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ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 8 Vol. 1 / 2019 (12) ISSN 1390 - 7395 (7/12)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, VIII Edición 2019, No. 7 (12)
CUASAPUD, CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO /
ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE DE UN
BUS INTERPROVINCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE
DE UN BUS INTERPROVINCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS
FINITOS.
STRUCTURAL ANALYSIS OF AN INTERPROVINCIAL BUS SUBJECTED TO A
REAR IMPACT BY REACH.
Diego Cuasapud Puente
1
, Edwin Chamba Monar
2
, Andrés Cárdenas Yánez
3
, Bryan Briceño Martínez
4
1,2,3,4
Universidad Internacional SEK – Facultad de Arquitectura e Ingeniería
e – mail :
1
dcuasapud.mdm@uisek.edu.ec,
2
eachamba.mba@uisek.edu.ec,
3
racardenas.mba@uisek.edu.ec,
4
bryan.briceno@unl.edu.ec
Resumen
En el presente estudio se efectúa un análisis de
una estructura de un bus interprovincial sometido a
impacto posterior por alcance, utilizando el método
de elementos nitos, para lo cual se desarrolla una
metodología de simulación, con ello se pretende
determinar el comportamiento estructural de la
carrocería con el n de evaluar el desempeño de la
misma, cuando se encuentra sometida a este tipo de
evento. Para proyectar geométricamente la estructura
del bus, se utiliza la norma NTE INEN 1323:2009 y se
aplica el método LRFD, para determinar la resistencia
estructural estática de la carrocería. Para el ensayo de
impacto se utilizó el software LS-DYNA, teniendo
en cuenta las propiedades del material y la aplicación
de la dinámica explicita. En el proceso de simulación
se establecieron las condiciones de borde, para el
análisis dinámico a través del método de elementos
nitos. El proceso de validación de los resultados
obtenidos, están en relación al parámetro del reloj de
arena (Hourglass) a partir de los cuales se realizó la
validación de datos de este estudio y por consiguiente
la validación de la estructura en estudio.
Palabras Clave: Impacto posterior, estructura de bus,
análisis estructural, elemento nito, combinación de
cargas
Abstract
The present study focuses on analyzing a structure
of an interprovincial bus subjected to a rear impact
by reach, and to develop a simulation methodology,
with the purpose of determining the structural beha-
vior of the body in order to evaluate the performance
of the same, when it is subjected to this type of event.
In order to carry out the simulation, the properties
by which the body was constructed. In the simulation
process LS-Dyna software was used, and in which
the edge conditions were established to perform the
analysis. The data obtained in the different load com-
binations according to the NTE INEN 1323: 2009
standard and based on the LRFD method, allow to
determine the static structural resistance of the body,
the dynamic analysis is established through the ni-
te element method, the balance of energies, and the
hourglass energy from which the data validation of
this study was carried out and therefore the validation
of the structure under study.
Keywords: Rear impact, bus structure, structural
analysis, nite element, load combination.
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1. INTRODUCCIÓN
En el mundo de la industria automotriz, el desarrollo
del transporte público está a cargo de las empresas
carroceras. Las cuales buscan producir unidades
que brinden seguridad y mayor confort. Para lograr
este n se ha logrado avances en el diseño asistido
por computadora, el ensamblaje automatizado, que
produzcan unidades que cumplan con las normativas
de calidad y producción. Para producir estructuras
para el transporte público más seguras en países como
China, India, Japón y países de la Unión Europea
se cuenta con polígonos de pruebas para realizar
ensayos de las estructuras y de esa manera evaluar
su resistencia cuando estas son sometidas a choques
(Bone, Castillo y Sandoval, 2015).
La industria carrocera en el país presenta un
desarrollo en cuanto a diseño, montaje y fabricación
de estructuras para transporte público, se cuenta con
una normativa para la homologación de carrocerías,
sin embargo no se cuenta con una normativa que
permita evaluar las carrocerías al momento de sufrir
un impacto o choque. De acuerdo un reporte de la
Organización Mundial de la Salud (OMS), realizado
en el 2013 ubico a Ecuador como el segundo país en
muertes por accidentes de tnsito en Latinoamérica.
