Louis ghost chair ainamorell iratxegarcía

Louis ghost chair CAE Aina Morell e Iratxe GarcĂ­a 19-01-2015

ÍNDICE

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Enunciado

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Modelado de la silla

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Factor de seguridad según cálculo FEA

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Conclusiones

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ENUNCIADO Superficies, sillas y simulación Se modelará una silla de 100% de plástico, pudiendo usar algún tornillo si fuese necesario.

1. Se modelará la silla empleando superficies para obtener finalmente un sólido.

2. Se aplicarán diversas cargas y se obtendrá un informe de resultados.

Restricciones La silla final debe soportar 2000 N con un factor de seguridad muy similar a 1,2. el respaldo tendrá que soportar 1000 N horizontalmente con un factor de seguridad también de 1,2. No se quiere que la silla sea más resistente de lo que se pide en las anteriores restricciones.

Se requiere a. CAD3D de las diversas sillas que se han ido generando a lo largo del trabajo. b. Plano(s) con las modificaciones técnicas detalladas de cada modelo generado. c. Informes de resultados de las simulaciones de cada modelo (Word e edrawings). Imágenes con las configuraciones empleadas para calcular. d. Dosier con ficheros de cada modelo donde constará el peso y el factor de seguridad. Croquis a mano con la idea original y la evolución que ha ido sufriendo el modelo. Dosier con imágenes de cada modelo, donde habrá de constar el número de iteración, el peso y el factor de seguridad. e. Renderizados donde la imagen de la silla sea aproximadamente un A3 (con el nombre de los autores, asignatura, carrera cursada y año). f. Blog web donde se resuman los puntos d y e.

La intención de este dosier es hacer entender al observador en que ha consistido el proceso de diseño del objeto.

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INFORMACIÓN PREVIA Tras una intensiva búsqueda de modelos para esta práctica, llegamos a la silla Louis Ghost. Diseñada por Philippe Starck en 2002, es comercializada por la marca Kartell (http://kartellstorela.com/shop/louis-ghost/).

Se trata de una cómoda silla con posabrazos en policarbonato transparente y coloreado en el estilo Luis XV. Es la quintaesencia del barroco reinterpretado para sorprender, emocionar y cautivar. Louis Ghost es el ejemplo más atrevido en el mundo de la inyección de policarbonato en un solo molde. A pesar de su apariencia etérea y cristalina, Louis Ghost es estable y duradero, resistente a los golpes y a la intemperie. Además, también se pueden apilar seis de alto. Este artículo tiene un gran encanto y gran atractivo visual y aporta un toque de elegancia e ironía a cualquier estilo de casa o área pública.

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CROQUIS INICIAL

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Todo proyecto debe comenzar con el planteamiento de una idea. Los croquis nos ayudarรกn a plasmar dicho concepto y a organizar el proceso para llegar al modelado final de la silla.

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SILLA ORIGINAL Para el modelado del diseño de silla elegido, utilizamos las herramientas de superficies que SolidWorks pone a nuestro alcance. Tras conseguir que todas las superficies formen un todo mediante la operación “Coser”. Aplicamos un espesor de 3 mm en toda al pieza, grosor aproximado de piezas similares mediantes moldeo. El peso resultante es de 1637,16 gramos.

Todo el proceso seguido se encuentra en la pieza denominada Silla.SLDPRT. A la hora de realizar el estudio de tensiones, no es necesario que SolidWorks conozca el proceso de creación de la silla. Por lo tanto, para un manejo de la pieza y realización de los estudios más rápido, convertimos la pieza a un formato que solo guarda su morfología: STEP. A partir de ahora, todos los sólidos serán un sólido importado al que realizaremos cambios para evitar las tensiones máximas.

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Realizamos el primer estudio utilizando el fichero “Silla2.SLDPRT” para conocer los puntos críticos de nuestra silla.

Empezamos con la aplicación del material elegido, el policarbonato del diseño original. Como el material similar que nos proporciona SolidWorks carece de Límite elástico, creamos un POLICARBONATO personalizado introduciendo los valores que encontramos en la red.

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Al comenzar el análisis estático, analizamos el enunciado y empezamos a colocar las fuerzas que la silla debe soportar. En primer lugar, el asiento tiene que soportar un peso vertical de 2000 N. Restringimos el área de acción de la fuerza mediante la acción “Partir” para que el ensayo sea más realista.

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A continuación, el respaldo deberá soportar una carga de 1000 N en dirección horizontal. Como el respaldo no es muy elevado, se podría pensar que la espalda de un hipotético usuario cubriría en su totalidad el área. Por lo tanto, decidimos no restringir el área de acción de la fuerza.

