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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

    de Santa María

    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 “Aut odesk Simulation Mechanical” 

    Universidad Católica

    de Santa María

    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.