail.com,
3
bryan.briceno@unl.edu.ec,
4
dcuasapud.mdm@uisek.edu.ec
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
Resumen
Los ingenieros, generalmente utilizan programas
computacionales que les permite realizar estudios y
análisis basados en métodos explícitos e implícitos,
lo cual admite tratar fenómenos físicos que antes
eran imposibles analizar con procesos simples de
cálculo. El presente estudio se enfoca en determinar
una metodología para el análisis de desempeño del
habitáculo de seguridad de un vehículo liviano a
impacto frontal sobre una pared rígida por el método
de los elementos nitos , mediante un modelo CAD
en un programa computacional, después se realizó
el PRE PROCESAMIENTO, donde permite revisar
la geometría, es decir validar errores frecuentes al
generar malla de elementos nitos por ejemplo:
interferencia, separaciones, duplicados, redondeos,
caras duplicadas, entre otras, que se generaron al
momento de dibujar el modelo, posterior a esto
se determina la SOLUCIÓN en el software Ls
Dyna, mediante simulación explicita se visualiza
convergencia tomando en cuenta la propiedad de
tracción de materiales mediante probetas ensayadas
bajo la Norma Técnica ecuatoriana NTE INEN
109:2009 en el Centro de Fomento Carrocero
de la ciudad de Ambato,. Se continuo con un
POST- PROCESAMIENTO, que son resultados
de la simulación, obtenidos donde se determinó
el comportamiento estructural del habitáculo de
seguridad evaluando el desempeño al someterse a un
impacto frontal a una velocidad de 56 Km/h.
Palabras Clave: Impacto frontal, simulación,
habitáculo de seguridad, elementos nitos,
Crashworthiness.
- 68 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
1. Introducción
El presente proyecto pretende obtener información
sobre el desempeño del habitáculo de seguridad de un
automóvil al ser impactado sobre una pared rígida;
el estudio dinámico se basa en simulación por el
Método de Elementos Finitos (MEF), de la carrocería
sometida a carga de impacto frontal.
Con el rápido desarrollo de la economía global y
la tecnología de ingeniería, la industria del automóvil
ha cambiado inmensamente el estilo de vida de las
personas en las últimas décadas, y el uso de vehículos
ha sido popular en diversos campos. Pero el accidente
de tráco se ha convertido simultáneamente en un
grave problema social. La mortalidad causada por
el accidente del vehículo se ha mantenido en un alto
nivel. El impacto frontal representa el 40% de todas
las colisiones de vehículos, causando el 70% del total
de muertes de tráco. (Wang & Wang, 2016)
Otro caso que estudia un modelo de automóvil y
su comportamiento en un choque es el realizado por
el Colegio de Ingeniería de la Universidad Estatal de
Florida donde se crea un modelo por Elementos Finitos
de todo el auto asignando los diferentes componentes,
materiales con los mismos tipos de conexiones y
uniones para realizar un estudio de impacto frontal y
lateral en diferentes escenarios, otro objetivo de este
trabajo fue analizar una estructura modicada a partir
del modelo de fábrica como muchos de los fabricantes
de autos lo hacen en nuestro país. Se concluye que
los resultados numéricos fueron comparados con los
resultados experimentales en diferentes niveles de
validación, encontrando una buena correlación para
cada caso; el ensayo de volcamiento de acuerdo a
la norma R 66 puede registrar distribuciones de las
condiciones iniciales dependiendo de la estructura del
automóvil. (Morka, Kwaśniewski, & Wekezer, 2005)
Planteamiento del problema
En un informe emitido por la Organización
Mundial de la Salud (OMS), en el año 2010 se
encontró Ecuador como uno de los países con más
muertes por accidentes de tránsito en Latinoamérica.
El 50,09% son ocasionados por falta de experiencia o
descuido del conductor, el 13,2% por desacato a las
leyes de tránsito, el 12,31% por superar límites de
velocidad, por embriaguez son el 9,73%, el 7,69%
por situaciones externas sin comprobar y el 6,99% por
descuido de otros implicados. (Agencia Nacional de
Tránsito 2010).
Se considera que una prueba de choque es una
forma de pruebas destructiva para garantizar un
diseño seguro en caso de impacto o colisión. Pero
no siempre es económico destruir un espécimen para
garantizar su seguridad, especialmente en el caso
de producción a pequeña escala. La simulación de
choque es muy popular últimamente, porque es una
representación virtual de un ensayo destructiva de
impacto de un vehículo empleando una simulación
por computadora con el n de examinar el nivel de
seguridad del vehículo y sus ocupantes en diferentes
condiciones como la velocidad de colisión, colisionar
el objeto, el material y el número del componente del
objeto colisionando, entre otros, por lo tanto, ahorra el
tiempo y el coste. (Mishra & Pradhan, 2016)
Mediante el análisis de una estructura real con
el método de los elementos nitos para evaluar el
desempeño de la cápsula de seguridad del habitáculo
del conductor y copiloto a impacto frontal sobre una
barrera rígida. El programa de elementos nitos para
este análisis es el software de simulación LS DYNA.
El estudio y la metodología de análisis planteados,
podrían servir de base y objeto de estudio para
ensayos virtuales de impactos frontales, laterales y
por alcance.
Además de proporcionar un documento técnico que
posiblemente ayude en las investigaciones forenses
de accidentes de tránsito.
Es importante conocer que en Ecuador aún no se
realiza este tipo de ensayos, por los altos costos que
representa, sin embargo, el Programa de Evaluación
de Vehículos Nuevos para América Latina y el Caribe
(Latin NCAP) ofrece información transparente y real
de las pruebas realizadas en Latinoamérica, entre
sus principales miembros activos se encuentran los
siguientes países: Bolivia, Chile, Colombia, Costa
Rica, Uruguay, Argentina y Brasil. (Latin Ncap,
2018).
Seguridad vehicular en el Ecuador
El país se encuentra innovado de manera constante
y se ha actualiza de acuerdo a seguridad vehicular,
el primer paso fue la emisión y cumplimiento del
Reglamento Técnico Ecuatoriano (RTE) 034, Anexo
III A, que exigió la incorporación de elementos
mínimos de seguridad en cualesquiera automóviles
que se comercialice. (Arízaga Cáceres & Gómez
Rodríguez, 2015)
La industria de ensambladores y fabricadores
de autopartes del Ecuador han realizado grandes
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 69 -
La principal diferencia del habitáculo con los
demás elementos de seguridad del automóvil, es que
el conductor puede apreciar y evidenciar el estado y
funcionamiento de los sistemas de seguridad activa y
pasiva en cualquier instante, sin que el vehículo sufra
ningún deterioró. Mientras tanto, la demostración de
la protección brindada por el habitáculo de seguridad
sólo se demuestra en caso de sufrir un impacto
violento a gran escala. La ecacia en un habitáculo
de seguridad puede demostrarse si el vehículo se
encuentra destrozado manteniéndose intacta la zona
predestinada a los ocupantes. (Pérez 2009)
En la fabricación del habitáculo se emplean
materiales muy resistentes, como aceros de ultra alta
resistencia, en la actualidad se ensayan materiales aún
más resistentes, con menor peso, de tal forma ampliar
el grado de seguridad y disminuir el consumo del
vehículo.