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A continuación, simulamos el efecto del suelo sobre la silla. Una de las patas traseras estará “empotrada” para que Solid Works tenga una referencia sobre la que aplicar las fuerzas.

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A continuación, simulamos el efecto del suelo sobre la silla. Una de las patas traseras estará “empotrada” para que Solid Works tenga una referencia sobre la que aplicar las fuerzas.

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Las otras tres patas irán apoyadas en una hipotética superficie, por lo tanto su movimiento solo estará restringido en dirección vertical.

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Las otras tres patas irán apoyadas en una hipotética superficie, por lo tanto su movimiento solo estará restringido en dirección vertical.

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Antes de su mallado y ejecuci贸n, todas las fuerzas que se aplicar谩n sobre la silla son las siguientes.

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Para el análisis tensional del sólido, dividimos la pieza en tetraedros mediante un mallado. La distancia mínima que habrá entre tetraedros será inicialmente de 17 mm. Sin embargo, a la hora del mallado final, para que los resultados sean verídicos, se necesita que el tetraedro más pequeño mida un tercio de la dimensión mínima de la pieza. Una vez la malla está lista, el análisis estático está listo para ser ejecutado.

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Ejecutamos el anรกlisis y vemos como por ahora el factor de seguridad es muy inferior a uno (0,29), por lo tanto se habrรก de modificar la pieza.

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Observamos las tensiones resultantes. El problema principal se sitĂşa en la parte delantera del asiento de la silla.

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Buscamos el punto donde la pieza falla principalmente, donde la tensi贸n es m谩xima.

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Vemos como el fallo se encuentra en el modelado y en como la placa lateral del asiento no toca la pata. Tenemos que conseguir que dichas partes de la silla sean continuas para poder solucionar la tensi贸n resultante.

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ITERACIĂ“N 1 Para solucionar el fallo anterior extruĂ­mos la silueta de la pata para rellenar la brecha. Este modelo pesa 1640,10 gramos.

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Utilizando la misma malla, volvemos a realizar el análisis y obtenemos los siguiente resultado: el factor de seguridad vuelve a ser mínimo (0,23). Deberemos buscar la discontinuidad que provoca la tensión máxima.

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La tensi贸n cr铆tica se encuentra de nuevo en la parte anterior del asiento.

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Vemos que la tensi贸n se concentra en la esquina.

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Nos acercamos más a la arista para ver el punto exacto que hace que la pieza rompa, y vemos como esta alta tensión está en un lugar muy localizado y mínimo. Sin embargo, a pesar de la pequeña área que ocupa, haría que nuestra silla rompiera al instante.

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ITERACIÓN 2 Para evitar la concentración de tensiones, realizamos un redondeo en dicha esquina. Este modelo pesa 1640,13 gramos.

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Mediante otro análisis estático, comprobamos si la nueva geometría reduce la tensión máxima. Vemos como el factor de seguridad mínimo ha subido de 0,23 a 0,43. seguimos necesitando modificar la silla.

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Buscamos la tensi贸n m谩xima y su localizaci贸n para poder modificar la geometr铆a conflictiva.

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La tensi贸n m谩xima se encuentra en uno de los posabrazos.

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Se trata de un arista resultante del modelado por superficies, en concreto, por el corte entre dos superficies, posteriormente hechas s贸lido mediante espesor.

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Este espesor provoca una doble arista a poca distancia que provoca concentraci贸n de tensiones.

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ITERACIĂ“N 3 Este serĂ­a el fallo que provoca las tensiones anteriormente nombradas.

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Decidimos arreglar este error mediante un redondeo que disipe las tensiones en dicho punto. La silla resultante de esta modificaci贸n pesa 1640,13 gramos.

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Tras realizar otro estudio estรกtico, el anรกlisis determina un factor de seguridad menor al anterior (0,24). Por lo tanto, las tensiones que se acumulaban en esta parte de la silla se han desplazado a otro lugar cercano de forma mรกs concentrada.

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Para corregir estas tensiones, las localizamos dentro de la pieza.

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Estas se encuentran en una arista muy cercana a la anterior corregida, pero esta coincide con la uni贸n de la parte superior del asiento y la pata.

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Vemos una ampliaci贸n de la parte donde la pieza romper铆a.

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ITERACIĂ“N 4 Justo antes del arreglo la pieza serĂ­a la siguiente.

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Para eliminar esta discontinuidad, decidimos hacer una uniĂłn continua entre el espesor interior de la pata y el asiento.

AĂąadimos redondeos que eliminen las concentraciones de tensiones en las aristas que resultarĂ­an. Este modelo pesa 1651,38 gramos.

