Materiales En Sistema Cae

MATERIALES EN SISTEMA CAE

CLASIFICACIÓN DE ACEROS  El acero se clasifica en distintas versiones, pero acorde a

aquellas

que

tienen

mayor

demanda

comercial

te

describiremos las siguientes clasificaciones de acero, cuales son cortes, calmado, corrugado, galvanizado, inoxidable, laminado, al carbono y de aleación.

CORTEN.

Este es un tipo de acero que deviene de la aleación con el níquel, y cuya principal característica es ser anticorrosivo. El corten con el paso del tiempo se reviste de óxido lo cual impide que la humedad lo penetre.

 CALMADO.  Es aquel tipo de acero, que en su proceso de formación se pasa por un químico desoxidante, antes

de brindarle una forma previa.  CORRUGADO.  Estamos hablando de una especia de acero el cual

resulta eficaz para las construcciones de estructuras entrelazadas, resultando uno de los tipos de aceros con mayor flexibilidad.

 GALVANIZADO.  Resulta de la intervención química del acero con el zinc, el cual se percibe en la superficie del mismo, como objeto de una capa de revestimiento, en efecto este acero suele ser más resistente para la confección de productos comerciales los cuales deben ser sometidos a ciertas labores que ameritan un nivel de resistencia.

E L A C E R O G A LVA N I Z A D O T A M B I É N S U E L E SER UNO DE LOS ACEROS MÁS COSTOSOS.

INOXIDABLE. Este es el tipo de acero que presenta en su composición la unión química entre el hierro y el cromo, de modo tal que resulta un material que no

pueda ser fácilmente corrosible resultando muy adecuado para las construcciones y el diseño de productos, siendo también empleado en el campo de

la joyería para la realización de accesorios.

 LAMINADO.  Este resulta de un proceso industrial por medio del

cual, el acero en su estado natural, es sometido a altas temperaturas que desintegran su condición de solidez pasando a ser manipulable y trasladado a unas

prensas donde tomará la forma plana y delgada de láminas.

 AL CARBONO.  Resulta de un proceso industrial donde el acero es pasado por cámaras de carbono, con la finalidad de brindarle una resistencia de alta durabilidad y totalmente inquebrantable siendo el mismo necesario para el campo de la construcción, siendo utilizado especialmente en el campo de levantamiento de los inmuebles.

 DE ALEACIÓN.  Como te habrás dado cuenta, los tipos de aceros que te hemos descritos resultan producto de una aleación, pero en este caso nos referimos a aquellos que son fungidos con más de un metal.

% de carbono

Resistencia a tracción (kg/mm2)

0,1 a 0,2

35

Suave

0,2 a 0,3

45

Semisuave

0,3 a 0,4

55

Semiduro

0,4 a 0,5

65

Duro

0,5 a 0,6

75

Extraduro

0,6 a 0,7

85

Nombre del acero

Extrasuave

Elemento

Contenido en C (%)

Elemento

Contenido en C (%)

Aluminio

0,10

Níquel

0,30

Bismuto

0,10

Plomo

0,40

Boro

0,0008

Silicio

0,60

Cobalto

0,10

Titanio

0,05

Cobre

0,40

Vanadio

0,10

Cromo

0,30

Wolframio

0,10

Manganeso

1,60

Lantánidos

0,05

Molibdeno

0,08 Otros excepto 0,05

Novio

0,05

(P,C, N, yO)

N O M E N C L AT U R A D E L A C E R O

  Existen muchas formas para designar el acero casi como aplicaciones y países existen que se relacionen con su fabricación y uso, ejemplo España en la cual se utiliza la norma reguladora UNE-EN 10020:2001. Generalmente los aceros utilizados industrialmente son designados por medio de cifras letras y signos, hay dos tipos de nominaciones para

cada tipo de material, simbólica y numérica.

NORMA EN CLASIFICACION DE LOS ACEROS

 Calidad  A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN

10020:2001 los clasifica según la calidad del acero de la manera siguiente:

 • Aceros no aleados

 Los aceros no aleados según su calidad se dividen en:  - Aceros no aleados de calidad: son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad, tamaño de grano, formabilidad, etc.  - Aceros no aleados especiales: son aquellos que presentan una mayor pureza

que los aceros de calidad, en especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su

composición y condiciones de manufactura. Este proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la conformabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad.

METALES NO FERROSOS

 Aunque los metales ferrosos son los más utilizados, el resto de los metales (los no ferrosos) son cada día más imprescindibles.

 Clasificación Se pueden clasificar en tres grupos :  a. Metales no ferrosos pesados: Son aquellos cuya

densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3 . Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto.

 b. Metales no ferrosos ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3 . Los más utilizados son el aluminio y el titanio.



c.

Metales

no

ferrosos

ultraligeros:

Su

densidad es menor a 5 gr/cm3 . Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el

primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.  Todos estos metales no ferrosos, es estado

puro, son blandos y poseen una resistencia mecánica bastante reducida.