La Figura 2, es un claro ejemplo de la variedad
de aceros o materiales compuestos empleados en un
habitáculo de seguridad.
Figura 2. Materiales carrocería. Recuperado de https://www.
autocasion.com/actualidad/reportajes/materiales-utilizados-en-la-
carroceria-del-automovil
Resistencia al choque “Crashworthiness”
El análisis computacional de la resistencia al
choque de vehículos a impacto se ha convertido en
una herramienta poderosa, reduciendo el tiempo de
coste y desarrollando un nuevo producto que resuelve
la seguridad corporativa y de choque de requisitos
exigidos por gobiernos. Hoy en día, los elementos
nitos no lineales permiten análisis de choque
simulados con éxito en bastantes vehículos, y son
capaces de diseñar automóviles que cumplan con las
pautas de seguridad para impactos frontales, impactos
laterales, choque en el techo, impacto en el cabezal
interior, impacto trasero y vuelco. (Youn, Choi et al.
2004)
Al diseñar los elementos estructurales se visualiza
inversiones para el cumplimiento de la normativa.
En la actualidad el resultado es alentador, ya que
cualquier vehículo que se ensamble o fabrique en el
país cuenta con estándares de seguridad que van a la
evolución con bastantes países de la región.
Desde el año 1996, se ha modicado la ley de
tránsito en el país, ya que el Transporte Terrestre
tuvo y seguirá asumiendo un rol principal en la
historia del Ecuador, con el único n de disminuir
progresivamente la pérdida de vidas humanas. (Cueva
Chacón, Mayo et al. 2010)
A comienzos del año 2001, se promovió la creación
de normativas INEN orientadas en disposiciones
internacionales. Mismo que fue impulsado por varios
entes privados, como la CINAE, AEADE y el Colegio
de Ingenieros Mecánicos, con el único n de impulsar
procesos mediante normativas internacionales. A
partir del año 2009, se envuelven nuevos actores
gubernamentales, quienes emitieron observaciones y
generaron cambios radicales en temas de seguridad,
ocasionando incluso, que modelos exitosos del
mercado salgan del mercado. (CINAE, 2017)
Lo que motivó a un progreso en la fabricación
de vehículos, obteniendo como objetivo principal
que cualquier automóvil sea seguro en las carreteras
ecuatorianas; pero, la mayoría de accidentes son
causados por imprudencia, impericia, e irrespeto
a las leyes de tránsito, lo que indica de una manera
clara que el conductor y las decisiones que realiza
en pequeños instantes son primordiales. Por lo que
respetar las señales de tránsito, no exceder límites
de velocidad, usar el cinturón de seguridad no es
suciente, lo que determina que el principal objeto
de estudio son estructuras de los automóviles y las
protecciones que ofrecen a los ocupantes en caso de un
siniestro de mayores proporciones. La Figura 1 indica
los elementos de Seguridad Pasiva que conforma un
vehículo del tipo M1.
Figura 1. CIDAUT,2017
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
- 70 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
como único objetivo absorber energía en impactos a
pequeñas y grandes velocidades (crashworthiness),
en el área de Ingeniería automovilística y aeronáutica
ha incrementado la exigencia en seguridad. Existen
nuevos componentes estructurales, que presentan
como benecio ser más ligeros permitiendo
la disminución en consumo de combustible y
manteniendo la propiedad de absorción de energía,
lo que obliga a optimizar los diseños empleando
herramientas numéricas que desmullen el costo en
ensayos en modelos completos. (Millán, 2013)
La Figura 3 indica el papel principal de la zona
de transición, es transferir las cargas de choque del
extremo frontal al extremo trasero del vehículo,
mientras que el papel principal de la zona de
aplastamiento es absorber lo más posible la energía
cinética por modos de deformación plástica. La
absorción de energía y la relación de absorción de
energía en las partes claves deformables. Se puede
ver que el haz longitudinal delantero es el camino de
carga principal, que transere el 70% de la carga de
choque y absorbe más del 50%. (Dan et al., 2016)
Figura 3. Distribución de la trayectoria de carga para el impacto
frontal. Recuperado de Duan, Sun et al. 2016.
Por lo tanto, el objetivo de “crashworthiness” es
una estructura de vehículo optimizada que puede
absorber la energía del choque por deformaciones
controladas del vehículo mientras que mantiene el
espacio adecuado de modo que la energía residual
del choque pueda ser manejada por los sistemas de
retención para minimizar la transferencia de las cargas
de choque a los ocupantes del vehículo. (Deformación
Programada). (Du Bois et al., 2000)
La deformación programada
La Figura 4, muestra la viga longitudinal delantera
(FLB) que tiene un patrón mixto de deformación
axial y de exión bajo el impacto frontal del vehículo.
En comparación con la deformación por exión, el
modo de deformación axial es un patrón preferido
para absorber la energía cinética. Para aprovechar
al máximo el espacio de trituración de la zona de
aplastamiento y explotar el máximo potencial de
absorción de energía. (Duan et al., 2016)
Figura 4. Espacio de aplastamiento para la estructura de la parte
delantera. Recuperado de Duan, Sun et al. 2016.
El FLB se divide en 4 espacios diferentes, donde
se espera que el espacio A y el espacio B generen un
colapso axial relativamente uniforme y progresivo,
el espacio C se dene por las dimensiones del
compartimento del motor y el espacio D espera que
la alta rigidez de exión resista a la deformación por
exión. Entre estos espacios, el ‘espacio A’, ‘espacio
B’ y ‘espacio C’ pertenecen a la zona de aplastamiento,
que se utilizan para absorber la energía cinética,
mientras que el ‘espacio D’ pertenece a la zona de
transición, cuyo objetivo principal es la transferencia
de carga de impacto. (Duan et al., 2016)
Ensayos y pruebas de choque
Las colisiones de vehículos en el mundo real son
eventos dinámicos únicos en los que el vehículo
puede chocar con otro vehículo de forma, rigidez y
masa similares o diferentes; o puede chocar con otro
objeto estacionario tal como un árbol, una pared o un
pilar de puente. Generalmente, con el propósito de
desarrollar un reglamento y normas, los expertos en
seguridad clasican las colisiones de vehículos como
choques frontales, laterales, traseros o de vuelco.
