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“Año de la consolidación del Mar de Grau”
Facultad de Ciencias e Ingenierías Físicas y Formales
Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica,
Mecánica Eléctrica y Mecatrónica
Docente: Ing. Donayre Cahua, Jesús Manuel
Curso: Diseño de Máquinas I
Trabajo: Tutorial de como analizar los desplazamientos,
fuerzas y esfuerzos de un Truss en
“Autodesk Simulation Mechanical”.
Alumno: Kengdall Folmer, Víctor Alejandro
Semestre: IX
Grupo: 01
Arequipa, Perú
2016
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Tutorial de como analizar los desplazamientos, fuerzas y
esfuerzos de un Truss en “Aut odesk Simulation Mechanical”
Universidad Católica
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ÍNDICE GENERAL
1. OBJETIVO 3
2. PROCEDIMIENTO 3 Paso 1) Crear un FEA Model. ............................................................................................ 3
Paso 2) Elegir un Sistema de Unidades. ........................................................................ 4
Paso 3) Dibujar, Visualizar y Seleccionar. ..................................................................... 4
Paso 4) Crear Nuevas Partes. ........................................................................................... 6
Paso 5) Editar Propiedades. .............................................................................................. 7
Paso 6) Colocación de Fuerzas y Empot ramientos. ................................................... 9
Paso 7) Averiguar resultados.......................................................................................... 12
3. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 14
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TUTORIAL DE COMO ANALIZAR LOS DESPLAZAMIENTOS,FUERZAS Y ESFUERZOS DE UN TRUSS EN“AUTODESK SIMULATION MECHANICAL”
1. OBJETIVO
Este tutorial tiene como objetivo explicar y facilitar el aprendizaje de cómo usar
el programa “Autodesk Simulation Mechanical 2016” para analizar los
desplazamientos y esfuerzos a los que son sometidos los elementos de un Truss
simple empotrado.
2. PROCEDIMIENTO
Paso 1) Crear un FEA Model.Para empezar, abrimos el programa “Autodesk Simulation Mechanical 2016” con
derechos de administrador, ante la ventana emergente, elegimos “FEA model” y
le damos al botón “Nuevo”.
Se mostrará una ventana del explorador de Windows, donde se debe elegir la
ubicación del archivo que creará el programa.
Figura 01:
Ventana de bienvenida
al iniciar el programa.
Figura 02:Ventana del
explorador de
Windows
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Paso 2) Elegir un Sistema de Unidades.Una vez creado el archivo cambiamos el sistema de unidades al deseado, esto
se configura en el “FEA Editor”, cuadro que se encuentra a la izquierda de la
pantalla. En este cuadro solo debemos ampliar el menú de sistema de unidades
(“Unit System”) y hacer doble clic en el sistema de unidades deseado, también
se puede cambiar el tamaño del cuadro haciendo clic y arrastrando en su borde
derecho, esto para leer mejor. En este ejemplo se va a usar el sistema métrico
mks (Sistema Internacional).
Paso 3) Dibujar, Visualizar y Seleccionar.Comenzaremos a dibujar el diseño deseado, gracias a la opción “Line” de la
pestaña “Draw” en la parte superior izquierda de la pantalla.
Al hacer clic se abrirá una ventana como la siguiente:
En esta ventana es de suma importancia desactivar la opción “Use as
Construction”, de no hacerlo el programa no reconocerá las líneas como parte
de la armadura para el análisis posterior. El programa crea líneas a partir de
puntos, por lo que solo es necesario escribir las coordenadas de cada punto y
presionar la tecla “Enter ” del teclado para insertar cada uno de ellos.
Procederemos a crear un diseño cualquiera para el tutorial.
Figura 03:
Cambiando el sistema
de unidades en el “FEA
Editor”.
Figura 04:
Ubicación del comando
“Line” en la pestaña
“Draw”.
Figura 05:
Ubicación de la opción
“Use as construction” en la ventana “Define
Geometry”.
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Las líneas serán creadas a partir de las siguientes coordenadas, toda la
armadura se encontrará en el plano XY, después de crear una línea de ser
necesario se puede cerrar la ventana “Define Geometry” y volverla a abrir como
se ha visto. Las coordenadas de los puntos de las líneas serán:
Línea 1-4: (X: -7m, Y: 5m, Z: 0m) (X: 0m, Y: 0m, Z: 0m)
Línea 2-4: (X: 0m, Y: 5m, Z: 0m) (X: 0m, Y: 0m, Z: 0m)
Línea 3-4: (X: 5m, Y: 5m, Z: 0m) (X: 0m, Y: 0m, Z: 0m)
De manera que la armadura quedaría así:
Para poder visualizar adecuadamente la armadura dibujada se pueden usar las
herramientas de la pestaña “View”, en la parte superior, el recuadro “Navigate”,
la opción “Orientation”
Como se está usando solo el plano XY entonces optaremos por “Top View” ovista superior. Al dibujar las líneas se ven de un color verde tenue, fácilmente
confundible con el color de fondo del programa, para poder seleccionar y verificar
que la armadura esté hecha correctamente se pueden usar las herramientas de
la pestaña “Selection”.