ANALISIS ESTATICAS Y DINAMICAS EN PIEZAS MECANICAS

ANALISIS DE ESFUERZOS LINEALES

 A partir de esto, se puede suponer que si se duplica la fuerza en un análisis lineal, también se duplicara la deformación; al tener una

rigidez constante (k) el comportamiento siempre será lineal. 

 Todos los materiales en el modelo deben cumplir con la

ley de Hooke: que el esfuerzo sea directamente proporcional a la fuerza. Esto quiere decir que las propiedades del material analizado permanecen después

de que se haya alcanzado el límite de fluencia.

ANALISIS DE DEFORMACIONES El análisis de la deformación en una

pieza mecánica es importante en diversas aplicaciones:

 Comprobación de que la deformación producida no supera los límites admisibles para el correcto funcionamiento de la pieza (por ejemplo, la deformación excesiva a flexión de un árbol de transmisióncon engranajes puede provocar que el contacto entre las ruedas dentadas no sea adecuado, aumentando el ruido y las vibraciones y provocando un fallo prematuro de la transmisión).

 La deformación en un punto de una pieza queda definido por las tres deformaciones longitudinales unitarias (εx, εx, εz ) y las tres deformaciones transversales unitarias (γxy, γxz, γyz ), asociadas a un sistema de coordenadas en dicho punto. Se puede expresar en forma matricial utilizando el tensor de deformaciones, que indica la deformación lineal y la

distorsión angular que sufre la pieza en dicho punto.

ANALISIS DINAMICOS El análisis dinámico comprende el análisis de las fuerzas, desplazamientos, velocidades

y aceleraciones que aparecen en una estructura o mecanismo como resultado de los desplazamientos y deformaciones que

aparecen en la estructura o mecanismo.

 El análisis dinámico de estructuras se refiere al análisis de las pequeñas oscilaciones o vibraciones que puede sufrir una estructura alrededor de su posición de equilibrio. El análisis dinámico es importante porque ese movimiento oscilatorio produce una modificación de las tensiones y deformaciones existentes, que deben tenerse en cuenta por ejemplo

para lograr un diseño sísmico adecuado.

 Métodos implícitos/explícitos, un método explícito es el que no requiere la resolución de un sistema de ecuaciones no trivial a cada paso de tiempo. En general los métodos explícitos requieren menor tiempo

de

computación

que

los

métodos

implícitos

aunque

frecuentemente presentan el problema de no ser incondicionalmente convergentes, y requieren evaluar primero el paso de tiempo máximo para que la computación sea numéricamente estable.  Métodos incondicionalmente/condicionalmente convergentes, un método de integración numérica es incondicionalmente convergente cuando la aproximación numérica calculada mediante el mismo no diverge exponencialmente de la solución exacta

 ANALISIS DE ORIGEN TERMICO  El análisis dinámico es una rama de la mecánica que se ocupa de las fuerzas y su relación principalmente con el movimiento de los cuerpos, pero a veces también con su equilibrio. Los análisis dinámicos se pueden utilizar para estudiar la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, la masa del cuerpo y su movimiento.  Tenga en cuenta los siguientes puntos clave al ejecutar un análisis dinámico:  • Los motores cinemáticos basados en los ejes de movimiento están activos durante el

 análisis dinámico. Por ello, los valores incluidos en Desde (From) y Hasta (To) derivados del  dominio del tiempo del análisis, se mostrarán como valores que no se pueden editar en Inicio

 ANALISIS DE DINAMICA DE FLUIDOS  La dinámica de fluidos estudia los fluidos en movimiento y es una de las ramas más complejas de la mecánica. Aunque cada gota de fluido cumple con las leyes del movimiento de Newton las ecuaciones que describen el movimiento del fluido pueden ser extremadamente complejas. En muchos casos prácticos, sin embargo el comportamiento del fluido se puede representar por modelos ideales sencillos que permiten un análisis detallado.  En un principio vamos a trabajar con lo que llamaremos fluido ideal, es decir un fluido que es incompresible y que no tiene rozamiento interno o viscosidad.

 CONDICIONES DE CARGA Y RESTRICCIONES QUE PUEDEN PRESENTARSE EN PIEZAS MECANICAS

E L M E TO D O S D E L O S E L E M E N TO S F I N I TO S

MALLADOS DE PIEZAS

 El análisis de elementos finitos (FEA) proporciona una técnica numérica fiable para analizar los diseños de ingeniería. El proceso empieza con la creación de un modelo geométrico. A continuación, el programa subdivide el modelo en pequeñas porciones de formas (elementos) simples conectadas en puntos comunes (nodos). Los programas de análisis de elementos finitos consideran el modelo como una red de elementos

discretos interconectados.

TIPOS DE MALLADO EN EL S O F T WA R E D E S I M U L A C I Ó N  Malla sólida:  El programa crea una malla sólida con elementos sólidos tetraédricos 3D para todos los elementos sólidos de la carpeta Piezas. Los elementos tetraédricos son apropiados para objetos de gran tamaño.  Malla de vaciado:  El programa crea automáticamente una malla de vaciado para chapas metálicas con espesor uniforme (excepto en el estudio de caída) y geometrías de la superficie. Para las chapas metálicas, la malla se crea automáticamente en la superficie media. El programa extrae el espesor de vaciado a partir del

espesor de la chapa metálica.