Además, el vehículo puede experimentar un solo
impacto o múltiples impactos.
La Figura 5, indica un método empleado por
IRCOBI, es decir un estudio para la evaluación virtual
puede producir resultados correctos, si se adopta
un enfoque de validación de modelo estructurado,
indicando que es un requisito previo para cualquier
evaluación virtual. Para lo cual se realizó una
comparación de un modelo de vehículo genérico de
referencia en LS-DYNA y VPS. (Ghosh et al., 2016)
Lo que es clara justicación la utilización del
método en estudios similares de impacto frontal.
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 71 -
Figura 5. Elementos clave necesarios para la evaluación virtual.
Recuperado de Ghosh, Mayer et al., 2016.
Los datos obtenidos de una simulación de choque
indican la capacidad de la carrocería del vehículo para
proteger a los ocupantes del vehículo durante una
colisión contra lesiones.
En el Colegio de Ingeniería Automotriz de la
Universidad de Ingeniería y Ciencia en Shanghái,
como indica la Figura 6, se realizó un estudio sobre
el rendimiento de absorción de energía, ya que es
uno de los índices más importantes en la seguridad
del vehículo durante el impacto, en donde se verico,
que la modicación debe hacerse en la parte frontal
del vehículo mejorando la absorción de energía
y la seguridad de la cabina, así como también la
utilización de un modelo simplicado para disminuir
el gasto computacional (Chen, Yang, & Wang, 2015).
Figura 6. Modelo simplicado. Recuperado de Chen, Yang et al. ,2015.
El impacto frontal “ideal”, que presenta menos
daños en los ocupantes y vehículo, es completamente
frontal. Es decir, si la trayectoria es inclinada, se
genera mayor perjuicio en la carrocería, ya que la
distribución de fuerzas no es uniforme permitiendo
que existan áreas desprotegidas a un choque (Muñoz
Agudo, 2015). La Figura 7 indica diferentes zonas
durante el impacto de un vehículo.
Figura 7. Diferentes zonas durante el impacto de un vehículo.
Recuperado de Muñoz Agudo, 2015.
Tipo de Estudio
El presente proyecto se basa en un enfoque de
investigación histórico lógico, en la fase inicial se
reere a los antecedentes, trabajos realizados sobre
el tema y donde se obtienen fuentes de investigación,
permitiendo construir un marco sobre los referentes
teóricos en las áreas cientícas y técnicas sobre
impactos en vehículos sedan, posterior, se revisan las
normativas para ensayos de choque, y los programas
computacionales que permitan realizar los estudios
virtuales. Luego utilizará el método de análisis síntesis
para el diseño de la carrocería del vehículo sedán.
Finalmente se procede con la simulación mediante el
método de elementos nitos para realizar el estudio
de la metodología para el análisis de desempeño del
habitáculo de seguridad de un vehículo liviano a
impacto frontal sobre una pared rígida por el método
de los elementos nitos.
2. Materiales y Métodos
El enfoque CAD-FEM propuesto se basa en
cuatro fases principales secuencialmente acoplados
como se resume en la Figura 8. En la primera fase
se desarrollará la asignación de elementos de estudio
para realizar la geometría CAD del habitáculo de
seguridad y la revisión de Normativa para realizar
Clash Test; el modelado 3D comprende la segunda
fase y será realizado con operaciones de diseño
computacional que permitan su posterior análisis.
Figura. 8. Diagrama de proceso-Método
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
- 72 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
La tercera fase se centra en tres fases que son: pre
proceso, análisis y Post proceso. En el pre proceso
para el método de elementos nitos cuasi estáticos del
habitáculo de seguridad se importará el modelo CAD
al software LS DYNA, obteniendo como resultado el
modelo 3D importado a un sistema de elementos nitos
sin perder ningún detalle de diseño, donde se creará una
malla ideal, se establecerán las condiciones de frontera
para el escenario de simulación y se realizará el control
de la dinámica explicita.
El Análisis al Método de Elementos Finitos
comprende el “solver” que es un método numérico
aplicado al ensayo deseado que se acerca al
comportamiento real del fenómeno físico simulado,
para lo cual el software aplica algo-ritmos matemáticos
y resolución de ecuaciones diferencia-les avanzadas.
El Post proceso corresponde a la validación de los
resulta-dos obtenidos mediante el Software Ls Dyna,
con un método numérico, para esto se realizará en el
programa MATLAB Demo, ya que posee un lenguaje
amigable en la programación, así como también
presenta herramientas matemáticas y numéricas con
respecto a la resolución de matrices.
La cuarta fase corresponde a la comparación de
resulta-dos, con respecto a las simulaciones realizadas,
adicional, se empleará un total de 6 materiales para
validación del estudio y mediante métodos de selección
de materiales se vericará cual podría ser el sustituto al
caracterizado.
Selección y asignación de elementos de
estudio.
Se realizaron 62.305 ventas de vehículos en el año
2016, de los cuales hubo producción local del 50,7%
que corresponde a 31.563 unidades. Entre las marcas
favoritas en la compra de vehículos se encontraban:
Chevrolet (40%), Kia (11%,) Hyundai (7%,), Suzuki
(6%) y Toyota (5%,). Lo que equivale decir al 69%
de la participación de mercado. Los vehículos que
preere el mercado ecuatoriano son los siguientes:
los automóviles con el 44%, los SUV con el 26%,
las camionetas abarcan el 21 % y los vehículos de
transporte pesado con el 9% (Cinae, 2017).
Por esta razón el estudio se realizará sobre el vehículo
Se-dan Chevrolet Aveo Emotion GLS AC 1.6 4P 4X2
TM, la Figura 9, indica las medidas principales:
Figura 9. Dimensiones del vehículo Aveo. Recuperado de http://
automotoresonline.blogspot.com/2016/03/chevrolet-aveo-lt-16-manual.
html
Parámetros del ensayo de impacto frontal
La NHTSA – National Highway Trac Safety
Administration, que en español signica Agencia
Norteamericana de Seguridad en Carretera, realizo
por primera ocasión el 1 de enero de 1972, normas de
impactos para vehículos. El ensayo a superar radicaba
en superar un impacto a velocidades de 40 a 56 Km/h
contra un muro rígido, normal al desplazamiento
del vehículo. Consistiendo por defecto que usan
los fabricantes, organizaciones de homologación
y NCAP, la Figura 10, presenta ensayos de choque
utiliza-dos a nivel mundial.
Figura 10. Ensayos de choque frontal NCAP. Recuperado de Eggers,
2013.
