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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS
Ingeniería Asistida por computadora Práctica 2
Endra Paulina Flores Romero
Ingeniería Mecatrónica 4MM1 M. Carlos Daniel Rico Mandujano 12 de marzo del 2019
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Introducción El uso de herramientas computacionales para la resolución de problemas mecánicos cobra suma importancia a la hora de realizar un diseño, ya que nos permiten obtener datos de importancia sin la necesidad de realizar todos los cálculos que ello implica, lo cual nos ahorra tiempo y nos permite replantear el diseño en caso de no obtener los resultados esperados. SolidWorks Simulation es un software de simulación ingenieril que nos permite realizar el análisis de estructuras estáticas, dinámicas entre muchas otras cosas. A lo largo de este reporte se presenta el desarrollo de varios problemas de estructuras resueltos con ayuda de SolidWorks.
Objetivos 1. Simular los ejercicios propuestos en clase con el software indicado por el docente (SolidWorks). 2. Interpretar de manera adecuada los resultados obtenidos de las simulaciones. 3. Crear un informe con la información más relevante de cada ejercicio. Marco Teórico Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo. Importancia de la simulación en la Ingeniería
A través de un estudio de simulación, se puede estudiar el efecto de cambios internos y externos del sistema, al hacer alteraciones en el modelo del sistema y observando los efectos de esas alteraciones en el comportamiento del sistema.
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Una observación detallada del sistema que se está simulando puede conducir a un mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que mejoren la operación y eficiencia del sistema.
La simulación de sistemas complejos puede ayudar a entender mejor la operación del sistema, a detectar las variables más importantes que interactúan en el sistema y a entender mejor las interrelaciones entre estas variables.
La técnica de simulación puede ser utilizada para experimentar con nuevas situaciones, sobre las cuales tiene poca o ninguna información. A través de esta experimentación se puede anticipar mejor a posibles resultados no previstos.
Cuando nuevos elementos son introducidos en un sistema, la simulación puede ser usada para anticipar cuellos de botella o algún otro problema que puede surgir en el comportamiento del sistema.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Desarrollo
Análisis Estático de piezas 1. Problema Determine el alargamiento axial, así como la localización y la magnitud del esfuerzo máximo de Von Mises en la biela mostrada en la figura.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (AISI 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre el interior del círculo más grande.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se aplica la fuerza en el interior del círculo pequeño seleccionando la operación de cargas externas. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (cara en color rosa).
Finalmente se crea la malla con tamaño de 5mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Pieza enmallada lista para aplicar sus respectivas simulaciones.
Simulaciones Simulación de deformación, la imagen muestra en color rojo el área que sufrirá una deformación mayor de 1.567mm esto se debe a la carga aplicada y en color azul la deformación mínima casi imperceptible.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de Von Mises, de igual forma se puede observar que existe una mayor concentración de esfuerzos donde se aplica la carga.
Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 2.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 2. Problema La pieza mostrada en la figura 1 está diseñada para fabricarse en una aleación de aluminio 1060 H16 y para que soporte una carga de 12000N. Verifique que la pieza es capaz de soportar la carga. Identifique las zonas que presentan mayor concentración de esfuerzos.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Aluminio 1060 H16). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre el interior de los círculos pequeños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner las cargas externas es importante poner un sistema de coordenadas para que estén orientadas de manera adecuada. Para ello se dibuja un punto que se tomará como referencia y después se elige la operación de sistemas coordenadas seleccionando el punto y eligiendo la el eje que se desee que cambie de dirección (eje z).
Posteriormente se aplica la fuerza en el interior de los círculos (rodamientos) seleccionando la operación de cargas externas. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (sistema de coordenadas).
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se crea la malla con tamaño de 6mm.
. Simulaciones Simulación de Von Mises, se puede observar que existe una mayor concentración de esfuerzo al contorno de los círculos interiores con un valor de 1.118e+008 sobre pasando el limite elástico permisible.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1.
Dado que la pieza va a fallar es necesario modificar la geometría para reducir los esfuerzos de concentración.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Ahora la pieza es capaz de soportar la carga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 3. Problema La pieza mostrada en la figura 2 debe soportar una carga de 2000 N, garantizando un Factor de Seguridad FS = 2. Indique que material sugiere que debe usarse. Simplifique el modelo al máximo.
