PRACTICA 5: ANALISIS ESTRUCTRUAL (FEM)

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1 DATOS GENERALES: CAMPO: DISEÑO MECANICO CURSO: DISEÑO Y MANUFACTURA ASISTIDOS POR COMPUTADORA PRACTICA No. : 0005 NOMBRE DE LA PRACTICA: ANALISIS ESTRUCTURAL (FEM) PRACTICA 5: ANALISIS ESTRUCTRUAL (FEM) NOTA: ESTE DOCUMENTO CONSTA DE 14 HOJAS NOMBRE Y FIRMA APROBO Ramón Flores ELABORO 1

2 DESCRIPCION: En la presente práctica se presentarán las funciones básicas del ambiente de trabajo Analysis & Simulation y el módulo Generative Part Structural Analysis (GPS), en el cual se podrán hacer análisis de esfuerzos y desplazamientos de un componente por medio del método de elemento finito (FEM). OBJETIVO: En esta práctica, se realizará el análisis estático de una pala de tractor y se obtendrán los esfuerzos y desplazamientos, a partir de las cargas y las restricciones a las que esta sometida la pala. PROCEDIMIENTO: 1.- Abrir la pieza de trabajo. Para iniciar el análisis estructural de elemento finito (FEM), se requiere el archivo de la pieza modelada y conocer el material de la pieza. Selecciona el icono Open o en su defecto Ctrl+O y seleccionar la parte con el nombre de Pata que se modelo en la práctica Seleccionar módulo de trabajo. Entrar al modulo GPS. Para entrar al modulo GPS, seguir la siguiente ruta: Start Analysis & Simulation Generative Structural Analysis Se activara la ventana de New Analysis Case, para este caso seleccionar la opción de Static Analysis, figura 2, y terminar el comando seleccionando OK. Figura 2. New Analysis Case. Se activaran nuevos iconos, que no están presentes en el modulo de Part Design. En el árbol de trabajo, el cual tiene el titulo de Analysis Mananger, se presentarán las actividades que se realizarán durante el análisis y el cual esta divido en dos secciones: La primera es Links Manager, el cual contiene la información relativa a los parámetros y geometría de la 2

3 pieza y FEM, la cual contiene toda la información necesaria para llevar a cabo el análisis estático, figura Asignación de material. Figura 3. Analysis Mananger. Seleccionar el icono de Apply Material. Este comando, abrirá la ventana de Libray, la cual es una base de datos de materiales. Para este caso, seleccionar la pestaña Metal y el material Aluminium, además seleccionar toda la pieza de trabajo, como se muestra en la figura 4. Figura 4. Material. 3

4 Finalmente, seleccionar Apply Material y terminar el comando con OK. Dar doble clic en Materials.1 del árbol de trabajo, para comprobar que está asignado el material seleccionado, figura 5. Figura 5. Árbol de trabajo material. Aparecerá la ventana Isotropic Material, figura 6, con la cual se puede renombrar el material que se asigno y que en este caso es Aluminio, figura 7. Figura 6. Isotropic Material. Terminar el comando, seleccionando OK. Figura 7. Edición de Isotropic Material. 4.- Condiciones de frontera. Las condiciones de frontera a las que se encuentra sometida la pieza de trabajo, se definen en esta sección. En la barra de Restraints, seleccionar el icono de Clamp, la cual permite empotrar una parte de la pieza, si no se encuentra activado, se puede seleccionar en la barra de menú principal con la siguiente ruta, figura 8. View Command List 4

5 Figura 8. Command List. Seleccionar OK y se abrirá la ventana de Clamp, tal como se muestra en la figura 9. Figura 9. Clamp. En dicha ventana, en la parte correspondiente a Name, introducir el nombre para identificarlo fácilmente en el árbol, en este caso será Empotramiento de base. Posteriormente, seleccionar la opción Supports, para el cual seleccionar la superficie que se indica en la figura 10. 5

6 Figura 10. Selección de superficie. Finalmente, terminar el comando, seleccionando OK. 5.- Definición de cargas. Para la selección de aplicación de las cargas, ubicar la barra Loads, si no se encuentra activada, se puede seleccionar en la barra del menú principal con la siguiente ruta: View Toolbars Loads. Seleccionar el icono Distributed Force y se activará una ventana con el mismo nombre, en la cual se definirá una fuerza en el eje Z de -1000N, aplicada en las superficies que se muestran en color naranja en la figura 11. Figura 11. Distributed Force. 6