Construcción de la geometría en un Software para
modelado y análisis de elementos nitos
El modelado de la carrocería y habitáculo de
seguridad vehículo Sedan Chevrolet Aveo Emotion
GLS AC 1.6 4P 4X2 TM, se la realizará en el
programa NX, llamado Siemens NX o sencillamente
Unigraphics, consiste en un software CAD/CAM/
CAE creado por la Empresa Siemens PLM Software.
El software para análisis estructurales de NX
utiliza NX Nas-tran, el solver de FEA más avanzado
en materia de rendi-miento computacional, precisión,
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 73 -
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
abilidad y escalabilidad.
Diseño del Cad
Se obtendrá las medidas del vehículo real para
ingresar-las en el software.
Obteniendo los siguientes resultados:
Figura 11. Cad vehículo Sedán
La Figura 12, permite observar el habitáculo de
seguridad del modelado realizado.
Figura 12. Cad vehículo Sedán-Estructura habitáculo de seguridad
visible
Generación de malla para el análisis MEF
LS- Pre post es un avanzado pre y pos procesador
que se incluye con el programa LS- DYNA. La
Interfaz del usuario ha sido diseñada para ser eciente
e intuitiva. LS- Pre post se ejecuta en programas que
utilizan grácos OpenGL para lograr un renderizado
y ploteo rápido en XY.
Para el presente estudio se va a utilizar una Malla
2D tipo supercie, tamaño 30 mm, teniendo en cuenta
el número de elementos para la simulación, como
indica la Figura 13 y 14.
Figura 13. Habitaculo Mallado
Figura 14. Habitaculo y carrocería con malla 2D.
Donde indica el número de elementos que se
obtuvieron en la carrocería, es decir 114.143 elementos
nitos, de acuerdo al tamaño de la malla.
Condiciones de frontera del escenario de
simulación
En el programa LS- Prepost es donde se van a
cargar las condiciones de frontera para la simulación.
La Tabla 1 especica las variables ingresadas como
condiciones de frontera:
Tabla 1. Condiciones de Frontera
Variable
Valor
Norma
USNCAP-EUCE 94
Velocidad
56 Km/h (15.5 m/s; 1.556e+004
mm/s)
Muro
Pared Solida de 70 Ton.
Tiempo
0,50 ms
Material
024-Piece Wire_Linear_Plasticity
- 74 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
Figura 15. Condiciones de borde para escenario de simulación
3. Resultados y Discusión
Datos materiales
El ensayo de tracción de un material consiste en
someter a una probeta normalizada a un esfuerzo de
tracción hasta que se produce la rotura. Este ensayo
mide la resistencia de un material a una fuerza
aplicada lentamente. Las velocidades de deformación
en un ensayo de tensión deben ser pequeñas.
En un ensayo de tracción pueden determinarse
diversas características de los materiales elásticos:
• Módulo de elasticidad o Módulo de Young,
• Coeciente de Poisson,
• Límite de proporcionalidad:
• Límite de uencia o límite elástico aparente
• Límite elástico.
• Carga de rotura.
• Alargamiento de rotura.
• Área de estricción
Para obtener las características mecánicas reales,
se realizó 5 probetas bajo la norma técnica ASTM
E8 de material y aprovechar la opción que presenta
el software, fue necesario someter a cinco probetas
del material del habitáculo de seguridad a pruebas
de tracción, como se observa en la Figura 16, estas
pruebas se realizaron en el laboratorio de análisis
de materiales del centro de Fomento Productivo
carrocero Metal Mecánico de la ciudad de Ambato,
obteniendo los siguientes resultados:
Tabla 2. Resultados de caracterización de materiales 2
La Figura 17, muestra información proporcionada
de la caracterización del material, mediante el esfuerzo
deformación en una probeta:
Figura 17. Resultados Grácos del ensayo de tracción sometidos a
Carga. Recuperado de LRM.
Las resistencias de materiales no lineales se
asignan al Cad. La prueba de tracción se terminó
en componentes de patrón para obtener la curva de
esfuerzo-deformación de ingeniería. El esfuerzo
real y la tensión auténtica se utilizaron como centro
de la tarjeta de material en el software. La tarjeta de
material utilizada en LS_DYNA es “Mat Piecewise
linear Plasticity_24”. Esta ley modela el material
plástico elástico isotrópico usando características
denidas para la curva de esfuerzo-tensión de
plástico. Esta es una versión elástica de plástico que
aplica el módulo de Young si el esfuerzo es menor
que el límite de elasticidad y las curvas de esfuerzo-
deformación medidas si la tensión es mayor que la
tensión de uencia.
Variables obtenidas en el análisis
computacional
Los resultados obtenidos en el análisis se exponen
a continuación, para la validación del estudio se va a
trabajar en base a la relación entre la energía interna y
Hourglass (control de reloj de arena).
El Control de Hourglass se trata de modos de
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 75 -
control de reloj de arena, es decir son modos no físicos
de deformación que se producen en los elementos no
integrados y que no producen esfuerzos.
El valor de energía Hourglass en un tiempo de
0,05segundos es 1,3 x 106 Nmm.
Figura 18. Hourglass.
Para validar los resultados obtenidos en el estudio,
se ha recurrido a la relación entre la energía interna de
deformación de impacto versus el valor de la energía
del Hourglass. Si la Energía de Hourglass es menor al
10 % de la Energía Interna la solución es aceptable.
(LIVEMORE ,2014).
Se procede al cálculo de la relación entre la energía
interna por deformación vs la energía Hourglass.
E c . 1
El valor obtenido de H es menor al 10% por lo tanto
el análisis es válido para las condiciones establecidas
en la simulación a 56 km/h. En la gura 23, se muestra
el comportamiento de la energía interna y la energía
Hourglass que no sobrepasa el 10% de la energía
interna.
Balance de energía
Para el presente estudio se observa que mientras la
energía total permanece constante, la energía cinética
decae totalmente a los 0.05 s. Así como también, la
energía interna del sistema asciende, formando un
entrecruzamiento a los 0.025 s, permitiendo visualizar
la transformación de energía.
Figura 20. Curvas de energía
La gráca de energía frente al tiempo para el
modelo de elementos nitos completo del habitáculo
con la carrocería durante la prueba de impacto frontal
se ilustra en la Figura 20. La precisión está asegurada
ya que la energía total permanece contante y la energía
del Hourglass no supero el 10 % de la energía interna.
El balance energético es un método para evaluar la
corrección del análisis numérico. La energía cinética
cae continuamente desde el comienzo de la carrera
(tiempo 0 segundos a 0.05 segundos). En el momento
instancia de 0,050 segundos. La curva se inclina hacia
abajo bruscamente, lo que muestra que la energía es
absorbida debido a la fricción deslizante.