Una gran cantidad de estos siniestros se producen
en los transportes de servicio urbano e interprovincial.
Las estadísticas presentadas por los gobiernos
autónomos de Loja, Quito, Manta, Ibarra y Guayaquil,
basadas en informaciones, son empleadas por la
Agencia Nacional De Tránsito, indicando el porcentaje
de siniestros acumulado hasta diciembre de 2015,
donde por choque posterior presentan 11.39% del
total de accidentes a nivel nacional, que representan
4068 accidentes siendo después del choque lateral,
con el 28.37% los principales tipos de accidentes de
tránsito. El porcentaje de buses que participan en
este tipo de siniestros constituyen un promedio anual
de 7.08% (Agencia Nacional de Tnsito, 2015). Por
tanto el diseño de carrocerías de autobuses juega un
papel muy importante en cuanto a la seguridad del
conductor y los pasajeros en un accidente, por lo que
en este tipo de eventos, la estructura de los buses se
constituye en la más importante y en la mayor parte
de casos, la única forma de protección (Manjarrez
y Santillán, 2016). En la actualidad, en el país para
la construcción de carrocerías es indispensable el
cumplimiento de normas y reglamentos emitidos
por el servicio ecuatoriano de normalización INEN,
donde se establece los requisitos generales para el
diseño, fabricación y montaje de carrocerías (Alcoser
y Morales, 2017).
Por tanto es importante tener en cuenta el diseño
del vehículo, su construcción y mantenimiento, ya
que indudablemente desempeñan un rol importante
cuando existe un choque y las consecuencias que este
produce. Con el afán de reducir las tasas de mortalidad
los fabricantes de automóviles trabajan intensamente
con el n de incorporar nuevas tecnologías para
aumentar la seguridad en caso de un impacto. Estas
tecnologías permitirán proveer una mayor protección
a los ocupantes del vehículo (Cazzola, Alcalá y
Aparicio, 2013).
En la industria automotriz, se desarrolla el transporte
público, mediante estudios acerca del comportamiento
de una carrocería al someterle a carga con la ayuda
de sistemas computarizados. Países como Colombia,
Brasil, Perú han visto una oportunidad de realizar
el diseño y el modelamiento utilizando herramientas
CAE y CAD (Parra et al., 2007).
Para mejorar los diseños en las estructuras de los
buses, es importante tener en cuenta el comportamiento
de la misma después de iniciada la colisión, para
considerar las deformaciones y desplazamientos que
experimenta. Para este n se han realizado varias
investigaciones concernientes al análisis estructural
elasto-plástico, utilizando el método de elementos
nitos.
La ingeniería asistida es muy utilizada en el campo
de la industria automotriz, debido a los altos índices de
accidentes y a la necesidad que tienen los fabricantes
de ofrecer vehículos que brinden seguridad a los
ocupantes en caso de que el autobús se involucre
en un choque, y para lograr este n se requieren
programas informáticos con paquete de simulación,
que posibiliten realizar un estudio virtual, antes de la
construcción del prototipo de comprobación (Conde,
2015).
2. Materiales y Métodos
En el presente proyecto se utilizará un enfoque
CAD-MEF propuesto que está basado en cuatro
fases principales secuenciales. La “primera fase”
comprende la proyección de la geometría en el
ambiente CAD, para el diseño de la carrocería del
bus se toma en cuenta las especicaciones de la
normativa INEN. Se realiza la revisión de normativa
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2.2 Parámetros de ensayo
De acuerdo a la NHTSA (National Highway Trafc
Safety Administration, 2011), se establece la velocidad
con la cual se va a realizar el ensayo. Se contempla el
utilizar las normas NHTSA, 2012, donde se establece
la velocidad de 53 Km/h (13.88 m/s; 1.388e+004
mm/s), para realizar el estudio.
La proyección de la geometría en 3D se realiza
en el software Siemens NX Unigraphics (Siemens
PML, 2015), para diseño y análisis de elementos
nitos. Teniendo en cuenta las especicaciones de
la normativa INEN NTE 1323:2009, se efectuó la
proyección del modelo (gura 2).
