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ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 7 Vol. 1 / 2018 (14) ISSN 1390 - 7395 (3/14)
Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, VII Edición 2018, No.3 (14)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
ESPE
BRITO M., GORDÓN A., CONSTANTE P., EVALUACIÓN DE UN ATENUADOR DE PUENTE DURANTE EL IMPACTO FRONTAL DE UN AUTOBÚS
MEDIANTE SOFTWARE DE SIMULACIÓN DE ELEMENTOS FINITOS.
EVALUACIÓN DE UN ATENUADOR DE PUENTE DURANTE EL IMPACTO FRONTAL
DE UN AUTOBÚS MEDIANTE SOFTWARE DE SIMULACIÓN DE ELEMENTOS
FINITOS.
EVALUATION OF A BRIDGE ATTENUATOR DURING FRONTAL BUS IMPACT USING
FINITE ELEMENT SIMULATION SOFTWARE.
Brito Palma Milton Mario
1
, Gordón Garcés Andrés Marcelo
2
, Constante Prócel Patricia Nataly
3
1
CENDINGENIERÍA S.A., Venezuela 02-81 y Bolivia, Ambato, Tungurahua 2,3 Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE –
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, Quijano y Ordoñez y Marques de Maenza s/n.
e – mail :
1
mmbrito@espe.edu.ec,
2
amgordon@espe.edu.ec,
3
pnconstante@espe.edu.ec
RESUMEN
En el presente trabajo se realiza una evaluación del
diseño de un atenuador de impacto para puentes, al ser
sometido a una colisión frontal con un autobús, con el
n de comparar las lesiones sufridas por el conductor
del mismo en los dos tipos de eventos: sin atenuador y
con atenuador. Se aplica herramientas computaciones
CAD, CAE para la generación y análisis de resultados.
Palabras clave:
Atenuador de impacto, Impacto de bus, Análisis por
elementos nitos, LS-Dyna.
ABSTRACT
In the present work an evaluation of the design of an
impact attenuator for bridges is carried out, when
subjected to a frontal collision with a bus, in order to
compare the injuries suffered by the driver of the same
in the two types of events: without attenuator and
attenuator. CAD, CAE computation tools are applied
for the generation and analysis of results.
Keywords:
Impact attenuator, bus impact, nite element analysis,
LS-Dyna.
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Artículo Cientíco / Scientic Paper
1. INTRODUCCIÓN
Uno de los siniestros que se registran con frecuencia
en Ecuador son los producidos por choque frontal
con un obstáculo jo; hasta septiembre del 2017,
se han registrado 1090 siniestros por esta causa [1];
provocando 271 fallecidos, el equivalente al 16,93%
del total de fallecidos en sitio por tipo a nivel nacional
[2].
Tomando como ejemplo el accidente de tránsito
ocurrido el 4 de septiembre del 2016 a las 10h00 en
el sector las Pampas, vía a Baños; en donde un bus
interprovincial impactó frontalmente con un puente
de estructura metálica, produciendo 5 personas
fallecidas y 22 heridas [3]; se procede a realizar una
simulación de dinámica explicita del impacto del
bus con el puente metálico (primer evento) y luego
con el atenuador en el puente (segundo evento), para
posteriormente comparar los resultados obtenidos
entre los dos eventos y observar la disminución en la
intensidad de las lesiones sufridas durante el siniestro
por la implementación del diseño de atenuador.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Para la simulación, es muy importante representar
las condiciones similares en las cuales se produjo
el accidente; por lo cual se emplea un diseño de un
autobús de modalidad interprovincial bajo normas
para buses y carrocerías [4], un maniquí para pruebas
de impacto recomendado por regulaciones de impacto
frontal generadas por la UNECE, además de un puente
de tipo Bailey, similar al diseño original construido.
Las condiciones de ensayo siguen los lineamientos
tanto para la parte preprocesamiento y pos
procesamiento, indicados en reglamentos nacionales
INEN y regulaciones internacionales UNECE para la
seguridad vial.
Diseño asistido por computador.
Para el modelado tridimensional se utilizó el
software LS-Prepost, en el cual se representa los
componentes del autobús como superestructura,
tanque de combustible, chasis, ruedas, motor, sistema
de tracción, sistema de suspensión, gradas de acceso,
estructura frontal y posterior, modelo frontal y
posterior; además se modelo un maniquí Híbrido III
95 percentil, según lo indicado en recomendaciones
UNECE para seguridad vial. En cuanto al escenario
del siniestro se reere, se modela el puente Bailey en
estructura de perlería tubular y la calzada.
El diseño del atenuador, es uno de los más importantes
dentro de la simulación, ya que de esto dependerá el
daño que se produzca en el cuerpo del maniquí.
En la gura 1, se presenta el diseño del atenuador
empleado en el trabajo, el mismo que tiene una
estructura interna en forma de panal de abejas
(honeycomb).
Figura 1. Detalle de diseño para atenuador
Figura 2. Detalle de diseño para atenuador
Pre procesamiento del modelo.
Consiste en generar paso a paso el procedimiento
descrito en la gura 1, con el n de obtener un modelo
matemático en el cual se pueda obtener resultados
conservadores en un tiempo computacional moderado.
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con atenuador. Se puede observar que el atenuador
disminuye la intensidad del impacto, ya que el bus se
deforma menos.
Figura 4. Vista lateral del impacto sin atenuador y con atenuador
De igual forma se puede observar en la gura,
una vista lateral de sección para poder analizar el
comportamiento dinámico del maniquí.
Figura 3. Proceso para el pre procesamiento del modelo
Para la asignación de materiales, se caracterizó el
material estructural de la carrocería, realizando
ensayos destructivos en perles de acero. El material
asignado al atenuador de impactos es de aluminio.