Modelos matemáticos para el análisis de impacto
frontal
Para el desarrollo de modelos matemáticos y su
resolución para análisis de impactos es importante
conocer e identicar las leyes y principios matemáticos
y físicos que presenta este tipo de fenómeno físico.
Para calcular la fuerza de impacto de los cuerpos
(estructura y pared indeformable), se utiliza la teoría
del impulso y cantidad de movimiento.
Por denición, el impulso es el producto de la carga
aplicada sobre un cuerpo y el tiempo de duración, es
la cantidad de movimiento (P) y es igual a la masa
(m) por la velocidad nal (Ve) menos la masa por la
velocidad inicial (Vo), considerando que el impacto
entre dos vehículos es totalmente inelástico, es decir
el coeciente de restitución (K) es cero. La cantidad
de movimiento, es un resultado del impulso, aunque
matemáticamente son lo mismo, conceptualmente
existen diferencias. La Figura 21, indica diferentes
vistas del modelo antes que el vehículo impacte.
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
- 76 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
Figura 21. Vehículo sedan se impacta a 56 Km/h.
Diferentes vistas de los cuerpos a impactarse.
Choque de los cuerpos totalmente inelástico.
A continuación, se presenta la Tabla 3 con los
valores de velocidad, tiempo y masa para el cálculo
de la fuerza de choque usando la teoría del impulso y
cantidad de movimiento.
Tabla 3. Datos para el cálculo de la fuerza de choque
Concepto
Valor
Velocidad inicial de l a
barrera fija
Cero
Velocidad del vehículo
sedan
56 Km/h
Tiempo d e contacto e n
el choque
50 ms
Masa del vehículo
1085 Kg (m1)
Masa de la barrera fija
70000 Kg (m2)
El análisis matemático se lo realiza en la parte de
la pared de fuego del habitáculo de seguridad, donde
se determinó que es la zona crítica al momento del
impacto, para el habitáculo de seguridad.
Aplicando la teoría del impulso se tiene:
Donde:
P: Cantidad de movimiento
m: Masa
v: Velocidad
Entonces se puede calcular la fuerza producida en
el choque:
De acuerdo a Duan Sun et al (2016), las fuerzas
en un impacto frontal se distribuyen de acuerdo a lo
indicado en la Figura 11, en donde indica que la fuerza
resultante en el habitáculo de seguridad se encuentra
entre un 15% a 20% de la fuerza total.
Para realizar el cálculo sobre la pared de fuego se
tomará el 17.5 % de la fuerza total del impacto.
Tomando la muestra en una viga, se puede
determinar el esfuerzo normal por compresión al cual
está sometida la placa, así como su deformación:
E c . 8
El área correspondiente a la pared de fuego se
determina mediante el largo de 1629.71 mm con 2
mm de espesor, como se muestra en la Figura 22:
Figura 22. Zona de estudio de impacto
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 77 -
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
Por tanto, el esfuerzo al que está sometida la plancha es:
σ=F/A= (209414,27) /3259,42
σ= 64,25 MPa
El esfuerzo calculado se compara con obtenido en la
tabla de ensayo realizado. Para los ensayos de tracción se
utilizó 5 probetas siguiendo la norma ASTM E8, la gura
23 muestra el detalle de los valores obtenidos.
Figura 23. Resultados numéricos previo al Análisis Gráco. Tomado de
LRM
El valor promedio obtenido en los ensayos de
tracción tiene un valor de 228,281 MPa, siendo este
valor el que servirá para hacer la comparación con el
valor obtenido analíticamente.
En la Tabla 4, se presenta la comparación de los
valores obtenidos.
Tabla 4. Cuadro comparativo de valores de resistencia
Resistencia del
material
Resistencia calculate
228,281 MPa
64,25 MPa
De acuerdo a datos de la tabla el esfuerzo que se
aplica en la supercie no supera el límite, por lo tanto,
el elemento no ha superado la zona elástica.
Para determinar su deformación total por resistencia
de materiales se determina de la siguiente manera:
Ec . 8
Para contrastar los resultados obtenidos
analíticamente, se procede de la siguiente forma:
Se procede al modelado de la placa, como lo indica
la Figura 24.
Figura 24. Modelado del elemento
El siguiente paso después de realizar el modelado, es el
mallado, donde se aplica el tipo de malla el tamaño como
lo indica la Figura 25.
Figura 25. Mallado del elemento
Luego se le asigna las restricciones, en este caso una
restricción ja, aplicando la restricción en un extremo de la
placa como indica la Figura 26. Luego se aplica axialmente
la misma fuerza normal de compresión que se utilizó en el
cálculo matemático del método anterior que tiene un valor
de 209414,27 N.
En el gráco, en la escala de valores indica que la parte
de color roja (Figura 26) signica que es donde se ejerce
la fuerza normal de compresión, es por ésta razón que se
genera la mayor deformación y va disminuyendo mientras
se acerca al punto de jación.
Figura 26. Parte de la estructura analizada en software en términos de
deformación. Def Max 0,27 mm.
El resultado del cálculo del software es de 0,27 mm
de deformación total de la parte analizada por este
método.
Análisis por el método del elemento nito
Para este análisis se va a utilizar el método
directo, que puede verse como una extensión del
método de rigidez, que es ampliamente utilizado en
- 78 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
análisis estructural. Este enfoque tiene una ventaja de
presentar los aspectos principales del MEF, sin mucha
manipulación matemática, como se muestra en la
Figura 27 y 28.
Figura 27. Viga hiperestática con carga puntual.
Figura 28. Elemento estructural a ser analizado
La F representa la fuerza que se aplica al nodo y μ es
el desplazamiento del nodo. La discretización ocupada
mediante dos elementos lineales, se puede observar en la
gura 28. Considérese el elemento de la viga uniforme y
homogéneo. Al precisar 3 nodos, existen 3 grados de libertad,
de éstos, en el nodo 2, está denido el desplazamiento, el
único grado de libertad en fuerzas se dene para el nodo
2, además, los dos siguientes nodos están restringidos por
tanto su desplazamiento es cero (0), para este caso la Tabla
5 enumera las siguientes variables:
Tabla 5. Variables
Concepto
Valor
Desplazamiento u1
0
Desplazamiento u2
Incógnita
Desplazamiento u3
0
Fuerza F1
Incógnita
Fuerza F2
209414 N
Fuerza F3
Incógnita
Nota: Valores de cada nodo propuesto para la resolución
del ejercicio
La forma general
[F]=[K][μ]
Ec. 10
Dónde: [K] es la matriz de rigidez y [μ] es el vector de
desplazamientos nodales y [F] es el vector de fuerzas nodales.
La notación matricial general para cada elemento con dos
grados de libertad.