Figura 2. Carroceria de bus en 3 dimensiones
2.3 Generación de malla para análisis MEF
En el pre procesamiento se debe denir el mallado
(mallado de supercie, mallado de sólido, herramientas
para edición de mallado) y aplicaciones especiales.
La generación de la malla es de vital importancia.
Una de las razones es que la malla supercial
muestra un efecto sobre la precisión de las soluciones
numéricas (esta parte por encontrarse relacionada
con las condiciones de frontera) y la convergencia
en simulaciones numéricas basadas en elementos (o
contornos) nitos. La calidad de la malla es importante
en la precisión de los resultados. Se va a utilizar
una Malla 2D tipo supercie, tamaño 30 mm, Se
obtuvieron un total de 310244 elementos, de acuerdo
al tamaño de la malla.
Se extruye cada perl, a modo de supercie,
teniendo en cuenta las dimensiones como es la
longitud y geometría requerida para cada elemento.
Así se proyecta el modelo CAD, y mediante el
comando “compartir topología” se produce la unión
de los elementos en condiciones a tope.
para realizar el Crash Test. En la “segunda fase” se
modela en 3D los componentes que conforman el
diseño de estructura para un bus interprovincial.
La “tercera fase” se procede a realizar los ensayos,
donde se discretiza o subdividen en elementos
independientes creando un modelo matemático, se
sigue el procedimiento convencional del análisis
computacional (Introducción Ansys Mechanical,
2015), se tiene el preprocesamiento importación del
modelo CAD, asignación de materiales, denición
del solver, denición de condiciones de borde, cargas
y restricciones, tamaño de la malla, son datos que el
software necesita para simular aceleraciones, fuerzas,
presiones y otras propiedades físicas que serán
resueltos por MEF cuyos resultados serán valores de
esfuerzos, deformaciones, desplazamientos, factores
de seguridad entre otros datos y permitirán el análisis
de los puntos más críticos (Argüello, 2017).
La “cuarta fase” se presenta el análisis dinámico
de la estructura usando software LS-DYNA y de esta
forma evaluar el diseño de la parte posterior de la
superestructura de un bus interprovincial, la cual va a
sufrir el choque posterior.
2.1 Datos de entrada para proyección de
geometa.
La normativa para el diseño, montaje y construcción
de la carrocería es la INEN NTE 1323:2009, la cual
tiene en cuenta las especicaciones para los espacios
de supervivencia; para proyectar la geometría de la
carrocería. Se consideran además las dimensiones de
la NTE INEN 1668 Primera revisión, que presentan los
aspectos a tener en cuenta al proyectar la estructura.
Los materiales de la estructura del bus deben ser
perles y tubería estructural protegido contra la
corrosión de acuerdo a la normativa NTE INEN 2415
y la NTE INEN 1623.
Figura 1. Vista longitudinal del espacio de supervivencia. Fuente: NTE
INEN 1323:2009
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Figura 3. Modelo generado en el software y mallado
2.4 Cargas aplicadas a la carrocería de un
bus.
Cuando se diseña una estructura para transporte
público, esta debe ser homologada de acuerdo a
la especicado INEN NTE 1323:2009. Uno de los
métodos que estipula esta normativa es el diseño
considerando factores de seguridad por resistencia
de materiales, método LRFD (Load Resistance
Factor Desing). (NTE INEN 1323, Ecuador, 2009).
Este método permite determinar la resistencia de la
estructura que va ser sometida a combinaciones de
carga para evaluar la su resistencia estática.
2.5 Modelos matemáticos para el análisis de
impacto posterior por alcance
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 es tipo de fenómeno físico.
A continuación se presenta una tabla 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 1. Datos para el cálculo de la fuerza de choque
Por ser un choque totalmente inelástico las masas se
suman:
(1)
Entonces se puede calcular la fuerza necesaria para
producir este movimiento del bus interprovincial:
(2)
Tomando la muestra de una viga, se puede
determinar el esfuerzo normal por compresión al cual
está sometida la viga así como su deformación:
El área corresponde a la sección de un tubo hueco
de 50 x 50 x 2:
A= 392 mm
2
Por tanto el esfuerzo al que está sometida la barra es:
Ensayos
Se realizan los ensayos para determinar la resistencia
estática y dinámica de la estructura.