Gracias a estas opciones se pueden seleccionar superficies “Surfaces”, vértices
“Vertices”, o líneas “Lines”, entre las opciones más comunes de selección.
Punto 1: (X: -7m, Y: 5m, Z: 0m) Punto 2: (X: 0m, Y: 5m, Z: 0m) Punto 3: (X: 5m, Y: 5m, Z: 0m)
Punto 4: (X: 0m, Y: 0m, Z: 0m)
Figura 06:
Selección de la
armadura dibujada,
indicando las
coordenadas de lospuntos
Figura 07:
Ubicación de loscomandos para
cambiar la vista,
dentro de la pestaña
“View”.
Figura 08:
Herramientas de
selección dentro de la
misma pestaña.
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Paso 4) Crear Nuevas Partes.Una vez dibujada la armadura se pueden observar tres alarmas de la parte 1,
esto en “FEA Editor” a la izquierda de la pantalla
Estas son porque las propiedades de la armadura aún no han sido definidas, en
este momento no se puede realizar ningún tipo de análisis. Para este ejemplo
cada “línea” de nuestra armadura va a tener un área distinta y van a ser de
distinto material, por lo que se deberá de usar tres partes, esto se logra con la
opción de selección en líneas:
Y acto seguido seleccionar una línea (por ejemplo la línea 2-4), hacer clic
derecho en ella (una vez esté seleccionada cambiará de color a morado)
Aquí seleccionamos “Edit Attributes”:
Aquí cambiaremos el valor de Parte a “Parte 2” y le daremos a “OK”. De la misma
manera seleccionamos y cambiamos la línea 3-4 a “Parte 3”.
Figura 09:
Alarmas generadas al
dibujar.
Figura 10:
Herramienta de
selección de líneas.
Figura 11:
Cuadro de diálogo de
opciones de una línea,
se puede ver “Edit
Attributes”
seleccionado.
Figura 12:
Ubicación de la opción
“Part” dentro de la
ventana emergente
“Edit Attributes”.
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De hacerse correctamente este procedimiento los colores de las líneas deberán
cambiar a rojo y amarillo respectivamente.
Paso 5) Editar Propiedades. Ahora se pueden ver tres partes en el cuadro “FEA Editor” a la izquierda de la
pantalla, con tres alarmas para cada uno. Para este ejemplo vamos a elegir la
opción Truss como tipo de elemento (clic derecho) para cada uno de ellos.
Para introducir la definición de cada elemento (área y temperatura) se debe
hacer clic derecho y editar definición de elemento. En la definición de elemento
se introduce el área del mismo y, de tenerse, la temperatura. Para este ejemplo
vamos a elegir las siguientes áreas para cada elemento:
Área de la línea 1-4: 0.005m2.
Área de la línea 2-4: 0.003m2.
Área de la línea 3-4: 0.001m2.
Mientras que la temperatura se asumirá como 0ºC
Ahora debemos seleccionar el material a usar, en este caso vamos a usar
distintos materiales para cada parte:
Material de la línea 1-4: Acero A36.
Material de la línea 2-4: Aluminio 1050-H14.
Material de la línea 3-4: Oro
Para definir el material hacemos doble clic en “Material” de cada una de las
partes en el cuadro “FEA model”. En la ventana emergente respectiva se
selecciona según como se ha dicho
Figura 13:
Ubicación de la opción
“Truss” dentro del
cuadro de diálogo de
opciones de “Element
Type”.
Figura 14:
Ventana emergente
“Element Definition”
donde se introduce el
área y temperatura de
la parte.
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Como se puede apreciar, en esta ventana se puede elegir el material deseado
buscando en la distribución de la izquierda.
Figura 15:
Ventana emergente
“Element Material
Selection” donde se
elige el material de la
parte, en este caso A36
para la parte 1,
Aluminio 1050-H14
para la parte 2 y oro
para la parte 3
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Paso 6) Colocación de Fuerzas y Empotramientos.Primero procederemos a ubicar los empotramientos, para esto debemos marcar
la opción para seleccionar vértices de la pestaña selección, una vez hecho esto
se puede seleccionar agarrando el clic del mouse a todos los vértices superiores,
como se puede ver en la figura
De esta forma quedarán seleccionados todos los vértices superiores de la
armadura, es decir los puntos 1, 2 y 3 de la misma. Ahora se debe hacer clic
derecho sobre ellos, ir a “Add” y clic en la opción “Nodal General Constraint”.