La matriz de rigidez para cada elemento discretizado que
en este caso será una estructura matricial de dos por dos.
Por lo tanto, el valor constante K es:
Por tanto, las matrices para los dos elementos de este
caso quedan así:
Para el element 1
Para el elemento 2
Ensamblando las matrices para tener una matriz de
rigidez global se generan las siguientes matrices:
Para el elemento 1 se tiene:
Para el elemento 2 se tiene:
Resolviendo las matrices con el programa Matlab Demo,
se obtiene lo siguiente:
Figura. 29. Cálculo de operaciones entre matrices realizado en Matlab
Demo.
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 79 -
De acuerdo a los datos obtenidos en el software Matlab
el desplazamiento calculado es de:
u2= 0.2529 mm
Los datos obtenidos en referencia al desplazamiento son
similares, para ello se lo compara en la Tabla 6:
Tabla 6. Comparativo de resultados obtenidos con diferentes métodos
Materiales -
Esfuerzo
deformación
Software
MEF
directo
Elementos
finitos
método
0,252 mm
0,27 mm 0,2529 mm
4. Resultados y Discusión
De acuerdo a los resultados obtenidos en los diferentes
métodos, se deduce que los valores son resultados
conservadores.
La manera óptima para certicar una simulación
computacional, será realizar un experimento físico con
características parecidas, con condiciones iguales a las
programadas dentro del software, pero la misma generaría
un análisis costoso. Partiendo de esto no sería rentable
realizar una validación física, para lo cual, al presente
estudio se realizó de la siguiente manera:
• Validación mediante el método de Energía de
Hourglass.
• Validación del fenómeno por elementos nitos
método directo
.
Una vez que no se evidencio mayor margen de error,
se procederá a realizar simulaciones con 6 diferentes
materiales, empleados a nivel nacional e internacional,
que puedan otorgar prestaciones similares o mejores a la
obtenida en la probeta.
De acuerdo a Gonzales. (2013), respecto a los tipos de
materiales empleados en las carrocerías, el acero ocupa el
75% del peso total, seguido por aluminio, plásticos entre
otros.
La Tabla 7, indica los diferentes rangos de límite elástico
para diferentes tipos de acero empleados en la fabricación
de una carrocería en un vehículo.
Tabla 7. Rangos de límite elástico para los diferentes tipos de acero
Según Ashby y Johnson. (2010), la característica de
un acero dulce no aleado convencional, se encuentra
en ser laminado en frio con un bajo porcentaje de
carbono, siendo un acero prácticamente suave, por esta
razón, deben ser de mayores espesores, para soportar
esfuerzos a los que se encuentran sometidos, se emplea
como láminas para techar paneles automotrices.
García. (2009), arma que los aceros de
alta resistencia se dividen según el proceso de
endurecimiento, es decir en aceros reforzados,
micro aleados y desfosforados, que se emplean en la
industria automotriz en la fabricación de molduras
exteriores, como son, puertas, cofres, techo, o
elementos estructurales como bastidores inferiores,
refuerzos de suspensión, travesaños, largueros.
De acuerdo a Beneke. (2010), indica que el
aluminio es ligero en relación al acero inoxidable, de
tal forma que su empleo en la manufactura automotriz,
incrementa constantemente, siendo la primera
aleación ligera, junto con el titanio y el Magnesio.
Otra característica indica al aluminio de producción
económica, sin embargo, se encuentra en relación 2:1,
con respecto a los aceros.
Flock. (2012), menciona acerca de las diferentes
aleaciones del Aluminio en la fabricación de paneles
automotrices, e indica que las más utilizadas son
aleaciones de AlMgSi y AlMg, especial en los paneles
exteriores, debido a las excelentes propiedades de
resistencia y conformado, que presenta.
5. Conclusiones
Se evaluó el desempeño del habitáculo de seguridad
que brindan protección a los ocupantes de un vehículo
en un ensayo computacional de choque frontal sobre
una pared rígida mediante una metodología de cálculo
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
- 80 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
simplicada por el análisis de elementos nitos
asistido por computador, que permite evaluar, la
correcta interacción estructural y las zonas afectadas
en caso de un evento similar al analizado.
La metodología empleada permitió cubrir las
hipótesis trazadas para el proyecto que se dividió en
4 etapas, asignación de elementos de estudio, seguido
de un modelado 3D, evaluación de materiales y
análisis de resultados, que garantizan la conabilidad
y repetitividad del mismo.
Se pudo determinar que, en el habitáculo, por
los diferentes desplazamientos y esfuerzos al cual
se encontró sometido la estructura, se presentaron
deformaciones que no presentan amenaza para los
ocupantes al tratarse de un material de tipo Acero,
adicional, al ser el impacto absorbido por la parte
frontal en su totalidad, disminuye la amenaza para los
pasajeros, es decir el riesgo de lesiones es mínima, con
la condición que los ocupantes utilicen los cinturones
de seguridad.
Se analizó todo el ujo de datos obtenidos en las
pruebas en ruta monitoreadas deniendo cada uno de
los factores que inciden directamente en el consumo
de energía que proporciona el conjunto de batería para
con estos factores determinar su autonomía.
Los elementos como el parachoques, el motor y
los rieles absorben la mayor parte de la energía antes
que el habitáculo de seguridad sea afectado. Una gran
proporción de la energía de choque es absorbida por
estos componentes después de aproximadamente
0.025seg de la iniciación del choque.
De acuerdo a los datos obtenidos del desplazamiento
se concluye que existe una deformación mínima del
habitáculo de seguridad, además que si bien hubo
intrusión de componentes en la pared de fuego estos
son mínimos. Por lo tanto, se puede suponer que los
ocupantes de la cabina no sufrirían ningún daño si
un componente se introduce en la cabina en caso de
colisión.
En gestión para el aprendizaje universitario.
Jefe de laboratorio Mecánica de Patio, docente de
la Universidad De Las Fuerzas Armadas ESPE-
Departamento de Energía Y Mecánica
6. Recomendaciones
Sería importante dar continuidad a este tipo de
estudio, realizando una caracterización del material
utilizado en las partes laterales y posteriores del
vehículo, de tal forma simular choque en alcance y
lateral, vericando la seguridad de un vehículo Sedán
a este pido de eventos.
Realizar un acercamiento a GM, de tal forma
acceder a planos o escaneos 3D, del vehículo, lo
que permitirá disminuir el tiempo en elaboración del
modelo, acercándose a un 99% de semejanza, ya que
el bosquejo actual, presenta de un 60 a 70 %, además,
sería importante conocer las características mecánicas
de los materiales empleados en el habitáculo, lo que
evitaría realizar probetas bajo normativa.