Las condiciones de los ensayos, se especican en la
tabla 2.
Tabla 2. Condiciones de ensayo
Criterio
NHTSA
Velocidad
53 Km/h
Barrera
móvil
Tiempo
0,50 ms
Material
024-Piece Wire_Linear_Plasticity
Se especican las cargas a analizar en el estudio,
que pueden ser debido a desplazamientos, rotaciones,
fuerzas, momentos velocidades, aceleraciones,
restricciones de movimiento, de desplazamiento grados
de libertad de los acoplamientos, se determina el tipo
de control de arena, tiempo de terminación.
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3. Resultados y Discusión
Los resultados que se muestran a continuación están
basados en el análisis cuasi-estático, que permite
determinar la validación de la estructura.
Para la validación de la estructura se aplica la
combinación de cargas estáticas estipuladas en el
método LRFD NTE INEN 1323:2009. Las cargas
estáticas se asignan a la carrocería acorde a las
especicaciones establecidas en la norma.
Resultados obtenidos en base a las combinaciones de
cargas según la Norma NTE INEN 1323:2009.
Basados en el método LRFD NTE INEN 1323:2009
se presentan a continuación los valores de las
combinaciones de cargas para el análisis cuasi-estático.
Este método se basa en los conceptos de estado límite,
mismo que describe una condición en la que la estructura,
o alguna parte de ella, deja de cumplir su función. La
norma establece que las cargas combinadas, según el
método LRFD, deben alcanzar una deformación de
todos los componentes de la estructura de la carrocería
iguales o menores a 1/240 veces su longitud (NTEINEN
1323:2009 apartado 5.1.4)
En la tabla 3 a continuación se presenta los valores de
las cargas para la combinación.
Tabla 3. Valores de cargas para las combinaciones
Tipo de carga
Ref. N orma
Valor
Carga muerta ( M)
NTE INEN
1323:2009
96399.86 N
Carga viva (V)
NTE INEN
1323:2009
42829,67 N
Carga de giro (G)
NTE INEN
1323:2009
25217,14 N
Carga de frenado (F)
NTE INEN
1323:2009
56486.45 N
Carga de a celeración brusca
(Ab)
NTE INEN
1323:2009
56486.45 N
Carga de r esistencia
aerodinámica (Raf)
NTE INEN
1323:2009
2139.03 N
Caso 1 (1.4 M + V)
Caso 2 (1.2 M + 1.6 V + 0.5 G)
Caso 3 (1.2 M + 0.5 V + 1.6 G)
Caso 4 (1.2 M + 1.6 F +0.8 Raf)
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Caso 5 (1.2 M + 0.5 V + 0.5 F +1.3 Raf)
Caso 6 (1.2 M + 1.5 Ab + 0.5 V)
Caso 7 0.9 M 1.3 Raf
Caso 7 (0.9 M 1.3 Raf)
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Caso 8 0 .9 M + 1.3 Raf
Caso 9 Masa distribuida sobre el techo de la carrocería
Figura 4. Simulaciones obtenidas aplicando las cargas de método
LRFD NTE INEN 1323:2009
Los resultados obtenidos de la carrocería
modelada tomo los valores especicados en la
normativa TE INEN 1323:2009 y basados en el
método LRFD cumple con el objeto de resistir las
cargas estáticas que se presentan en este tipo de
método.
La valoración de la máxima deformación
de la estructura se verica comparando las
deformaciones producidas en cada combinación
ejecutada en la estructura (Verdezoto, 2015)
Análisis dinámico
Se presenta a continuación la evaluación y
representación de resultados del análisis dinámico
de la carrocería. Los resultados expresados
mediante grácos y curvas que permiten analizar y
evaluar los resultados logrados en el pos procesado,
serán extraídos utilizando el pos procesador LS
Prepost 3.2 nativo de LS DYNA.
Los datos que se exponen a continuación
resultaron de la simulación, así como del cálculo
entre la energía interna y el hourglass, con el n de
validar el estudio.