En la siguiente ventana se marcarán todas las restricciones que va a tener el
vértice o los vértices seleccionados, tanto si es movimiento o rotación. Como en
este caso deseamos empotrarlos, se marcará todo, también se puede marcar
todo automáticamente haciendo clic en la opción “Fixed”.
Figura 16:
Proceso de selección
de varios vértices a la
vez.
Figura 17:
Cuadro de diálogo de
opciones de los
vértices seleccionados,
se muestra la ubicación
de “Nodal General
Constraints” dentro de
la opción “Add”.
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Una vez hecho esto la armadura deberá verse como en la siguiente figura
Ahora se procederá a colocar la fuerza en el punto 4, para este ejemplo se
contará con dos fuerzas, una en el eje X, hacia la derecha con un valor de 40kN,
y otra en el eje Y hacia abajo con un valor de 30kN. De la misma forma que en
el paso anterior, se debe seleccionar el punto 4, hacer clic derecho sobre él,
menú “Add” y en este caso hacer clic en “Nodal Forces”, como se indica en la
figura
En la siguiente ventana emergente se debe poner la magnitud y dirección de la
fuerza, como se indica en las figuras.
Figura 18:
Ventana emergente
“Creating 3 Nodal
General Constraint
Objets”, aquí se
selecciona las
restricciones que
tendrán los vértices
seleccionados.
Figura 19:
Armadura con los
empotramientos
colocados.
Figura 20:
Ubicación de la opción
“Nodal Force” dentro
de la opción “Add” del
cuadro de diálogo de
opciones del vértice
inferior.
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Obteniendo para finalizar una armadura como la que vemos en la figura.
Para este ejemplo no vamos a considerar el peso propio del material o el
esfuerzo térmico, pero de necesitarlo solo se debe ir a la pestaña “Setup”, hacer
clic en “Parameters”, aquí cambiar el valor 0 de “Gravity/Accel” y “Thermal” por
1, según se necesite el cálculo por peso propio o por cambio de temperatura
respectivamente. Se repite que en éste ejemplo no se van a considerar estos
valores, por lo que se dejarán en 0.
Figura 21:
Ventanas emergentes
“Creating 3 Nodal
Force Objects”, donde
se debe introducir la
magnitud y direcciónde cada fuerza en el
vértice.
Figura 22:
Armadura empotrada y
con las fuerzas
colocadas.
Figura 23:
Ventana emergente
“Analysis Parameters”
donde se indica si
tomar en cuenta o no
el peso propio y la
carga térmica.
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En esta ventana no se especifica nada más que el desplazamiento del vértice
seleccionado, si se desea ver los esfuerzos de cada elemento se debe hacer clic
en “Beam and Truss” de la pestaña “Results Contours”, como se muestra en la
figura
Así como para poder ver las fuerzas de los elementos se debe hacer clic en
“Element Forces” dentro de la categoría “Other Results” dentro de la misma
pestaña
En caso de tener una armadura de mayor tamaño se pueden visualizar los
números de cada elemento de cada parte o los números asignados a cada nodo,
esto se hace haciendo clic en “Element Numbers” o “Node Numbers”
respectivamente.
Figura 27:
Ubicación de “Beam
and Truss” para
mostrar esfuerzos.
Figura 28:
Ubicación de “Element
Forces” para mostrar
fuerzas.
Figura 29:
Ubicación de “Show
Numbers” para
mostrar números de
elementos y nodos.
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3. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
En este tutorial se ha podido demostrar de manera gráfica y didáctica la manera
adecuada de analizar desplazamientos, fuerzas y esfuerzos mediante la ayuda
del software “Autodesk Simulation Mechanical”.
Es de suma importancia ingresar al programa “Autodesk Simulation Mechanical”
con permisos de administrador, de no hacerlo se pueden producir diversos
errores internos.
Es muy importante además seleccionar el sistema de unidades a trabajar desde
el comienzo.
En caso de no deseleccionar “Use as construction” al dibujar las líneas el
programa no detectará ninguna armadura y no se podrá llevar a cabo el análisis.
Se pueden cargar archivos *.dwg generados por otros programas como
“ AutoCad”, “Inventor ”, “SolidWorks”, etc. Hecho esto se pueden analizar sin
mayor dificultad.