Proyecto final de curso de ANSYS Albuja Ayala María José Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) uaya!uil " Ecuador #$al%u$a&espol'edu'ec Resumen El presente proyecto tiene co#o o%$etio co#pro%ar los conoci#ientos ad!uiridos en el curso de la *erra#ienta de si#ulación #ediante ele#entos ele#entos +initos ,-S.S ,-S.S /or0%enc* /or0%enc* en el presente se #odeló una iga de ,cero ,12 con +or#a de I con la +inalidad de con+ir#ar y a+ian3ar los conoci#ientos ad!uiridos ad!uiridos en Mecánica de los Sólidos Sólidos pri#ero se de%e reali3ar el #odelado 14 con la ayuda del so+t5are SOLI4/O67S el cual cual es co#pati%le co#pati%le con el so+t5are so+t5are de si#ulación o sino se #odi+ica el +or#ato del docu#ento a 'step para !ue sea +ácil#ente reconocido por el so+t5are de ,-S.S' ,-S.S' El #aterial de la estructura es ,cero ,cero ,12 '-uestra '-uestra si#ulación tiene co#o co#o o%$etios co#pro%ar la de+or#ación de una iga con +or#a de I #ediante el progra#a de ,-S.S /or0%enc*' Para este análisis se co#pro%ará si se cu#plen los alores teóricos o%tenidos #ediante cálculo co#parados con los del dise8o' Los alores de los es+uer3os y de+or#aciones críticos son 9 :;:<1Pa y ;=>2<1 respectia#ente con lo cual pode#os concluir !ue nuestra discreti3ación es correcta' Palabras Clave:
/or0%enc* /or0%enc* iga de+or#aciones de+or#ac iones +uer3 +uer3a a discreti3ación
Abstract ?*is pro$ect ai#s to test t*e 0no5ledge ac!uired in t*e course o+ t*e si#ulation tool ,-S.S /or0%enc* +inite ele#ent in t*is %ea# 5as #odeled ,12 Steel I"s*aped in order to con+ir# and consolidate t*e 0no5ledge ac!uired Solid Mec*anics you #ust +irst #a0e 14 #odeling 5it* t*e *elp o+ t*e Solid/ Solid/or0s or0s so+t5are 5*ic* supports si#ulation so+t5are or t*e docu#ent +or#at %ut is #odi+ied 'step to %e easily recogni3ed %y t*e so+t5are ,-S.S' ?*e #aterial is steel structure ,12 'Our si#ulation ai#s to c*ec0 t*e de+or#ation o+ a %ea# s*aped %y t*e progra# I ,-S.S /or0%enc*' /o r0%enc*' ?*is analysis 5ill eri+y t*at t*e t*eoretical alues o%tained %y calculation co#pared to t*e design are #et' ?*e alu alues es o+ +orce +orcess and de+or#ations de+or#ations are crit critical9 ical9 :;:<1Pa :;:<1Pa and ;'=>2<1 respectiely 5*ic* can conclude t*at our discreti3ation is correct' respectiely /or0%enc* %ea# de+or#ation+orce discreti3ation Key Words: /or0%enc*
ntroducci!n Pare este proyecto se *a escogido el análisis de un iga iga I pues ues en el estu estud dio de la #ecá #ecáni nica ca de soli solido doss I y II nos nos ense ense8a 8an n
acerca del análisis estructural de una iga con di+erentes tipos de per+iles es por eso !ue surge la curi curios osid idad ad de la co# co#pro% pro%ac ació ión n de los los resultados de los di+erentes tipos de per+iles de igas '
1
Para estos necesita#os conocer los conceptos %ásicos !ue presentare#os a continuación 9 En #uc*os casos del dise8o estructural y de #á!uinas los #ie#%ros de%en resistir +uer3as aplicadas lateral o transersal#ente a sus e$es '?ales #ie#%ros se deno#inan vigas. Los #ie#%ros principales !ue soportan pisos de edi+icios son igas igual#ente el e$e de un e*iculo es ta#%ién una iga' ( Resistencia de Materiales Basica Para Estudiantes de Ingenieria s' +') La deformación se puede de+inir co#o el ca#%io de +or#a de un cuerpo de%ido a la acción de un es+uer3o ' ( Metalurgia mecánica :>>>) @na fuerza representa la acción de un cuerpo so%re otro y puede e$ercerse por contacto real o distancia co#o en el caso de las +uer3as graitacionales y #agnéticas' @na +uer3a se caracteri3a por sus pnto de aplicación #agnitud y dirección y se representa con un ector' (Beer, 20!"
