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CAPÍTULO 5. RESUMEN Y CONCLUSIONES
Estudio de la influencia de los parámetros de contacto de ANSYS en la resolución de problemas de interacción mecánica superficial. Página 75
CAPÍTULO 5
RESUMEN Y CONCLUSIONES
En resumen, el proyecto presentado ha consistido en el estudio problema de
contacto mediante el software comercial ANSYS. Así mismo, también se ha estudiado la
influencia que tienen los parámetros que definen el problema en lo que a la calidad y
velocidad de resolución se refiere. Para ello se han desarrollado y resuelto cuatro
ejemplos de problemas de contacto mediante dos metodologías clásicas, superficie a
superficie y nodo a nodo.
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A continuación se muestran las conclusiones a las que se han llegado a tenor de
los resultados de los ejemplos:
5.1.- CONTACTO 2D DE DOS CILINDROS. PROBLEMA SIMILAR.
• En término generales, las dos metodologías presentan aproximaciones
cualitativas muy buenas a la solución analítica de Hertz usada como
patrón de comparación.
• Si hubiera que decantarse por una de las dos, las solución superficie a
superficie obtiene valores casi idénticos para la carga por unidad de
superficie, P0, y valores aproximados buenos para el semiancho de
contacto, a.
• Por otra parte, para ambas metodologías es preferible usar el método de
penalización frente a los multiplicadores de Lagrange. Esto se debe a que
el primero consigue diferencias con los valores de Hertz menores del
10% para P0 y a al mismo tiempo, mientras que Lagrange no alcanza un
compromiso con ambos valores y alguno alcanza errores del orden del
20%.
• Otro aspecto a favor del método de la penalización es que necesita menos
iteraciones para alcanzar un valor aproximado razonablemente bueno, lo
que implica una potencia computacional necesaria menor.
• En cuanto al análisis de sensibilidad, cabe destacar que,
independientemente de la metodología usada, el método de penalización
alcanza los mejores resultados para un valor del parámetro de rigidez,
FKN, del orden de 0.01. Mientras que el método de Lagrange lo hace
para FKN del orden de 0.001.
5.2.- CONTACTO 2D DE DOS CILINDROS. PROBLEMA NO SIMILAR.
• Nuevamente las dos metodologías presentan muy buenas aproximaciones
en términos cualitativos, en lo que a la forma de las parábolas se refiere.
Sin embargo, el hecho de que el problema ahora sea no similar afecta a
los valores obtenidos en comparación con los de Hertz.
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• En este caso la metodología nodo a nodo resulta ser más ventajosa en
término de resultados y número de iteraciones.
• Desde el punto de vista del método de resolución, el método de los
multiplicadores de Lagrange ofrece resultados similares para las dos
metodologías y muy parecidos a los resultados del método de
penalización en el caso de superficie a superficie.
• A tenor de los resultados, la mejor opción para este problema sería la
metodología nodo a nodo resuelta con el método de penalización. Tanto
por los resultados como por el número de iteraciones.
• El estudio de sensibilidad también revela que el valor óptimo para el
factor de rigidez normal, FKN, es 0.01 en el caso de resolver con
elementos superficie a superficie. Mientras que para la metodología nodo
a nodo dicho valor es 0.001 en el caso de usar el método de Lagrange y
0.01 en el caso de la penalización.
5.3.- UNIÓN EN COLA DE MILANO.
• En este ejemplo se comparan los dos métodos y se concluye que ambos
ofrecen resultados similares y razonablemente aceptables.
• Cualitativamente, la forma que adopta la curva de presiones de contacto
se asemeja a lo que se espera de ella. Existe una zona donde el valor
permanece aproximadamente constante para luego producirse un
aumento que coincide con la zona curva del modelo, donde se alcanza el
máximo. Finalmente se produce una caída abrupta de la presión de
contacto, hasta alcanzar el cero donde no hay contacto.
• Las imágenes 4.14 y 4.15 muestran las distribuciones reales de las
presiones de contacto normal y tangencial, respectivamente. En la
segunda de ellas puede observarse como la simetría se pierde puesto que
en el segundo paso de carga se aplica un desplazamiento impuesto en
dirección positiva del eje X.
• Cabe destacar la importancia de que el final curvo del bloque superior no
toque el bloque inferior, es decir, que cuando el problema converja exista
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una separación entre los dos bloques. De lo contrario, el problema se
vuelve errático y el programa no alcanza la convergencia.
5.4.- VIGA MIXTA.
• Este último problema se resuelve mediante la metodología superficie a
superficie para los dos métodos de resolución. En este caso, tanto el
método de Lagrange como el de la penalización ofrecen resultados
similares. Además, la forma que adopta la deformada del problema se
ajusta a los resultados teóricos que ofrece la resistencia de materiales.
• Las distribuciones de contacto normal muestran que la presión alcanza el
máximo en un punto cercano al apoyo, lo que significa que en la zona
intermedia los desplazamientos verticales de las dos partes son
solidarios.
• Las distribuciones de contacto tangencial revelan que existe
deslizamiento del bloque respecto de la placa consecuencia de que la
condición de contorno en el apoyo le impide cualquier desplazamiento
horizontal.
• En la zona del apoyo se observa una separación entre los dos elementos.
Ésta puede deberse a que la ley cohesiva no es suficientemente fuerte
como para impedir el despegue.
• Por último, el estudio de sensibilidad ante el espesor de la placa muestra
que no se consigue convergencia para espesores del orden de 1 o 2 mm.
En estos casos el bloque de hormigón deforma completamente la chapa
metálica. Un estudio posterior podría optimizar esta situación
caracterizando mejor las propiedades mecánicas de los materiales o a
finando en las características del contacto.
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Por tanto, en términos generales se puede concluir que:
• La metodología superficie a superficie consigue resultados más próximos
a la realidad y en un menor número de iteraciones. Si bien las dos
metodologías son válidas en la mayoría de los casos.
• El método de la penalización es más apropiado para la mayoría de los
problemas, independientemente de la metodología que se use. Además,
el valor óptimo para el factor de rigidez normal es del orden de 0.01.
• Cabe destacar el empleo de la opción de ANSYS que permite un mallado
mapeado. De esta manera se afina la malla en las zonas potenciales de
contacto, de tal forma que existe un número exagerado de elementos que
puedan provocar la no convergencia del problema.