Se establece las condiciones de borde o frontera,
dentro de las cuales se dene una velocidad de
20000 mm/s (72 km/h) según manuales de carrozado
proporcionado por los fabricantes.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Generación de la solución
El software empleado para la resolución del modelo
matemático anteriormente generado, es LS-Dyna,
software privativo para análisis no lineal desarrollado
por la empresa Livermore Software Technology
Corporation (LSTC). Los recursos computacionales
para la simulación y la licencia de LS-Dyna son
proporcionados por el laboratorio de análisis
CENDINGENIERÍA S.A.
El tiempo empleado para la simulación fue de 9 horas
17 minutos para el impacto sin atenuador y de 6
horas 33 minutos para el impacto con atenuador, en
el mismo que se pudo evidenciar la correcta solución
del modelo matemático.
Pos procesamiento del modelo
Después de generar la solución se procede a evaluar
los resultados comparando los daños cuando no está
el atenuador y para cuando se instala el atenuador.
En la gura, se observa una vista lateral del impacto,
los grácos de la izquierda representan al evento sin
atenuador, mientras que los de la derecha al evento
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Figura 5. Vista lateral seccionada del impacto sin atenuador y con
atenuador.
Para comprobar los daños en el maniquí de pruebas
de impacto, se mide la aceleración en las partes
principales como se puede observar en la gura 5,
en donde la curva verde pertenece al ensayo sin
atenuador y la curva azul al ensayo con atenuador, las
unidades están expresadas en mm/s
2
.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 6. Grácas de comparación de aceleración en
el maniquí a) Cabeza, b) Pecho, c)Brazos, d) Pelvis,
e) Piernas
Después que se han obtenido los datos del pos
procesamiento del modelo, se procede a realizar un
análisis de los mismos.
En la gura 6, para las diferentes partes del cuerpo
del maniquí en las cuales se ha analizado el
comportamiento de la aceleración producida por
el impacto, se puede notar que existe una mayor
aceleración durante el evento sin atenuador (curva
verde) que el evento con atenuador (cruva azul).
Los valores máximos de aceleraciones para los dos
eventos se encuentran resumidos en la tabla 1.
Tabla 1. Resumen de aceleraciones en el maniquí para
evento sin atenuador y con atenuador (las unidades en
mm/s
2
)
Parte
maniquí
Aceleración
sin atenuador
Aceleración
con atenuador
Diferencia
Cabeza
1.22e6
7.03e5
517000
Pecho
6.44e5
4.72e5
172000
Brazos
1.29e6
6.90e5
600000
Pelvis
1.28e6
5.76e5
704000
Piernas
1.93e6
1.52e6
410000
Figura 7. Comparación de daños en los maniquíes
durante los dos eventos.
5. CONCLUSIONES
El atenuador de impacto reduce la deformación del
habitáculo del conductor del autobús en un porcentaje
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de 18,64% con respecto al impacto sin atenuador.
Las aceleraciones obtenidas en el maniquí Híbrido III
en el impacto del autobús sin atenuador, son mayores
que las obtenidas al impacto con el atenuador.
6. REFERENCIAS
[1] Castro, V. “Diseño de un atenuador de impactos
para un vehículo Fórmula SAE.” (2016).
[2] Rivera Rodríguez, Alex Fernando. Manual de
vericación de conformidad de producto en buses
según el Reglamento Técnico Ecuatoriano RTE
INEN 034: 2010 (segunda revisión). BS thesis.
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo,
2016.
[3] Silva Ramírez, Jorge Luis, Brito Palma, and
Milton Mario. Diseño y construcción de prototipo
de moto-oruga. BS thesis. LATACUNGA/
ESPE/2013, 2013.
[4] López Pintor Guzmán, Á. N. G. E. L. Diseño
y análisis mediante elementos nitos de un
atenuador de impacto para un vehículo de
competición. Diss. 2015.
[5] Santos Correa, Luis Alberto. Simulación por
el método de los elementos nitos del impacto
frontal de un bus interprovincial de fabricación
nacional, para proponer la modicación de la
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 1323:
2009. MS thesis. Universidad de las Fuerzas
Armadas ESPE. Maestría en Manufactura y
Diseño Asistidos por Computador., 2017.
[6] Sánchez, Emilio Velasco, Miguel Sánchez Lozano,
and Ramón Peral Orts, eds. XXI Congreso
Nacional de Ingeniería Mecánica: Libro de
Artículos. Universidad Miguel Hernández, 2016.
7. BIOGRAFÍA
1
Mario Brito Palma.- Ingeniero
Automotriz de la Escuela
Politécnica del Ejército Sede
Latacunga, Gerente General del
laboratorio de ensayos
computacionales
CEDINGENIERÍA S.A.
2
Andrés Gordón.- Magíster en
Diseño, Producción y
Automatización Industrial,
Ingeniero en Mecatrónica,
Docente del Departamento de
Ciencias de la Energía y Mecánica
de la Universidad de Fuerzas
Armadas ESPE.
3
Patricia Constante.- Magíster en
Diseño Producción y
Automatización Industrial,
Ingeniera en Mecatrónica,
Docente del Departamento
de Ciencias de la Energía y
Mecánica de la Universidad de
Fuerzas Armadas ESPE.
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 30 septiembre 2018
Fecha aceptación 20 noviembre 2018
BRITO M., GORDÓN A., CONSTANTE P., EVALUACIÓN DE UN ATENUADOR DE PUENTE DURANTE EL IMPACTO FRONTAL DE UN AUTOBÚS
MEDIANTE SOFTWARE DE SIMULACIÓN DE ELEMENTOS FINITOS.