Solución Para simplificar el uso de recursos se divide la pieza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Dado que se partió la pieza en dos es necesario aplicar la operación de sujeciones avanzadas y aplicar una simetría.
Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona nuevamente la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre el interior de los círculos pequeños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner las cargas externas es importante poner un sistema de coordenadas para que estén orientadas de manera adecuada. Para ello se dibuja un punto que se tomará como referencia y después se elige la operación de sistemas coordenadas seleccionando el punto y eligiendo la el eje que se desee que cambie de dirección (eje z). Este paso se hará dos veces, para cada uno de los círculos.
Posteriormente se aplica la fuerza en el interior de los círculos (rodamientos) seleccionando la operación de cargas externas. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (sistema de coordenadas).Dado que se necesita que soporte una carga de 2000N a cada uno de los círculos se les aplicara solo 500N ya que cada uno se le aplica 1000N.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se crea la malla con tamaño de 4mm.
. Simulaciones Simulación de deformación.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Con el límite elástico permitido y el obtenido se puede deducir que el material elegido es el correcto Acero 1020. Sin embargo para tener la seguridad de que las suposiciones eran correctas se procedió a realizar un análisis de factor de seguridad.
El factor de seguridad que es en realidad de 5.3 por lo que el material es el adecuado.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 4. Problema La pieza mostrada en la figura debe fabricarse en una aleación de aluminio 1060 H16 para soportar una carga de 4000 N. Si la pieza no es capaz de soportar la carga, modifique la geometría de la misma
para
garantizar
que
pueda
soportarla. Las dimensiones mostradas no pueden ser modificadas.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Aluminio 1060 H16). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre la base de cada uno de los cilindros pequeños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner la fuerza es importante poner un sistema de coordenadas para que esté orientada de manera adecuada. Para ello se dibuja un punto que se tomará como referencia y después se elige la operación de sistemas coordenadas seleccionando el punto y eligiendo la el eje que se desee que cambie de dirección (eje z).
Posteriormente se aplica la fuerza en el espesor del cilindro más grande. Seleccionando la operación de fuerza. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (sistema de coordenadas). Nota: El sistema de coordenada no fue necesario.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se crea la malla con tamaño de 7mm.
. Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el limite elástico está muy por encima del esfuerzo máximo de la pieza por lo tanto se puede deducir que no se tendrá que hacer ninguna modificación sobre la pieza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable.
Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
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5. Problema Diseñe un gancho que soporte una carga de 2000 N para que pueda ser usado en una grúa industrial. Justifique la geometría y el material utilizado.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (AISI 1045 estirado en frio). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija en el aro del ancla.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner la fuerza es necesario indicar la dirección apropiada. En este caso se aplicó en la de planta dado que la fuerza tiene esta orientación.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 6mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el limite elástico está muy por encima del esfuerzo máximo de la pieza por lo tanto se puede deducir que no se tendrá que hacer ninguna modificación sobre la pieza.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
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6. Problema Determine cuál es la carga máxima de tensión que puede soportar el siguiente componente fabricado en acero.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (AISI 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija en uno de los orificios, con el objetivo de que no altere las simulaciones y respetando la ley de Newton.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner la fuerza es necesario indicar la dirección apropiada. En este caso se aplicó en la de planta dado que la fuerza tiene esta orientación.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 3mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el límite elástico por encima del esfuerzo máximo de la pieza por lo tanto se puede deducir que no se tendrá que hacer ninguna modificación sobre la pieza.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en elarea donde se aplica la fuerza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
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Análisis Estático de Ensambles 7. Problema Determine si las piezas del siguiente ensamble son capaces de soportar una carga de 2500N.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Continuamente se asignan los materiales a cada pieza. En este caso todas las materias excepto el eje central fueron de hierro maleable y el eje central fue de Acero 1020.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Después se aplicaron las restricciones (geometría fija) al ensamble, sobre la placa superior.
En seguida se aplicó una fuerza de 2500N sobre la rueda con dirección hacia la placa superior.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se define el contacto entre cada componente para ello se siguen los siguientes pasos:
El contacto que hay entre estos dos componentes es sin penetración. Esta parte se hará dos veces una por cada apoyo del eje.