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Ejecutamos el anรกlisis estรกtico y observamos como el factor de seguridad aumenta considerablemente a 0,56.

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Aún así, necesitamos seguir modificando la silla para reducir las tensiones máximas. Las localizamos en la unión pataasiento.

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Ampliamos la parte conflictiva y vemos que se encuentra en el a単adido que hemos realizado.

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ITERACIÓN 5 Antes de la operación que disipe las tensiones la parte conflictiva es la siguiente.

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Como en ocasiones anteriores, una operaciĂłn tan sencilla como puede ser un redondeo mĂ­nimo de medio milĂ­metro afecta de forma vital en las concentraciones de tensiones. Este modelo de silla pesa 1651,38 gramos.

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El factor de seguridad se mantiene aproximadamente constante (0,55).

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Sin embargo con la 煤ltima modificaci贸n hemos conseguido eliminar las concentraciones de la parte anterior de la silla.

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Buscamos en la parte posterior y encontramos el fallo de tensiones en el sitio m谩s l贸gico que podr铆an estar: uni贸n pataasiento

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Al acercarnos mĂĄs a la discontinuidad vemos un error de modelado que deja una pequeĂąa brecha entre asiento y pata.

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ITERACIĂ“N 6 Esta es la morfologĂ­a de la fisura que provoca las tensiones en el modelo de silla.

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Para solucionar el fallo anterior debemos rellenar dicha grieta y por lo tanto extruĂ­mos la silueta de la pieza hasta el asiento. Este modelo pesa 1663,82 gramos.

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Con la misma malla inicial, volvemos a ejecutar el análisis estático. El factor de seguridad vuelve aumentar, pero en pequeña proporción (0,59).

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Vuelven a deslocalizarse las tensiones mรกximas.

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Las encontramos cerca de la uni贸n con la pata, sin embargo se encuentran en la parte inferior del asiento.

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Ampliadas, encontramos que las tensiones se concentran cerca de una de las aristas que dan forma al asiento.

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ITERACIÓN 7 Así sería el modelo antes de la modificación que disipa las tensiones de la arista del asiento.

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Para hacer una geometría más fluida hacemos que la arista se forme más alejada de la unión entre la pata y el asiento y además, la redondeamos. El modelo de silla resultante tiene un peso de 1663,82 gramos.

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Vemos como el factor de seguridad ha disminuido en comparaci贸n con el anterior, pasa de 0,59 a 0,56.

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Localizamos las tensiones resultantes.

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Volvemos a encontrar en el mismo sitio las tensiones mรกximas.

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El redondeo solo ha conseguido desplazar las tensiones, pero no eliminarlas. Por lo tanto, se deberรก buscar otra estrategia que consiga que las tensiones se repartan.

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ITERACIĂ“N 8 Nos decidimos por crear una geometrĂ­a encima de la siguiente pieza.

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Colocamos dos nervios en la parte posterior para eliminar las tensiones existentes en la parte posterior de la silla. Este modelo resultante de silla pesa 1673,00 gramos.

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El factor de seguridad vuelve a caer en picado a 0,32.

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Se crean tensiones ahora en la parte anterior de la silla.

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Dichas tensiones son similares que las que acabamos de analizar.

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Como las tensiones son similares, realizaremos un proceso similar

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ITERACIÓN 9 Esta sería la vista de la silla vista desde abajo antes de ser modificada para la disipación de tensiones.

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Con el objetivo de trasladar las tensiones a otro punto de la silla de forma repartida, decidimos poner nervios similares a los anteriores. La silla resultante de esta modificaci贸n pesa 1686,97 gramos.

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Ejecutamos el anรกlisis manteniendo la malla inicial y el factor de seguridad sube a 0,61, lo mรกximo obtenido hasta el momento.

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Localizamos las nuevas tensiones mรกximas

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A pesar del aumento en el factor de seguridad, vemos que las tensiones vuelven cerca de los nervios colocados. Esto nos hace pensar que por muchos nervios que pongamos en esta posici贸n s贸lo conseguiremos desplazar las tensiones de delante a atr谩s en el asiento.

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ITERACIĂ“N 10 Volveremos a modificar la parte inferior de la silla.

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Descartamos la inclusi贸n de m谩s nervios por la ineficiencia al disipar las tensiones que aparecen en las aristas del asiento.

Por lo tanto, buscamos una nueva estrategia para arreglar las imperfecciones. Como en los resultados anteriores, el asiento siempre est谩 bombeado por el centro, decidimos corregir esta deformaci贸n para evitar que aparezcan tensiones innecesarias. Atravesamos verticalmente el asiento. La silla resultante pesa 1828,60 gramos.