Para el control de los modos de reloj de arena en
el estudio estructural es la formulación Flanagan
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Belytschko Stiffness. El coeciente de reloj de
arena para el control Hourglass generalmente
oscilará entre 0.1 (predeterminado) y 1.0. Para
material elástico, se utiliza el coeciente 1.0. En
este estudio se utilizó el modo de control de reloj
de arena por defecto en LS-DYNA es de 0,1; valor
utilizado para producir el efecto de inexibilidad
elástica en la simulación.
Simulación del impacto posterior en intervalos de 20 ms
Simulación del impacto posterior en intervalos de 20 ms
Figura 5. Simulación del impacto en la parte posterior de la
carrocería
Se establece la deformación de la estructura
de la carrocería producida después del impacto
posterior, en la Figura 6, se observa que el
desplazamiento direccional en el eje z (dirección
del impacto) presenta un valor máximo de 372,197
mm. Se observa la deformación producida por el
impacto posterior siendo los más afectados los que
conforman el parante posterior y el guardachoque.
Figura 6. Deformación direccional de la estructura en el eje Z
Para establecer el comportamiento de los
elementos críticos de la carrocería, para este
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estudio, la parte del voladizo posterior, se eligen
cuatro elementos de la zona del impacto o zona
critica, para establecer el comportamiento de los
mismos se considera el esfuerzo de Von Mises y el
desplazamiento como parámetros de evaluación.
Los elementos discretos seleccionados en la zona
crítica por deformación son: 270196, 270001,
270071, 27246.
Figura 7. Elementos críticos del voladizo posterior
La Figura 7 muestra que en el intervalo de
tiempo de 50 ms después de iniciado el impacto, el
comportamiento de los cuatro elementos es similar; en
el intervalo de tiempo de 20 a 100ms los valores de los
esfuerzos se elevan de tal manera que en los elementos
270196, 270001, 270071, 27246 el esfuerzo es mayor
a la resistencia última del material (430 MPa); además
se puede observar que los elementos experimentan
uctuaciones después de la zona proporcional, debido
a la variación de las fuerzas internas que se producen en
cada elemento en el transcurso del tiempo de impacto.
Figura 8. Diagrama del esfuerzo efectivo de Von Mises en
los elementos seleccionados
En la gráca se aprecia el esfuerzo y deformación
del elemento crítico 270196, se puede determinar que
el límite de resistencia a la cedencia (Sy) se alcanza
cuando el elemento se ha deformado 300mm a los 7 ms
de iniciado la colisión; el elemento sufre un colapso en
la zona plástica por máxima concentración de esfuerzos
debido a que supera el Sy (302.68 MPa).
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Finalizado el proceso de datos en LS DYNA, se
procede a ingresar los archivos LS-DYNA Keyword
File (archivos K) y LS-DYNA Binary Plot (D3plot)
generados al postprocesador LS Pre-Post 3.2 para la
representación e interpretación de los resultados.
Validación del estudio virtual
Al realizar el análisis en dinámica explícita con
elementos de integración reducidos, siempre es
importante determinar si los efectos de hourglassing
han degradado signicativamente los resultados. Como
norma general, la energía hourglassing no debe superar
el 10% de la energía interna (LIVEMORE, 2014).
Se obtuvo las curvas de energía como se indica en la
gura 9.
Figura 9. Curvas de energía
Se procede al cálculo de la relación entre la energía
interna por deformación vs la energía Hourglass
(Alcoser y Morales, 2017).
(7)
Rooppakhun (2015), indica que su estudio de análisis
estructural de una estructura de un bus sometido
a impacto frontal, produjo una gráca similar a la
obtenida en este estudio y mediante la cual su estudio
queda validado.
El valor obtenido de H es menor al 10% por lo tanto
el análisis es válido para las condiciones establecidas
en la simulación (Pattaramon, Supakit y Burawich,
2015).
Discusión
Supakit Rooppakhun, et al (2013) realiza un análisis
estructural de un bus sometido impacto frontal donde
se presenta el colapso de los elementos estructurales
que se encuentran en la zona de mayor concentración
de esfuerzos, transcurridos los 0.025 s. de ocurrido el
impacto.