Se observó buenos resultados, utilizando otro tipo
de aceros en el habitáculo de seguridad, indicando
que pueden ser sustitutos en la elaboración del mismo
a excepción de aleaciones.
Con el constante avance de la tecnología digital
y empleando Cae, la simulación en el Ecuador, se
convertirá en una herramienta esencial y útil en la etapa
de diseño, como alternativa rentable conjuntamente
con el análisis por elemento nitos.
7. Referencias
[1] Arechiga, David Alonso García. Evolución de la
carrocería.
[2] Arízaga Cáceres, Edison Reinaldo, & Gómez
Rodríguez, Diego Patricio. (2015). Análisis de
los sistemas faltantes de seguridad vehicular de la
categoría M1 en la norma NTE INEN 034: 2010
y una propuesta de mejora.
[3] Chen, Hao, Yang, Yali, & Wang, Liangjie.
(2015). Vehicle front structure energy absorbing
optimization in frontal impact. Open Mechanical
Engineering Journal, 9(1), 168-172.
[4] Du Bois, Paul, C. Chou, Cliord, Fileta, Bahig,
Khalil, Tawk, King, Albert, Mahmood, Hikmat, .
. . Wismans, Jac. (2000). Vehicle Crashworthiness
and Occupant Protection. Southeld, Michigan,
EEUU: Automotive Applications Committee,
American Iron and Steel Institute.
[5] Duan, Libin, Sun, Guangyong, Cui, Junjia,
Chen, Tao, Cheng, Aiguo, & Li, Guangyao.
(2016). Crashworthiness design of vehicle
structure with tailor rolled blank. Structural and
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 81 -
Multidisciplinary Optimization, 53(2), 321-338.
[6] Ghosh, Pronoy, Mayer, Christian, Deck, Caroline,
Bourdet, Nicolas, Meyer, Frank, Willinger,
Remy, . . . Weber, Jens. (2016). Head Injury
Risk Assessment in Pedestrian Impacts on Small
Electric Vehicles using Coupled SUFEHM-
THUMS Human Body Models Running in
Dierent Crash Codes. Paper presented at the
IRCOBI Conference Proceedings.
[7] Gu, Xianguang, Dai, Jianhua, Huang, Xiaodong,
& Li, Guangyao. (2017). Reliable optimisation
design of vehicle structure crashworthiness under
multiple impact cases. International Journal of
Crashworthiness, 22(1), 26-37.
[8] Gu, Xianguang, Sun, Guangyong, Li, Guangyao,
Huang, Xiaodong, Li, Yongchi, & Li, Qing.
(2013). Multiobjective optimization design
for vehicle occupant restraint system under
frontal impact. Structural and Multidisciplinary
Optimization, 47(3), 465-477.
[9] Jara, Raquel (Producer). (2017, Junio 06).
El habitáculo del coche: de la seguridad a la
superconectividad. Retrieved from http://www.
seguros.es/blog/el-habitaculo-del-coche.html
[10] Millán, Marcos Rodríguez. (2013). Análisis
experimental y numérico de la inuencia del
estado tensional en la deformación de fallo de
elementos estructurales de aluminio. Universidad
Carlos III de Madrid.
[11] Mishra, Neeraj Kumar, & Pradhan, Sharad K.
(2016). Crashworthiness of a truck cabin using
nite element simulation. International Journal of
Vehicle Structures & Systems, 8(4), 250.
[12] Morka, Andrzej, Kwaśniewski, Lesław, &
Wekezer, Jerry W. (2005). Assessment of
passenger security in paratransit buses. Journal
of Public Transportation, 8(4), 4.
[13] Muñoz Agudo, Daniel. (2015). Diseño
optimizado de elementos estructurales para
absorción de energía en choques. Viga con apoyo
doble sometida a comprensión.
[14] Nimir, Yassin Lut, Abdullah, Kassim,
& Lon, Wong Lek. (2014). Assessment of
crashworthiness of the frontal part of a local car
model. International Journal of Vehicle Systems
Modelling and Testing, 9(3-4), 352-362.
[15] Olivares, Gerardo, & Yadav, Vikas. (2009). Injury
mechanisms to mass transit bus passengers during
frontal, side and rear impact crash scenarios.
Paper presented at the Proceedings of the 21st
(ESV) International Technical Conference on the
Enhanced Safety of Vehicles.
[16] Pérez, D Illescas. (2009). Simulación de un
choque frontal de un vehículo automóvil contra
diferentes tipos de barrera. Madrid: Universidad
Carlos III-Escuela Politécnica Superior
Departamento de Ingeniería Mecánica.
[17] Philip, J, & Mungale, S. (2013). Correlation of
test results for ECE-R29 load cases with CAE
simulation. Paper presented at the Proc. Altair
Technology Conf.
[8] Portillo, Martin, Chacón, Rubén, Moreno, Miguel,
& Ponzo, Francisco Ignacio Bongiorno. (2011).
Simulación y análisis de una prueba de choque
de un automóvil tipo deportivo, utilizando un
software basado en el método de los elementos
nitos. Ciencia e Ingeniería, 69-78.
[19] Rosero Añazco, Ramiro Andrés. (2009).
Desarrollo de un reglamento técnico referente
a elementos de seguridad para vehículos de
categoría M1.
[20] Samaniego Terán, José Daniel. (2014).
Lecciones del intervencionismo estatal en el
desarrollo industrial del Ecuador: un análisis a
partir de la industria automotriz. Quito, Ecuador:
Flacso Ecuador.
[21] Vicente, José Manuel Barrios, Salazar, Andrés
Aparicio, Sáez, Luis Martínez, & Álvarez,
Antonio García. ESTUDIO DE LA SEGURIDAD
DE LOS NIÑOS EN LOS AUTOCARES.
[22] Wang, Tao, & Wang, Liangmo. (2016). Numerical
Simulation and Structural Improvement for
the Crashworthiness Capacity of M1 Type
Commercial Vehicle. Paper presented at the
ASME 2016 International Design Engineering
Technical Conferences and Computers and
Information in Engineering Conference.
[23] Gu, Xianguang, Sun, Guangyong, Li,
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
- 82 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No.9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
Guangyao, Huang, Xiaodong, Li, Yongchi, & Li,
Qing. (2013). Multiobjective optimization design
for vehicle occupant restraint system under
frontal impact. Structural and Multidisciplinary
Optimization, 47(3), 465-477.
[24] Philip, J. and S. Mungale (2013). Correlation
of test results for ECE-R29 load cases with CAE
simulation. Proc. Altair Technology Conf.
[25] Morka, A., et al. (2005). “Assessment of
passenger security in paratransit buses.” Journal
of Public Transportation 8(4): 4.
