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Tesis:

Spot-welded flanges contact modeling for the enhancement of linear finite element models accuracy. Application to the modal behavior correlation improvement of a vehicle structure

  • Autor: MARIANO VIANA MARTINS, Luis Guilherme

  • Título: Spot-welded flanges contact modeling for the enhancement of linear finite element models accuracy. Application to the modal behavior correlation improvement of a vehicle structure

  • Fecha: 2024

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES

  • Departamentos: INGENIERIA MECANICA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/80869/

  • Director/a 1º: ROMERO REY, Gregorio

  • Resumen: Las simulaciones estructurales de ingeniería han requerido modelos computacionales cada vez más complejos para sustituir a los ensayos físicos con precisión. Este trabajo se dedica especialmente al análisis numérico de estructuras de carrocerías de vehículos, cuyo tamaño y complejidad hacen inviable el uso de modelos no lineales de alta precisión, debido a los inviables esfuerzos computacionales implicados. El propósito de este estudio es encontrar una nueva metodología para modelar uniones soldadas por puntos en modelos lineales de elementos finitos de estructuras de carrocería de vehículos de paredes delgadas, mejorando la precisión del modelo sin aumentar su complejidad. Utilizando un conjunto de modelos no lineales simplificados, se ajustan las propiedades de rigidez y amortiguamiento de estas uniones soldadas, ajustes estes que, en seguida, se utilizan en un modelo lineal que representa toda la estructura de la carrocería del vehículo. Los resultados ajustados obtenidos son comparados con los ensayos físicos, desde lo que se puede percibir una clara mejora en la precisión de las respuestas modales y de frecuencia proporcionadas por el modelo lineal de elementos finitos, aunque manteniendo su nivel de complejidad inicial. En la secuencia, el modelo ajustado se utiliza en un análisis de optimización para reducir el peso de la estructura, disminuyendo también su coste, y además posibilitando reducciones importantes en el uso de los recursos naturales y en las emisiones de carbono. ABSTRACT Structural engineering simulations have required increasingly complex computational models to replace physical tests accurately. This work focuses on the numerical analysis of vehicle body structures, whose size and complexity make the use of very accurate nonlinear models unfeasible due to the prohibitive computational costs involved. The purpose of this study is to find a new approach to model spot-welded joints in linear finite element models of thin-wall vehicle body structures, improving the accuracy of the model without increasing its complexity. Using a set of simplified nonlinear models, the stiffness and damping properties of these welded joints are fitted, and those adjusted values are used in a linear model of the entire vehicle body structure. The results are compared with experimental tests, showing a clear improvement in the accuracy of the modal and frequency responses provided by the linear finite element model, but keeping its initial complexity level. The adjusted model is then used in an optimization analysis to reduce the structure's weight, leading to interesting cost savings and important reductions in the use of natural resources and carbon emissions.