Figura 10. Diagrama del esfuerzo de Von Mises en la
estructura
Se analiza el comportamiento del elemento más
crítico, para este caso el elemento número 282016. En
el diagrama se observa que este elemento crítico supera
el límite de resistencia a la cedencia (Sy), el elemento
colapsa en la zona plástica por máxima concentración
de esfuerzos, debido a que supera el valor Sy; el
esfuerzo producido en el elemento es mayor que
el esfuerzo ultimo del material que de acuerdo a los
valores obtenidos en los ensayos físicos posee un valor
de 302.68 MPa.
Zona de mayor concentración de esfuerzos
Diagrama Esfuerzo de Von Mises Vs. Tiempo
Figura 11. Zona de impacto y diagrama de esfuerzos vs
tiempo
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El diagrama Esfuerzo de Von Mises vs el tiempo,
indica un comportamiento lógico y similar del fenómeno
del elemento de muestra, por lo que se elimina la
posibilidad de dispersión de datos por defectos de
malla (Esmeraldas, 2016). El elemento colapsa cuando
alcanza un esfuerzo máximo de 397 MPa a los 0.035s
de transcurrido el evento de impacto.
De acuerdo a Hernández (2016), un método efectivo
para determinar si la zona de supervivencia es afectada
o invadida por algún elemento estructural es tomando
dos elementos de muestra; uno correspondiente a la
zona del impacto (218413) y el otro correspondiente al
espacio de supervivencia (133451).
Figura 12. Diagrama Deformación Plástica Efectiva Vs.
Tiempo
La gura 12 muestra el diagrama deformación
plástica efectiva vs tiempo, donde se observa que
el valor correspondiente al elemento de la zona de
supervivencia se mantiene en un valor constante de 0
(cero), mientras que el elemento de la zona del impacto
muestra un cambio, esto implica que el espacio de
supervivencia no ha sido afectado por otros elementos
estructurales.
4. Conclusiones
La estructura del bus interprovincial ensayada
cumple con los requisitos de diseño para satisfacer la
norma NTE INEN 1323:2009, ya que los valores de los
parámetros obtenidos de deformación no sobrepasaron
los valores máximos de deformación que indica la
norma.
En el análisis del impacto posterior, mediante la
simulación por MEF, el habitáculo de la carrocería no
resulta invadida por ningún miembro estructural.
El control de arena (Hourglass), se utiliza para evitar
trabados de la malla y esto afectaría los resultados. La
relación entre el Hourglass y la energía interna deben
ser menores al 10%, siendo de este valor el estudio será
validado.
El renamiento realizado en la malla con diferentes
tipos de tamaño, genera una calidad aceptable, siendo
el valor del Angulo Skewnesse, el que está dentro del
límite de validación.
El balance de energía permitió vericar la precisión
de los resultados de la simulación, ya que se vericó
si la energía total permaneció constante durante el
período de tiempo de la simulación.
5. Referencias
[1] AGENCIA NACIONAL DE TRANSITO
“Estadísticas de transporte terrestre y seguridad
vial” 2015. Recuperado: http://www.ant.gob.ec/
index.php/ noticias/estadisticas#.Virc5EqxZER
(febrero, 2015)
[2] Alcoser y Morales (2017) Diseño y construcción de
los anclajes de asientos de un bus interprovincial
bajo las condiciones de impacto frontal y lateral
en la empresa Metalmecánica Pillappa. Escuela
Politecnica de Chimborazo
[3] Argüello, O (2017) Análisis mediante elementos
nitos de la estructura un remolque análisis
mediante elementos nitos de la estructura un
remolque. Universidad Internacional Sek
[4] Bone, I., Castillo, G. y Sandoval, C (2015) Análisis
de responsabilidad social en las empresas de
transporte público interprovincial del Ecuador,
caso “cooperativa de transportes Occidentales”.
Universidad Politécnica Salesiana.
[5] Cazzola, G., Alcala, E. y Aparicio, F (2013). Study
of the bending response of metal foam-lled
beams applied to enhance the rollover dehavior
of coach strucutures. International Journal of
crashworthiness.