Posteriormente se agregan los conectores, en esta ocasión se utilizaron pernos.
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Finalmente se enmalla, con un tamaño de 7mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Dado que se prestaba un problema a la hora de realizar la simulación se optó por poner este parámetro. Ya que el eje central es mm más pequeño que los orificios de apoyo del eje central.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el ensamble no presenta fallas preocupantes ya que su límite elástico máximo ronda entre 1.65e7 N/m2.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en elarea donde se aplica la fuerza.
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Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
El factor de seguridad esta bastante sobrado por lo que se puede tener total seguridad de que no fallara.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 8. Problema
Determine el factor de seguridad mínimo del ensamble si se aplica una carga de tensión de 3lbf.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Sin embargo es necesario simplificar el ensamble, para ello se desactivaron los las tachuelas del ensamble.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Continuamente se asignan los materiales a cada pieza. En este caso todas las materias fueron de Acero 1020.
Después se aplicaron las restricciones (geometría fija) al ensamble, sobre la cara.
También se aplicó otra restricción sobre la cara opuesta. Con el fin de que a la hora que se ejerza la fuerza se desplace junta.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS En seguida se aplicó una fuerza de 3000 lbf en el interior del cilindro.
Posteriormente se agregan los conectores, en esta ocasión se utilizaron pasadores.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se enmalla, con un tamaño de 5mm.
Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el ensamble no presenta fallas ya que su límite elástico máximo ronda entre 3.516e8.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en el área donde se aplica la fuerza.
Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
El factor de seguridad esta bastante sobrado por lo que se puede tener total seguridad de que no fallara.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 9. Problema El ensamble mostrado se monta sobre una viga S200 x 34 para soportar una carga de 1 Ton. Determine si el ensamble es capaz de soportar la carga y si no es así, proponga qué cambios pueden hacerse para que la soporte. La imagen que se muestra debajo es del ensamble simplificado con el que se trabaja para realizar las simulaciones.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Continuamente se asignan los materiales a cada pieza. En este caso todas las materias fueron de Acero 1020.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Después se aplicaron las restricciones (geometría fija) al ensamble, sobre los agujeros superiores de las placas.
En seguida se aplicó una fuerza de 9807 N ya que es el equivalente a una tonelada fuerza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se define el contacto entre cada componente para ello se siguen los siguientes pasos:
El contacto que hay entre estos dos componentes es sin penetración. Esta parte se hará dos veces una por cada apoyo del eje.
Posteriormente se agregan los conectores, en esta ocasión se utilizaron pasadores.
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Finalmente se enmalla, con un tamaño de 9.5mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Dado que se prestaba un problema a la hora de realizar la simulación se optó por poner este parámetro. Ya que el eje central es mm más pequeño que los orificios de las otras dos piezas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el ensamble no presenta fallas ya que su límite elástico máximo ronda entre 3.516e8.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en el área donde se aplica la fuerza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS
Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
El factor de seguridad esta bastante sobrado por lo que se puede tener total seguridad de que no fallara.
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Análisis Estático y Pandeo de Vigas 10. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre una cara de la viga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se agrega la fuerza de compresión de 25000lb sobre la otra cara restante.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 37.5mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga no sufrirá ninguno por que 1.622>1.
Simulación de análisis estático. La viga no presenta concentraciones de esfuerzos dado que el límite elástico está muy por encima. Por lo tanto se puede tener seguridad de que la viga no presentara fallas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 19 por lo tanto la viga tiene la capacidad de soportar 19 veces más esa carga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 11. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre las líneas de partición.
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Posteriormente se agregan la fuerza de 25000lb sobre las lienas de partición.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 37.5mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga no sufrirá ninguno por que 2.199>1.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de análisis estático. La viga presenta concentraciones de esfuerzos dado que el límite elástico está por debajo de la requerida. Por lo tanto es necesario ver su factor de seguridad.
Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 0.5 por lo tanto la viga tiene la capacidad solo de soportar la mitad de la carga que se le está aplicando.
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 12. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre una cara de la viga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se agrega la fuerza de compresión de 25000lb sobre la otra cara restante.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 55.7mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga no sufrirá ninguno por que 2.84>1.