Malla de viga: El programa utiliza automáticamente una malla de viga e identifica juntas para miembros estructurales que se tocan o interfieren y miembros estructurales que no se tocan dentro de una cierta distancia (tolerancia). Un elemento de viga es un elemento de línea definido por dos puntos finales y una sección transversal. Los elementos de viga pueden resistir cargas axiales, de flexión, cortantes y de torsión. Las cabezas de armadura sólo resisten cargas axiales. Si se usa con piezas soldadas, el software define las propiedades transversales y detecta las juntas.

 PARÁMETRO DE MALLADO  Utilice parámetros en los Estudios de diseño y vincúlelos a

variables que se pueden cambiar con cada iteración de un escenario de diseño de evaluación u optimización. Puede crear parámetros para cotas de modelo, variables globales y a operaciones de estudios de Simulation o Motion.

 Ahora puede vincular parámetros a las operaciones de un estudio de Simulation o Motion desde una interfaz unificada. Puede utilizar las operaciones de Motion parametrizadas de los estudios de diseño para realizar la optimización o para evaluar

escenarios específicos del diseño.

 PARÁMETRO DE CONTROL DE MALLA   El control de malla se refiere a la especificación de distintos tamaños de elementos en diferentes regiones del modelo. Cuando el tamaño de los elementos de una región es más pequeño, se obtiene una mayor precisión en los resultados de dicha región. Puede especificar el control de malla en vértices, puntos, aristas, caras y componentes; no está disponible para vigas.

CONDICIONES PARA LA SIMULACIÓN DE PIEZAS MECÁNICAS EN EL SOFTWARE DE SIMULACION

MATERIALES

Antes de ejecutar un estudio, debe definir todas las propiedades de materiales necesarias para el tipo de análisis correspondiente. Todas las propiedades de materiales se definen mediante el cuadro de diálogo Material. Por ejemplo, el módulo de elasticidad se requiere para estudios estáticos, de frecuencia y de pandeo, mientras que la conductividad térmica es necesaria para estudios térmicos

CONDICIONES Las cargas y restricciones son necesarias para definir el entorno de servicio del modelo. Los resultados del análisis dependen directamente de las cargas y restricciones especificadas. Las cargas y restricciones se aplican a entidades geométricas como operaciones que se asocian completamente a la geometría y se ajustan automáticamente a cambios geométricos.

MALLADO Las opciones de mallado son factores esenciales en la determinación de la calidad de la malla y, por lo tanto, de los resultados. Los resultados basados en otra configuración de preferencias deben coincidir si se utiliza un tamaño de elemento que sea suficientemente pequeño. Las opciones de mallado no se utilizan para vigas. Puede establecer la Calidad de malla en Borrador o en Alta. Una malla con calidad de borrador no tiene nodos centrales. y puede utilizarse para una evaluación rápida y, en modelos sólidos, cuando los efectos de la flexión son leves. La malla de alta calidad se recomienda en la mayoría de los casos, especialmente para modelos con geometría curva.

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

TENSIONES, DESPLAZAMIENTO, DEFORMACIONES

 Energía de deformación de un sólido deformable, iguala al trabajo exterior de las fuerzas que provocan dicha deformación. Dicho trabajo puede descomponerse, entre el trabajo invertido en cambiar la forma del cuerpo o energía de distorsión y el trabajo invertido en comprimir o dilatar el cuerpo manteniendo constantes las relaciones geométricas

o energía elástica volumétrica:

 TENSIÓN VON MISSES  La tensión de Von Mises es una magnitud física proporcional a la energía de distorsión. En ingeniería estructural se usa en el

contexto de las teorías de fallo como indicador de un buen diseño para materiales dúctiles.  La tensión de Von Mises puede calcularse fácilmente a partir de las tensiones principales del tensor tensión en un punto de un sólido

deformable, mediante la expresión:

 La tensión de Von Mises y el criterio de fallo elástico asociado

debe su nombre a Richard Edler von Mises (1913) propuso que un material dúctil sufría fallo elástico cuando la energía de distorsión elástica rebasaba cierto valor. Sin embargo, el criterio fue claramente formulado con anterioridad por Maxwell en 18651​ más tarde también Huber (1904), en un artículo en polaco anticipó hasta cierto punto la teoría de fallo de Von Mises.2​ Por todo esto a veces se llama a la teoría de fallo elástico basada en la tensión de Von Mises como teoría de Maxwell-Huber-Hencky-von Mises y también teoría de fallo J2.

La tensión de Von Mises y el criterio de fallo elástico asociado debe su nombre a Richard Edler von Mises (1913) propuso que un material dúctil sufría fallo elástico cuando la energía de distorsión elástica rebasaba cierto valor. Sin embargo, el criterio fue claramente formulado con anterioridad por Maxwell en 18651​ más tarde también Huber (1904), en un artículo en polaco anticipó hasta cierto punto la teoría de fallo de Von Mises.2​ Por todo esto a veces se llama a la teoría de fallo elástico basada en la tensión de Von Mises como teoría de Maxwell-Huber-Hencky-von Mises y también teoría de fallo J2.