[6] Arroba Arroba, C. (2013). Estudio del
comportamiento mecánico de una sección de
la superestructura del autobús interprovincial
marca Miral Inniti en chasis Hino Ak sometida
a volcadura, mediante los programas Ansys
Ls-Dyna y su incidencia en el espacio de
supervivencia. Universidad Técnica de Ambato.
Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Maestría
en Diseño Mecánico.
[7] Conde, J. (2015) Simulación de ensayos de
CUASAPUD, CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO /
ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE DE UN
BUS INTERPROVINCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 66 -
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 8 Vol. 1 / 2019 (12) ISSN 1390 - 7395 (7/12)
choque en vehículos: validación. Universidad
Carlos III de Madrid.
[8] Finite Element Modeling in Fleet Safety Studies.
NHTSA Mass-Size-Safety Symposium, 2011.
[9] Introduction to ANSYS Mechanical. ANSYS,
Inc., 2015.
[10] Manjarrés Arias, F. J., & Santillán Mariño, E. R.
(2016). Análisis Estructural a cargas de impacto
frontal de un bus tipo Interprovincial mediante
el Método de Elementos. Escuela Politécnica
Nacional.
Finitos. Quito, 2016. Normativa INEN NTE
1323:2009.
[11] Pattaramon, Supakit y Burawich, (2015).
Improvement of Crashworthiness of Bus
Structure under Frontal Impact.
[12] Parra, J., Ríos, R., Mantilla, D., & Rojas, R.
(2007). Estudio del comportamiento bajo carga
de un chasis para transporte de pasajeros por
medio de la tecnologia de elementos nitos en la
empresa Equitel Cumandes S.A.
[13] Rooppakhun, S., & Bua-Ngam, S. (2013). Finite
Element Analysis of High-Decker Bus Frontal
Impact Based on ECE-Regulation No. 29. Paper
presented at the Advanced Materials Research.
[14] Verdezoto Carrera, J. (2015) Diseño de
una carrocería de un bus interprovincial en
conformidad con el instituto ecuatoriano de
normalización (norma inen 1323:2009) y
validación mediante mecánica computacional.
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
Extensión Sangolqui. Carrera de Ingeniería
Mecanica.
[15] Cuasapud, D. (2018) Análisis estructural a
cargas de impacto posterior por alcance de un bus
interprovincial mediante el método de elementos
nitos. Universidad Internacional SEK.
6. Biografías
1
Diego Cuasapud. - Nació en
Quito-Ecuador, graduado de
Ingeniería Mecánica 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.
2
Edwin Chamba Monar.
Actualmente cursando un MBA
en la Universidad Internacional
SEK - M.Sc. Diseño Mecánico,
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. Se encuentra
emprendiendo un taller mecánico con tecnología
CNC, para procesos de manufactura, diseño y
capacitación.
3
Andrés Cárdenas Yánez.
Actualmente cursando un
MBA en la Universidad
Internacional SEK - M.Sc.
Diseño Mecánico, Ingeniero
Automotriz, Universidad de
Fuerzas Armadas ESPE
Latacunga. Docente Tiempo
Completo de la Carrera de Mantenimiento y
Reparación de Motores a Diésel y Gasolina del
Instituto Superior Tecnológico Cotopaxi
Latacunga.
4
Magíster en Diseño Mecánico,
Universidad Internacional SEK,
Ecuador. Ingeniero Mecánico
Automotriz, Universidad
Politécnica Salesiana Sede Cuenca,
Ecuador. Docente Tiempo
Completo de la Facultad de
CUASAPUD, CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO /
ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE DE UN
BUS INTERPROVINCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 8 Vol. 1 / 2019 (12) ISSN 1390 - 7395 (7/12)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 67 -
Energía de las Industrias y los Recursos Naturales No
Renovables de la Universidad Nacional de Loja.
Autor para correspondencia:
dcuasapud.mdm@uisek.edu.ec
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 02 octubre 2019
Fecha aceptación 17 diciembre 2019
CUASAPUD, CHAMBA, CÁRDENAS, BRICEÑO /
ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE DE UN
BUS INTERPROVINCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.