Simulación de análisis estático. La viga no presenta concentraciones de esfuerzos dado que el límite elástico está muy por encima. Por lo tanto se puede tener seguridad de que la viga no presentara fallas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 34 por lo tanto la viga tiene la capacidad de soportar 34 veces más esa carga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 13. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre las líneas de partición.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se agregan las fuerzas de 20KN y 40KN sobre las lienas de partición.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 55.7 mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga sufrirá no por que 6.29>1.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de análisis estático. La viga no presenta concentraciones de esfuerzos graves ya que el límite elástico está por encima de la requerida. Por lo tanto es necesario ver su factor de seguridad para comprobar.
Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 1.2 por lo tanto la viga si podrá soportar las fuerzas aplicadas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Conclusiones La práctica me pareció muy interesante dado que en la práctica anterior se realizaron simulaciones muy similares en otros programas (Ansys) sin embargo los que se utilizaron tenían ciertas restricciones y era más tedioso el proceso. En cambio SolidWorks hace mucho más sencillo el proceso y aparte permite modificar la pieza y crear una infinidad de análisis. Es muy importante comprender los conceptos teóricos y lo que hay detrás de cada simulación dado que de nada sirve realizar simulaciones si al final de cuenta no se pueden interpretar los resultados. Esta herramienta es muy útil dado que reduce el trabajo (cálculos) y tiene la libertad de estar modificando el diseño hasta que los resultados sean satisfactorios para el usuario. Endra Paulina Flores Romero
Bibliografía Fimbres, J. (1970, January 01). La importancia de la simulación en la Ingeniería Industrial.
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importancia-de-la-simulacion-en-la.html
Ingeniería Asistida por computadora Práctica 2
Endra Paulina Flores Romero
Ingeniería Mecatrónica 4MM1 M. Carlos Daniel Rico Mandujano 12 de marzo del 2019
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Introducción El uso de herramientas computacionales para la resolución de problemas mecánicos cobra suma importancia a la hora de realizar un diseño, ya que nos permiten obtener datos de importancia sin la necesidad de realizar todos los cálculos que ello implica, lo cual nos ahorra tiempo y nos permite replantear el diseño en caso de no obtener los resultados esperados. SolidWorks Simulation es un software de simulación ingenieril que nos permite realizar el análisis de estructuras estáticas, dinámicas entre muchas otras cosas. A lo largo de este reporte se presenta el desarrollo de varios problemas de estructuras resueltos con ayuda de SolidWorks.
Objetivos 1. Simular los ejercicios propuestos en clase con el software indicado por el docente (SolidWorks). 2. Interpretar de manera adecuada los resultados obtenidos de las simulaciones. 3. Crear un informe con la información más relevante de cada ejercicio. Marco Teórico Simulación es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo. Importancia de la simulación en la Ingeniería
A través de un estudio de simulación, se puede estudiar el efecto de cambios internos y externos del sistema, al hacer alteraciones en el modelo del sistema y observando los efectos de esas alteraciones en el comportamiento del sistema.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS
Una observación detallada del sistema que se está simulando puede conducir a un mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que mejoren la operación y eficiencia del sistema.
La simulación de sistemas complejos puede ayudar a entender mejor la operación del sistema, a detectar las variables más importantes que interactúan en el sistema y a entender mejor las interrelaciones entre estas variables.
La técnica de simulación puede ser utilizada para experimentar con nuevas situaciones, sobre las cuales tiene poca o ninguna información. A través de esta experimentación se puede anticipar mejor a posibles resultados no previstos.
Cuando nuevos elementos son introducidos en un sistema, la simulación puede ser usada para anticipar cuellos de botella o algún otro problema que puede surgir en el comportamiento del sistema.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Desarrollo
Análisis Estático de piezas 1. Problema Determine el alargamiento axial, así como la localización y la magnitud del esfuerzo máximo de Von Mises en la biela mostrada en la figura.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (AISI 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre el interior del círculo más grande.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se aplica la fuerza en el interior del círculo pequeño seleccionando la operación de cargas externas. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (cara en color rosa).
Finalmente se crea la malla con tamaño de 5mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Pieza enmallada lista para aplicar sus respectivas simulaciones.