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Vemos que con un nervio de este tipo, el factor de seguridad sube de forma exponencial y llega a un valor de 1,7. Sin embargo, este valor supera el 1,2 aproximado que buscamos.

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El mapa de tensiones correspondiente es el siguiente.

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ITERACIÓN 11 Necesitamos una operación que reduzca el factor de seguridad.

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Al ver la eficacia del muro para la contenci贸n de tensiones, decidimos probar a eliminar los cuatro nervios para reducir el factor de seguridad. La silla resultante de dicha operaci贸n pesa 1828,60 gramos.

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Sin embargo, el factor de seguridad aumenta a 1,8.

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Las tensiones que producĂ­an los nervios que hemos eliminado bajaban el factor de seguridad.

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ITERACIĂ“N 12 Ahora tendremos que jugar con la geometrĂ­a del muro para reducir el factor de seguridad.

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Tras hacer varias pruebas de anรกlisis estรกticos con diferentes grosores y alturas, determinamos el espesor y la altura รณptima para que el factor de seguridad sea aproximadamente 1,2. El peso de la silla resultante es de 1733,07 gramos.

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Como la malla que estamos utilizando tiene los tetraedros muy grandes, todas estas medidas son aproximadas. Así que malla que aplicaremos para esta última simulación, será de un tercio del espesor mínimo, en nuestro caso: un milímetro.

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Una vez mallada la silla, nos disponemos a realizar el Ăşltimo anĂĄlisis.

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Gracias a las diferentes pruebas, hemos determinado exactamente 1,2 como factor de seguridad.

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El mapa de tensiones final es el siguiente.

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Las tensiones máximas recaen sobre el refuerzo que hemos colocado. Nunca superan el límite elástico.

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Aina Morell e Iratxe García – Diseño asistido por ordenador- Ingeniería de Diseño Industrial y desarrollo del producto - 2015

CONCLUSIONES Podemos decir que este trabajo nos ha sido de ayuda en tres puntos importantes: • En primer lugar, aunque ya habíamos trabajado con superficies, nos ha servido para reforzar nuestros conocimientos sobre el modelado basado en ellas. También cabe decir el paso vital a cumplir durante el modelado por superficies es el que lo convierte en sólido, en nuestro caso añadiendo espesor. Este ha sido el punto del proyecto que más complicaciones ha supuesto, limitando a nuestra silla a tener un grosor pequeño de 3 mm. Cualquier medida superior SolidWorks tenía errores.

• Por otra parte, cabe destacar que a la hora de buscar el factor de seguridad óptimo para la silla, como ya hemos explicado antes, en un principio nos teníamos que ir fijando en las pequeñas inconsistencias que había entre los sólidos de la silla e ir arreglándolas. Una vez conseguimos esta parte, tuvimos que centrarnos en ir añadiendo nervios a modo de refuerzo. Fue aquí cuando nos dimos cuenta que ir añadiendo pequeños nervios donde aparecían inconsistencias no era la solución más adecuada ya que de esta manera tendríamos que haber puesto muchos nervios en cada parte donde aparecieran tensiones. De esta deducción partimos para llegar a la idea de colocar un nervio grande en la zona crítica de la silla. El resultado de esta modificación fue toda una sorpresa para nosotras, ya que hizo que el factor de seguridad aumentara más de lo esperado y que pudiéramos quitar nervios añadidos anteriormente.

Con este proyecto nos hemos dado cuenta que siempre se debe tener conocimiento de lo que se está haciendo, si no supiéramos la zona que estudiábamos y a corregir, nunca hubiéramos localizado ese nervio estratégicamente en su posición. Por otra parte, una de las operaciones claves para reducir tensiones puntuales y aumentar el factor de seguridad fue aplicar redondeos en zonas de tensiones elevadas. Dichos redondeos suelen ser mínimos, y a la hora de mecanizar el molde, aparecerían directamente debido a la cabeza de la herramienta.

También cabe decir que hemos conseguido una silla muy ligera a la cual no hemos tenido que añadir mucho material para obtener el factor de seguridad de 1,2. La silla original no posee el nervio central que nos hemos visto obligadas a colocar, sin embargo, como ya hemos comentado, SolidWorks nos ha limitado el grosor de la silla. Se puede pensar que con un grosor mayor probablemente ese nervio no hubiera sido necesario.

• Por último, también queríamos mencionar que con este ejercicio se ponen en práctica conocimientos adquiridos en otras asignaturas relacionadas con la mecánica y todos los puntos aprendidos durante el curso, pudiendo asimilarlos mejor y observar aplicaciones reales. A la hora de diseñar cualquier objeto se ha de tener en cuenta si este se romperá o no para garantizar la seguridad de sus usuarios.

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