7 Finalmente, terminar el comando, seleccionando OK. Además, se agregará la fuerza de gravedad sobre la parte con el que se está trabajando. Seleccionar Acceleration y se activará la ventana de este comando, donde se definirá una aceleración de m/s2 en la dirección Z, figura 12. Terminar el comando, seleccionando OK. Figura 12. Accelaration. 6.- Malla de elementos finitos. Para asignar el tamaño de la malla de elementos finitos, seleccionar en el árbol de trabajo la sección de Octree Tetrahedron, figura 13, y se activará la ventana Octree Tetrahedron Mesh, en la cual, en la pestaña Global, seleccionar un tamaño de malla de 3mm y el tipo de elemento Linear, figura 14. Figura 13. Octree Tetrahedron. 7

8 Figura 14. Octree Tetrahedron Mesh. En esta ventana, se tienen las siguientes definiciones: Absolute Sag, permite controlar el error de aproximación entre la malla y la geometría (en mm). Proportional Sag, permite controlar la tasa entre el Absolute Sag y la longitud del mallado local. Terminar el comando, seleccionando OK. 7.- Guardar los archivos de resultados. Para direccionar la ubicación de los resultados del análisis de elemento finito, seleccionar el icono External Storage. Aparecerá la ventana de la figura 15, donde se asignará la ubicación de la carpeta en la cual se guardarán los archivos de análisis de resultados y datos computacionales. Terminar el comando, seleccionando OK. Figura 15. External Storage. 8

9 8.- Verificación del análisis. Para saber que es lo que puede estar faltando para poder realizar el análisis, seleccionar el icono Model Checker y posteriormente, la pieza de trabajo. Se abrirá la ventana con el mismo nombre, figura 16, y en la sección inferior, se desplegarán los mensajes de error o la leyenda: Specifications are consistent on PartBody of Part1, para indicar que se puede proceder con el cálculo numérico del modelo. Figura 16. Model Checker. Terminar el comando, seleccionando OK. 9.- Análisis. Seleccionar el icono Compute, se activará una ventana con el mismo nombre, presentando diferentes opciones, por defecto CATIA toma la opción ALL, la cual es la opción estándar, figura 17. Figura 17. Compute. Terminar el comando, seleccionando OK. 9

10 Se realizará una aproximación del tiempo y la memoria aproximada que necesita el programa para llevar a cabo los cálculos, figura 18. CATIA comienza la división de la pieza en tetraedros. Figura 18. Computing. Al cabo de unos segundos, aparecerá la ventana de la figura 19, en la cual, en el renglón 1 aparece el tiempo en segundos que tarda el programa para realizar los cálculos, en el segundo renglón la cantidad de memoria a emplear y finalmente en el renglón 3, se presenta la cantidad de memoria que ocupará del disco duro. Finalmente, seleccionar Yes Despliegue de resultados. Figura 19. Computation Resources Estimation. Ubica la barra Image y seleccionar la opción para visualizar los resultados de esfuerzos Von Misses Stress, segundo icono de izquierda a derecha de la barra Image. Los resultados de esfuerzos se desplegarán como en la figura

11 Figura 20. Von Misses Stress. Para ver los desplazamientos, seleccionar el icono de displacement en la barra de Image, los resultados se mostrarán como en la figura 21. Figura 21. Desplazamiento. Para generar una animación, selecciona el icono Animate, figura 22. Se activará una ventana con el mismo nombre, en la cual, se puede modular la velocidad y tiempo de duración de la animación. 11

12 Figura 22. Animate. Para localizar, los esfuerzos máximos y mínimos en la pieza, seleccionar el icono Image Extrema, Falta el Icono y aparecerá la ventana Extrema Creation, figura 23. Seleccionar OK y se obtendrá el esfuerzo máximo y mínimo, figura 24. Figura 23. Extrema Creation. Figura 24. Esfuerzo máximo y mínimo. 12

13 Si se desea información adicional de algún nodo en específico, seleccionar el icono Information, posteriormente seleccionar el nodo a analizar. Se activará una ventana como la que se muestra en la figura 25, la cual contiene la siguiente información: Número de nodo, coordenadas del nodo, valor y datos adicionales del material. Figura 25. Information. Seleccionar Save para guardar los resultados del análisis de estructural Crear reporte. Para generar un reporte que contenga imágenes e información de los resultados del análisis, seleccionar el icono Generate Report y se activará la ventana de la figura 26. En ella, seleccionar la ubicación del archivo html y se obtendrá un archivo como el que se muestra en la figura 27. Figura 26. Report Generation. 13

14 Figura 27. Reporte. Fin de la práctica. 14