Simulaciones Simulación de deformación, la imagen muestra en color rojo el área que sufrirá una deformación mayor de 1.567mm esto se debe a la carga aplicada y en color azul la deformación mínima casi imperceptible.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de Von Mises, de igual forma se puede observar que existe una mayor concentración de esfuerzos donde se aplica la carga.
Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 2.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 2. Problema La pieza mostrada en la figura 1 está diseñada para fabricarse en una aleación de aluminio 1060 H16 y para que soporte una carga de 12000N. Verifique que la pieza es capaz de soportar la carga. Identifique las zonas que presentan mayor concentración de esfuerzos.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Aluminio 1060 H16). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre el interior de los círculos pequeños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner las cargas externas es importante poner un sistema de coordenadas para que estén orientadas de manera adecuada. Para ello se dibuja un punto que se tomará como referencia y después se elige la operación de sistemas coordenadas seleccionando el punto y eligiendo la el eje que se desee que cambie de dirección (eje z).
Posteriormente se aplica la fuerza en el interior de los círculos (rodamientos) seleccionando la operación de cargas externas. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (sistema de coordenadas).
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se crea la malla con tamaño de 6mm.
. Simulaciones Simulación de Von Mises, se puede observar que existe una mayor concentración de esfuerzo al contorno de los círculos interiores con un valor de 1.118e+008 sobre pasando el limite elástico permisible.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1.
Dado que la pieza va a fallar es necesario modificar la geometría para reducir los esfuerzos de concentración.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Ahora la pieza es capaz de soportar la carga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 3. Problema La pieza mostrada en la figura 2 debe soportar una carga de 2000 N, garantizando un Factor de Seguridad FS = 2. Indique que material sugiere que debe usarse. Simplifique el modelo al máximo.
Solución Para simplificar el uso de recursos se divide la pieza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Dado que se partió la pieza en dos es necesario aplicar la operación de sujeciones avanzadas y aplicar una simetría.
Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona nuevamente la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre el interior de los círculos pequeños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner las cargas externas es importante poner un sistema de coordenadas para que estén orientadas de manera adecuada. Para ello se dibuja un punto que se tomará como referencia y después se elige la operación de sistemas coordenadas seleccionando el punto y eligiendo la el eje que se desee que cambie de dirección (eje z). Este paso se hará dos veces, para cada uno de los círculos.
Posteriormente se aplica la fuerza en el interior de los círculos (rodamientos) seleccionando la operación de cargas externas. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (sistema de coordenadas).Dado que se necesita que soporte una carga de 2000N a cada uno de los círculos se les aplicara solo 500N ya que cada uno se le aplica 1000N.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se crea la malla con tamaño de 4mm.
. Simulaciones Simulación de deformación.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Con el límite elástico permitido y el obtenido se puede deducir que el material elegido es el correcto Acero 1020. Sin embargo para tener la seguridad de que las suposiciones eran correctas se procedió a realizar un análisis de factor de seguridad.
El factor de seguridad que es en realidad de 5.3 por lo que el material es el adecuado.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 4. Problema La pieza mostrada en la figura debe fabricarse en una aleación de aluminio 1060 H16 para soportar una carga de 4000 N. Si la pieza no es capaz de soportar la carga, modifique la geometría de la misma
para
garantizar
que
pueda
soportarla. Las dimensiones mostradas no pueden ser modificadas.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Aluminio 1060 H16). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija sobre la base de cada uno de los cilindros pequeños.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner la fuerza es importante poner un sistema de coordenadas para que esté orientada de manera adecuada. Para ello se dibuja un punto que se tomará como referencia y después se elige la operación de sistemas coordenadas seleccionando el punto y eligiendo la el eje que se desee que cambie de dirección (eje z).
Posteriormente se aplica la fuerza en el espesor del cilindro más grande. Seleccionando la operación de fuerza. Tomando en cuenta que se necesita tomar una referencia (sistema de coordenadas). Nota: El sistema de coordenada no fue necesario.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se crea la malla con tamaño de 7mm.
. Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el limite elástico está muy por encima del esfuerzo máximo de la pieza por lo tanto se puede deducir que no se tendrá que hacer ninguna modificación sobre la pieza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable.
Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
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5. Problema Diseñe un gancho que soporte una carga de 2000 N para que pueda ser usado en una grúa industrial. Justifique la geometría y el material utilizado.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (AISI 1045 estirado en frio). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija en el aro del ancla.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner la fuerza es necesario indicar la dirección apropiada. En este caso se aplicó en la de planta dado que la fuerza tiene esta orientación.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 6mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el limite elástico está muy por encima del esfuerzo máximo de la pieza por lo tanto se puede deducir que no se tendrá que hacer ninguna modificación sobre la pieza.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
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6. Problema Determine cuál es la carga máxima de tensión que puede soportar el siguiente componente fabricado en acero.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Enseguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (AISI 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se selecciona la operación de sujeciones y se aplica una geometría fija en uno de los orificios, con el objetivo de que no altere las simulaciones y respetando la ley de Newton.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poner la fuerza es necesario indicar la dirección apropiada. En este caso se aplicó en la de planta dado que la fuerza tiene esta orientación.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 3mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el límite elástico por encima del esfuerzo máximo de la pieza por lo tanto se puede deducir que no se tendrá que hacer ninguna modificación sobre la pieza.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en elarea donde se aplica la fuerza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
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Análisis Estático de Ensambles 7. Problema Determine si las piezas del siguiente ensamble son capaces de soportar una carga de 2500N.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Continuamente se asignan los materiales a cada pieza. En este caso todas las materias excepto el eje central fueron de hierro maleable y el eje central fue de Acero 1020.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Después se aplicaron las restricciones (geometría fija) al ensamble, sobre la placa superior.
En seguida se aplicó una fuerza de 2500N sobre la rueda con dirección hacia la placa superior.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se define el contacto entre cada componente para ello se siguen los siguientes pasos:
El contacto que hay entre estos dos componentes es sin penetración. Esta parte se hará dos veces una por cada apoyo del eje.
Posteriormente se agregan los conectores, en esta ocasión se utilizaron pernos.
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Finalmente se enmalla, con un tamaño de 7mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Dado que se prestaba un problema a la hora de realizar la simulación se optó por poner este parámetro. Ya que el eje central es mm más pequeño que los orificios de apoyo del eje central.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el ensamble no presenta fallas preocupantes ya que su límite elástico máximo ronda entre 1.65e7 N/m2.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en elarea donde se aplica la fuerza.
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Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
El factor de seguridad esta bastante sobrado por lo que se puede tener total seguridad de que no fallara.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 8. Problema
Determine el factor de seguridad mínimo del ensamble si se aplica una carga de tensión de 3lbf.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Sin embargo es necesario simplificar el ensamble, para ello se desactivaron los las tachuelas del ensamble.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Continuamente se asignan los materiales a cada pieza. En este caso todas las materias fueron de Acero 1020.
Después se aplicaron las restricciones (geometría fija) al ensamble, sobre la cara.
También se aplicó otra restricción sobre la cara opuesta. Con el fin de que a la hora que se ejerza la fuerza se desplace junta.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS En seguida se aplicó una fuerza de 3000 lbf en el interior del cilindro.
Posteriormente se agregan los conectores, en esta ocasión se utilizaron pasadores.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Finalmente se enmalla, con un tamaño de 5mm.
Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el ensamble no presenta fallas ya que su límite elástico máximo ronda entre 3.516e8.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en el área donde se aplica la fuerza.
Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
El factor de seguridad esta bastante sobrado por lo que se puede tener total seguridad de que no fallara.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 9. Problema El ensamble mostrado se monta sobre una viga S200 x 34 para soportar una carga de 1 Ton. Determine si el ensamble es capaz de soportar la carga y si no es así, proponga qué cambios pueden hacerse para que la soporte. La imagen que se muestra debajo es del ensamble simplificado con el que se trabaja para realizar las simulaciones.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis estático. Continuamente se asignan los materiales a cada pieza. En este caso todas las materias fueron de Acero 1020.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Después se aplicaron las restricciones (geometría fija) al ensamble, sobre los agujeros superiores de las placas.
En seguida se aplicó una fuerza de 9807 N ya que es el equivalente a una tonelada fuerza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se define el contacto entre cada componente para ello se siguen los siguientes pasos:
El contacto que hay entre estos dos componentes es sin penetración. Esta parte se hará dos veces una por cada apoyo del eje.
Posteriormente se agregan los conectores, en esta ocasión se utilizaron pasadores.