[26] AGENCIA NACIONAL DE TRANSITO
“Estadísticas de transporte terrestre y seguridad
vial” 2015 [En línea] Recuperado: http://www.
ant.gob.ec/index.php/ noticias/estadisticas#.
Virc5EqxZER (febrero, 2015)
[27] AGENCIA NACIONAL DE TRANSITO”
Normas y Reglamentos INEN aplicados al
Transporte, Tránsito y Seguridad Vial “[En línea]
Recuperado: http://www.ant.gob.ec/old/index.
php/normas-y-reglamentos-inen-aplicados-al-
transporte (febrero, 2015)
[28] Samaniego Terán, J. D. (2014). Lecciones
del intervencionismo estatal en el desarrollo
industrial del Ecuador: un análisis a partir de
la industria automotriz, Quito, Ecuador: Flacso
Ecuador.
[29] La Cámara de la Industria Automotriz
Ecuatoriana (CINAE). Recuperado de : http://
www.cinae.org.ec/Anuario/anuario2017.pdf
[30] ASOCIACIÓN DE EMPRESAS
AUTOMOTRICES DEL ECUADOR [En
línea] Recuperado: http://www.aeade.net/wp-
content/uploads/2017/04/Sector-en-cifras_7-
abril-2017-2.pdf
[31] Arízaga Cáceres, E. R. and D. P. Gómez
Rodríguez (2015). Análisis de los sistemas
faltantes de seguridad vehicular de la categoría
M1 en la norma NTE INEN 034: 2010 y una
propuesta de mejora.
[32] Cueva Chacón, D. G., et al. (2010). “El control
en la aplicación de penas y reducción de puntos en
contravenciones en la ley orgánica de transporte
terrestre, tránsito y seguridad vial periodo enero-
agosto del 2009.”
[33] Pérez, D. I. (2009). “Simulación de un choque
frontal de un vehículo automóvil contra diferentes
tipos de barrera.” Madrid: Universidad Carlos
III-Escuela Politécnica Superior Departamento
de Ingeniería Mecánica.
[34] Youn, B. D., et al. (2004). “Reliability-based
design optimization for crashworthiness of vehicle
side impact.” Structural and Multidisciplinary
Optimization 26(3): 272-283.
[35] Arechiga, D. A. G. “Evolución de la carrocería.”
[36] Millán, M. R. (2013). Análisis experimental y
numérico de la inuencia del estado tensional en
la deformación de fallo de elementos estructurales
de aluminio, Universidad Carlos III de Madrid.
[37] Pérez, D. I. (2009). “Simulación de un choque
frontal de un vehículo automóvil contra diferentes
tipos de barrera.” Madrid: Universidad Carlos
III-Escuela Politécnica Superior Departamento
de Ingeniería Mecánica.
[38] Rosero Añazco, R. A. (2009). “Desarrollo de
un reglamento técnico referente a elementos de
seguridad para vehículos de categoría M1.”
[39] Nimir, Y. L., et al. (2014). “Assessment of
crashworthiness of the frontal part of a local car
model.” International Journal of Vehicle Systems
Modelling and Testing 9(3-4): 352-362.
[40] Duan, L., et al. (2016). “Crashworthiness design
of vehicle structure with tailor rolled blank.”
Structural and Multidisciplinary Optimization
53(2): 321-338.
[41] Wang, T. and L. Wang (2016). Numerical
Simulation and Structural Improvement for
the Crashworthiness Capacity of M1 Type
Commercial Vehicle. ASME 2016 International
Design Engineering Technical Conferences
and Computers and Information in Engineering
Conference, American Society of Mechanical
Engineers.
[42] Gu, X., et al. (2017). “Reliable optimisation
design of vehicle structure crashworthiness under
multiple impact cases.” International Journal of
Crashworthiness 22(1): 26-37.
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (7/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 83 -
[43] Gu, X., et al. (2013). “Multiobjective
optimization design for vehicle occupant restraint
system under frontal impact.” Structural and
Multidisciplinary Optimization 47(3): 465-477.
[44] Ghosh, P., et al. (2016). Head Injury Risk
Assessment in Pedestrian Impacts on Small
Electric Vehicles using Coupled SUFEHM
THUMS Human Body Models Running in
Dierent Crash Codes. IRCOBI Conference
Proceedings.
[45] Mishra, N. K. and S. K. Pradhan (2016).
“Crashworthiness of a truck cabin using nite
element simulation.” International Journal of
Vehicle Structures & Systems 8(4): 250.
[46] Chen, H., et al. (2015). “Vehicle front structure
energy absorbing optimization in frontal impact.”
Open Mechanical Engineering Journal 9(1): 168-
172.
[47] Muñoz Agudo, D. (2015). Diseño optimizado de
elementos estructurales para absorción de energía
en choques. Viga con apoyo doble sometida a
comprensión.
8. Biografía
1
Edwin Chamba Monar. MBA -
M.Sc. Diseño Mecánico,
Universidad Internacional SEK.
Ingeniero Automotriz,
Universidad de Fuerzas Armadas
ESPE – Latacunga. Trabaja en
CELEC EP, brindando servicios
administrativos y de asesoramiento en mantenimiento
de otas vehiculares y compras públicas.
2
Andrés Cárdenas Yánez. MBA
- M.Sc. Diseño Mecánico,
Universidad Internacional
SEK. Ingeniero Automotriz,
Universidad de Fuerzas Armadas
ESPE – Latacunga. Director
Administrativo - Docente a
Tiempo Completo de la Carrera
de Mantenimiento y Reparación de Motores a Diésel y
Gasolina del Instituto Superior Tecnológico Cotopaxi
– Latacunga.
3
Bryan Briceño - Magíster en
Diseño Mecánico, Universidad
Internacional SEK, Ecuador.
Ingeniero Mecánico Automotriz,
Universidad Politécnica Salesiana
Sede Cuenca, Ecuador. Docente
Tiempo Completo de la Facultad
de Energía de las Industrias y los
Recursos Naturales No Renovables de la Universidad
Nacional de Loja.
4
Diego Cuasapud. - Ingeniería
Mecánico en la Universidad
Tecnológica América, graduado
de Magíster en Diseño Mecánico
en la Universidad Internacional
SEK del Ecuador. Actualmente
trabaja en TECNOREV, empresa
dedicada a mantenimientos de
vehículos automotores, donde se desempeña como
Gerente Propietario.
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 18 Agosto 2020
Fecha aceptación 18 diciembre 2020
CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO M, CUASAPUD P /
SIMULACIÓN DE DESEMPEÑO DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD DE UN VEHÍCULO
LIVIANO A IMPACTO FRONTAL SOBRE UNA PARED RÍGIDA POR EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