Modelamiento Metodolo"ía #ara el $esarrollo Procedimiento de Simulaci!n en ANSYS
del
Procedi#iento de Solución @sando el Método de Ele#entos Finitos :' Especi+icar la geo#etría' I#portar el #odelo desde el #odelador Solid5or0s' B' 4e+inir el tipo de ele#ento y sus propiedades' 1' ,plicar el #allado a la estructura para diidirlo en distintos ele#entos' <' ,plicar las condiciones de (restricciones) y las cargas eAternas'
+rontera
=' enerar una solución' 2' ,nali3ar los datos si#ulación'
o%tenidos en nuestra
Modelo de la forma Real vs Modelado
F =ma
En la #ecánica de solidos es particular#ente i#portante deter#inar esas +uer3as so%re las diersas porciones de una sección ya !ue la resistencia a la de+or#ación y a las +uer3as depende de esa intensidad' Con las co#ponentes de la intensidad de una +uer3a por unidad de área es decir del esfuerzo, son solo ciertas solo en un punto la de+inición #ate#ática del es+uer3o es 9
#igura.2 viga real en forma de I
4onde el pri#er su%índice de τ indica !ue se considera el plano perpendicular al e$e A y el segundo designa la dirección de la co#ponente del es+uer3o' #igura.! viga modelada en forma de I
2
Modelo matem%tico
Propiedades del material Esta estructura es una iga con per+il en +or#a de I !ue sostiene diersas estructuras co#o co#ponente estructural en puentes y estructuras '
,lgunas características anali3ar son9 olu#en Masa
del
#arco
a
7,6× 10−3 3
1'< kg
Material
,cero ,12
Módulo de Elasticidad→ε=2x1011Pa !"ite de ) #otu$a a %$acció& →'t=(x10 Pa !"ite El*stico →'e=2,+x10)Pa
Discretización de la estructura:
Para el #étodo de Ele#entos Finitos es necesario aplicar un #allado' Inicial#ente se aplicó un #allado general sin e#%argo la calidad %uena (D=) por lo !ue consecuente#ente se aplicó en In+lation la opción9 S#oot* ?ransition' Se arió el Radio de transición a ;BDB y +inal#ente se o%tuo un #allado con calidad de B y 1;;;; nodos'
Figura'< Mallado de la iga Restricciones & Cargas Externas
Se aplicaron restricciones en los puntos !ue se #uestran a continuación9
Figura'= 6estricciones de la carga Las restricciones +ueron colocadas de acuerdo al análisis del pro%le#a !ue se encuentra en el ,neAo , en la parte del lado i3!uierdo un +iAed support' La principal carga se la coloca en lado
3
derec*a de la iga una +uer3a de ":;;;-'
An%lisis de los Resultados En esta sección tene#os el resultado del #áAi#o y #íni#o es+uer3o de+or#ación y para poder deter#inar có#o tra%a$a la iga en cantiléer y cuando es so#etida a una carga puntual !ue se encuentran en el ,neAo ,' Esfuerzos de Von Mises
En la +igura'2 !ue se encuentra en el ,neAo , se o%sera !ue el es+uer3o #áAi#o de on Mises es :;':<1Pa el cual es #ayor al o%tenido teórica#ente de la ecuación del es+uer3o con un alor de 'DB1' El es+uer3o #áAi#o se encuentra en la parte superior de la iga y es la parte critica del análisis este es+uer3o nos ayuda a deter#inar !ue en la parte superior tra%a$a en tensión y en la parte in+erior en co#presión' Deformación Total
En la +igura'D !ue se encuentra en el ,neAo , la de+or#ación total de la iga es de ;'=>2<1 #áAi#o & lo !ue se de%e a los es+uer3o de nor#ales y cortantes !ue soporta la iga sa%iendo !ue la iga tra%a$a en +leAión co#o el alor del es+uer3o #áAi#o o%tenido es
desprecia%le y no se nota a si#ple ista'
'onclusiones y Recomendaciones 4espués de anali3ar cada una de las condiciones del dise8o pode#os concluir !ue la estructura está correcta#ente anali3ada y !ue podrá soportar las cargas planteadas en el pro%le#a' 4urante el curso de ,-S.S se *a co#prendido el proceso de si#ulación de una estructura en dic*o progra#a co#o reali3ar el #allado e ir colocando cada una de las condiciones iniciales del pro%le#a para posterior#ente ealuar si cada uno de los datos *a sido colocado de la #anera adecuada' Se reco#ienda usar este tipos de igas en es+uer3os !ue sean so#etidos a +leAión ade#ás de un análisis pro+undo del tipo de #aterial y el es+uer3o #áAi#o al cual de%e llegar to#ando en cuenta la distri%ución de las +uer3as'
Referencias (iblio"r%ficas Metalurgia mecánica' (:>>>)' Editorial Li#usa' Resistencia de Materiales Basica Para Estudiantes de Ingenieria' (s' +')' @ni' -acional de Colo#%ia' Geer H' M' (B;:1)' Mecanica $ectorial %ara Ingenieros .Estatica. MeAico9 Mcra5"ill' Popo E' P' (B;;;)' Mecanica de solidos . MeAico9 Person '
4
Ane)os
Figura'2
Es+uer3o de on #ises
Figura'D 4e+or#acion total en la iga