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Finalmente se enmalla, con un tamaño de 9.5mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Dado que se prestaba un problema a la hora de realizar la simulación se optó por poner este parámetro. Ya que el eje central es mm más pequeño que los orificios de las otras dos piezas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de esfuerzos concentrados. En la imagen se puede observar que el ensamble no presenta fallas ya que su límite elástico máximo ronda entre 3.516e8.
Simulación de deformación, se puede observar que la pieza sufre una deformación considerable sobre todo en el área donde se aplica la fuerza.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS
Se realizó un estudio de factor de seguridad y se obtuvo el siguiente resultado.
El factor de seguridad esta bastante sobrado por lo que se puede tener total seguridad de que no fallara.
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Análisis Estático y Pandeo de Vigas 10. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre una cara de la viga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se agrega la fuerza de compresión de 25000lb sobre la otra cara restante.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 37.5mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga no sufrirá ninguno por que 1.622>1.
Simulación de análisis estático. La viga no presenta concentraciones de esfuerzos dado que el límite elástico está muy por encima. Por lo tanto se puede tener seguridad de que la viga no presentara fallas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 19 por lo tanto la viga tiene la capacidad de soportar 19 veces más esa carga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 11. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre las líneas de partición.
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Posteriormente se agregan la fuerza de 25000lb sobre las lienas de partición.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 37.5mm.
.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga no sufrirá ninguno por que 2.199>1.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de análisis estático. La viga presenta concentraciones de esfuerzos dado que el límite elástico está por debajo de la requerida. Por lo tanto es necesario ver su factor de seguridad.
Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 0.5 por lo tanto la viga tiene la capacidad solo de soportar la mitad de la carga que se le está aplicando.
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 12. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre una cara de la viga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se agrega la fuerza de compresión de 25000lb sobre la otra cara restante.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 55.7mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga no sufrirá ninguno por que 2.84>1.
Simulación de análisis estático. La viga no presenta concentraciones de esfuerzos dado que el límite elástico está muy por encima. Por lo tanto se puede tener seguridad de que la viga no presentara fallas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 34 por lo tanto la viga tiene la capacidad de soportar 34 veces más esa carga.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS 13. Problema Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la deformación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
Solución Se comienza por seleccionar el complemento de simulaciones seleccionando un análisis de pandeo con el fin de poder observar si la viga sufrirá algún pandeo. En seguida es necesario indicar el tipo de material de la pieza (Acero 1020). Después se ponen las restricciones del desplazamiento, en este caso se pondrá sobre las líneas de partición.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Posteriormente se agregan las fuerzas de 20KN y 40KN sobre las lienas de partición.
Finalmente se crea la malla con tamaño de 55.7 mm.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulaciones Simulación de pandeo. Para la simulación de pandeo es importante observar el factor de carga ya que es el que nos indicara si la viga sufrirá algún pandeo. En este caso la viga sufrirá no por que 6.29>1.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Simulación de análisis estático. La viga no presenta concentraciones de esfuerzos graves ya que el límite elástico está por encima de la requerida. Por lo tanto es necesario ver su factor de seguridad para comprobar.
Para poder observar mejor su comportamiento se define un factor de seguridad, la imagen que se muestra debajo se le asignó un factor de seguridad de 1 y el factor de seguridad mínimo es de 1.2 por lo tanto la viga si podrá soportar las fuerzas aplicadas.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CAMPUS ZACATECAS Conclusiones La práctica me pareció muy interesante dado que en la práctica anterior se realizaron simulaciones muy similares en otros programas (Ansys) sin embargo los que se utilizaron tenían ciertas restricciones y era más tedioso el proceso. En cambio SolidWorks hace mucho más sencillo el proceso y aparte permite modificar la pieza y crear una infinidad de análisis. Es muy importante comprender los conceptos teóricos y lo que hay detrás de cada simulación dado que de nada sirve realizar simulaciones si al final de cuenta no se pueden interpretar los resultados. Esta herramienta es muy útil dado que reduce el trabajo (cálculos) y tiene la libertad de estar modificando el diseño hasta que los resultados sean satisfactorios para el usuario. Endra Paulina Flores Romero
Bibliografía Fimbres, J. (1970, January 01). La importancia de la simulación en la Ingeniería Industrial.
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